ОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ С УЧАСТИЕМ АКМ ПРИ ОПУХОЛЕВЫХ ПРОЦЕССАХ
Опухолевый рост представляет собой местное избыточное разрастание ткани, происходящее вследствие извращения нормального роста и размножения клеток. Опухоли встречаются у многих животных и человека; они различаются по строению и могут развиваться из любой ткани — эпителиальной, мышечной, соединительной, нервной и др.
Различают доброкачественные (фиброма, миома, ангиома и др.) и злокачественные (рак, саркома и др.) опухоли. Доброкачественные опухоли растут медленно, раздвигая и смещая окружающие ткани, они окружены капсулой и легко удаляются хирургическим путем без появления метастазов. Злокачественные опухоли, как правило, развиваются быстро, врастая в соседние ткани и органы, трудно поддаются удалению, их клетки переносятся током крови и лимфы в другие части тела, где образуют метастазы. Развитие опухолей может быть индуцировано воздействием химических канцерогенов, физических факторов, таких как радиация или УФ излучение; показана вирусная природа некоторых опухолей у животных (рак молочных желез у мышей, саркома кур и др.) и человека [1, 40].В начале 1960-х гг. академиком Н. М. Эмануэлем была выдвинута гипотеза, согласно которой свободные радикалы играют ключевую роль в процессах злокачественного перерождения клеток и развитии опухоли [221]. Если учесть, что свободные кислородные радикалы включены нами в понятие АКМ, то универсальный механизм канцерогенеза можно представить следующей схемой:
J ОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ C УЧАСТИЕМ AKM ПРИ ОПУХОЛЕВЫХ ПРОЦЕССАХ L
Таблица 18
Формы рака, вызванные различными инфекциями [132]
Бактерии
Helicobacter pylori ^ хронический гастрит/язва ^ рак желудка
Salmonella typhi, S. paratyphi A,B ^ рак желчного пузыря и поджелудочной железы
Вирусы
Вирус гепатита В и С ^ хронический гепатит/цирроз ^ гепатома Вирус Herpes simplex II типа ^ рецидивирующая инфекция ^ рак шейки матки Вирус Эпштейна-Барр ^ лимфома Беркита ^ рак желудка и носоглотки Папилломавирусы ^ рак шейки матки и других локализаций Полиомавирусы (SV40, JCV и др.) ^ опухоли множественной локализации
Паразиты
Opisthorchis viverrini ^ холангиофиброз ^ холангиокарцинома Schistosoma haematobium ^ рак желчного пузыря, гепатома
В последние годы свободнорадикальная теория канцерогенеза получила широкое признание.
Так как многие бактериальные и вирусные инфекции сопровождаются усилением продукции АКМ, то приводятся достаточно убедительные доказательства, что они, особенно хронические, могут являться причиной развития опухолей (табл. 18).Исследования показывают, что риск развития опухоли у разных видов млекопитающих резко повышается с возрастом. Это позволило предложить многоэтапную модель клеточной диздифференцировки, согласно которой процессы и воздействия, вызывающие модификацию генома клетки, инициируют неконтролируемый рост (рак) или гибель клеток (старение):
Предполагается, что АКМ вызывают генетические мутации и являются инициаторами процесса диздифференцировки [509], одновременно играя существенную роль на всех этапах канцерогенеза [1777]. Между моментом воздействия на организм инициирующего агента и появлением опухоли проходит некоторый латентный период. Так, при действии на человека радиации минимальный латентный период развития солидных опухолей — 10 лет, лейкозов — 2 года [216]; вызванный минеральными маслами и смолами рак кожи развивается через 3—30 лет, а анилиновый рак мочевого пузыря — через 4—48 лет [1]. Стадия инициации считается необратимой, в то время как стадии развития и прогрессии могут ускоряться, замедляться и обращаться. Согласно данной модели диздифференцировки усиление антиоксидантной защиты клеток снижает риск развития опухолей и увеличивает продолжительность жизни индивида. Радиация, многие канцерогены, вирусы повышают образование АКМ в клетках и индуцируют процесс диздифференцировки.
Опухолевые клетки рассматриваются как генетически измененные, так как передают свои свойства (ускоренный синтез белков и нуклеиновых кислот, высокая активность анаэробного гликолиза) многим поколениям клеток. Поэтому рак можно назвать «болезнью генов», причиной которой могут быть многие факторы, действующие на геном и ДНК клеток. В этом плане АКМ могут рассматриваться как универсальный инструмент опухолевой трансформации, вызывающий спонтанный и индуцированный физическими и химическими факторами канцерогенез [1442].
При действии АКМ в клетках индуцируются синтез ряда онкогенов [1733]. Наследственные заболевания, характеризующиеся хромосомной нестабильностью (анемия Фанкони, атаксия-телеангиэктазия, пигментная ксеродерма) или выраженным изменением генотипа (болезнь Дауна, муковисцидоз), сопровождаются высокой предрасположенностью к развитию злокачественных новообразований и преждевременному старению организма. При данных патологиях выявляются нарушения антиоксидантных механизмов зашиты или гиперпродукция АКМ, что инициирует развитие окислительного стресса [101]. Это касается хронических воспалительных процессов. Впервые высокую вероятность развития опухоли в области хронического воспаления отметил Р. Вирхов в 1863 г. Сегодня это положение подтверждено многими эпидемиологическими и клиническими исследованиями. Так, риск рака прямой кишки в 10 раз выше у людей с язвенными колитами и болезнью Крона; хронические гепатиты В и С часто сопровождаются развитием гепатокарцином; прямая корреляция наблюдается между бронхиальной астмой и раком легких, хроническим простатитом и раком простаты [1054].Опухолевая трансформация сопровождается изменением внутриклеточных метаболических процессов, в том числе образования и утилизации АКМ. Сравнение активности генерации O2 и H2O2 митохондриями, выделенными из нормальных клеток бычьего сердца и опухолевых клеток саркомы Эрлиха и гепатомы Морриса 3924А, показало, что продукции супероксид-аниона митохондриями нормальных и опухолевых клеток существенно не различаются, в то время как митохондрии опухолевых клеток практически не образуют H2O2 [636]. Основная часть H2O2 в митохондриях образуется в реакции дисму- тации О-, катализируемой Mn-СОД, поэтому данные результаты свидетельствуют о значительном снижении активности Mn-СОД в опухолевых клетках, что подтверждается прямым определением содержания данного фермента [338].
Mn-СОД, локализованная преимущественно в митохондриях, представляет собой индуцибельный антиоксидантный фермент — ее содержание в клетках возрастает в ответ на повышение концентрации О-.
Сниженное содержание Mn-СОД в опухолевых клетках указывает на ингибирование внутриклеточной продукции супероксид-аниона. Поскольку митохондрии являются одним из главных источников супероксидного аниона в клетках, можно утверждать, что при опухолевой трансформации наблюдается не только ингибирование окислительного фосфорилирования и переход клеточной энергетики на гликолиз, но и снижение продукции О2 митохондриями. То, что продукция супероксидного анион-радикала, усиливающего пролиферацию, выделенными митохондриями сохраняется, а генерация Н2О2, ингибирующей размножение клеток, значительно снижена, означает, что в опухолевых клетках митохондрии ориентированы на выработку сигнала к клеточной пролиферации. Диспропорция образования О- и Н2О2 в трансформированных клетках усиливается вследствие повышенного содержания глу- татионзависимых ферментов (ГПО, глутатион-8-трансфераза, глутатионредуктаза), участвующих в разложении перекисей [1528].Данное положение находится в противоречии с рядом других работ, в которых на клеточных культурах показывается, что продукция Н2О2 опухолевыми клетками значительно выше, чем нормальными [553], а добавление в культуральную среду каталазы или химических ингибиторов СОД значительно снижает скорость их роста. Исследование митохондрий из HL-60 лейкемических клеток человека показало, что в митохондриях повышен электрохимический градиент, необходимый для синтеза АТФ. Олигомицин, снижающий продукцию АТФ, ингибировал переход клеток из G1 в S фазу клеточного цикла, а также из G2 фазы в митоз [553]. В гепатомах крыс выявлено снижение содержания ферментативных антиоксидантов, угнетающих клеточную пролиферацию [637].
Важным источником АКМ (О-, Н2О2 и ОН·) в клетках, особенно в гепатоцитах, являются микросомы. Восстановление молекулярного кислорода с образованием О- происходит на участке «NADPH-цитохром-Р450(b5)-редуктаза - цитохром b5» Исследование продукции АКМ микросомами, выделенными из разных типов гепатом крыс (гепатома 44, гепатома 3924, асцитная гепатома Новикова) и нормальной печени, показало, что опухолевые микросомы нарабатывают значительно меньше О2 и Н2О2 [636].
В быстро растущих гепатомах (гепатома 3924, асцитная гепатома Новикова) продукция АКМ была меньше, чем в медленно растущей гепатоме 44; при этом образование О- и Н2О2 коррелировало с содержанием NADPH-цитохромредуктазы и цитохрома b5 в микросомах.Считается, что на стадии развития (промоции) трансформированные клетки имеют повышенный уровень антиоксидантных ферментов, защищающих клетки от гибели [176]. Рост активности антиоксидантных ферментов у мышей усиливает канцерогенный процесс, вызванный воздействием 7,12-диметилбензенантраценом или форболовыми эфирами. Однако установившиеся опухоли характеризуются низким уровнем антиоксидантных ферментов, что может быть связано с регуляторным действием антиоксидантов на процесс пролиферации. Для гепатом выявлена обратная корреляция между скоростью роста и содержанием в них Си,/п-СОД, каталазы и ГПО, при этом в быстрорастущих гепатомах 3924А содержание ферментов было более чем в 10 раз меньше, чем в клетках нормальной печени [637].
Состояние мембранных липидов клетки имеет важное значение для поддержания ее формы и контакта с другими клетками. Активность процессов ПОЛ в мембранах опухолевых клеток, как правило, снижена, антиокислительная активность и окисляемость липидов также невысоки, что связано с изменением липидного состава в сторону преобладания насыщенных жирных кислот [33]. Низкий уровень ненасыщенных жирных кислот и повышенное содержание холестерина [33, 637] делает мембраны опухолевых клеток ригидными, но не угнетает их жизнедеятельность.
Опухоль представляет собой локальный процесс, однако ее развитие не может не оказывать влияния на активность окислительных процессов в других органах и тканях организма. Изучение данного вопроса имеет важное диагностическое значение, так как позволяет применять для исследований наиболее доступный материал (кровь, сыворотка). Обследование больных с раком желудка, поджелудочной железы, прямой кишки, желчевыводящих путей и пищевода показало, что у них в 3—4 раза повышено содержание Си,/п-СОД в сыворотке по сравнению со здоровыми людьми [1238].
Было показано снижение в 2 раза уровня СОД в эритроцитах женщин с раком груди [690] и у детей с нейробластомой [1726], однако многочисленные попытки получить надежный диагностический критерий наличия злокачественной опухоли в организме на основе определения активности ферментативных антиоксидантов не привели к безусловному успеху [690].В первые 20 дней после трансплантации опухоли активность процессов ПОЛ в сыворотке крыс может как возрастать (карцинома Герена), так и снижаться (саркома 45) [18]. Такие же неоднозначные изменения наблюдаются у людей с новообразованиями. Многочисленные исследования на животных с пересаженными опухолями выявляют фазность изменения антиокислительной активности сыворотки крови: вначале она повышается, затем падает ниже контрольных значений [33]. В организме растущая опухоль может рассматриваться как паразит, потребляющий массу белков, углеводов и липидов. Для объяснения фазности изменения антиоксидантной активности в тканях организма-опухоленосителя Е. А. Нейфахом в 1960-х гг. было высказано предположение, что опухоль является «антиоксидантным паразитом» и «выкачивает» антиоксиданты из других органов и тканей. Рост некоторых опухолей (саркома 45, лимфосаркома Плисса, гепатома Зайделя) характеризуется противофазным изменением антиокислительной активности липидов опухоли и органов животного-опухоленосителя [33]. Лучевая терапия, вызывающая рассасывание опухоли, приводит к нормализации активности ПОЛ в сыворотке и ее биохемилюминесценции [18], что свидетельствует о первопричине опухоли в изменениях антиоксидантного статуса организма.
Стадии развития и прогрессии опухоли в значительной степени определяются состоянием иммунной системы организма. У людей с солидными опухолями разной локализации повышена метаболическая активность моноцитов крови, определяемая по интенсивности хемилюминесцентного ответа с люцигенином при стимуляции зимоза- ном [1651]. Усиление активности моноцитов может быть инициировано натуральными киллерами, осуществляющими противоопухолевый иммунный ответ. Активность дыхательного «взрыва» гранулоцитов крови у людей с опухолями не отличалась от нормы [1651], была повышена [736] или снижена у больных с лейкозами [406].
Анализ показывает, что опухолевые процессы сопровождаются неоднозначным изменением активности окислительных реакций с участием АКМ в органах и тканях организма.
Это может быть связано с фазностью изменения антиокислительной активности липидов в процессе развития опухоли [33]; с различием энергетики клеток при их инкубации в аэробных условиях in vitro (многие исследования выполнены на клеточных культурах) и в условиях гипоксии, развивающейся в организме при быстром росте солидных опухолей; гетерогенность опухолей также может быть причиной разнонаправленных изменений прооксидант- ных и антиоксидантных показателей в организме.
_____ !ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА ОРИ ПАТОЛОГИЯХ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ!