ГЛАВА 9 НОРМАЛЬНОЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ, АДАПТАЦИЯ И ПОВРЕЖДЕНИЕ КЛЕТКИ

Параметры нормального функционирования клетки

На основе молекулярного мониторинга были изучены клеточные эффекты в нормальных клетках и клетках с измененными функциями. Показано, что условия нормального (физиологического) функционирования клетки определяют три главных фактора:

•  наличие стабильных структурообразующих родительских геномов (отцовская и материнская молекулы ДНК);

•  определенный диапазон функциональных характеристик структурообразующих молекул индивида;

•  параметры окружающей среды: t = 37 °С и pH = 7,35 (для плазмы крови соответственно 36-37 °С и pH 6,5-7,5).

Клетка как структурно-функциональная единица организма постоянно зависит от поддержания баланса между ферментными системами, продуцирующими активный кислород (оксидантные системы), и антиоксидантными системами. Их соотношение формирует клеточный гомеостаз (и гомеостаз организма в целом), в котором общая сумма антиоксидантов создает «буферную систему», обладающую определенной защитной емкостью против реакций избыточного окисления.

Следовательно, в клетке постоянно поддерживается оптимальное равновесие между реакциями окисления и восстановления. Это равновесие также зависит от дополнительных параметров нормального функционирования. Они следующие:

•  стабильная структура ядерных и цитоплазматических компонентов;

•  целостность клеточных мембран и ферментных систем, включая восстановительные системы;

•  доступность поступающих к клетке метаболических (энергетических и трофических) субстратов;

•  эффективность собственного метаболизма;

•  своевременность дифференциации и специализации собственных функций в окружении соседних клеток и др.

Адаптация, повреждение и выживаемость клетки

При воздействии на клетку факторов окружающей среды ею достигается новое устойчивое (приспособленное к ним) временное или стационарное состояние, называемое адаптацией.

В случаях, когда адаптационные возможности клетки ограничены, в ней развивается цепь событий, называемых повреждением, которое до какого-то определенного момента (некий пороговый уровень) может быть обратимым, и клетка сохраняет свою выживаемость (жизнеспособность), зависящую от защитных или восстановительных свойств самой клетки и целого организма.

Иными словами, превышение клеткой допустимого порогового уровня функционирования зависит от эффективности работы как ее защитных (восстановительных) ферментных систем, так и систем целого организма.

Жизненный цикл клетки

В организме два типа клеток: соматические и герминативные (гаметы).

Жизненный цикл соматической клетки или митотический цикл, включает время подготовки клетки к делению (изначально исходная клетка-зигота находится на стадии бластулы) и время, которое занимает непосредственно сам митоз. Такой цикл длится у человека от 12 до 36 ч (в среднем 24 ч) и включает ряд последовательных периодов (фаз).

•  Go-период (фаза покоя) . В связи с тем, что постоянно «покоящихся» клеток не существует вообще, эта фаза считается условной и служит точкой отсчета.

•  G₁-период или предсинтетическая фаза , В это время производятся пуриновые и пиримидиновые основания и другие компоненты, необходимые для синтеза ДНК. Продолжительность этого периода занимает 40% времени всего митотического цикла (примерно 10 ч).

•  S-период (фаза) синтеза ДНК или репликации (удвоения молекулы). В это время происходит полуконсервативная «сборка» на каждой из двух нитей старой молекулы двух новых молекул ДНК; продолжительность - 39% общего времени цикла (примерно 9 ч).

•  G₂-период (постсинтетическая фаза) . В это время синтезируются мономеры белка-тубулина и другие необходимые для митоза компоненты - 19% времени (примерно 4 ч).

• М-митоз, или равномерное разделение клетки (удвоенной молекулы ДНК) на две дочерние клетки - 2% времени (около 1 ч).

Если учесть, что три фазы жизненного цикла (G₁, S и G₂) объединены в интерфазу, то общее время подготовки клетки к митозу составит 23 ч (время интерфазы). К этому времени следует добавить еще 1 ч (время митоза), и, следовательно, общая продолжительность цикла составит 24 ч. Иными словами, в течение 23 ч клетка готовится к делению и в течение одного часа делится.

Именно эта закономерность считается «золотым правилом биологии«, согласно которому «работающая (готовящаяся к делению) клетка не делится, делящаяся клетка не работает».

Продолжительность S-периода контролируется теломерами хромосом или «органичителями» репликации ДНК. Эти концевые участки хромосом не несут генетической информации, но зато защищают хромосомы от потерь ДНК в ходе репликации и действия эндонуклеаз. Проблема репликации самих теломер связана с ДНК-полимеразами, осуществляющими синтез ДНК только с использованием РНКпраймеров. Когда праймеры удаляются, то 5'-концы укорачиваются на длину праймера, т.е. на 10-30 нуклеотидов, что должно приводить к потере генов в теломерных участках хромосом.

Теломеры хромосом человека содержат многократно повторяющуюся последовательность, состоящую из оснований - TTAGGG (кроме цитозина). Во время каждого деления теломеры теряют 5-20 таких последовательностей, и такое укорочение продолжается до определенной критической длины, что служит сигналом к прекращению деления, после чего клетка гибнет.

Для соматических клеток есть лимит на число клеточных делений. Так, при культивировании клетки новорожденных могут делиться 80-90 раз, тогда как клетки 70-летнего человека делятся только 20-30 раз, т.е. существует предельное число клеточных делений, или число Хейфлика. В свою очередь, жизненный цикл мейотической клетки связан с процессом оплодотворения, точнее нацелен на него.

После овуляции созревшая яйцеклетка сохраняет свою активность в течение 12-24 ч, тогда как активность зрелого сперматозоида в женских половых путях сохраняется всего несколько часов (см. ниже).

Митоз и его особенности

Митоз или деление соматической клетки, включает четыре фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу. В зависимости от фазы мито-

за происходящие в клетке изменения затрагивают все структуры ядра и цитоплазмы клетки (рис. 45). В результате митоза из одной материнской клетки образуются две дочерние клетки, они имеют диплоидный набор хромосом (2n) и двойное количество ДНК (2с).

Мейоз и его особенности

Мейоз или деление половой клетки также называют гаметогенезом. В этом случае происходит следующее деление двух возникших в ходе митоза дочерних клеток на две новые клетки. В результате двух последовательных делений образуются 4 гаметы (рис. 46). В сравнении с митозом - это более сложный процесс, хотя между ними много общего.

•  Мейоз включает первое и второе деления; каждое деление разделено на такие же по названиям фазы, как при митозе, но с символами I и II соответственно. Все изменения затрагивают структуру ядра и цитоплазмы.

•  два деления мейоза разграничены интеркинезом. Это название напоминает интерфазу при митозе, но в данном случае нет репликации ДНК.

•  В результате первого деления мейоза из исходной материнской клетки образуются две дочерние. Все они имеют диплоидный набор хромосом (2n) и двойное количество ДНК (2с).

•  В результате второго деления мейоза каждая из двух образовавшихся после первого деления дочерних клеток снова делится на две. Каждая из четырех дочерних клеток имеет одинарный (гаплоидный) набор хромосом (n) и одинарное количество ДНК (с).

•  Профаза первого деления мейоза имеет ряд последовательных стадий: пролептотена (премейотический митоз), лептотена, зиготена, пахитена, диплотена и диакинез.

•  В результате одного сперматогенеза (мейоз у мужчин) образуются 4 функционально активные (способные к оплодотворению) гаметы. Сперматогенез начинается в период полового созревания, следует непосредственно за серией митотических делений и завершается образованием зрелых сперматозоидов.

•  В результате одного оогенеза (мейоз у женщин) образуется одна функционально активная яйцеклетка (она получает всю цитоплазму исходной материнской клетки) и 3 полярных тельца (вообще не получают цитоплазму). В этой закономерности заключен эволюционный смысл «биологического

Рис. 45. Упрощенное изображение митоза (по Эллиот В., Эллиот Д., 2002): а - стадии (фазы) митоза: 1 - профаза, 2 - метафаза, 3 - анафаза, 4 - телофаза, 5 - разделение цитоплазмы. Внутририсуночные обозначения волокон, являющихся микротрубочками: астральные волокна - расположены в области полюсов клетки; волокна кинетохора - расположены (прикреплены) в области центромера (по ним перемещаются хромосомы к полюсам клетки); полярные волокна - по ним полюса клетки расходятся в разные стороны; митотическое веретено - веретено деления клетки; центросомы - каждая содержит пару перпендикулярных центриолей; б - морфология хромосомы

Рис. 46. Упрощенное изображение мейоза (по Эллиот В., Эллиот Д., 2002)

матриархата»: «цитоплазма материнской клетки передается всегда по линии мать-дочь и никогда по линиям мать-сын, отец-дочь, отец-сын» (см. главу 4). Оогенез начинается в эмбриогенезе, продолжается в фетогенезе, когда появляются первые пахитены мейоза (примерно 7-месячный плод). Затем оогенез прерывается на длительный период (до половой зрелости) и продолжается весь репродуктивный период, останавливаясь на время беременности, после которой снова продолжается и окончательно завершается в конце репродуктивного периода. Мало изученной особенностью женского мейоза является формирование во внутриутробном периоде развития организма девочки и сохранение до и после ее рождения резерва клетокродоначальниц для будущих ооцитов (их около 2 тыс). Этот резерв сохраняется до наступления половой зрелости женского организма

во время репродуктивного периода уменьшается на 300-400 яйцеклеток (одна яйцеклетка созревает каждые 28 дней)*.

Повреждения структурных компонентов клетки при патологии

Любой патологический процесс в организме начинается на уровне клеточных, молекулярных, субмолекулярных (или даже аттомолярных) структур: генетических, биохимических, физико-химических. При их повреждении происходит дезорганизация клеточных функций.

Нарушения первичной структуры ДНК

Причинами нарушений первичной структуры ДНК является повреждающее действие ультрафиолетового света, рентгеновских лучей, химических соединений и других факторов окружающей среды.

Как сказано в главах 5 и 7, такого рода повреждения чаще всего ведут к генным и гораздо реже - к хромосомным мутациям, включая:

•  ошибки спаривания оснований в матричной цепи ДНК, например встраивание аденина вместо цитозина с образованием АГ-пары;

•  спонтанное отщепление оснований от цепи ДНК, например депуринизация и последующее отщепление пуринов;

•  дезаминирование цитозина и превращение его в урацил;

•  присоединение метильных или этильных групп к основаниям, что изменяет их свойства и ведет к ошибкам спаривания оснований; например, при действии УФ-света в цепи ДНК между собой сшиваются соседние тиминовые основания и образуются тиминовые димеры, препятствующие репликации.

При рентгеновском облучении образуются однонитевые разрывы ДНК, а более жесткие виды излучения (например, гамма-частицы) ведут к двухнитевым разрывам.

При действии ряда химических соединений (митомицин С, иприты, псоралены) образуются сшивки двух цепей ДНК.

В случае алкилирования азотистых оснований наиболее часты два типа нарушений: первый тип - алкилирование аминогруппы

* Известно, что в антенатальном периоде развития как женского, так и мужского организма создается также резерв нейронов (150 млрд), тогда как в течение жизни их расходуется не более 3%, или 5 млрд (см. главу 13); эта проблема также мало изучена.

гуанина, в результате чего образуется метилгуанин, связывающийся с тимином вместо цитозина, что ведет к замене ГЦ-пары на АТ-пару в следующем цикле репликации; второй тип - дезаминирование 5-метилцитозина, также приводящее к замене оснований.

Кроме метильных и этильных групп, к азотистым основаниям могут присоединяться моноаддукты (более крупные химические группы), препятствующие нормальной репликации и транскрипции

ДНК.

Нарушения мембран и ферментных систем клетки

Мембраны и ферментные системы клетки - это первая мишень при различных ее повреждениях. При этом не всегда ясно, как результаты повреждений связаны с этиологией и патогенезом конкретного патологического признака или фенотипа, являются ли они его причиной или следствием, так как возможны и та, и другая ситуации.

Например, при сахарном диабете основной причиной повреждения мембранных ферментов может быть свободнорадикальное окисление или гликилирование их молекул, сопровождаемое нарушением регуляции экспрессии генов и увеличением количества ферментов в мембранах.

Кроме повреждения ферментов, большое значение имеет повреждение других структурообразующих компонентов мембран: фосфолипидов, ПНЖК, углеводов и т.д. В частности, при сахарном диабете в мембранах эритроцитов были обнаружены продукты окисления фосфолипидов (9-оксилинолевая кислота).

При болезни Альцгеймера в головном мозге снижается активность фосфолипаз - это необходимая компенсация в ответ на снижение скорости потери фосфолипидов. Наблюдаемые при этом рост количества глицерофосфорилхолина и увеличение активности лизофосфолипид-ацетилтрансферазы тесно связаны с изменением метаболизма холин-содержащих фосфолипидов и участием в этих реакциях амилоидных пептидов.

Другой пример - больные шизофренией и их потомки: в одних случаях у них наблюдается снижение уровня фосфомоноэфиров - метаболитов синтеза фосфолипидов (это важный показатель риска развития заболевания), а в других случаях - изменяется состав ПНЖК в фосфолипидах мозга.

Кроме того, описано множество случаев, когда у больных с дисфункцией нейронов коры головного мозга первостепенное значение

приобретают жирнокислотный состав мембранных фосфолипидов и активность фосфолипаз.

При ишемической болезни сердца и циррозе печени в мембранах эритроцитов растет соотношение холестерин / фосфолипиды, сопровождаемое резким снижением активности Ка+,К+-АТФазы, ростом уровня СМ, ФС, ФЭ и лизоФХ (при соответствующем снижении уровня ФХ) и деформацией эритроцитов (см. главу 6).

У больных с гиперинсулинемией без диабета (имеют избыточную массу тела), количество мембранного СМ коррелирует с уровнем инсулина плазмы крови и вязкостью мембран, а также изменением степени экспонирования фосфолипидов на поверхности эритроцитов, что обусловливает нарушение асимметрии мембран, повышает их адгезивность и приводит к воспалению.

Изменения фосфолипидов обнаружены в бронхоальвеолярной жидкости у детей с дефицитом легочного сурфактанта.

У взрослых больных с бронхиальной астмой также наблюдали снижение количества сурфактанта, что коррелировало с ослаблением легочной функции.

Все эти примеры свидетельствуют: связь характера повреждений структурных компонентов мембран и ферментных систем клетки с этиологией и патогенезом конкретного заболевания каждый раз уникальна, хотя спектр самих повреждений довольно широкий.

Причины нарушений

Среди причин нарушений (повреждений) мембран и ферментных систем клетки выделены:

•  мутации в генах и хромосомах;

•  физические факторы: травма, резкое изменение температуры, скачки атмосферного давления, радиация, электрошок;

•  химические факторы: гипертонические растворы соли, глюкоза, гормоны, ионы тяжелых металлов, кислоты, лекарства, растворители, яды;

•  биологические факторы: бактерии, микроорганизмы, вирусы, вакцины и сыворотки;

•  анафилактический шок и иммунные нарушения;

•  дефекты обмена аминокислот и витаминов, связанные с нарушением трофики;

•  избыток активных форм кислорода (АФК), которые вырабатываются во многих ферментативных и неферментативных процессах; с их гиперпродукцией связывают: адаптационные свойства кле-

ток и апоптоз, клеточные эффекты при артритах, атеросклерозе и кардиомиопатиях, нейродегенеративных заболеваниях и психических расстройствах;

•  дефицит кислорода; наблюдается при ишемии, дыхательной недостаточности, анемии и отравлениях окисью углерода;

•  процессы канцерогенеза и старения.

Механизмы нарушений

К механизмам нарушений клеточных мембран и ферментных систем относятся: перекисное окисление липидов (ПОЛ), активация лизосомальных гидролаз и протеиназ, эффекты продуктов расщепления фосфолипидов и др. Рассмотрим эти и сопряженные с ними механизмы.

Перекисное окисление липидов

ПОЛ (свободно-радикальное) сопровождается окислительной модификацией мембранных белков и изменением сигнальных процессов в клетке (см. главу 10). При этом образуются перекисные липидные соединения (LOOH) и интермедиаторы или промежуточные соединения, родственные LOOH.

Инициаторами ПОЛ служат молекулы АФК, в том числе:

•  реакционноактивная и менее реакционноактивная формы синглетного кислорода (1О₂'^-); обе формы являются побочными продуктами распада органических гидроперекисей - это так называемая дисмутация супероксидных анионов и пероксидных радикалов; кроме того, эти формы образуются при взаимодействиях Н₂О₂ и ОС1^-, катализируемых ферментом-хлорпероксидазой;

•  перекись водорода (Н₂О₂);

•  гидроксильный (НО') и пероксидный (НО'₂) реакционноактивные радикалы;

•  первичные супероксидные радикалы (О₂'^-);

•  пероксинитрит (ОNOО) и перокинитрокислота (О]ЧЮОН), являются продуктами взаимодействия пероксидных радикалов с ионами металлов переменной валентности (например, Fe²+) или со слабо окисляющимся оксидом азота (NO').

Воздействие АФК на клеточные мембраны служит универсальным механизмом повреждения их белковых и небелковых компонентов. При этом одними из мощных цитотоксических оксидантов белков являются первичные супероксидные радикалы (О₂'^-), образующиеся при окислении гистидина, метионина, тирозина, триптофана и цистина.

В результате происходит инактивация белков и их агрегация с образованием поперечных сшивок. В свою очередь, образование синглетного кислорода происходит при перекисном окислении микросомальных липидов и биосинтезе простагландинов. Этот радикал разобщает сигнальные процессы в клетке, вызывая защитный эффект с индукцией МАРК (см. главу 6).

Эффекты повреждения клеток АФК суммируются с эффектами, зависящими от физико-химических свойств ферментов: сложности строения молекул, места локализации (наружная или внутренняя мембрана), характера катализируемой реакции.

Как известно, у олигомерных ферментов имеется мембранная липидная матрица, которая выполняет роль «организатора» субъединиц (протомеров или мономеров) этих белков.

Повреждение липидной матрицы нарушает пространственное расположение и координацию отдельных звеньев ферментативных путей. Например, микросомальная глюкозо-6-фосфатаза состоит из каталитического и транспортного белков, для проявления активности которых необходимы два фосфолипида (соответственно ФХ и ФЭ), и их гидролиз под действием фосфолипаз инактивирует этот фермент.

Другими примерами липидзависимых мембранных ферментов служат транспортные К+-, Na+-, Са²+-, 1У^²+-АТРазы, липидное окружение которых контролирует амфифильность и микровязкость мембран. Эти ферменты высоко чувствительны к ПОЛ. Они имеют как водорастворимые, так и трансмембранные протомеры, разобщающиеся при повреждениях мембран, что ведет к инактивации ферментов.

Механизмы повреждения клетки, связанные с АТРазами, можно условно разделить на две группы: повреждение самого фермента и повреждение его липидного микроокружения, от которого также зависит активность фермента. Например, Са²⁺-АТРаза ведет к замедлению «оттока» ионов кальция из клетки, выравниванию их концентрации во внутри- и межклеточном пространстве, тогда как при повреждении этого фермента нарушаются гомеостаз и стабильность мембран клетки.

Кроме того, нарушение структурной организации липидного бислоя мембран может прямо воздействовать на фермент (изменяет его активный центр), что затруднит доступность субстрата, находящегося в водной фазе, и будет препятствовать его взаимодействию с ферментом.

Следовательно, разрушительное действие АФК на клеточные мембраны инициируется реакциями цепного окисления мембранных фосфолипидов. Эти реакции начинаются с внедрения в мембраны свободных радикалов (в основном НО'), которые вступают во взаимодействие с ПНЖК фосфолипидов, разрывают в них СН-связи около атома углерода, соседнего с двойной связью (-СН=СН-СН2-), и формируют липидные радикалы или гидроокислы.

Затем липидные радикалы обусловливают появление широкого спектра продуктов деградации фосфолипидов и изменяют свойства мембран.

В ходе окисления фосфолипидов также происходит образование мембраноактивных лизофосфолипидов, которые (как и их гидроокислы) дезорганизуют липидный бислой, увеличивая толщину мембраны, фрагментацию везикул, вытесняя белки из гидрофобной зоны в поверхностную зону мембраны. Эти нарушения изменяют заряд мембраны и конформацию липопротеиновых комплексов, обусловливают появление гидрофильных участков в гидрофобном слое и как следствие нарушают проницаемость и стабильность мембраны (вплоть до ее разрыва).

В свою очередь, перекисному окислению с образованием собственных гидроперекисей подвергается мембранный холестерин.

К сопряженным с ПОЛ реакциям относится изменение роли NO' в свободно-радикальных процессах. Известно, что NO' служит регулятором образования АФК и «тканевого (митохондриального) дыхания«. Эта маленькая молекула связывается с цитохромоксидазой и ингибирует аэробный метаболизм, контролируя скорость входа кислорода в дыхательную цепь митохондрий, что способствует накоплению оксиданта-пероксинитрита.

Кроме того, гидроокислы фосфолипидов могут независимо от АФК инициировать повреждение мембранных белков, что еще больше усугубляет повреждение мембран. В этих случаях пусковым механизмом служат две реакции: взаимодействие сульфгидрильных групп (SH) цистеина со свободными радикалами; образование дисульфитов и сульфоновой кислоты. Пример такого повреждения - это формирование белковых агрегатов в хрусталике глаза при катаракте.

Кроме цистеина, окислению в ходе ПОЛ подвергаются аргинин, гистидин, метионин, пролин, серин, тирозин, фенилаланин (включая их производные), а также гемсодержащие белки. Деструкция этих аминокислот делает их доступными для гидролизации под действием

протеаз, для которых окисленные аминокислотные остатки служат маркерами.

Образование комплексов белков с липидами также происходит в виде двух реакций: формирования ковалентной связи между свободными SH-группами аминокислот и альдегидами (карбоксильные группы окисленных липидов); образования полимерных продуктов за счет формирования поперечных сшивок в белковых молекулах.

При действии АФК возможно их участие в трансдукции сигналов от мембранных рецепторов. В ходе такой трансдукции АФК генерируются совместно с NO' при участии НАДФН-оксидазной системы и NOS-системы. Благодаря такому совместному действию АФК и NO' формируется механизм так называемой редокс-регуляции, нарушение которой повреждает сигнальные белки в клеточных мембранах (см. главу 10).

Активация лизосомальных гидролаз и протеиназ

Происходящая при повреждениях цитоплазмы клетки активация лизосом связана с освобождением из них гидролаз и протеиназ, которые разрушают мембраны, запуская события некротической гибели клетки (см. главу 11). Такой механизм включается при интоксикации гепатотропными ядами, к которым относятся: афлатоксин, галактозамин, змеиный яд, хлорпромазин, четыреххлористый углерод (СС1₄) и др. Эти яды освобождают в печени многие ферменты: ДНКазы и РНКазы, гидролазы и протеиназы (гамма-глюкуронидаза и кислая протеиназа). Изменение активности лизосом может быть вызвано действием ионов Са²+, Mg²+, К+, витаминов А и Е, фосфолипаз, прогестерона, продуктов ПОЛ и других соединений. При освобождении из лизосом кислых липаз (фосфолипаз) происходит ферментативный гидролиз структурообразующих компонентов (нуклеопротеины) и энергосберегающих веществ (гликоген) клетки.

В свою очередь, активация лизосомальных ферментов при холестазе связана с разрушением мембран лизосом под действием желчных кислот.

Эффекты продуктов расщепления фосфолипидов

При гидролизе фосфолипидов, сопровождающемся активацией фосфолипаз, растворимые в воде PLA₂ оказывают мембранолитическое действие, вызывая появление дырок и последующий разрыв мембран.

В зависимости от нуклеотидной последовательности генов, кодирующих PLA₂, были выделены 10 групп фосфолипаз (I-X), включая

изоформы секреторной (sPLA₂), цитозольной Са²+-зависимой фосфолипазы (cPLA₂) и цитозольной Са²+-независимой фосфолипазы (iPLA₂). Для этих групп показано их участие в:

•  апоптозе, некрозе, транслокации к внутриклеточным мембранам (фосфолипаза cPLA₂);

•  функциях, связанных с аллельными формами генов, приводящими к разной экспрессии (фосфолипаза iPLA₂);

•  процессе воспаления (фосфолипаза sPLA₂);

•  фракциях фосфолипидов в липопротеинах плазмы крови (фосфолипаза sPLA₂).

В последних двух случаях субстратами служили: фактор активации тромбоцитов (PAF) или продукты окислительного и энзиматического расщепления фосфолипидов.

Показана также способность всех групп фосфолипаз освобождать арахидоновую кислоту (субстрат для простагландин-Н-синтетазы) при воспалении и ишемии (реперфузии).

Арахидоновая кислота выступает в роли модулятора повреждения клеток при действии лекарств, оксидантов и токсинов, гидролизующих фосфолипиды, повышающие проницаемость мембран и вызывающие лизис клеток. Кроме того, арахидоновая кислота служит субстратом для циклооксигеназы, участвующей в образовании эйкозаноидов (простагландины, простациклины и тромбоксаны), а под влиянием 5-липоксигеназы превращается в лейкотриены, которые регулируют проницаемость сосудистой стенки и являются химиотрактантами для нейтрофилов.

Механизмы повреждения структурных компонентов клеток печени

В настоящее время доказана способность нескольких миллионов химических соединений и более чем 300 лекарственных препаратов повреждать клетки печени - главного органа, в котором происходит метаболизм ксенобиотиков (чужеродных веществ), поступающих в организм с пищей, вдыхаемым воздухом, кровотоком (при переливании крови и ее заменителей) или парентерально. При этом пусковым механизмом является повреждение клеточных мембран гепатоцитов за счет либо прямого действия вирусов, ядов или токсинов, либо опосредованного действия продуктов окислительного стресса и других эндогенных факторов.

К механизмам повреждения структурных компонентов клеток печени также относятся: повреждение лекарственными препаратами, механическое повреждение цитоскелета и его отсоединение

от мембраны (способствует растяжению и разрыву), воздействие на мембранные белки или их комплексы ионами тяжелых металлов, бактериальными токсинами, ядами и другими соединениями.

Клетки печени особенно чувствительны к гипоксии и низкому содержанию гликогена. Так, если гликогена в гепатоцитах мало, в них угнетается синтез АТР, блокируются АТР-зависимые метаболические пути (синтез жирных кислот и гликонеогенез). В результате разрушается мтДНК и снижается функционирование митохондрий, что вызывает некроз клетки*.

В зависимости от механизма патогенеза при поражениях печени выделено четыре основных патологических фенотипа.

•  Цитолиз (некроз гепатоцитов). Связан с нарушением проницаемости плазматической и внутриклеточных мембран, выходом в кровь и межклеточное пространство внутриклеточного содержимого, что ведет к увеличению концентрации билирубина, витамина В₁₂ и Fe²+ и в конечном итоге повышает активность ферментов, участвующих в некрозе.

•  Холестаз или нарушение желчевыводящей функции печени. Связан с повреждением цитоскелета гепатоцитов и приводит к обратному оттоку желчи в синусоиды печени.

•  Синдром печеночно-клеточной недостаточности . Этот синдром приводит к нарушению синтетической и детоксицирующей функций печени, развитию гиперазотемии, падению активности холинэстеразы в крови.

•  Иммуновоспалительный синдром. Этот синдром связан с сенсибилизацией иммунокомпетентных клеток и активацией клеток ретикулоэндотелиальной системы.

Рассмотрим более подробно механизмы лекарственного повреждения клеток печени. Согласно данным W. Lee (2003), при действии лекарств наиболее частыми механизмами повреждения клеток печени являются:

•  метаболические преобразования лекарства с участием цитохрома Р₄₅₀ и образованием аддуктов (ковалентное присоединение к молекуле цитохрома Р₄₅₀ (см. главу 10);

•  миграция образовавшихся аддуктов (лекарство и цитохром Р₄₅₀) к клеточной поверхности и инициация на ней иммунных реакций,

* В настоящее время не вызывает сомнений, что молекулярные повреждения гепатоцитов человека индуцируют не только их некроз, но и апоптоз (см. главу 10).

обеспечивающих образование антител и гаптенов, прямое действие NK-клеток и Т-клеток;

•  образование конъюгатов лекарства с внутриклеточными белками, что обусловливает дисфункцию органелл, нарушает ионный градиент, снижает уровень АТР, вызывает деградацию белка-актина, набухание, лизис и некроз гепатоцитов;

•  воздействие на транспортные белки каналикулярной мембраны и инициация холестаза с последующей стимуляцией апоптоза гепатоцитов;

•  вторичный цитокиновый ответ, инициирующий воспаление и каскад иммуноопосредованных реакций, ведущих к апоптозу гепатоцитов с участием факторов Fas и TNF;

•  действие лекарства на митохондрии, что ведет к разобщению реакций окислительного фосфорилирования, ингибированию синтеза АТР и окислению жирных кислот с последующим развитием ацидоза и внутриклеточным накоплением микровезикул с триглицеридами.

Приведенный перечень механизмов лекарственного повреждения печени, по-видимому, не совсем полный. Это подтверждается отсутствием удовлетворительного ответа на вопрос: почему лекарство, являющееся безопасным для клеток печени у большинства больных с заболеваниями разной природы, вдруг оказывается гепатотоксичным для кого-то одного из них. Исчерпывающий ответ на этот вопрос, скорее всего, базируется на данных, указывающих на генетические вариации белков, способствующих образованию токсичных продуктов и соответствующих конформационным вариациям изоферментов, участвующих в образовании аддуктов с цитохромом Р₄₅₀.

Поэтому причину идиосинкразии на вводимый лекарственный препарат, вероятно, можно объяснить (хотя бы частично) генетическими вариациями молекулы цитохрома Р₄₅₀, обладающего разной каталитической активностью (его у человека не менее 50 форм). Следует также указать на связь механизмов лекарственного повреждения гепатоцитов с ПОЛ плазматических мембран. В частности, ПОЛ не только индуцирует в мембранах характерные нарушения, но и активирует действие фосфолипаз и протеаз на микрофиламенты клетки, нарушая их фиксацию в мембранах или реструктурируя актин, вызывающий некроз.

По такому механизму действуют, например, лекарства, метаболизируемые этанолиндуцируемой формой цитохрома Р₄₅₀ (GYP 2E1).

Этот фермент вызывает развитие окислительного стресса через генерацию АФК. При этом погибшие под действием этанола гепатоциты и купферовские клетки в дальнейшем служат источниками эндотоксинов.

Кроме того, повреждение мембран ЭР в печени может сопровождаться инактивацией цитохрома Р₄₅₀ и нарушением процессов гидроксилирования лекарств, пищевых добавок, токсических веществ, различных ядов и канцерогенов (см. главу 10). К таким веществам, например, относятся: алкилирующие агенты, гелиотрин, тиоацетамид, CC1₄ и эндогенные субстраты (жирные кислоты, простагландины, стероиды и холестерин).