Введение
Паратиреоидный гормон (ПТГ), также называемый паратиромоном или паратирином, – это пептидный гормон, секретируемый паратиреоидными железами, который регулирует концентрацию кальция в сыворотке крови, воздействуя на кости, почки и кишечник. ПТГ влияет на ремоделирование костной ткани – непрерывный процесс, в котором костная ткань попеременно подвергается резорбции и восстановлению с течением времени. ПТГ секретируется в ответ на низкий уровень кальция (Ca2+) в сыворотке крови. ПТГ косвенно стимулирует активность остеокластов в костном матриксе (остеоне), чтобы высвободить больше ионного кальция (Ca2+) в кровь и повысить низкий уровень кальция в сыворотке. Кости функционируют как (метафорический) "банк кальция", из которого организм может "снимать" необходимые средства для поддержания адекватного уровня кальция в крови, несмотря на постоянные метаболические, стрессовые и диетические факторы. ПТГ – это "ключ, открывающий банковский сейф" для изъятия кальция. ПТГ секретируется преимущественно главными клетками паратиреоидных желез. Ген ПТГ расположен на 11-й хромосоме. Это полипептид, состоящий из 84 аминокислот, являющийся прогормоном. Его молекулярная масса составляет около 9500 Да. Его действию противодействует гормон кальцитонин. Существуют два типа рецепторов ПТГ. Рецепторы паратиреоидного гормона 1, активируемые 34 N-концевыми аминокислотами ПТГ, в высоких концентрациях присутствуют на клетках костей и почек. Рецепторы паратиреоидного гормона 2 в больших количествах обнаружены в клетках центральной нервной системы, поджелудочной железы, яичек и плаценты. Период полураспада ПТГ составляет около 4 минут. Нарушения, связанные с недостаточной или избыточной секрецией ПТГ, такие как гипопаратиреоз, гиперпаратиреоз и паранеопластические синдромы, могут вызывать заболевания костей, гипокальциемию и гиперкальциемию.
Parathyroid hormone (PTH), also called parathormone or parathyrin, is a peptide hormone secreted by the parathyroid glands that regulates the serum calcium concentration through its effects on bone, kidney, and intestine. PTH influences bone remodeling, which is an ongoing process in which bone tissue is alternately resorbed and rebuilt over time. PTH is secreted in response to low blood serum calcium (Ca2+) levels. PTH indirectly stimulates osteoclast activity within the bone matrix (osteon), in an effort to release more ionic calcium (Ca2+) into the blood to elevate a low serum calcium level. The bones act as a (metaphorical) "bank of calcium" from which the body can make "withdrawals" as needed to keep the amount of calcium in the blood at appropriate levels despite the ever present challenges of metabolism, stress, and nutritional variations. PTH is "a key that unlocks the bank vault" to remove the calcium. PTH is secreted primarily by the chief cells of the parathyroid glands. The gene for PTH is located on chromosome 11. It is a polypeptide containing 84 amino acids, which is a prohormone. It has a molecular mass around 9500 Da. Its action is opposed by the hormone calcitonin. There are two types of PTH receptors. Parathyroid hormone 1 receptors, activated by the 34 N terminal amino acids of PTH, are present at high levels on the cells of bone and kidney. Parathyroid hormone 2 receptors are present at high levels on the cells of central nervous system, pancreas, testes, and placenta. The half life of PTH is about 4 minutes. Disorders that yield too little or too much PTH, such as hypoparathyroidism, hyperparathyroidism, and paraneoplastic syndromes can cause bone disease, hypocalcemia, and hypercalcemia.
Структура
hPTH (1–84) кристаллизуется в виде слегка изогнутого, удлиненного спирального димера. Предполагается, что протяженная спиральная конформация hPTH (1–84) является биоактивной. N-концевой фрагмент 1–34 паратиреоидного гормона (PTH) был кристаллизован, а его структура усовершенствована до разрешения 0,9 Å.
Регулирование кальция в сыворотке крови
Паратиреоидный гормон регулирует уровень кальция в сыворотке крови посредством воздействия на кости, почки и кишечник: резорбция кости – это нормальное разрушение костной ткани остеокластами, которые стимулируются ПТГ опосредованно. Стимуляция является косвенной, поскольку остеокласты не имеют рецептора к ПТГ; вместо этого ПТГ связывается с остеобластами, клетками, ответственными за формирование кости. Связывание стимулирует остеобласты к увеличению экспрессии RANKL и ингибирует секрецию остеопротегерина (OPG). Свободный OPG конкурентно связывается с RANKL, выступая в роли ложного рецептора, предотвращая взаимодействие RANKL с RANK, рецептором RANKL. Связывание RANKL с RANK (облегчаемое уменьшением количества OPG, доступного для связывания с избыточным RANKL) стимулирует слияние прекурсоров остеокластов, происходящих из моноцитарного ряда. Образующиеся многоядерные клетки являются остеокластами, которые в конечном итоге опосредуют резорбцию кости. Эстроген также регулирует этот путь через свое воздействие на ПТГ. Эстроген подавляет продукцию TNF Т-клетками, регулируя дифференцировку и активность Т-клеток в костном мозге, тимусе и периферических лимфоидных органах. В костном мозге эстроген снижает пролиферацию гемопоэтических стволовых клеток посредством IL-7-зависимого механизма. В почках около 250 ммоль ионов кальция фильтруется в гломерулярный фильтрат в сутки. Большая часть этого (245 ммоль/сутки) реабсорбируется из почечной жидкости, оставляя около 5 ммоль/сутки для выведения с мочой. Эта реабсорбция происходит по всей длине почечных канальцев (большая часть, 60–70%, в проксимальном канальце), за исключением тонкого сегмента петли Генле. Циркулирующий паратиреоидный гормон влияет только на реабсорбцию, происходящую в дистальных канальцах и собирательных трубочках почек. Однако более важным эффектом ПТГ на почки является его ингибирование реабсорбции фосфата (HPO42−) из почечной жидкости, что приводит к снижению концентрации фосфата в плазме крови. Ионы фосфата образуют нерастворимые в воде соли с кальцием. Таким образом, снижение концентрации фосфата в плазме крови (при заданной общей концентрации кальция) увеличивает количество ионизированного кальция. Третий важный эффект ПТГ на почки – стимуляция превращения 25-гидроксивитамина D в 1,25-дигидроксивитамин D (кальцитриол), который высвобождается в кровоток. Последняя форма витамина D является активным гормоном, который стимулирует всасывание кальция в кишечнике. Посредством почек ПТГ усиливает абсорбцию кальция в кишечнике, увеличивая продукцию активированного витамина D. Активация витамина D происходит в почках. ПТГ повышает экспрессию 25-гидроксивитамина D3 1α-гидроксилазы, фермента, ответственного за 1α-гидроксилирование 25-гидроксивитамина D, превращая витамин D в его активную форму (1,25-дигидроксивитамин D). Эта активированная форма витамина D увеличивает всасывание кальция (в виде ионов Ca2+) кишечником посредством кальбидина. ПТГ был одним из первых гормонов, показано, что он использует систему второго посредника G-белка и аденилатциклазы.
Регулирование уровня фосфата в сыворотке крови
ПТГ снижает реабсорбцию фосфата в проксимальных канальцах почки, что приводит к увеличению выведения фосфата с мочой. Однако ПТГ усиливает всасывание фосфата из кишечника и костей в кровь. При разрушении костной ткани высвобождается несколько больше кальция, чем фосфата. В кишечнике всасывание как кальция, так и фосфата опосредовано повышением уровня активированного витамина D. Всасывание фосфата не так сильно зависит от витамина D, как всасывание кальция. В результате высвобождения ПТГ происходит небольшое снижение концентрации фосфата в сыворотке крови.
Синтез витамина D
ПТГ повышает активность фермента 1α-гидроксилазы, который превращает 25-гидроксихолекальциферол, основную циркулирующую форму неактивного витамина D, в 1,25-дигидроксихолекальциферол, активную форму витамина D, в почках.
Регулирование секреции PTH
Секреция паратиреоидного гормона определяется главным образом концентрацией ионизированного кальция в сыворотке крови посредством механизма отрицательной обратной связи. Клетки паратиреоидной железы экспрессируют рецепторы, чувствительные к кальцию, на клеточной поверхности. ПТГ секретируется при снижении [Ca2+] (кальцитонин секретируется при повышении уровня кальция в сыворотке). G-белок-связанные кальциевые рецепторы связывают внеклеточный кальций и могут быть обнаружены на поверхности широкого спектра клеток, расположенных в головном мозге, сердце, коже, желудке, C-клетках и других тканях. В паратиреоидной железе высокие концентрации внеклеточного кальция приводят к активации каскада Gq G-белка посредством действия фосфолипазы C. Это приводит к гидролизу фосфатидилинозитол 4,5-бисфосфата (PIP2) с высвобождением внутриклеточных посредников IP3 и диацилглицерола (DAG). В конечном итоге эти два посредника вызывают высвобождение кальция из внутриклеточных депо в цитоплазму. Таким образом, высокая концентрация внеклеточного кальция приводит к увеличению концентрации кальция в цитоплазме. В отличие от механизма, используемого большинством секреторных клеток, эта высокая цитоплазматическая концентрация кальция ингибирует слияние везикул, содержащих гранулы предобразованного ПТГ, с мембраной паратиреоидных клеток и, следовательно, ингибирует высвобождение ПТГ. В паратиреоидных железах магний выполняет эту роль в связывании стимула и секреции. Незначительное снижение уровня магния в сыворотке крови стимулирует реабсорбционную активность ПТГ в почках. Выраженная гипомагниемия ингибирует секрецию ПТГ, а также вызывает резистентность к ПТГ, что приводит к форме гипопаратиреоза, поддающейся коррекции.
Расстройства
Гиперпаратиреоз, характеризующийся повышенным содержанием паратиреоидного гормона в крови, развивается в двух принципиально различных ситуациях. Первичный гиперпаратиреоз вызван автономной, аномальной гиперсекрецией ПТГ паратиреоидной железой, тогда как вторичный гиперпаратиреоз представляет собой адекватное повышение уровня ПТГ в качестве физиологической реакции на гипокальциемию. Низкий уровень ПТГ в крови называется гипопаратиреозом и чаще всего обусловлен повреждением или удалением паратиреоидных желез во время операции на щитовидной железе. Существует ряд редких, но хорошо описанных генетических заболеваний, влияющих на метаболизм паратиреоидного гормона, включая псевдогипопаратиреоз, семейную гипокальциурическую гиперкальциемию и аутосомно-доминантную гиперкальциурическую гиперкальциемию. Важно отметить, что уровень ПТГ не изменяется при псевдопсевдогипопаратиреозе. У женщин с остеопорозом применение экзогенного аналога паратиреоидного гормона (терипаратида, в виде ежедневных инъекций) в сочетании с эстрогенотерапией привело к увеличению костной массы и снижению частоты переломов позвонков и других костей на 45–65%.
Измерение
ПТГ может быть измерен в крови в нескольких различных формах: интактный ПТГ, N-терминальный ПТГ, фрагмент ПТГ средней молекулы и C-терминальный ПТГ, и для различных клинических ситуаций используются разные тесты. Уровень может быть указан в пг/дл или пмоль/л (иногда сокращенно ммоль/л); для перевода из пг/дл в пмоль/л необходимо умножить на 0,1060. Согласно американскому источнику, средний уровень ПТГ составляет 8–51 пг/мл. В Великобритании биологический референсный диапазон считается равным 1,6–6,9 пмоль/л. Нормальный общий уровень кальция в плазме варьируется от 8,5 до 10,2 мг/дл (от 2,12 до 2,55 ммоль/л).