13090

продукцию АТФ в клетке, также сопровождается блокадой различных звеньев апоптоза (выхода на поверхность клетки молекул фосфатидилсерина, активации каспаз).

Антиоксиданты не только уменьшают количество свободных радикалов, но и способны даже в присутствии Н2О2 поддерживать необходимый для жизнедеятельности клеток уровень АТФ. Более того, на фоне введенных в организм антиоксидантов усиливается противоопухолевый эффект цитостатиков в основном за счет активизации процесса апоптоза. Показано, что в отсутствие Н2О2 цитостатики проявляют максимальный противоопухолевый эффект, усиливая гибель опухолевых клеток путем активации апоптоза.

Избыточно образующийся при опухолевом (оксидативном) стрессе NO, приводит у онкологических больных к выраженным как цитотоксическим, так и гипотензивным эффектам. Эти нежелательные клинические эффекты NO можно существенно ослабить путем применения следующих препаратов: 1) цианкобаламина в больших дозах (10 мг/кг); 2) глюкокортикоидов, способных ингибировать iNOS; 3) аргиназы, способной разрушать предшественник NO – L- аргинин.

В заключение следует отметить, что нарушение или блокада механизмов апоптоза способствуют развитию и ускорению роста злокачественных опухолей.

Патология, обусловленная усилением апоптоза

Важное место в патологии занимают заболевания, основу которых составляет усиление процесса апоптоза самых разных клеток организма (табл. 7).

Обнаружено большое количество индукторов апоптоза как экзогенного, так и эндогенного происхождения. В частности, к ним относятся стрессогенные факторы, ионизирующие излучения (УФ-лучи, γ- лучи), химиотерапевтические средства (цисплатин, доксорубицин, метотрексат, винкристин и др.), ингибиторы белкового синтеза (например, циклогексимид), этанол, оксиданты (Н2О2, свободные радикалы и др.), сульфиды, гипертермия, белки теплового шока, протеазы, β-амилоидный пептид (предшественник амилоидного белка), глюкокортикоидные гормоны, ионы кальция, глутамат, аспартат, дофамин.

251

Таблица 7 Заболевания, связанные с усилением апоптоза

252

Некоторые интерлейкины также способны индуцировать апоптоз соответствующих клеток. Так, ИЛ-1 индуцирует апоптоз клеток поджелудочной железы, ИЛ-10 – периферических моноцитов, ИЛ-12 – натуральных киллеров и т.д. В конце менструального цикла и эстрогены, и прогестерон индуцируют апоптоз клеток эндометрия матки.

Гибель клеток путем апоптоза чаще обнаруживается:

в гормонально-зависимых тканях (например, гибель клетокмишеней после удаления соответствующих эндокринных желез, в частности гибель клеток предстательной железы после кастрации или гибель клеток коры надпочечников после угнетения продукции АКТГ гипофизом и т.д.);

при снижении кровоснабжения (развитии ишемии) органа;

при появлении дефектных как пролиферирующих (эпителий кишечника), так и непролиферирующих (иммунная система) клеток, возникающих в результате мутаций, вызванных действием вирусов, радиации и т.д.

Кзаболеваниям, характеризующимся усилением апоптоза, отно-

сятся: 1) врожденные соматические аномалии (уродства, дефекты структур, основу которых составляют изъязвления, т.е. «минус ткани»); 2) атрофические или апластические, дегенеративные или дистрофические заболевания нервной, кроветворной, пищеварительной и других систем; 3) ишемические и токсические заболевания жизненно важных органов (сердца, печени, почек и др.); 4) инфекционные (вирусные, бактериальные, паразитарные) заболевания; 5) внутриутробная задержка развития или гибели эмбриона; 6) врожденные поражения сердца; 7) развитие различных дегенеративно-атрофических заболеваний ЦНС (болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, боковой амиотрофический склероз, спинальная мышечная атрофия, синдром Дауна, хорея Гентингтона, гормонально-зависимые опухоли (органов репродуктивной системы), преждевременное старение ЦНС и др.).

В патогенезе всех дегенеративных заболеваний ЦНС большое значение имеет снижение устойчивости нейронов определенных структур мозга к стимуляторам апоптоза: эксайтоаминокислотам, вирусным белкам, ионам кальция и др.

Характеристика дегенеративно-атрофических заболеваний ЦНС, обусловленных активацией апоптоза

253

Болезнь Альцгеймера характеризуется накоплением в ускоренно стареющих нейронах коры головного мозга (преимущественно те- менно-височно-затылочных областей), пептида Аа, Р-амилоида – предшественника амилоидного белка (amyloid precursos protein, АРР), глутамата и ионов кальция, способствующих развитию апоптоза этих нейронов. В настоящее время идентифицирован ген болезни Альцгеймера, продукт которого оказался транскрипционным фактором АLG-2. Установлено также, что в механизмах ускорения апоптоза принимает участие активация NMDA-рецепторов и каспаз. Прогрессирующая дегенерация клеток коры мозга обусловлена преимущественно повреждающим действием активных метаболитов кислорода и недостаточностью холинергических терминалей этих нейронов.

Болезнь Паркинсона развивается в результате дегенеративных изменений нейронов подкорковых образований головного мозга, особенно стриатума и компактной части черного вещества. Развитие апоптоза нейронов в этих образованиях мозга обусловлено: 1) блокированием l-митохондриального комплекса, 2) снижением содержания АТФ; 3) уменьшением образования важного антиоксиданта

– глутатиона; 4) формированием окислительного стресса, 5) активизацией NMDA-рецепторов; 6) повышением входа кальция в клетки, 6) усиленной экспрессией гена р53.

Установлено, что назначение дофамина и препарата леводопы активирует, а ингибиторов моноаминоксидазы (L-депрепил) – ингибирует апоптоз.

Боковой амиотрофический склероз, характеризующийся актива-

цией апоптоза двигательных нейронов головного и спинного мозга, проявляется: 1) стимуляцией в них оксидантной системы, возникающей в результате мутации гена COD1; 2) возрастанием концентрации эксайтоаминокислот; 3) увеличением содержания в нервной ткани свободных радикалов; 4) увеличением числа постсинаптических рецепторов к ним и содержанием внутриклеточного кальция в мотонейронах.

Синдром Дауна, наряду с умственной отсталостью, проявляется нарушением (извращением) дифференцировки и уменьшением количества нейронов ЦНС. При данном синдроме, как и при болезни Альцгеймера, отмечается отложение амилоида внутри нейронов ЦНС. При синдроме Дауна, как и при болезни Паркинсона и боковом амиотрофическом склерозе происходит внутриклеточное увеличение

254

концентрации свободных радикалов и продуктов ПОЛ.

Хорея Гентингтона, проявляющаяся активизацией апоптоза, развивается в результате мутации гена, кодирующего белок хантингтин, играющий важную роль в обеспечении нормальной структуры и функции нейронов.

Распространенными вариантами патологии, развивающейся в сформировавшемся организме в связи с усилением апоптоза, являют-

ся аплазии и дегенеративные процессы.

При патологии системы крови обнаружены наиболее разнообразные ее формы. Чаще всего они развиваются вследствие недостаточности факторов выживания костномозговых клетокпредшественников. Так, в эксперименте направленная инактивация гена ИЛ-7 приводит к тотальной лимфопении, в значительной степени связанной с гибелью предшественников В- и Т-лимфоцитов на стадиях, предшествующих формированию антигенраспознающих рецепторов.

Аналогичная патология, связанная с мутацией гена общей цепи рецепторов для ИЛ-7, ИЛ-2, ИЛ-4, ИЛ-9 и ИЛ-15, описана у человека как тяжелый комбинированный иммунодефицит.

Сходные причины лежат в основе апластической анемии, анемии при дефиците железа, фолатов, витамина В12, талассемии, тромбоцитопении, нейтропении и панцитопении. Показано, что в патогенезе миелодиспластических процессов, приводящих к панцитопении, важное значение имеет активация апоптоза стволовых клеток и ранних кроветворных предшественников. Повышенная готовность к развитию апоптоза Т-лимфоцитов обнаружена при мультицентрической болезни Кастлемана.

Инфекционные процессы образуют большую группу заболеваний, связанных с усилением апоптоза. Индукторами апоптоза служат бактериальные эндотоксины (например, липополисахарид кишечных микроорганизмов) и экзотоксины (в частности, стафилококков и т.д.). Последние, как правило, выступают в роли суперантигенов, вызывая массовую пролиферацию Т-лимфоцитов с их последующей гибелью по механизму апоптоза. Массовый апоптоз, опосредованный фактором некроза опухоли и его рецепторами 1-го типа, развивается при сепсисе.

При вирусных инфекциях сосуществуют факторы, индуцирующие и ингибирующие апоптоз (вирусам принципиально «невыгодна» то-

255

тальная гибель клеток-мишеней). Особая ситуация складывается при СПИДе. Установлено, что доля инфицированных клеток среди гибнущих Т-лимфоцитов невелика. Гибель лимфоцитов происходит по механизму апоптоза. Ее выраженность коррелирует с быстрым прогрессированием заболевания. Апоптозу подвергаются предварительно активированные лимфоциты, в основном несущие маркер клеток памяти CD45RO. Полагают, что одним из механизмов, повышающих их чувствительность к активационному апоптозу, может быть перекрестное связывание молекул CD4 мембранным гликопротеином ВИЧ-1 gpl20 (что моделируется действием на Т-клетки моноклональных антител к CD4), а также связывание gpl20 с рецепторами хемокинов. Вирусный белок Tat способен вызывать апоптоз и сенсибилизировать клетки к его индукторам. Определенную роль в активационном апоптозе клеток CD4+ играет корецептор CD28, поскольку антитела к этой молекуле предотвращают гибель Т-клеток больных СПИДом. Более того, клетки CD4+, инфицированные вирусом ВИЧ-1, менее чувствительны к индукции апоптоза, поскольку один из вирусных белков, Nef, подавляет его развитие.

Существует ряд заболеваний, при которых в реализации основного повреждения клеточных структур органа апоптозу принадлежит решающая роль, в частности:

1) инфаркт миокарда (апоптоз является преобладающей формой гибели кардиомиоцитов в период «реперфузии» участка миокарда, ранее подвергшегося ишемии); 2) токсический (в частности, алко-

гольный) и вирусные гепатиты и т.д.

При хронических гепатитах В и С, наряду с прямым проапопто-

тическим действием вирусов на гепатоциты, гранулоциты и лимфоциты, выявлены иммуноопосредованные (как специфические, так и неспецифические) повреждения инфицированных вирусом клеток

(рис. 18).

В зависимости от характера и степени выраженности апоптоза, как видно из рис.18, может либо наступить выздоровление (в результате разрушения инфицированных клеток с помощью перфорингранзимового комплекса и системы Fas / FasL и элиминации их с помощью макрофагов), либо развиться хронический гепатит (в результате обширной гибели гепатоцитов) с переходом в цирроз печени и снижение иммунных (как неспецифических, так и специфических) функций организма, приводящее в последующем к активизации пато-

256

трофилов при воспалении бронхов и одновременно повышения жизнеспособности бронхиальных эпителиоцитов можно добиться путем введения глюкокортикоидных гормонов. Противовоспалительный эффект теофиллина также реализуется через стимуляцию апоптоза эозинофилов в ткани легких не только через увеличение образования цАМФ в ткани, но и через супрессию белков семейства Вcl-2.

Роль апоптоза в изменении деятельности гормональнозависимых тканей репродуктивной системы (яичников и эндомет-

рия). Апоптоз в яичниках способствует редуцированию количества ооцитов в процессе жизни женского организма. Так, если яичник новорожденной содержит около 5 млн. ооцитов, то к началу репродуктивного периода их сохраняется только около 300 тыс. Для осуществления менструальной и репродуктивной функций необходимо не более 400 примордиальных фолликулов. Благодаря апоптозу основная масса фолликулов редуцируется путем атрезии фолликулов, происходящей на всех стадиях их развития. Только очень незначительная часть фолликулов проходит полный цикл развития от примордиального до преовуляторного и участвует в процессе овуляции. Результатом усиленного апоптоза в фолликулах на одной или нескольких стадиях их развития может явиться развитие преждевременной недостаточности яичников (синдрома истощения яичников).

Образующееся после овуляции желтое тело при отсутствии беременности также подвергается регрессии благодаря апоптозу.

Влияние внешних апоптогенных факторов на развитие различ-

ных патологических процессов. Первое место среди факторов, усиливающих апоптоз, занимает ионизирующая радиация. В связи с тем, что она индуцирует апоптоз преимущественно лимфоидных клеток, эта сторона ее действия проявляется в иммунной недостаточности, хотя вызываемые облучением нарушения кроветворения, по крайней мере, частично, обусловлены индукцией апоптоза клетокпредшественников. Аналогичным эффектом обладают многие хи-

миотерапевтические препараты (цисплатин, доксорубицин, метот-

рексат, винкристин и др.), используемые при лечении опухолей, а также гормоны, прежде всего глюкокортикоиды, широко применяемые при лечении различных заболеваний, ингибиторы белкового синтеза (циклогексимид и др.), белки теплового шока, протеазы, оксиданты (Н2О2, свободные радикалы), этанол, глутамат, аспартат,

дофамин, гепарин, кальций. Важным источником апоптогенных фак-

258

торов служит неблагоприятная, загрязненная внешняя среда. Нор-

мальная экологическая среда практически не является источником воздействий, вызывающих апоптоз. Однако при экологическом не-

благополучии, гипертермии и накоплении агрессивных факторов, на-

пример, диоксина, возникает гибель эпителиальных клеток вилочковой железы и других органов.

Таким образом, в основе достаточно большого числа патологических процессов и заболеваний лежат нарушения процесса апоптоза.

У взрослых могут регистрироваться лишь дефекты с ограниченными фенотипическими проявлениями, поскольку организмы с обширными дефектами такого рода гибнут на ранних этапах онтогенеза.

Наиболее характерными проявлениями недостаточности апоп-

тоза служит развитие аутоиммунных процессов и злокачественных новообразований.

К ведущим проявлениям усиленного апоптоза относятся некото-

рые уродства с дефектами тканей, аплазии и дегенеративные процессы регуляторных (ЦНС, эндокринной, иммунной) систем, а также жизненно важных исполнительных органов и систем.

2.3.3. Возможности терапевтического регулирования апоптоза

Терапия нарушений апоптоза базируется на основе знаний, как причин, так и механизмов программированной гибели различных типов клеток, имеющих разные рецепторы и внутриклеточные передатчики апоптогенных сигналов. Например, сведения о рецепторопосредованной регуляции апоптоза клеток гормонозависимых новообразований позволяют использовать андрогены для лечения рака предстательной железы либо антагонисты эстрогеновых рецепторов для регрессии рака молочной железы.

Знания о внутриклеточных передатчиках сигналов апоптоза в разных типах клеток позволяют с успехом применять антиоксиданты, а также регуляторы содержания кальция и активности различных протеинкиназ в этих клетках.

Для лечения заболеваний, связанных с замедлением процесса апоптоза (например, опухолевой и аутоиммунной патологии), разрабатываются методы и средства, способные ускорить этот процесс.

259

Наиболее перспективным является метод генной инженерии с использованием вирусных векторов. Для их создания используется вирус, у которого сохранена белковая капсула (обусловливающая способность проникать в определенные клетки), но инактивированы его патогенные свойства. В геном вируса встраивают гены, являющиеся индукторами апоптоза. В результате активации механизмов смерти опухолевые клетки погибают. Кроме того, можно назначать средства, обладающие способностью индуцировать апоптоз (перечень которых см. выше).

Для торможения апоптоза с целью уменьшения зоны инфаркта в тканях используются различные ингибиторы каспаз и т.д.

Для лечения заболеваний, характеризующихся усилением апопто-

за (например, дегенеративно-атрофических болезней нервной системы, ишемических и токсических поражений сердца, печени, почек и др.), также используется метод вирусного вектора. При этом, однако, в вирусную ДНК встраивают гены, обладающие способностью не стимулировать, а ингибировать (замедлять) апоптоз. В целях торможения усиленного апоптоза (особенно при дегенеративных заболеваниях ЦНС) как в эксперименте, так и в клинике с успехом применяются лекарственные средства, обладающие способностью ингибировать апоптоз (перечень которых см. выше), особенно рилузол, флупертин, селегитин, юмекс и др. Эти препараты, в частности, способны: 1) блокировать NMDA-рецепторы; 2) тормозить проникновение в клетку ионов кальция; 3) стимулировать синтез глутатиона (являющегося универсальным внутриклеточным антиоксидантом); 4) ингибировать моноаминооксидазу типа В; 5) активировать дофаминовые рецепторы и т.д.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Дайте определение понятия «повреждение клетки».

2.Дайте классификацию основных видов повреждений клеток.

3.Назовите обратимые и необратимые повреждения клеток.

4.Назовите морфологические и функциональные признаки повреждения клеток.

5.Каков патогенез повреждения клеток?

6.Назовите активные и пассивные механизмы защиты, компенсации и приспособления поврежденных клеток.

7.Дайте определение понятиям «дисплазия», «дистрофия», «пара-

260