Механизм токсического действия

Ботулотоксин оказывает повреждающее действие на различные структурно-анатомические образования периферической нервной системы: нервно-мышечный синапс, нервные окончания преганглионарных нейронов и парасимпатических постганглионарных нейронов. Токсины избирательно блокируют высвобождение ацетилхолина в этих структурах. Наиболее уязвимыми являются нервно-мышечные синапсы.

В опытах in vitro и in vivo, выполненных за рубежом (Пирс и соавт., 1997), установлено, что действие ботулотоксина приводит к угнетению как спонтанного, так и вызванного возбуждением нервного волокна выброса нейромедиатора в нервных окончаниях. Чувствительность постсинаптических рецепторов к ацетилхолину не изменяется. Блокада передачи сигнала не сопровождается изменением характеристик процессов синтеза и хранения ацетилхолина. При исследованиях in vitro установлено, что после добавления в инкубационную среду токсина в концентрации 10^-8 М спонтанная и вызванная активность концевой пластинки мотонейрона снижается на 90% в течение 60 - 90 минут. По расчетам, для блокады одного синапса достаточно 10 молекул яда. В экспериментах установлено также, что чем выше нервная активность, тем быстрее развивается блок проведения импульса в синапсах.

Полагают, что в основе эффекта лежит нарушение токсином механизма взаимодействия синаптических везикул, в которых депонирован ацетилхолин, с аксолемой, - необходимый этап процесса Ca²⁺-зависимого экзоцитоза медиатора в синаптическую щель. Электрофизиологические исследования показывают, что в отличие от нормальной реакции нервно-мышечного синапса на повышение содержания кальция в инкубационной среде (дозо-зависимый выброс нейромедиатора), увеличение концентрации экстрацеллюлярного кальция с 2 до 16 мМ не приводит к усилению выброса ацетилхолина нервным окончанием, обработанным ботулотоксином. Только совместное введение в инкубат Ca²⁺ (4 мМ и выше) и некоторых ионофоров (4-аминопиридин, гуанидин и др.) временно усиливает выброс ацетилхолина из нервных окончаний.

Действие вещества продолжительно, до нескольких недель, и потому характер взаимодействия токсина с пресинаптическими структурами-мишенями можно рассматривать как необратимое. Полагают, что восстановление нормальной иннервации мышц происходит в результате формирования новых синаптических контактов.

Морфологические изменения в пораженных синапсах не выявляются методами световой и электронной микроскопии.

Молекулярный механизм действия токсина окончательно не выяснен. Доказанными являются следующие представления.

Как указывалось ранее, периоду клинических проявлений предшествует скрытый период, во время которого происходит взаимодействие токсиканта с нервными окончаниями. Выделяют четыре периода действия токсина на синапс:

- связывание его с плазматической мембраной холинэргических нервных окончаний;

- интернализация токсина путем эндоцитоза внутрь нервного окончания;

- высвобождение действующей части белковой молекулы токсина и проникновение ее в цитозоль пресинаптического окончания при участии pH-зависимой транслоказы;

- проявление действующей частью токсина свойств метал-зависимых эндопротеаз и разрушение специфических белков, участвующих в процессе выделения ацетилхолина из нервного окончания.

За процесс связывания с рецептором (акцептором) нервного оконча­ния ответственна, прежде всего, тяжелая субъединица сложной молекулы токсина. Афинность окончаний различных холинэргических нейронов к молекулам ботулотоксина неодинакова. Наивысшим сродством обладают окончания мотонейронов, иннервирующих произвольную мускулатуру. У различных серологических типов ботулотоксина, сродство к акцепторам неодинаково.

Интернализация связавшегося с рецепторами токсина осуществляется путем эндоцитоза. В результате токсин оказывается внутри нервного окончания, заключнным в мембранные везикулы, называемые эндосомами.

После проникновения внутрь нервного волокна высокомолекулярная субъединица токсина обра­зует пору в мембране эндосомы, которая действует как канал, через который легкая цепь проникает в цитозоль пресинаптического окончания.

Теперь свободно передвигаясь в нервном окончании, легкая цепь токсина оказывает воздействие на субстратные белки.

Биохими­ческие исследования показали, что нейро­токсины обладает цинк-зависимой эндопептидаэной активно­стью и энзиматически расщепляют ряд белков нервных окончаний, важных для нормального высвобождения нейротрансмиттеров. Ботулотоксины А и Е расщепляют белок SNAP-25, ботулотоксин С - НРС-1 (синтаксин), токсины D и F расщепляют изоформу VAMP-1 (синаптобревин-1), токси­н В - VAMP-2 (синаптобревин-2) и т.д. Протеолитическое расщепление этих специфических белков в нервных окончания приводит к угнетению нормального высвобождения ацетилхолтина и, в конечном счете, к появлению основных признаков ботулизма.