Rambler's Top100 Service
Поиск   
 
Обратите внимание!   Зарегистрируйтесь на нашем сервере и Вы сможете писать комментарии к сообщениям Обратите внимание!
 
  Наука >> Медицина >> Патологическая физиология | Научные статьи
 Написать комментарий  Добавить новое сообщение
 См. также

Курсы лекцийАтеросклероз

Научные статьиОпыт и перспективы использования пектинов в лечебной практике: (1)

Научные статьиХронический гепатит C

Молекулярные механизмы повреждения печени

А.А.Чиркин

Витебский медицинский университет, Витебск, Беларусь


Печень относится к органам, способным к регенерации после повреждений, благодаря клеточной кооперации, наличию молекулярных механизмов реакции острой фазы и синтезу ряда молекул протекторной природы. Наиболее часто повреждения печени реализуют ся через химические и иммунологические механизмы.

Метаболическая зонация гепатоцитов

Гепатоциты долек образуют балки вдоль синусоидов. Кровоток от ветвей портальной вены и печеночной артерии к центральной вене в пределах дольки формирует три микроциркуляторных зоны. Клетки зоны 1 (перипортальная зона) расположены непосредственно у афферентных сосудов и получают кровь, богатую кислородом и питательными веществами. Клетки зоны 2 (центролобулярная зона) лежат дистальнее, а клетки зоны 3 (перивенозная зона) расположены у терминальной печеночной вены. Создающийся таким образом градиент кислорода и питательных веществ определяет зонацию гепатоцитов по характеру метаболизма. Гепатоциты афферентной зоны 1 и гепатоциты эфферентной зоны 3 отличаются по содержанию ферментов и интенсивности метаболизма (например, в клетках зоны 1 содержится больше митохондрий, интенсивнее протекают окислительные процессы, глюконеогенез, синтез холестерина, мочевины, желчных кислот; а в клетках зоны 3 более выражены гликолиз, липогенез, цитохром Р450-зависимое гидроксилирование, глюкуронидация ксенобиотиков) [17, 24, 25]. Величина отношения активности ферментов в гепатоцитах перипортальной и перивенозной зон равна для аланинаминотрансаминазы - 2,14, лактатдегидрогеназы - 1,32, gg-глутаминилтрансферазы - 3,42, глутаматдегидрогеназы - 0,72 и пируваткиназы - 0,82 [23]. Зонация метаболизма гепатоцитов лежит в основе селективной чувствительности их к повреждающим агентам [17, 33]. Например, алкоголь-индуцированное поражение гепатоцитов центролобулярной зоны включает процессы: 1) локальная гипоксия, набухание и некроз отдельных гепатоцитов; 2) повышенная продукция (посредством алкогольдегидрогеназы и CYP2E1) и сниженная утилизация (через альдегиддегидрогеназу) ацетальдегида, накопление которого ведет к усиленному коллагенообразованию; 3) опосредованное изоформой цитохрома Р450 - CYP2E1 - пероксидация липидов; 4) ослабление механизмов антиоксидантной и глютатионовой защиты клеток печени; 5) избирательное эндотоксин/цитокины-опосредованное воздействие на метаболизм и функциональное состояние центролобулярных клеток Купфера [24].

Химическое повреждение

Известно достаточно большое количество веществ -детергентов, разобщителей окислительного фосфорилирования и свободного дыхания, канцерогенов, лекарств и др., способных индуцировать разрыв двухцепочечной молекулы ДНК в гепатоцитах и тем самым вести к гибе ли клеток: сульфат кадмия, диметил сульфат, N-метил-Nнитро-N-нитрозогуанидин, 2-аминобифенил, диэтилстильбестрол, менадион, ацетаминофен, додецилсульфат натрия, фенформин HCl, D-ментол, фталевый ангидрид, тетрациклин солянокислый, 2,4-дихлорофенол, р-нитрофенол, литохолевая кислота, фенилтиокарбамид, гидразин сульфат [19]. Химическое повреждение печени могут вызывать природные вещества и ксенобиотики, включая фармацевтические препараты. На последние приходится до 25% всех случаев острого повреждения печени. Известно, что печень является мишенью для проявления токсичности ряда лекарственных препаратов, поскольку именно в этом органе происходит метаболизм ксенобиотиков. Гепатоциты функционируют в условиях высоких концентраций реактивных и токсических форм лекарственных препаратов. Последние могут быть токсичными в нативной форме или таковыми становятся в процессе их метаболизма. В процессе обезвреживания ксенобиотиков описывают две фазы: 1) метаболизм, то есть введение полярных групп с помощью цитохром Р450-гидроксилазной системы; 2) конъюгация молекул с водорастворимыми лигандами [13]. Оба процесса служат для элиминации чужеродных компонентов из внутренней среды организ- ма. Цитохром Р450-гидроксилазная система включает флавопротеины и семейство гемопротеинов, локализованных на цитоплазматической стороне мембран эндоплазматического ретикулума. В метаболизме различных ксенобиотиков участвуют разные изоформы цитохрома Р450. Выделяют два фонда цитохрома Р450: первый вовлечен в метаболизм эндогенных веществ, а второй индуцируется экзогенными веществами. Процессы конъюгации катализируют чаще всего УДФ-глюкуронилтрансфераза, сульфотрансфераза, глютатион-Sтрансфераза. Глюкуронидация является основным видом конъюгации при детоксикации веществ. Сульфатация, как правило, обеспечивает снижение токсичности и ускорение клиренса ксенобиотиков. Глютатио-Sтрансферазная реакция важна для нейтрализации нестабильных электрофильных молекул. Микросомальная глютатион-S-трансфераза тесно связана с цитохром Р450-системой, что служит для быстрой инактивации активных метаболитов, образуемых при метаболизме ксенобиотиков. Глютатион содержится в высокой концентрации в печени (до 5 ммоль): 90% глютатиона содержится в цитозоле и остаток - в митохондриях. В митохондриях глютатион является антиоксидантом, восстанавливает перекись водорода и предупреждает пероксидацию липидов гидроксильным радикалом. При низкой концентрации глютатиона в клетке повышается ее чувствительность к свободно-радикальному повреждению. Цистеин для глютатиона в печени получается в процессе превращений метионина и серина, а в других тканях - преимущественно в процессе распада глютатиона. Ацетаминофеновая интоксикация индуцирует истощение резервов митохондриального глютатиона. Для предотвращения этого эффекта целесообразно назначение экзогенного цистеина в виде N-ацетилцистеина [26]. Метаболизм лекарств локализован не только в гепатоцитах, но также в синусоидальных эндотелиальных клетках, способных к превращениям ксенобиотиков. Ряд лекарств проявляет селективную токсичность по отношению к этим клеткам по сравнению с гепатоцита ми. Эта селективность связана с более слабыми защитными механизмами синусоидальных эндотелиальных клеток к действию ксенобиотиков [35, 37].

Выделяют понятие прямой цитотоксичности химических веществ, согласно которому гепатотоксические метаболиты, связываясь с "критическими молекулами", могут повреждать клетки печени. К ним относят электрофильные метаболиты (ковалентно связываются с белками) и свободные радикалы (включают перекисное окисление липидов или окисляют сульфгидрильные группы белков). В настоящее время известны 5 основных механизмов, ведущих к гибели клеток: 1) повреждения плазматической мембраны и нарушения цитоскелета (blebbing); 2) дисфункция митохондрий; 3) утрата внутриклеточного ионного гомеостаза; 4) активация ферментов деградации веществ; 5) окислительный стресс в результате несоответствия прооксидантных и антиаксидантных ресурсов клетки.

1. Повреждения плазматической мембраны

Ксенобиотики могут оказывать прямое и опосредованное действие на цитоскелет гепатоцитов. Это сопровождается нарушениями структуры с образованием разрывов мембраны (blebs) и может непосредственно вести к гибели клетки. Плазматическая мембрана доступна для непосредственного повреждения экстрацеллюлярными детергентами или порообразующими белками (система комплемента, перфорин цитотоксичных лимфоцитов, aa-токсин бактерий). Этот процесс сопровождается выходом ферментов цитозоля (аспартат-аминотрансфераза, лактатдегидрогеназа и др.) в кровь. Повреждения плазматической мембраны являются этапом некротического механизма гибели клеток [11]. К сожалению, тонкие механизмы этого эффекта остаются неизвестными. Интоксикация фаллоидином - это пример гепатотоксической субстанции, нарушающей цитоскелет через стабилизацию актина вне зависимости от концентрации ионов кальция в цитозоле [18]. В то же время описаны два кальций-зависимых механизма повреждения плазматической мембраны: 1) за счет диссоциации актиновых микрофиламентов; 2) посредством активации нелизосомальных протеиназ, расщепляющих актинсвязывающие протеины [27]. Повреждения липидного бислоя мембран, сопряженные с изменениями ее жидкостности, как правило, связаны с активацией перекисного окисления липидов и истощением запасов АТФ [26].

2. Нарушения функций митохондрий

Повреждения механизмов окислительного фосфорилирования в митохондриальной мембране ведут к уменьшению АТФ и затем к гибели клеток. Истощение резервов АТФ является причиной клеточной гибели при аноксии/гипоксии, окислительном стрессе и действии токсических ксенобиотиков [34]. Стимуляция АТФ-потребляющих метаболических путей также ведет к истощению резервов АТФ. Резкое повышение проницаемос ти внутренней мембраны митохондрий для электролитов и низкомолекулярных молекул обычно сочетается с клеточным некрозом независимо от внутриклеточной концентрации АТФ (синдром ММРТ). Неспецифическое повреждение внутренней митохондриальной мембраны чаще всего вызывается активацией перекисного окисления липидов или действием фосфолипазы. Специфический синдром ММРТ может проявиться при открытии определенных каналов [31]. Доказано, что митохондриальный ацидоз подавляет открытие таких каналов. Этим можно объяснить цитопротективный эффект ацидоза. Клеточное повреждение усиливается при более быстром восстановлении рН, чем количества АТФ, до нормально го уровня. Этот "рН парадокс" доказывает, что закисле ние внутриклеточной среды в процессе истощения запасов АТФ является адаптивным механизмом, препятствующим развитию некротических изменений клетки. Возможно, это связано с ингибированием ферментов деградации (фосфолипазы, кальпаины и др.), оптимум рН которых находится в нейтральной среде. Фиалуридин оказывает гепатотоксический эффект через связывание с митохондриальной ДНК гепатоцитов [26].

3. Внутриклеточный ионный гомеостаз

Утрата внутриклеточного ионного гомеостаза - это наиболее ранний признак цитотоксичности ксенобиоти ка. Повреждение клетки сопряжено с повышением концентрации ионов натрия и кальция и уменьшением концентрации ионов калия в цитозоле. Хорошо известно, что в норме существует 1000-кратный градиент между экстрацеллюлярным (1-2 ммоль/л) и внутриклеточным (0,1-1,0 мкмоль/л) содержанием ионов кальция. Повышение концентрации ионов кальция происходит из внутриклеточных депо в эндоплазматическом ретикулуме и за счет повышения проницаемости плазматической мембраны гепатоцита. Поступившие ионы кальция способны активировать кальций-зависимые протеиназы, фосфолипазы и эндонуклеазы. Потеря ионов калия рассматривается как ранний признак повреждения клеток [14, 36]. Высокореактивные молекулы могут повреждать кальций-зависимую АТФазу путем ковалентного связывания или окисления SH-групп белка или за счет перекисного окисления окружающих фермент липидов. Повышенная концентрация ионов кальция в цитозоле вызывает повреждения цитоскелета и индуцирует blebbing. При высокой концентрации ионов кальция нарушаются митохондриальные функции и это ведет к гибели клеток. Повышение концентрации ионов кальция внутри клеток лежит в основе гепатотоксичности ацетаминофена и тетрахлорме- тана [38].

4. Ферменты деградации веществ

Активация ферментов деградации веществ (протеиназы, нуклеазы, фосфолипазы и др.) ведет к повреждению мембран, освобождению арахидоновой кислоты или фрагментации ДНК. Имеется тесная корреляционная зависимость между клеточной гибелью и интенсивностью нелизосомального протеолиза как функции рН. При истощении резервов АТФ происходит активация нелизосомных протеиназ. В этих процессах возможно появление новых антигенов. Ускоренная деградация фосфолипидов обнаруживается при окислительных и аноксических повреждениях клеток. Большое значение в деградации фосфолипидов приписывают фосфолипа зе А2. Митохондриальная фосфолипазная активность играет ведущую роль в развитии некротических изме нений в клетке по сравнению фосфолипазами цитозоля и лизосом. По всей видимости, фосфолипазы участву- ют в подавлении пероксидации липидов и в защите от окислительного стресса [4, 36].

5. Свободные радикалы

Образование свободных радикалов и реактивных метаболитов является важным механизмом повреждения клеток. Свободнорадикальные формы кислорода образуются при стимуляции клеток Купфера и секвестрации полиморфноядерных нейтрофилов. При истощении резервов АТФ или окислительном стрессе ксантиноксида за цитозоля способна продуцировать супероксидный радикал. Кроме того циклооксигеназа и липоксигеназа также способны генерировать супероксидный радикал и синглетный кислород в процессе биосинтеза простаноидов и лейкотриенов. Супероксидный радикал может образовываться в митохондриях, микросомах и пероксисомах. До 2% потребленного кислорода в митохондриях посредством кофермента Q и НАДН-КоQ-редуктазного комплекса может превращаться в супероксидный радикал. Продукция этого радикала возрастает в митохондриях при нарушениях цепи переноса электронов. Супероксидный радикал образуется в эндоплазматическом ретикулуме гепатоцитов при функционировании монооксигеназной системы. В водной среде эти радикалы малоактивны и способны к диффузии. С помощью супероксиддисмутазы они быстро превращаются в перекись водорода. В металл-катализируемых реакци ях возможно образование высокотоксичного, но обладающего низкой диффузионной способностью гидроксильного радикала. Он способен повреждать нуклеоти ды, аминокислоты и липиды. При атаке гидроксильным радикалом ненасыщенных жирных кислот фосфолипидов мембран возникает цепная реакция перекисного окисления липидов. Внутриклеточная концентрация ионов железа играет ключевую роль в инициации перекисного окисления липидов. Анализируя работы, посвященные окислительному стрессу, можно обозначить следующие реактивные молекулы, играющие роль в развитии некротического повреждения гепатоцитов: супероксидный радикал, перекись водорода, гидроксильный радикал, гипохлорит, хлорамины, синглетный кислород, пероксирадикалы. Гидроксильный радикал способен повреждать ультраструктуру ДНК, что при хроническом воспалении может вести к гепатоканцероге незу [ 16, 36,40].

Печень имеет защитные антиоксидантные системы, которые препятствуют эффектам окислительного стрес са. Глютатион-пероксидаза и каталаза обеспечивают разрушение перекиси водорода, супероксиддисмутаза обеспечивает интоксикацию суперокидного радикала, глютатион-пероксидаза и глютатион-трансфераза участвуют в элиминации других кислородных радикалов. Известно, что эти ферменты определяют устойчивость гепатоцитов к действию свободных радикалов в разных зонах печеночных долек. При действии свободных радикалов не обязательна гибель клеток, но реален эффект повышения чувствительности клеток к другим альтерирующим агентам. При развитии патологии печени в сыворотке крови могут накапливаться вещества, обладающие антиоксидантными свойствами: мочевая кислота, билирубин, альбумин и др. Ряд экзогенных веществ -bb-каротин, витамины А, Е, С - обладают антиоксидантными свойствами [26, 36].

В реакциях окислительного стресса и механизмах антиоксидантной защиты принимает участие оксид азота. NO образуется при превращении L-аргинина в L-цитруллин (фермент NO-синтаза). NO образуется в гепатоцитах, клетках Купфера и эндотелиальных клетках. Нитрозилирование SH-групп белков вредно для мембран клеток, но является способом резервирования NO вне клеток (S-нитрозоальбумин) и внутри клеток (S-нитрозоглютатион). Взаимодействие NO с транзиторными металлами гемопротеинов (например, цитохром Р450) нарушает их функционирование. Первично активные механизмы действия NO во многих клетках определяются его связыванием с растворимой гуанилатциклазой, что ведет к повышению концентрации цГМФ [26]. Кроме того NO стимулирует АДФ-рибозилирование белков. АДФ-рибозилирование глицеральдегидфосфат-дегидрогеназы ведет к повреждению энергетики клетки. АДФрибозилирование актина ингибирует его полимеризацию и модифицирует функции цитоскелета [5].

NO действует как скавенджер кислородных радикалов, но может усиливать эффекты супероксидного радикала или ингибировать продукцию TNF-aa, индуцированную эндотоксемией. NO и супероксидный радикал способны также формировать пероксинитриты (OONO-) с последующим освобождением гидроксильного радикала и липидной пероксидацией. Благодаря этому механизму NO и перекись водорода потенциру ют свою цитотоксичность [3, 28].

Далее...


Написать комментарий
 Copyright © 2000-2015, РОО "Мир Науки и Культуры". ISSN 1684-9876 Rambler's Top100 Яндекс цитирования