Образование кислородных радикалов надфн-оксидазой - патология органов дыхания у ликвидаторов аварии на чаэс
Взаимодействие фагоцитирующих клеток с корпускулярными частицами или растворимыми стимуляторами вызывает их активацию, выражающуюся в существенной перестройке окислительного метаболизма клеток. При этом происходит увеличение ионной проницаемости клеточной мембраны, резкое возрастание потребления кислорода, сопровождающееся образованием супероксидного радикала. Этот феномен получил название &ldquo-дыхательного&rdquo- или &ldquo-респираторного взрыва&rdquo-. В основе &ldquo-дыхательного взрыва&rdquo- лежит резкое повышение образования НАДФН в клетке в результате активации гексозомонофосфатного шунта (ГМФШ) и окисление НАДФН ферментным комплексом — НАДФН-оксидазой (Bellavite R, 1988- Rossi F. et al., 1986, 1989).
Фагоцитирующие клетки широко распространены в различных органах и тканях. Это — нейтрофилы, моноциты, эозинофилы, базофилы периферической крови, тканевые макрофаги, купферовские клетки в печени, остеокласты костной ткани, клетки микроглии в нервной ткани. Активные формы кислорода, продуцируемые фагоцитами, являются важным элементом защиты организма от чужеродных объектов, так как обладают антибактериальными, противоопухолевыми свойствами (Биленко М. В., 1989- Bellavite R, 1988- Halliwell В. et al., 1989). Показано, что бактерицидный эффект фагоцитов осуществляется действием АФК внутри фаголи- зосом, а цитотоксический — действием на объекты, расположенные вне фагоцита (экзоцитоз), и осуществляется посредством выброса АФК снаружи клетки (Биленко М. В., 1989- Halliwell В. et al., 1989- Rossi F. et al., 1989). К настоящему времени свободнорадикальный механизм признан универсальным для других видов активности этих клеток, включая пролиферацию, бласттрансформацию, хемотаксис и др.
В общем виде реакция восстановления молекулярного кислорода НАДФН-оксидазой выглядит как обычный одноэлектронный процесс:
НАДФН + Н+ + 2O2 ------------- > НАДФ+ + 2O2* + 2Н+
&ldquo-Дыхательный взрыв&rdquo- нечувствителен к действию ингибиторов дыхательной цепи митохондрий — цианида, ротенона и антимицина. То есть этот путь метаболизма кислорода независим от митохондриального дыхания (Rossi F. et al., 1986- Bellavite R, 1988). Природа факторов, активирующих фагоциты, весьма разнообразна. К их числу относятся как растворимые вещества: форболмиристатацетат (ФМА), кальциевые ио- нофоры, конканавалин А, дигитонин формилированные пептиды, жирные кислоты и т.д., так и нерастворимые фагоцитируемые частицы: бактерии, опсонизированный зимозан, латекс, пылевые частицы и т.д. (Rossi Е et al., 1986- Bellavite R, 1988- Halliwell В. et al., 1989). Стимуляция клетки является быстрым процессом. Скорость запуска супероксидгенерирующих систем после активации составляет 30—60 секунд в зависимости от типа стимулятора. Последовательность реакций, происходящих от момента взаимодействия стимула с клеткой в течение этого лаг-периода до момента начала &ldquo-дыхательного взрыва&rdquo-, окончательно не выяснена.
Наряду с повышением потребления фагоцитами кислорода, &ldquo-дыхательный взрыв&rdquo- сопровождается другими метаболическими изменениями: усилением поглощения глюкозы и катаболизмом ее через ГМФШ, снижением отношений НАДФН: НАД+ и глутатиона (Bellavite Р., 1988). Параллельно с этим происходит быстрое снижение внутриклеточного pH, которое сменяется постепенным защелачиванием из-за выведения ионов Н+ в Na+/H+ обмене. Все эти биохимические процессы тесно взаимосвязаны и происходят почти одновременно. Выраженность процесса восстановления молекулярного кислорода зависит от активатора, типа фагоцитов. Так, моноциты крови более активны в этом отношении, чем дифференцированные макрофаги. Установлено, что в моноцитах примерно 30%, а в альвеолярных макрофагах около 10% потребляемого кислорода идет на образование O2 и H2O2 Малый выход АФК в альвеолярных макрофагах (AM), возможно, связан с выраженностью антиокислительной защиты в этих клетках. Однако воспаление, действие эндотоксинов, пыли способствуют рекрутированию в легкие макрофагов, обладающих повышенной способностью продуцировать АФК (Bellavite R, 1988).
Метаболические изменения в фагоцитах при &ldquo-дыхательном взрыве&rdquo- обратимы и могут быть полностью отменены при удалении активатора, например путем отмывания либо замещения лигандом, конкурирующим за связывание с рецептором. Окислительный метаболизм можно вновь активировать вторым стимулом, но в некоторых условиях может произойти десенсибилизация системы. Кинетические параметры &ldquo-дыхательного взрыва&rdquo- зависят от вида активатора. Некоторые стимуляторы, такие как корпускулярные фагоцитируемые частицы, вызывают нарастание дыхания, сопровождающее процесс формирования фагосомы. При завершении фагоцитоза следует спад интенсивности окислительного взрыва. НАДФН-оксидаза фагоцитов ориентирована таким образом, что активный центр фермента, окисляющий НАДФН, расположен на цитозольной стороне мембраны, а активный центр, продуцирующий O2, — практически на внешней поверхности плазматической мембраны (Владимиров Ю. А. и соавт., 1991). Участок оксидазы, связывающий НАДФН, в состоянии покоя погружен в липидный бислой плазмалеммы. Установлено, что O2- продуцирующий участок НАДФН-оксидазы находится во внутреннем гидрофобном слое на коротком расстоянии (4—5 А0) от внешней поверхности. НАДФН-оксидаза является многокомпонентной системой. Основными ее компонентами являются: НАДФН-специфичный флавопротеин и гемопротеин-цитохром в245. Высокая активность НАДФН-специфично- го флавопротеина выявляется в бесклеточных препаратах стимулированных, но не покоящихся нейтрофилов, где фермент полностью неактивен. Сродство оксидазы к НАДФН более чем на порядок выше, чем к НАДН (Rossi Е et al., 1986- Bellavite R, 1988).
Местом генерации супероксида является главный компонент НАДФН- оксидазного комплекса — цитохром в245. Доказательства этого могут быть суммированы в виде следующих положений. Цитохром в245 в отличие от флавопротеина обладает свойствами типичной терминальной оксидазы. Его низкий стандартный редокс-потенциал равный -245 мВ позволяет быстро восстанавливать молекулярный кислород до супероксида (-160 мВ). В активированных фагоцитах он восстанавливается в анаэробных условиях и быстро реокисляется при поступлении кислорода. Цитохром в245 обнаружен во всех фагоцитирующих клетках, отвечающих за активацию &ldquo-дыхательного взрыва&rdquo-. Локализован он как в плазматической мембране, так и в гранулярной фракции клеток и фагоцитарных вакуолях. Однако наиболее убедительно демонстрируют роль цитохрома в 245 в развитии дыхательного взрыва данные, полученные на клетках больных хроническим гранулематозом. Нейтрофилы этих больных неспособны отвечать на активирующее воздействие &ldquo-дыхательным взрывом&rdquo- и поэтому не могут убивать бактерии. У мужчин, больных хроническим гранулематозом с Х-зависимым типом наследования, цитохром в245 в нейтрофилах полностью отсутствует, у женщин — его содержание резко снижено. При ауто- сомно-рецессивном типе наследования цитохром в245 в нейтрофилах присутствует, но не способен восстанавливаться в анаэробных условиях после стимуляции клетки. Во время клеточной дифференцировки цитохром в245 появляется параллельно со способностью клеток к &ldquo-дыхательному взрыву&rdquo- и генерации супероксида.
