Лужна фосфатаза (ALP, ЛФ) ‒ ціла родина ферментів, які належать до мембранних глікопротеїнів (складні білки, які розташовані на поверхні клітин та сполучені з цукрами). Лужні фосфатази поширені в природі; вони знайдені в організмі людини, тварин, рослин, грибів та бактерій, за винятком деяких вищих рослин. У людини їхні максимальні концентрації виявлені в слизовій оболонці кишечнику, молодих клітинах кісток, стінках жовчних проток печінки, плаценті і в молочних залозах в період годівлі грудьми.
Лужна фосфатаза у ссавців, до яких належить людина, являє собою металлофермент на базі цинку, якій складається з двох білкових частин (димер). В їхню структуру з металів включено чотири іони ‒ два цинку (Zn2+) і по одному магнію (Mg2+) та кальцію (Ca2+), які забезпечують належну активність ферменту. Крім того, наявність катіонів металів надає лужній фосфатазі правильну форму та опосередковано забезпечує взаємодію між елементами (субодиницями) всього ферменту.
Фермент відкрито у 1907 році, коли перша інформація про його властивості була опублікована в бюлетені Токійського Імператорського університету. Автором публікації був Сузукі із колегами. Цікаво, що сама стаття написана німецькою мовою, яка в ті часи була інтернаціональною мовою хіміків.
Функція лужної фосфатази ‒ гідроліз різних монофосфатних ефірів із одержанням неорганічних фосфатів. Крім цього, численними дослідженнями показана участь лужної фосфатази у розвитку ембріона і диференціації його тканин, та опосередкована участь в переміщенні жирів (ліпідів). Вона є одним з елементів транспорту фосфатів в нирках та кишечнику, а також в транспорті імуноглобулінів G під час вагітності. Важливою функцією лужної фосфатази є участь в утворенні кісток (іхній мінералізації).
Лужна фосфатаза людини поділяється на чотири специфічні фракції, залежно від тканини, в якій вона переважно знаходиться:
- плацентарна лужна фосфатаза (PLALP),
- лужна фосфатаза кишківника (IALP),
- печінково-кістково-ниркова (або неспецифічна) лужна фосфатаза (L/B/K ALP або TNSALP),
- лужна фосфатаза статевих клітин (GCALP).
Щонайменше три із зазначених вище форм лужної фосфатази, а саме ‒ плацентарну, кишечнику та печінково-кістково-ниркову, можна розрізнити структурними, біохімічними та імунологічними методами.
Коротка інформація по окремих фракціях лужної фосфатази
- Плацентарна лужна фосфатаза присутня у значних кількостях в плаценті. У нормі в сироватці крові можна знайти лише сліди цієї форми ферменту. Частина активності плацентарної лужної фосфатази пов’язана з нейтрофілами (вид сегментоядерних лейкоцитів). Поява цієї лужної фосфатази в крові пов’язана із активізацією відповідного гену в ракових клітинах і вказує на розвиток пухлини. Таку форму лужної фосфатази називають ізоферментом Регана (Regan isoenzyme).
- Лужна фосфатаза кишечнику ‒ частково теплостійкий фермент, високий рівень якого спостерігають у тканинах кишківника. На відміну від інших форм лужної фосфатази її вуглеводневі бічні ланцюги не закінчуються сіаловою кислотою. В той самий час, лужна фосфатаза кишечнику, яка виділена з тканин плоду характеризується наявністю сіалової кислоти. Це вказує на існування окремого гена, який кодує утворення цього ферменту в період розвитку плоду. Цей ген може повторно спрацювати в ракових тканинах, таким чином виявлення у дорослого пацієнта форми лужної фосфатази кишечнику, характерної для плоду, вказуватиме на розвиток пухлини. Така форма лужної фосфатази називається ізоферментом Кашара (Kasahara isoenzyme).
- Лужна фосфатаза статевих клітин ‒ частково термостійкий фермент, присутній у малих кількостях в зародкових статевих клітинах (гоноцитах) ембріональних та деяких неопластичних тканин. У незначних кількостях її виявляють в плаценті. Так само, як і для плацентарної лужної фосфатази, цей тип ферменту продукується клітинами пухлин (NAGAO isoenzyme).
- Печінково-кістково-ниркова (неспецифічна) лужна фосфатаза ‒ форма ферменту, яка руйнується при нагріванні (термолабільна); широко розповсюджена у всьому організму, особливо в печінковій, скелетній та нирковій тканинах. Вона складає більшу частину всієї лужної фосфатази у дорослих (орієнтовно 85%).
Таким чином, якщо у пацієнта вимірюється загальна лужна фосфатаза, як це робиться в звичайних лабораторіях, то можна вважати, що проводиться вимірювання її печінково-кістково-ниркової фракції. Загалом можна стверджувати, що збільшення вмісту лужної фосфатази у сироватці крові асоціюється з наявністю захворювань, які вражають кісткову, печінкову та ниркову тканини.
Норма лужної фосфатази в сироватці крові для дітей і підлітків дещо відрізняється від норми для дорослих:
| Вік | Вміст лужної фосфатази, Ед/л |
|---|---|
| 1 день | до 250,0 |
| 2–5 днів | до 231,0 |
| 6 днів життя — 6 місяців | до 449,0 |
| 7 місяців — 1 рік | до 462,0 |
| 1–3 року | до 281,0 |
| 4–6 років | до 269,0 |
| 7–12 років | до 300,0 |
| 13–17 років (жінки) | до 187,0 |
| 12–17 років (чоловіки) | до 390,0 |
Збільшення вмісту лужної фосфатази понад норму вказує на активне формування кісткової тканини, оскільки цей фермент є побічним продуктом діяльності остеобластів, наприклад при хворобі Педжета (остоз або остеіт деформуючий). Подібне збільшення може бути спричиненим захворюванням, яке впливає на рівень кальцію в крові (гіперпаратиреоз), та дефіцитом вітаміну D. Рівень лужної фосфатази також підвищений у людей з целіакією. У дітей до періоду статевого дозрівання вміст лужної фосфатази підвищений.
Вироблення ненормальних для здорової людини фракцій лужної фосфатази пов'язана з різноманітними формами раку. Наприклад, плацентарна та статева лужна фосфатаза надмірно виробляються клітинами раку молочної залози та хоріокарциноми, відповідно. Загалом, плацентарна лужна фосфатаза ‒ це маркер раку яєчників, яєчок, легенів та шлунково-кишкового тракту. Високі рівні печінково-кістково-ниркової лужної фосфатази можуть вказувати на наявність остеосаркоми та метастазів в кістковій тканині. Є відомості про зв’язок між високим рівнем лужної фосфатази кишківника та гепатоцелюлярною карциномою. Із нещодавніх досліджень привертає увагу виявлення зв’язку між збільшенням вмісту печінково-кістково-ниркової лужної фосфатази та хворобою Альцгеймера.
Вміст лужної фосфатази збільшується при самих різних ушкодженнях клітин печінки, аж до їхнього руйнування, а також при порушеннях відтоку жовчі. Підвищення концентрації лужної фосфатази у печінці відіграє провідну роль при вірусних і аутоімуних гепатитах, токсичних ушкодженнях печінки (у т.ч. лікарськими препаратами). Однак, при вірусних гепатитах концентрація лужної фосфатази підвищується незначно (на відміну від АЛТ або АСТ). Зростання її вмісту виявляють і в жовтяничних хворих із цирозом печінки (в третини випадків). Приблизно у половини хворих інфекційним мононуклеозом на першому тижні захворювання відзначають підвищені концентрації лужної фосфатази.
Значно збільшується вміст лужної фосфатази при холестазі (порушеннях відтоку жовчі), а закупорка жовчних проток супроводжується її різким збільшенням. Підвищення концентрації лужної фосфатази спостерігають в 90% хворих первинним раком печінки і при метастазах у печінку.
Знижена концентрація ферменту у вагітних може свідчити про недостатність розвитку плаценти. Крім зазначених вище причин вміст лужної фосфатази може підвищуватися при захворюваннях кишечнику, у тому числі при бактеріальних інфекціях.
Зменшення рівня лужної фосфатази нижче за норму зустрічаються рідше, ніж його збільшення. Його викликають деякі стани або захворювання, такі як:
- гіпофосфатазія (рідкісна вроджена хвороба, спричинена дефіцитом печінково-кістково-ниркової лужної фосфатази),
- жінки в постменопаузі, які отримують терапію естрогеном через остеопороз,
- нещодавно перенесені операції на серці,
- недоїдання,
- дефіцит магнію,
- гіпотиреоз,
- важка анемія,
- ахондроплазія та кретинізм у дітей,
- стан після важкого ентериту,
- хронічний мієлоїдний лейкоз,
- вживання оральних контрацептивів.
Незважаючи на те, що лужна фосфатаза є одним з найбільш ретельно досліджених ферментів, її метаболізм ще не повністю з'ясований. Протягом десятиріч досліджень було чітко встановлена діагностична цінність цього ферменту, і лужна фосфатаза стала одним з найбільш корисних лабораторних досліджень для оцінки рівня холестазу та хвороби кісток. Вивчення лужної фосфатази продовжується; щороку науковці знаходять нові застосування для її окремих фракцій.
На сьогодні вже розроблені методики для точної ідентифікації різних форм (фракцій) лужної фосфатази, пов'язаних з конкретними хворобами. Слід очікувати, що визначення фракцій лужної фосфатази може стати діагностичним тестом для диференціювання різних розладів печінки та маркером злоякісних новоутворень.