Пептиди в організмі людини: інсулін, окситоцин, грелін і ще сотні сигналів
Окситоцин і вазопресин відрізняються двома амінокислотами з дев’яти. Один запускає скорочення матки й виділення молока, другий змушує нирку затримувати воду. Дві літери — і зовсім інша фізіологія. Приблизно так і влаштовані пептиди в організмі: крихітна зміна ланцюжка дає зовсім інше повідомлення. Далі — які пептиди тіло виробляє саме, скільки їх відомо і як довго вони живуть у крові.
Чому мова клітин виявилася пептидною
Двадцять протеїногенних амінокислот, ланцюжок із п’яти залишків — 3,2 мільйона можливих молекул. Десять залишків — понад десять трильйонів. Жоден інший клас сполук не дає такої різноманітності так дешево: стероїд треба збирати ферментним конвеєром із кількох білків, а пептид записаний прямо в гені. Мутація в одному кодоні дає новий сигнал, не перебудовуючи більше нічого. Тому пептидна сигналізація така давня: щонайменше 30 нейропептидних систем простежуються до спільного предка первинно- і вторинноротих, а це близько 600 мільйонів років.
Скільки їх? Точної цифри немає. У геномі людини нараховують щонайменше 80 генів попередників нейропептидів, а оцінки числа пептидних гормонів коливаються від сотні до трьох сотень. Бо один ген не дорівнює одному пептиду: проопіомеланокортин (POMC) — ланцюг із 285 залишків із вісьмома сайтами розрізання, з якого виходить до десяти активних молекул. У передній частці гіпофіза працює переважно PC1 — виходить АКТГ; у проміжній додається PC2, і з’являються меланокортини. Клітина вирішує, що саме сказати, вже після трансляції. Межа між «пептидом» і «білком» — теж домовленість, умовно на 50 залишках (що таке пептиди).
Інсулін: молекула, з якої почалася біохімія білків
Фредерік Сенгер дочитав послідовність інсуліну до кінця 1955 року: 51 амінокислота, два ланцюги, зшиті дисульфідними містками; Нобелівська премія з хімії 1958-го. До нього ніхто не знав напевно, чи має білок одну фіксовану послідовність, чи це статистична суміш схожих молекул. Виявилося — фіксовану, а отже, десь мусить існувати запис, який її задає.
Дональд Стайнер 1967 року показав друге: клітина синтезує не інсулін, а проінсулін — суцільний ланцюг, де В- і А-ланцюги з’єднані вставкою з трьох десятків залишків. Вставку вирізають, і вона потрапляє в кров окремо як C-пептид. Печінка при першому проходженні забирає близько половини інсуліну, а C-пептид не чіпає майже зовсім: період напівжиття інсуліну — 5–10 хвилин, C-пептиду — близько тридцяти. Тому секрецію бета-клітин у лабораторії оцінюють саме за C-пептидом.
Окситоцин і вазопресин: дві літери різниці
Вінсент дю Віньо синтезував окситоцин 1953 року — перший синтезований пептидний гормон в історії, Нобелівська премія 1955-го. Виробляються обидва пептиди не в залозі: їх синтезують магноцелюлярні нейрони супраоптичного та паравентрикулярного ядер гіпоталамуса, пакують у гранули разом із нейрофізином і відправляють по аксону вниз зі швидкістю 1–3 мм за годину — до задньої частки гіпофіза. Задня частка тут не фабрика, а кран.
Вазопресин діє через рецептор V2 на базолатеральній мембрані клітин збиральної трубочки: цАМФ, протеїнкіназа A фосфорилює аквапорин-2 по серину 256 — і водні канали, що вже лежать готовими у везикулах, переїжджають в апікальну мембрану. Тіло не будує нових каналів, воно їх переставляє (загальну логіку розібрано в статті що таке рецептор).
Окситоцин же в популярних текстах — «гормон любові», хоча живе в плазмі 4–5 хвилин, а під час вагітності плацентарна окситоциназа підвищує активність приблизно вдесятеро. Гарет Ленг і Майк Людвіг опублікували огляд «Intranasal oxytocin: myths and delusions»: частка інтраназального окситоцину, що досягає мозку, мізерна. Дискусія триває, але популярна впевненість тут випереджає дані.
Грелін і лептин: два звіти про запаси енергії
1950 року в Jackson Laboratory описали мишачу лінію ob; у 1970-х Дуглас Коулман парабіозом довів, що цим тваринам бракує якогось циркулюючого фактора. Молекулу знайшли через двадцять років: Джеффрі Фрідман витратив вісім років на позиційне клонування й опублікував результат у Nature 1994-го. Гормон назвали лептином, від грецького leptos, «тонкий».
Грелін відкрили з протилежного боку. Рецептор GHS-R залишався «сиротою»: синтетичні секретагоги його активували, а природного ліганда не знали. Масаясу Коджіма й Кенджі Кангава 1999 року взяли клітинну лінію з цим рецептором і перебирали екстракти тканин, доки не знайшли ліганд — у шлунку, а не в мозку. Грелін — це 28 амінокислот плюс октаноїльна група на серині в третій позиції; без цього жирного хвостика рецептор не активується взагалі, а фермент GOAT, який його чіпляє, знайшли лише 2008 року. Це єдиний відомий людський білок, що несе октаноат.
Тепер про поширену помилку: лептин часто описують як гормон, що захищає від надлишку жирової тканини. Добре задокументоване — протилежне: падіння лептину під час голодування є потужним сигналом, який запускає голод і пригальмовує щитоподібну вісь та репродуктивну функцію. А що зростання діє так само сильно у зворотний бік — гіпотеза, яку не довели (Флаєр і Маратос-Флаєр, Cell Metabolism, 2017). Еволюція мала більше досвіду з нестачею їжі, ніж із надлишком.
Ендорфіни: їх знайшли, бо шукали, на що діє морфін
Опіоїдні рецептори показали 1973 року — і стало ясно, що виникли вони не заради маку. Джон Г’юз і Ганс Костерліц в Абердині 1975-го виділили з мозку свиней дві молекули по п’ять залишків — Tyr-Gly-Gly-Phe-Met і Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu — і назвали енкефалінами, від грецького enkephalos, «те, що в голові». Наступного року Чо Хао Лі виділив з гіпофіза β-ендорфін, 1979-го Аврам Голдстайн — динорфіни. β-ендорфін вирізається з того самого POMC, що й АКТГ: один ген, а клітина конвертазами вирішує, зробити гормон стресу чи знеболювальний пептид.
Заразом варто поховати класичну «ендорфінову ейфорію бігуна». β-ендорфін у крові після бігу справді зростає, але з крові в мозок пептид практично не проходить. У роботі 2021 року учасникам блокували опіоїдні рецептори налтрексоном — ейфорія після 45 хвилин бігу нікуди не поділася. Головні підозрювані тепер — ендоканабіноїди: ліпофільні, бар’єр долають легко.
Дефензини: пептид як зброя
Не всі пептиди в організмі щось повідомляють — частина просто вбиває. Роберт Лерер виділив перший такий пептид 1980 року з макрофагів кроля, а 1985-го знайшов аналоги в нейтрофілах людини й дав їм назву «дефензини»: HNP-1, HNP-2 і HNP-3, масою менш ніж 3500 Да.
Вибірковість тут електростатична: дефензини заряджені позитивно, зовнішній шар бактеріальної мембрани — виражено негативно, а мембрани клітин людини зовні нейтральніші й насичені холестерином. Пептид прилипає до мікроба, а не до господаря, і формує пори. In vitro HNP 1-3 убивають Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa та Escherichia coli. Чому за сотні мільйонів років бактерії не виробили до цієї зброї такої стійкості, як до антибіотиків, повної відповіді немає.
Скільки живе пептид у крові й як тіло його розбирає
Цифри жорсткі: активний GLP-1 — близько 2 хвилин, глюкагон — 2–5, окситоцин — 4–5, інсулін — 5–10; для порівняння, тироксин тримається тижнями. Пептид у кровотоці — це телеграма, а не напис на камені. Розбирають паралельно: DPP-4 (він же CD26) відкушує два перші залишки з N-кінця, якщо в другій позиції стоїть аланін або пролін; непрілізин ріже всередині ланцюга; аміно- та карбоксипептидази обгризають молекулу з обох кінців, а те, що вціліло, вільно фільтрують нирки.
Це не вада конструкції: сигнал має вміти закінчуватися, інакше тіло не змогло б закодувати різницю між «я щойно поїв» і «я голодний третю годину». Та сама машинерія пояснює, чому пептиди не п’ють — травний тракт розбирає їх на амінокислоти ще до всмоктування. Звідси й лабораторна практика: ліофілізат замість розчину, 2–8 °C, без повторних заморожувань. Частина дослідницьких пептидів — копії або фрагменти власних молекул тіла: сермореліну відповідає фрагмент 1–29 гіпоталамічного рилізинг-фактора, а GHK-Cu — природний трипептид плазми, який Лорен Пікарт виділив 1973 року. Суміжні позиції — у розділі Growth; усі реагенти Polar Peptides ідуть із COA на партію й призначені лише для лабораторних досліджень.
Часті запитання
Які пептиди виробляє організм людини?
Організм людини виробляє сотні власних пептидів із різними функціями. Інсулін і глюкагон керують обміном глюкози, окситоцин і вазопресин — скороченням гладеньких м’язів та водним балансом, грелін і лептин передають мозку інформацію про запаси енергії. Енкефаліни й β-ендорфін працюють з опіоїдними рецепторами, а дефензини вбивають бактерії. Об’єднує їх лише амінокислотний ланцюг.
Скільки пептидів в організмі людини відомо науці?
Точної цифри немає, і причина технічна. У геномі нараховують щонайменше 80 генів попередників нейропептидів, а оцінки загальної кількості пептидних гормонів коливаються від ста до трьохсот з лишком. Розбіжність виникає тому, що з одного попередника — як-от POMC — тканина може нарізати до десяти різних активних молекул залежно від набору конвертаз.
Скільки живе пептид у крові?
Більшість пептидних гормонів живуть у крові лічені хвилини. Активний GLP-1 має період напівжиття близько 2 хвилин, глюкагон — 2–5, окситоцин — 4–5, інсулін — 5–10, C-пептид — близько 30. Руйнують їх протеази: DPP-4 на поверхні ендотелію, непрілізин усередині ланцюга, аміно- та карбоксипептидази з кінців; залишки фільтрують нирки.
Чим пептидний гормон відрізняється від стероїдного?
Пептидний гормон гідрофільний і працює ззовні клітини, стероїдний — жиророзчинний і працює всередині. Пептид не проходить крізь мембрану, тому зв’язується з рецептором на поверхні й запускає каскад: цАМФ, кінази, переміщення білків. Стероїд проникає в клітину й діє на рецептори в ядрі, змінюючи зчитування генів. Звідси різниця у швидкості: хвилини проти годин.
Чи є ендорфіни пептидами?
Так, ендорфіни й енкефаліни — це саме пептиди. Мет-енкефалін і лей-енкефалін складаються всього з п’яти амінокислот кожен; їх виділили з мозку свиней 1975 року в лабораторії Г’юза і Костерліца. β-ендорфін довший і вирізається з попередника POMC — того самого, з якого утворюється АКТГ. Морфін лише випадково підходить до цих рецепторів.
Що таке дефензини і навіщо вони потрібні?
Дефензини — це короткі позитивно заряджені пептиди вродженого імунітету, які руйнують мембрани мікроорганізмів. У людини їх виділили 1985 року з нейтрофілів і назвали HNP-1, HNP-2 та HNP-3; зберігаються вони в гранулах нейтрофіла у вже готовому вигляді. Вибірковість забезпечує заряд: бактеріальна мембрана зовні негативна, мембрана клітин людини — нейтральніша.
Матеріал має інформаційний характер. Усі продукти Polar Peptides призначені виключно для лабораторних досліджень і не для споживання людиною, медичного чи діагностичного застосування.