2.1.4. Превышение рО2 в клетке сверх уровня нормальных вариаций

как следствие менее интенсивного дыхания и некоторого выравнивания рО2 внутри и вне её создаёт угрозу глобального токсического воздействия повышенных концентраций О2 на все структуры клетки.

Активация ПОЛ биологических мембран под влиянием гипероксии была в своё время подтверждена во многих работах (Владимиров, Арчаков, 1972; Turrens et al., 1982 и др.). Этот процесс протекает с участием различных АФК – О, 1О2, ОН˙, Н2О2, что давно уже доказано с помощью разных физико-хими-ческих методов (Fridovich, 1979; Афанасьев, 1984; Cerutti, 1985). Скорость же образования АФК в ходе многочисленных ферментативных и неферментативных реакций и самоокисления различных соединений прямо зависит от рО2 (концентрации О2): при повышении последних она увеличивается, а при понижении – уменьшается (Fridovich, 1975; Скулачев, 2001).

С другой стороны, недостаточное митохондриальное дыхание (потребление О2), ответственное за гипероксию в предопухолевых и неопластических клет-ках, должно приводить к повышению в этих клетках содержания различных АФК, так как увеличение концентрации О2 стимулирует внутриклеточную про-дукцию его активных форм митохондриями, микросомами, пероксисомами, ферментами цитозоля, а также в ходе неферментативных процессов окисления, прежде всего липидов. Одним из таких фактов можно считать, например, сооб-щение о повышенном содержании в клетках рака молочной железы женщин АФК и MDA, с чем связываются сниженный уровень кофермента Q10 и высокая экспрессия ферментов SOD, GPX и каталазы в опухолевой ткани в сравнении с окружающей неопухолевой (Portakal et al., 2000).

Подобные прооксидантные состояния вызываются химическими канцеро-генами, различного рода излучениями, гипербарической оксигенацией, инги-биторами антиоксидантных ферментов (Cerutti, 1985). Например, известный канцероген афлатоксин В1 после однократной внутрибрюшинной инъекции значительно повышает уровень ПОЛ печени крыс. Подкожная же предобра-ботка бифлавоноидом тернатином (25 мг/кг) более чем на порядок уменьшала индуцированные афлатоксином возросшие концентрации MDA. Эффект тер-натина был сходен с действием витамина Е (300 мг/кг), и он признан как превентивный агент при индукции рака печени афлатоксином В1 (Souza et al., 1999). Введение в/б крысам линии Wistar канцерогена N-метил-N-нитро-N-нитрозогуанидина повышало уровень ПОЛ в печени, что приводило к снижению содержания GSH и активностей GPX и глутатион-S-трансферазы. Предварительное же введение экстракта листьев чеснока и лука-перея значительно уменьшало интенсивность ПОЛ, повышало уровни антиоксидантов и активность детоксифицирующих ферментов в желудке, печени и крови животных (Arivazhagan S.

Существенно, что различные промоторы канцерогенеза (форболовые эфиры и др.) также индуцируют в клетках окислительный стресс. Кобляков (1998) после анализа и обобщения множества работ о механизме действия индукторов суперсемейства цитохрома Р-450 как промоторов канцерогенеза пришёл к выводу: «уже на ранних стадиях канцерогенеза в инициированных клетках существуют условия для поддержания более высокого уровня АФК по сравнению с нормальными окружающими клетками, что может являться одним из факторов, определяющих избирательный рост инициированных клеток на каких-то стадиях промоции». Эти признания подтверждают наше давнее более кардинальное положение, лежащее в основе упомянутой кислородно-перекис-ной концепции канцерогенеза: при длительном воздействии избыточные количества АФК и продуктов ПОЛ могут быть не только промоторами канцерогенеза, но и его инициаторами. В поддержку данного представления впослед-ствии высказались и другие исследователи. Так, в статье «Кислород – наш основной канцероген?» (Joenje, 1983) также обсуждался вопрос о бластомогенности О, 1О2, ОН˙ и Н2О2 в предположении, что они, в основном, оказывают генотоксическое действие, предупреждаемое в норме клеточной антикислородной защитной системой. По данным обзора (Marnett, 1987), посвящённого роли пероксидных свободных радикалов в метаболической активации опухолевых процессов в коже, эти радикалы могут выступать как инициаторами, так и промоторами канцерогенеза.

С указанных позиций неудивительно, что АФК действительно вызывают трансформацию клеточных культур, являются опухолевыми промоторами и канцерогенным фактором (Cerutti, 1985).

Приведём ещё несколько не очень давних фактов. Радикалы семихинонов, Ои ОН˙ участвуют в индукции и промоции колоректального рака, причём начальными агентами здесь являются желчные кислоты, группа витамина К и комплексы железа. Эти метаболиты способны нарушать нормальный механизм генерации свободных радикалов. Комплексы железа, высвобождающиеся из гемоглобина под влиянием липоперекисей или Н2О2, могут быть ответственными за генерацию в желудочно-кишечном тракте активных свободных радикалов (ОН˙ и др.). Последние, как и липоперекиси, взаимодествуют с ДНК (Blakeborough, 1989). Участие реактивных форм О2 показано на развитии рака ротовой полости у лиц, жующих табак или бетель. На разных стадиях канцерогенеза происходит всплеск генерации О, обусловленный различными механизмами. Понимание онкогенной роли радикалов О2 помогает обосновать отбор агентов для подавления образования радикалов в щелочной жевательной смеси и слюне жующих; устранения токсических радикалов О2 в пределах клеток слизистой, экспонированных с канцерогенами или опухолевыми промоторами из табака и бетеля; ингибирования радикалов О2, секретируемых лимфоцитами, которые инфильтрируют очаги повреждения слизистой (Stich, Anders, 1989).

Таким образом, способность АФК в повышенной концентрации выполнять роль про- и канцерогенного агента является точно установленным фактом, что подтверждается материалами постоянно публикуемых обзоров по данной проблеме (Krämer, 1994; Rautalahti, Huttunen, 1994; Забежинский, Анисимов, 1998; Halliwell, 1999 и др.). Вообще же, любые факторы, способствующие установле-нию устойчивого прооксидантного состояния, можно рассматривать как про-канцерогенезные. Одним из таких факторов может быть, например, анаста-моз. Так, гистоавторадиографическое изучение оставшейся после резекции части желудка крыс Wistar показало, что в месте анастомоза со стороны желудка наблюдалось увеличение индекса метки (животным перед забоем вводили 3Н-тимидин). В этой же области развивались аденоматозные и диспластические изменения, а в ряде случаев – раковые опухоли с высоким уровнем пролиферации по периферии. Поэтому возрастание пролиферативной активности клеток слизистой оболочки желудка в области анастомоза было естественным отнести к канцерогенным факторам (Meyer et al., 1984).

Ряд гипотез, постулирующих важную роль АФК в индукции опухолей в связи с низкой активностью Mn-SOD, выдвигали ранее Оберли с соавт. (Oberley et al., 1981; Oberley, Oberley, 1984). Однако их модель, несмотря на наличие некоторых точек соприкосновения с нашей концепцией онкогенеза, в целом существенно отличается от последней, в том числе в принципиальном воп-росе – объяснении первопричин, ведущих к избыточности АФК. Слабое про-явление Mn-SOD в опухолях может объясняться по-разному. Так, если этот фермент действительно кодируется на митохондриальной ДНК (Береговская, Чеботарев, 1989), то указанную «слабость» логично представить как следствие снижения в клетках неоплазмы количества и качества митохондрий, нарушения в последних структуры и функции ДНК.

Так или иначе, сведения о пониженном уровне Mn-SOD в опухолях иногда дополняются новыми. Например, в астроцитомах активность Mn-SOD была значительно ниже, чем в нормальной мозговой ткани, а в астроцитомах стадии III-IV активность этого фермента снижена по сравнению с таковой в астроци-томах стадии I-II (Wang et al., 2000). Свою давнюю позицию снова подтвердили и Oberley T. D. с сотруд., показав более низкий уровень Mn-SOD и Cu,Zn-SOD в раковой ткани поджелудочной железы человека, чем в ткани эпителия с доб-рокачественными опухолями. Эти и другие подобные факты стали для ука-занной группы исследователей основанием для утверждения: окислительный стресс наступает уже на ранних стадиях канцерогенеза (Bostwick et al., 2000). Такое же в принципе положение, напомним, было выдвинуто и нами ещё в 1976 году (Лю, Ефимов, 1976).

С нашей точки зрения, возможный дефицит содержания и активности Mn-SOD следует рассматривать, скорее всего, как побочный результат трансформации клеток и как лишь второстепенный, дополнительный фактор повышения в них уровня О и поддержания прооксидантной ситуации. Отчасти это мнение подтверждается работой, авторы которой (Van Driel et al., 1997), показав более низкое содержание Mn-SOD в раковой опухоли толстой и прямой кишок человека, чем в нормальной слизистой оболочке и аденоме кишки, считают: «сниженная экспрессия пероксиддисмутазы не служит прогностическим признаком, развивается вторично и прямо не связана с возникновением рака».

С упомянутой выше гипотезой о роли низкоактивной Mn-SOD в канцерогенезе не согласуются и такие данные последних лет. У 3-5-месячных крыс LEC (Long-Evans Cinnamon), выживших после острого гепатита, в конце концов, развивается рак печени, причём активность каталазы и GPX у них снижена, активность же Mn-SOD повышена (Hayasaki, 1996). В процессе злокачествен-ной трансформации клеток HDR-3 эмбрионов сирийского хомячка, индуци-рованной облучением, происходит последовательное увеличение активности Mn-SOD, количеств самого фермента и его мРНК, так что полностью малигнизированные клетки имеют более высокие уровни Mn-SOD, чем предопухолевые или нормальные. Указанные эффекты, по мнению Отеро и соавт. (Otero et al., 1996), возникают в ответ на образование клетками неоплазмы TNF-α. Из сказанного выше следует, что присутствие SOD, включая Mn-SOD, на определённом концентрационном уровне есть всё же фактор антиканцерогенезный и противоопухолевый. Это подтверждают и следующие работы.

Активность Mn-SOD в клетках рака молочной железы линии MCF-7, трансфицированных кДНК Mn-SOD, в 5,7 раза превышала таковую в клетках MCF-7 дикого типа. Избыточная экспрессия SOD коррелировала с падением эффективности формирования колоний при посеве на плотную среду и клонообразования на мягком агаре, а также со снижением онкогенности клеток при их введении мышам nude. Авторы данного исследования считают, что ген SOD является геном-супрессором опухолей, повышенная экспрессия которого подавляет, в частности, злокачественный фенотип клеток MCF-7 (Li J.-J. et al., 1995). В культурах клеток мезотелиомы человека обнаружено усиление экспрессии Mn-SOD по сравнению с клетками нормального мезотелия, отмечена обратная корреляция между уровнем Mn-SOD в клетках и скоростью клеточной пролиферации. Клетки мезотелиомы с высоким уровнем Mn-SOD были более резистентны к действию облучения, цитостатиков и к индукции апоптоза, чем клетки мезотелиомы с низким содержания Mn-SOD и клетки нормального мезотелия (Kahlos, 1999).

Приведённые материалы создают впечатление, что в клетках неоплазмы экспрессии гена Mn-SOD способствует само пребывание их в «кислородно-перекисном» состоянии. Подтверждение этому получено недавно на культуре астроглиальных клеток крысы, подвергавшихся воздействию Н2О2. Показано возрастание уровня мРНК Mn-SOD как результат транскрипционной регуляции в условиях окислительного стресса (Rohrdanz et al., 2001). Смысл такой реакции путём подключения отрицательной обратной связи состоит, очевидно, в ограничении токсического действия избыточных АФК и является, следовательно, адаптивным ответом

Таким образом, изложенное выше позволяет заключить: с одной стороны, Mn-SOD является противоопухолевым агентом, снижающим значение дисбаланса ∆К (ПО – АО), скорее всего, до уровня ∆А1 (ПО – АО), которое необхо-димо для индукции «нижнего» типа апоптоза А1; с другой же, Mn-SOD препятствует возрастанию ∆К (ПО – АО) до уровня ∆А2 (ПО – АО), требуемого для индукции «верхнего» типа апоптоза А2 (Лю М. Б., Исмаилов, 2001). Указанные варианты кислородно-перекисного механизма апоптоза рассмотрены нами в п. 7.1. А о противоопухолевом эффекте другой, Cu,Zn-содержащей SOD пока-зано следующее. Подкожная инъекция крысам Zn,Cu-SOD (2 мг, 14 доз) после имплантации фибросаркомы КМТ-17 приводит к подавлению роста опухоли (Saito et al., 1994). О том же свидетельствует и такой факт. Клетки гепатомы Нер-62, трансфицированные геном Cu,Zn-SOD человека, показали по сравнению с контролем ингибирование скорости роста и увеличения их массы, а также сниженную способность к формированию клонов в мягком агаре. Размер опухолей, образуемый ими у мышей nude, был уменьшенным (Bai et al., 1998).

Конкретные механизмы ПОЛ при участии АФК продолжают быть предме-том дискуссии. Прямое действие О на двойные связи ненасыщенных жирных кислот считается маловероятным из-за того, что окислительная способность его ниже, чем у 1О2 и ОН˙ (Афанасьев, 1984; Меньшикова, Зенков, 1997). Более того, О в биохимических реакциях может выступать как окислителем, так и восстановителем. Например, он восстанавливает более реакционные радикалы RO˙ и RO(Владимиров и др., 1991):

RO˙ + О + H+ → ROH + O2 ;

RO + О + H+ → ROOH + O2 .

По этой причине О может даже ингибировать процессы ПОЛ и защищать клетки от повреждения (McCord, 1995).

Значительно более активен радикал гидроксила, вступающий в химические реакции с белками, нуклеиновыми кислотами и повреждающий мембраны, реагируя с липидами. Образование радикала ОН˙ возможно при взаимодействии О с гидроперекисями липидов LOOH или с Н2О2:

LOOH + О → O2 + LO˙ + OH˙;

H2O2 + О → O2 + OH˙ + OHˉ.

Но, по мнению большинства исследователей (Harris et al., 1994 и др.), радикалы ОН˙, скорее всего, образуются в результате реакций:

О + О + 2 Н+ → О2 + Н2О2;

О + Fe3+ → O2 + Fe2+ ;

H2O2 + Fe2+ → Fe3+ + OH˙ + OHˉ.

В общем же случае источником ОН˙ в присутствии Н2О2 могут быть следующие варианты взаимодействия металлов переменной валентности (не обязательно только железа) с О (см. Дубинина, 1989):

Men + О → Men-1 + O2;

Men-1 + H2O2 → Men + OH˙ + OHˉ;

Men + О → [Me O2]n-1;

[Me O2]n-1 + H2O2 → [Me O2]n + OH˙ + OHˉ;

[Me O2]n → Men + O2.

Сказанное выше о малой вероятности прямого взаимодействия О с ком-понентами клетки относится в определённой степени и к Н2О2: это соединение более опасно тем, что, реагируя с О или с Fe2+, приводит к образованию всё того же очень реакционноспособного ОН˙ по реакции Габера-Вейса. Радикал гидроксила отнимает у молекулы липида LH атом водорода и образует радикал липида L˙ (Владимиров и др., 1991):

LH + OH˙ → L˙ + H2O;

L˙ + O2 → LO

LO + LH → LOOH + L˙;

LOOH + Fe2+ → Fe3+ + OHˉ + LO˙;

LO˙ + LH + → LOH + L˙.

Приведённые реакции отражают, как известно, цепной характер процесса окис-ления, разветвление и зарождение новой цепи окисления.

Вообще же, для радикалов ОН˙ характерны три основных типа реакций, в качестве примера которых со ссылкой на литературу приводятся следующие (Осипов и др., 1990):

1) отрыв атома водорода от органической молекулы

ОН˙ + СН3ОН → Н2О + ˙СН2ОН;

2) присоединение к молекуле по двойной связи

ОН˙+ С6Н6 → ˙С6Н6ОН;

3) перенос электрона

ОН˙ + Cl → Cl˙ + ОНˉ.

К реакциям первого типа отнесены, в частности, взаимодействие ОН˙ с лецитином (одна из основных реакций при инициировании ПОЛ в мембранах) и реакция ОН˙ с дезоксирибозой, входящей в состав оснований ДНК. Ко второму типу реакций отнесено взаимодействие радикалов ОН˙ с пуриновыми и пиримидиновыми основаниями ДНК и РНК.

2.1.5. Приведённые выше реакции демонстрируют участие железа (Fe) в реализации свободнорадикальных процессов ПОЛ. Имеется в виду в основном свободное Fe, которое представлено в тканях в форме негемового, неферрити-нового двухвалентного Fe, связанного с низкомолекулярными лигандами. Это наводит на мысль о том, что избыток такого Fe в течение достаточно продол-жительного времени может привести к устойчивой интенсификации ПОЛ мембран и тем самым, согласно излагаемой нами концепции, способствовать пролиферации клеток и развитию канцерогенеза. Из множества известных в литературе фактов на этот счёт напомним лишь о некоторых из них.

Хроническая перегрузка крыс железом индуцировала образование пере-кисей липидов и пролиферацию клеток печени без повреждения ДНК (Whittaker et al., 1992), а инициация пролиферации мышиных фибробластов BALB/c-ЗТЗ, имевшая место в присутствии небольших концентраций 1,2-диметилгидразина (0,1-1,0 мМ) в течение 24 ч, не наблюдалась при введении в среду хелаторов Fe2+ (Gamberini et al., 1997). Эти данные подтверждают аналогичные результаты, полученные другими авторами в более ранних исследованиях. К числу последних относится работа Коваленко и соавт. (1986), в которой на примере клеток почки эмбриона свиньи убедительно показана стимулирующая роль свободного Fe в пролиферации клеток. Ими, в частности, выявлена чёткая кор-реляция между подавлением клеточного роста и уменьшением содержания внутриклеточного Fe, вызываемого пиколиновой кислотой – природным хела-тором металлов переменной валентности, причём блокирование роста происхо-дило при снижении уровня свободного Fe в клетках приблизительно в 2 раза по сравнению с контролем. Блок, осуществляемый пиколиновой кислотой, снима-ется при замене среды на нормальную или при добавлении к культуре Fe.

Позднее, правда, та же группа исследователей (Полтораков и др., 1996) указала на альтернативный путь участия ионов Fe2+ в механизме клеточной пролиферации. Как оказалось, пиколиновая кислота блокирует клеточный цикл на границе фаз G1–S, показывая необходимость Fe2+ для прохождения клеток через фазу S, т.е. для процессов синтеза ДНК. В связи с этим авторы полагают, что «пул внутриклеточного свободного железа поставляет ионы Fe2+ для син-теза железосодержащих ферментов, в частности, обеспечивающих нормальное функционирование процесса клеточного деления». В качестве одного из таких ферментов называется участвующая в синтезе компонентов ДНК рибонуклеотидредуктаза. Обобщение упомянутых фактов позволяет придти к заключению: при окислительном митогенезе в норме и опухолевой трансформации ионы Fe2+ необходимы как для активации процессов ПОЛ, так и для синтеза некоторых ферментов, причастных к пролиферации клеток.

Железо увеличивает in vivo и in vitro продукцию проканцерогенных радикалов О2. На крысах Sprague-Dawley показано, что введение в течение 5 нед Fe-дестранового комплекса (парентерально 15 мг/кг массы тела) и 1 раз в неделю 1,2-диметилгидразина по 20 мг/кг приводит к образованию опухо-лей толстой кишки у 92 % по 2,62 ± 1,39 опухоли на 1 крысу; введение же декстрана без Fe и затем того же канцерогена индуцировало колоректальный канцерогенез лишь у 73 % по 1,4 ± 1,06 опухоли на 1 животное. Железо влияет на промоцию опухолей толстой кишки и не влияет на инициацию (Nelson et al., 1989). Об этом же свидетельствует значительное повышение частоты и ускорение появления у мышей неоплазм, индуцированных тем же 1,2-диметилгидра-зином при введение per os Fe2+ (Siegers et al., 1988). Сходные данные содержатся и в ряде других работ. Например, чёткие результаты получены в исследовании, где крысам Sprague-Dawley с 21-го дня жизни и до конца эксперимента давали диету с дефицитом Fe (2 мг/кг корма), нормальным уровнем Fe (120 мг/кг корма) или с избытком его (1200 мг/кг корма) в виде FeSO4·7H2O, а на 50-й день жизни вводили 1-метил-1-нитрозомочевину (в/б, 25 мг/кг). Анализ, проводившийся в течение 32 нед. после введения канцерогена, показал: в группе с дефи-цитом Fe возникновение опухолей молочной железы в первые 14 нед. значи-тельно подавлялось по сравнению с другими группами; в 14-32 нед. в группе с нормальным содержанием Fe в диете частота тех же опухолей достигала плато, тогда как в группе с избытком Fe она продолжала расти (Thompson et al., 1991). С повышенным содержанием Fe в организме связывают возникновение нео-плазм и в других органах (Crawford, 1998; Chen X. X. et al., 2000).

Препараты Fe (карбонил или цитрат железа, железо-дестран) усиливают у крыс реакции окислительного стресса, в частности ПОЛ, связанные с опухолевой промоцией. При введении же хелаторов Fe, например, десферриокса-мина, наблюдается обратный процесс (Mitjavila, 1990). В состоявшихся уже опухолях десферриоксамин торомозит пролиферацию клеток. На примере глиом человека показано, что обработка клеток этим препаратом в концентрации 160 мкм останавливала их в фазе G1, а в концентрации 10 мкм замедляла прохождение клеточного цикла и к 72 ч вызывала накопление клеток в состоянии G2/M. Действие десферриоксамина принимало необратимый характер на 1-2-ые сутки (Renton, Jeitner, 1996). В экспериментах такого рода способность хела-торов Fe тормозить рост опухоли не подтверждена лишь в одной известной нам работе, в которой бестимусным мышам трансплантировали нейробластому человека (Selig et al., 1998). Здесь не обнаружено влияние десферриоксамина и других хелаторов на сроки жизни животных, строение и размеры опухолей.

Сильным опухолевым промотором печени, действующим путём активации окислительного стресса, является Fe3+-нитрилотриацетат (Fe-NTA). Введение его крысам снижает в ~2 раза активности GPX, глутатионредуктазы и каталазы (см. п.2.1.11), в 2-3 раза увеличивает содержание в печени MDA и в 3-5 раз повышает активность ODC (см. п.2.3.3). Ранее было показано, что Fe-NTA оказывает канцерогенное действие на почки (Iqbal et al., 1995). Действительно, Fe-NTA приводит к образованию почечной аденокарциномы у грызунов. При однократном же введении им Fe-NTA (в/б, 15 мг/кг веса тела) в почках инду-цируется острый окислительный стресс, что регистрируется по накоплению продуктов ПОЛ и снижению внутриклеточного пула SH-групп (Fukuda et al., 1996). Об этом же говорится в другой работе (Toyokuni et al., 1997), где показано, что после введения Fe-NTA крысам в почках и печени повышается, наряду с количеством зависимых от дозы альдегидов, содержание белков, модифициро-ванных NTA и MDA, и у животных, в конечном счёте, развиваются карциномы. В последующих публикациях данные обо всех указанных эффектах Fe-NTA продолжали пополняться и уточняться (Athar, Iqbal, 1998; Kimoto et al., 2000).

Возбуждаемый Fe-NTA окислительный стресс распространяется и на ядер-ные структуры. Было сообщено, например, о возрастании в 5 раз уровня 8-гид-роксигуанозина в составе ДНК клеток почки крыс после однократной в/б дозы Fe-NTA. Правда, через 120 ч после введения Fe-NTA животным повышалась также в 5 раз репарационная активность фермента в отношении указанного продукта окислительного повреждения ДНК (Yamaguchi et al., 1996). На экспериментальных моделях окислительной нефротоксичности и рака почки у крыс линии Wistar, индуцируемых Fe-NTA (в/б, 7,5 мг/кг), при воздействии избыточ-ными дозами витамина Е в рационе получен целый набор примечательных эффектов. Таковыми были: ингибирование ПОЛ, снижение образования 8-гид-рокси-2΄-гуанозина в составе яДНК, падение частоты возникновения раковых опухолей в почках, торможение апоптоза (Zhang D. et al., 1997). О модификации ДНК при введении в организм Fe-NTA сообщают и другие исследователи (см., например, Kimoto et al., 2000). В этой связи важно подчеркнуть принципиаль-ное положение о том, что в механизме всех названных подавляемых антиок-сидантом процессов заметную роль, если не основную, выполняет перокси-дативный стресс.

В общем, несмотря на имеющиеся возражения (Vip, Williamson, 1989) складывается достаточно аргументированное мнение, согласно которому повышенное содержание Fe в клетках и тканях организма увеличивает соответственно и онкологический риск, и это особенно существенно в отношении опухолей, индуцируемых радиацией. Возможными механизмами действия Fe здесь счи-тают участие его в образовании кислородных радикалов, пероксидации липидов и в процессах, способствующих росту и развитию трансформированных клеток в организме (Stevens, Kalkwarf, 1990; Hirayama, Yasutake, 1998; Okada, 1998). По материалам, обобщённым еще в обзоре Вейнберга (Weinberg, 1984), избыток Fe способен увеличивать частоту и интенсивность инфекционных болезней и образования неоплазм. Поэтому во время микробной или опухолевой инвазии в порядке защиты происходит срочная мобилизация механизмов удержания (связывания) в организме Fe, неодходимого для роста. В частности, в потенци-альные места инвазии организм помещает Fe-связывающие белки. Для сниже-ния частоты и интенсивности указанных заболеваний необходимо всячески усиливать факторы удержания Fe организмом-хозяином. Как одно из важных направлений профилактики рака рассматривается также воздействие на мета-болизм Fe (Okada, 1998).

Ростстимулирующее действие желeза продолжается, по-видимому, и в зло-качественно трансформированных клетках. Об этом свидетельствуют, в частно-сти, данные о стимуляции пролиферации клеток глиомы крысы и клеток L1210 лейкоза мыши трансферрином. Связывание железа десферриоксамином в куль-туральной среде блокировало деление клеток L1210 при переходе из фазы G1 в фазу S клеточного цикла. Стимуляцию роста блокировал также антиоксидант пропилгаллат (Basset et al., 1985). В этой работе заслуживает внимания и факт активации железом очищенной гуанилатциклазы в присутствии ненасыщенных жирных кислот и предполагаемая на этом основании стимуляция железом пролиферации клеток с помощью синтезируемого cGMP. В действительности же указанную активацию гуанилатциклазы и связанных с ней последующих событий в клетке осуществляют, скорее всего, гидроперекиси липидов (см. п.2.3.2), образующиеся в свободнорадикальных реакциях с участием Fe2+.

Судя по некоторым исследованиям, промоция и канцерогенез связываются не только с избытком Fe, но и с дефицитом его. Полагают, например, что рак – результат метаболических нарушений в организме, вызванных расстройством метаболизма железа и его дефицитом (Tandon, 1989). Интересен также следующий факт. Крысам-отъемышам Fischer, получавшим рацион без железа, вводили внутрь в течение 9 нед диметилгидразин (30 мг/кг в неделю). Данный канцероген на 50 % повышал образование перекисей липидов и на 28 % снижал активность SOD печени крыс (по сравнению с получавшими Fe-содержащую пищу). Поэтому было предположено: длительный дефицит Fe может увеличи-вать риск канцерогенеза при участии окислительного стресса (Rao, Jagadeesan, 1996). Указанные соображения могут быть легко восприняты, если будет как-то обоснован механизм возникновения окислительного стресса в названных выше условиях. Нам представляется, что такой исход при недостаточной концентрации Fe в принципе возможен вследствие, например, заметного ослабления функций зависимых от Fe ферментов дыхательной цепи митохондрий. Это обстоятельство должно приводить к внутриклеточной гипероксии и активации ПОЛ мембран, т.е. к созданию прооксидантной канцерогенной ситуации даже при дефиците железа.

Наконец, роль железа как стимулятора ПОЛ, промоции и канцерогенеза может быть косвенно усилена ионами Са2+. Оказалось, что в области низких концентраций (около 10–5 М) Са2+ стимулирует ПОЛ путём высвобождения ионов Fe2+, связанных с отрицательно заряженными группами липидных субстратов, и повышения тем самым содержания каталитически активных Fe2+ в системе. Высокие же концентрации Са2+ (10–4 М и выше), наоборот, способны оказывать ингибирующий эффект, взаимодействуя О (Савов и др., 1986).

В канцерогенном отношении привлекают внимание и другие металлы, в частности, кадмий – тяжелый, редкий и рассеянный элемент, обнаруженный у всех позвоночных животных, причём больше всего в их печени. Ранее считалось, что кадмий влияет на углеводный обмен и активность некоторых ферментов. Однако, судя по современным данным, Cd2+ вызывает, с нашей точки зрения, и проканцерогенезные эффекты. В опытах на изолированных митохон-дриях печени крыс Sprague-Dawley показано, что в присутствии сукцината добавление Cd2+ вызывало зависимое от концентрации их набухание в интервале 5-30 мкМ. В этом же интервале Cd2+ тормозил потребление митохондриями О2 с 4,5 до 3,5-0,5 мкмоль/мин на 1 г. В данной связи обсуждается роль нарушения функциональной активности митохондрий в гепатотоксичности Cd2+ (Al-Nasser, 2000). В другой работе (Pearson. Prozialeck, 2001) Cd2+признаётся уже как канцероген для человека. Полагают, что он может участвовать как в инициации рака, активируя онкогены, так и в его прогрессии, повышая метастатический потенциал путём нарушения контактов между эпителиальными клет-ками и функции Е-кадгерина.

На вопрос, каким является механизм указанных Cd2+-опосредованных эф-фектов, считаем возможным, опираясь на сказанное выше, ответить: кадмий индуцирует развитие и прогрессию канцерогенеза, вероятнее всего, через дисфункцию митохондрий. Возникающее при этом состояние гипероксии и пероксигеназного стресса ответственно за АФК-зависимую экспрессию протоонкогенов, утрату межклеточных контактов (см. п. 1.1.1 и 2.4.3) и ряд других про-неопластических сдвигов. К их числу относятся, несомненно, данные о том, что при п/к введении мышам CdCl2 5 H2O в дозе 40 мкм/кг ПОЛ в печени увеличивалось до 200,7 %, при этом снижались активность глутатион-S-трансферазы и уровень GSH до 81,7 %. Совместное же введение Cd2+ и α-липоевой кислоты, обладающей антиоксидантным свойством, предотвращало названные эффекты, и смертность мышей падала с 60 до 20 % (Bludovska et al., 1999).

К развитию зависимого от АФК канцерогенеза причастен также хром (Cr3+). Канцерогенные свойства его связывают с выработкой радикалов ОН˙ в реакциях типа Фентона, а мелотонин и сходные с ним соединения способны инактивировать эти радикалы и тем самым оказывать противоопухолеый эффект (Qi et al., 2000). По другим данным, за большинство токсических эффектов сравните-льно с Cr3+ и Cr5+ ответственен Cr6+. Под действием последнего индуцируются свободные радикалы, окислительные повреждения белков и ДНК, которые вме-сте способны инициировать образование опухолей. Авторы этой работы (Dayan, Paine, 2001) отмечают недостаточную изученность молекулярных механизмов указанных эффектов Cr6+, однако, как представляется нам, индукция канцерогенеза по кислородно-перекисному пути здесь почти очевидна. Наконец, с пози-ций того же механизма интересна информация о наличии у соединений Cr5+ свойств, имитирующих АФК. Флуоресцентным методом показано, что такие соединения индуцируют флуоресценцию чувствительных к оксидантам красителей (приводятся формулы) в результате непосредственного взаимодействия, без предшествующего образования АФК (Martin et al., 1998).

2.1.6. Промежуточные и конечные продукты ПОЛ в избыточном количес-тве высокотоксичны и представляются нам эндогенными канцерогенами, так как хорошо известно их канцерогенное действие. Они являются причиной пов-реждения внутриклеточных структур и инактивации различных биологических макромолекул, в том числе ферментов и регуляторных белков (Владимиров, Арчаков, 1972; Журавлев, 1982). По существу же вследствие гипероксии и избыточного ПОЛ дважды возникают ситуации, ведущие к нарушениям струк-туры и функции различных компонентов клетки: во-первых, это сам факт изменения состояния липидов мембран при перекисном их окислении, который небезразличен для целостности этих мембран и нормального функционирова-ния встроенных в них белковых структур; во-вторых, качественное изменение самих мембранных и, по-видимому, немембранных белков при взаимодействии их с АФК и продуктами ПОЛ.

Действительно, фосфолипиды, будучи сложными полифункциональными соединениями, в норме принимают активное участие в поддержании надмолекулярной организации мембран и регуляции их метаболической деятельности. В частности, управление работой мембраносвязанных ферментов может осу-ществляться изменением состояния липидов мембран: для одних ферментов необходимы «жидкое» состояние и легкоокисляемые липиды в качестве аллостерических эффекторов, а для других – более жёсткое состояние мембран и трудноокисляемые липиды-эффекторы (Бурлакова, 1981). Очевидно, при некотором избыточном ПОЛ могут быть превышены допустимые изменения жидкокристаллического состояния липидного бислоя мембран, состава и концентрации отдельных фракций липидов-эффекторов, что приведёт к нарушению связанных с ними ферментных комплексов, частичным повреждению и деградации самих мембранных структур. Конкретные последствия в связи с подобными изменениями в митохондриальной, плазматической, микросомальной и других мембранах клетки обсуждаются ниже.

Возникающие при гипероксии и в процессе ПОЛ активные формы О2, радикальные интермедиаты и бифункциональные реагенты типа MDA могут взаимодействовать с белковыми компонентами мембран. В результате образуются ковалентно связанные белок-липидные комплексы P-L, где P – белок, а L – липид. Возникают также белки с неспаренной валентностью P˙, способные к дальнейшей полимеризации (Каган и др., 1986):

P˙ + P˙ → P-P; P + L˙ → P-L; P˙ + L → P-L;

P P˙ + L → P-P-L; P P + L˙ → P-P-L; P P˙ + P → P-P-P.

Причём авторы этой же работы отмечают: «…в мембранных структурах образование липопротеидных комплексов в результате ПОЛ, как и в модельных системах будет, по-видимому, носить минорный характер, тогда как основными продуктами белковой полимеризации в зависимости от степени окисленности окажутся димерные, тримерные и более высокоассоциированные продукты белковой интеграции».

Модификация различных белков в составе мембран и вне их не может, естественно, не приводить к искажению и даже утрате природных функций этих белков. На этот счёт имеется соответствующая литература. Так, механизм окислительной модификации белков (ОМБ) подробно рассмотрен в работе Дубининой и Шугалей (1993). Наиболее важными в ней представляются следующие обобщения: 1) в нормально функционирующем организме процессы ОМБ протекают локально за счёт металлокатализируемого окисления аминокислотных остатков в местах связывания с металлом; 2) степень выраженности окисления белков зависит от интенсивности генерации АФК и состояния антиоксидантной защиты клетки; 3) характер ОМБ зависит от типа АФК: радикал ОН˙чаще всего вызывает агрегацию белков, а в комбинации с О или О2 – фрагментацию их; 4) белки, подвергнутые окислительной инактивации, становятся более чувствительными к эндогенному протеолизу; 5) ОМБ связана с инактивацией их ферментативной активности; увеличение содержания АФК сопровождается разрушением и основных ферментов антиоксидантной защиты (каталазы, GPX, SOD); 6) усиление ОМБ наряду с ПОЛ играет важную роль в патогенезе ряда заболеваний; 7) ОМБ как один из ранних индикаторов поражения тканей при свободнорадикальной патологии резко возрастает при этой патологии. Мы полагаем, что в трансформированной и опухолевой клетках, находящихся в состоянии непрерывного пероксигеназного стресса, в полной мере реализуются указанные процессы.

Изучение окислительной деградации белков при окислительном стрессе продолжается и в настоящее время (Zaidi, Michaels, 1999). Полагают, что с учётом многообразной функциональной нагрузки белков в тканях их окислительная модификация может носить избирательный и специфический характер. Кроме того, окисление биомолекул возможно не только за счёт ОН˙ и других АФК, но и в результате образования железокислородных комплексов – феррил- и перферрил-ионов (Qian, Buettner, 1999; Дубинина и др., 2002).

Эндогенные канцерогены перекисной природы, по всей вероятности, подхватывают и продолжают воздействие на различные внутриклеточные мишени, начатое экзогенными канцерогенными факторами непосредственно или индуцированное ими косвенно. При энзиматическом образовании липидные перекиси имеют строго специфическую структуру, с чем может быть связана избирательность их действия. По-видимому, и при прямом и неферментативном окислениях какая-то часть возникающих продуктов ПОЛ достаточно специфична и потому способна к избирательному взаимодействию с некоторыми биополимерами. Более того, в последние годы стало известно, что при свободнорадикальном окислении ненасыщенных жирных кислот и, в частности, арахидоновой кислоты, высвобождаемых фосфолипазой А2 из липидов при их гидролизе, образуются весьма своеобразные эффекторные молекулы, а не только продукты с малоспецифическими биологическими эффектами. К числу таковых относят аналоги простагландинов, возникающие в организме при свободнорадикальном окислении арахидоновой кислоты и названные изопростанами. Полагают, что изопростаны наряду с изолейкотриенами и другими изооксилипинами представляют собой новый класс липидных эффекторов, являющихся индикаторами и медиаторами окислительного стресса (Дятловицкая, Безуглов, 1998; Lawson et al., 1999).

2.1.7. По кислородно-перекисной модели канцерогенеза ключевой мишенью воздействия теперь уже и продуктов ПОЛ представляются митохондрии и в первую очередь – их дыхательная цепь, т.е. тот же легкоуязвимый первичный объект, что и при старении и атаке канцерогенных факторов. В результате создаётся ситуация, когда митохондрии как бы постоянно ослабляют сами себя благодаря образованию замкнутого цикла с положительной обратной связью, устойчиво поддерживающего состояние пероксидации. Продукты её способны непосредственно подавлять дыхание и разобщать окислительное фосфорилирование (Владимиров, Арчаков, 1972; Сутковой, Барабой, 1985; Gardner et al., 1994), по-видимому, вследствие отравления дыхательных ферментных систем.

О реальности такого исхода событий свидетельствуют, например, и следующий факты. Окислительный стресс в митохондриях, индуцированный введением трет-бутилгидроперекиси, приводил к образованию продукта ПОЛ 4-гидроксиноненаля, по мере накопления которого повышалась степень ингибирования цитохром-с-оксидазы. Активность этого фермента подавлялась так-же при введении экзогенного гидроксиноненаля (50-450 мкМ). А GSH, образуя с последним конъюгат, защищал цитохром-с-оксидазу от инактивации (Chen et al., 1998). После 5-10 мин инкубации гепатоцитов крысы с 1,5-3,0 мМ той же гидроперекиси t-бутила были снижены на 50 % как окислительная, так и фосфорилирующая активности митохондрий. Эти эффекты объяснены тем, что указанный гепатотоксин индуцирует ПОЛ, приводящий к образованию MDA, который и инактивирует дыхательные ферменты (Drahota et al., 2000). К такому же, по сути, расстройству энергопроизводства должно приводить нарушение регуляции дыхательных ферментов со стороны их фосфолипидного микроокружения при развитии ПОЛ. На зависимость этих ферментов от фосфолипидов указывают давние сведения о том, что каталитическая активность любого из 4-х дыхательных комплексов митохондрий резко снижается при экстракции жировыми растворителями, а при добавлении ненасыщенных фосфолипидов – вновь восстанавливается (Озернюк, 1978), причём активирующий эффект их тем выраженнее, чем выше степень ненасыщенности добавляемых фосфолипидов (Малер, Кордес, 1970).

Для реализации каталитических функций дыхательных ферментов и сопряжения электронотранспортных процессов необходим, в частности, кардиолипин – одна из легко окисляемых фракций фосфолипидов. В давних опытах по удалению фосфолипидов из комплексов дыхательной цепи митохондрий сердца быка и последующей реактивации ферментов фосфолипидами показано, что полная реактивация достигается лишь после добавления кардиолипина (Fry, Green, 1981). Расщепление фосфолипазой А2 кардиолипина, связанного с цито-хром-с-оксидазой быка, сопровождается обратимым снижением на 45-50 % электронотранспортной активности фермента. Добавление лишь кардиолипина, но не фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина восстанавливает его актив-ность, Полагают также, что кардиолипин важен не только для полной электро-нотранспортной активности цитохром-с-оксидазы, но и играет структурную роль в стабилизации её четвертичной структуры (Seldak, Robinson, 1999).

Несколько иной результат получен при изучении влияния кардиолипина на структуру и функцию внутренней мембраны митохондрий печени крысы. Добавление его к интактным митохондриям in vitro заметно повышало протонную проводимость и скорость дыхания в состоянии 4, приводило к небольшому разобщению окислительного фосфорилирования и изменению проницаемости мембраны для Са2+ (Bobyleva et al., 1997). По-видимому, в гипероксических in vitro условиях данного конкретного эксперимента добавленный кардиолипин легко подвергается перекисному окислению, которое отражается на состоянии внутренней мембраны митохондрий, приводя к упомянутым структурно-функ-циональным её изменениям. Вообще же, по изложенным выше причинам активность ряда ферментов дыхания (цитохрома с, цитохромоксидазы, сукцинатдегидрогеназы и др.) в процессе канцерогенеза, как давно известно, значительно падает (Гобеев, Березов, 1979), и это снижение считают качественной характеристикой раковых клеток (Дмитриева и др., 1977).

С точки зрения излагаемого подхода любое вещество в принципе канцерогенно, если оно так или иначе индуцирует в нормальной клетке избыточное ПОЛ, подавляет митохондриальное дыхание и создает тем самым канцерогенную ситуацию в виде устойчивой гипероксии и повышенной свободнора-дикальной пероксидации липидов во всех мембранных структурах. Можно указать, например, на некоторые антибиотики (адриамицин, блеомицин, доксорубицин и др.), способные при восстановлении-окислении генерировать свободные радикалы О2, активировать перекисное окисление митохондриальных фосфолипидов, ингибировать ферменты дыхательной цепи, усиливать про-лиферацию клеток (Bianchi et al., 1987). Доксорубицин, введённый крысам (20 мг/кг; в/б) снижал антиоксидантную активность, повышал ПОЛ и чувст-тельность к окислительному стрессу в сердце, печени и крови. Совместное же действие антибиотика с витамином Е (10 100 мг/кг/день; в/м) или N-ацетил-цистеином (100 мг/кг; в/б) оказывало защитный эффект: величины ПОЛ в указанных органах были ниже, чем в норме (Venditti et al., 1998). Отметим также работы, в которых обобщены материалы о генерации свободных радикалов О2 при метаболизме адриамицина и ряда других лекарственных средств, рассмотрены антиоксидантные механизмы защиты клеток от прооксидантного и токсического действий АФК (Martinez-Cayuela, 1998; Venkatesan et al., 2000).

Интересны также данные о том, что доксорубицин (адриамицин) при воздействии на лейкозные клетки К-562 в дозе 0,2-5,0 мкМ подавляет экспрессию митохондриальных и ядерных генов, кодирующих соответственно субъединицы II и IV цитохром-с-оксидазы, индуцирует апоптоз и специфичную для него дег-радацию ДНК указанных клеток (Papadopoulou, Tsiftsoglou, 1996). Если подоб-ный механизм ослабления митохондриального дыхания существует и в отношении нормальных клеток, то это – ещё один возможный вариант «антибиотикового» канцерогенеза, развивающегося на основе пероксидативного стресса.

Ранее указанные антибиотики не считались бластомогенными. Более того, они обладают противоопухолевыми свойствами. Теперь же известны факты, хотя пока и единичные, о способности адриамицина и дауномицина вызывать в эксперименте опухоли у животных (Bucclarell, 1981; El-Mofty et al., 1991). Новые антрациклиновые противоопухолевые антибиотики морфолинодауномицин и цианоморфолиноадриамицин индуцировали злокачественную трансформацию in vitro мышиных фибробластов СЗН М2 и опухоли молочных желез у крыс Spraque-Dawley. Из-за высокой онкогенности применение этих антибиотиков в клинике стало проблематичным (Westendorf et al., 1987). Возможные причины противоположного действия указанных антибиотиков по отношению к нормальным и опухолевым клеткам рассмотрены в нашей монографии (Лю, Шайхутдинов, 1991), и с позиций кислородно-перекисной модели канцероге-неза их двойственный эффект не представляется парадоксальным.

С падением потенциальной активности некоторых дыхательных фермен-тов при малигнизации и дальнейшей прогрессией опухоли связывают ряд особенностей её энергетического обмена, в частности, снижение уровней окислительного фосфорилирования и АТР, активацию гликолиза, уменьшение числа митохондрий и упрощение их ультраструктуры (см. п. 2.1.1). Эти эффекты аналогичны тем, которые развиваются при антиоксидантной недостаточности, например, при Е-авитаминозе. Механизмы, ведущие к дефектности и деграда-ции части митохондрий, уже обсуждались нами в главе 1 в связи с рассмотрением схемы развития пероксидативного стресса в клетке в процессе её «митохондриального» старения. При канцерогенезе же эти сдвиги усугубляются и становятся особенно выраженными, дополняясь действием каких-то других ме-ханизмов. К ограничению сборки и функционирования митохондрий приводит также дефицит дыхательных ферментов глутамат- и малатдегидрогеназы, цитохрома с и белков внешней мембраны митохондрий, синтезируемых мембраносвязанными полирибосомами (Бердинских, 1983), поскольку количество последних при избыточном ПОЛ значительно уменьшается вследствие разобщения с мембранами микросом и, по-видимому, митохондрий. Здесь важно отметить, что не только дефектность митохондрий, но и само уменьшение их числа в клетке ведёт к негативным для неё «кислородно-перекисным» последствиям, поскольку снижается общее потребление О2 клеткой, соответственно повышаются в ней рО2 и зависимое от последнего образование АФК.

Примечательно, что для некоторых биологических преобразований пер-оксидантный путь разрушения митохондрий запрограммирован природой в качестве необходимого естественного этапа. Например, при созревании рети-кулоцитов деградации митохондрий предшествует синтез массового количества липооксигеназы, катализирующей реакции ПОЛ мембран митохондрий и окисление в них некоторых железосодержащих белков. В результате на первых этапах деградации нарушается структура митохондрий и ингибируется дыхательная цепь. На последней стадии вследствие протеолиза и последующего действия пептидаз происходит полное расщепление белков митохондрий до аминокислот (Rapoport, Schewe, 1986; Schnurr et al., 1996).

По-видимому, стадия митохондриального протеолиза присуща не только созревающим ретикулоцитам, но и другим типам клеток. Так, из межмемб-ранного пространства митохондрий печени крысы была выделена и частично очищена протеиназа, селективно разрушавшая полипептиды внутренней мембраны, в частности сукцинат-цитохром-с-редуктазный комплекс (Duque-Magal-haes, Gualberto, 1987). Протеолиз ингибируется АТР, поэтому для клеток с недостаточным дыханием и дефицитом АТР защитный эффект последнего должен снизиться, а степень митохондриального протеолиза – возрасти. Существование такого механизма представляется реальным и в малигнизирующихся клетках, и в опухолевых. Ещё на один механизм ликвидации митохондрий, связанный с потерей регуляции Са2+-зависимых пор при реализации, правда, апоптотического сигнала, указывает Зоров (1996). По его мнению, в результате необратимого открывания этих пор «могут произойти сброс митохондриального мембранного потенциала и протонного градиента, Са2+-зависимая активация нуклеаз, протеаз и липаз, начало деградации митохондрий и, наконец, мито-хондриальная гибель».

ДНК митохондрий, как известно, не суперскручена и не защищена белками, поэтому она должна быть более доступной и чувствительной к воздействию АФК и липоперекисей по сравнению с яДНК (Пескин, 1997; Jakes, Van Houten, 1997). К примеру, повышенная повреждаемость митохондриальных полинуклеотидов уже на ранней стадии окислительного стресса показана на фибробластах хомяка НА-1. Обработка их Н2О2 вызывала деградацию мтДНК, но не яДНК. Кроме того, в митохондриях снижалось содержание мРНК, при этом не затрагивались мРНК, кодируемые ядерным геномом и участвующие в синтезе белков дыхательной цепи (Abramova et al., 2000). Окислительная модификация затрагивает пуриновые и пиримидиновые основания ДНК, приводит к образованию пероксидов ДНК, разрыву одной или обеих её нитей (Осипов и др., 1990; Кулинский, Колесниченко, 1993). Эти деструктивные процессы причастны, оче-видно, к дефектности митохондрий и снижению их количества в опухолевых клетках, а также к делециям мтДНК, обнаруживаемым с помощью ПЦР в различных опухолях, например, в карциномах желудка (Maximo et al., 2001).

В связи с окислительной модификацией мтДНК и образованием её фрагментов высказана также интересная гипотеза по механизму канцерогенеза. Считают, в частности, что фрагменты мтДНК могут в принципе включаться в ядерный геном клетки и являться причиной возникновения опухолей и раннего старения. Возможные пути экспериментальной проверки гипотезы обсуждаются автором (Richter, 1988). Но здесь важно отметить, что все указанные изменения и перестройки являются следствием устойчиво поддерживаемого в малигнизируемой клетке пероксигеназного стресса.

Ввиду первостепенной роли состояния митохондрий в старении, возрастных болезнях, канцерогенезе и ряде других патологий перед исследователями возникают и некоторые новые вопросы проблемного характера. Один из них формулируется так: зависят ли и как вероятность, время и частота возникновения болезней, связанных с митохондриями, от особенностей регуляции в норме окислительного фосфорилирования в различных тканях животного и человека? О том, что различие между тканями (органами) в такой регуляции существует нам стало известно из работы, авторы которой (Rossignol et al., 2000) в экспериментах на крысах установили следующее. В сердце и скелетных мышцах регуляция окислительного фосфорилирования осуществляется главным образом на уровне дыхательной цепи; в печени, почках и головном мозге эта регуляция производится на уровне фосфорилирования ATP-синтетазой и носителем фосфата. Данные различия, как отметили исследователи, «позволяют частично объяснить тканевую специфичность митохондриальных цитопатий».

Приведённые, на первый взгляд, малоприметные материалы представля-ются нам весьма существенными, если анализировать их с позиций возможной причастности указанных путей регуляции энергопроизводства к созданию усло-вий для окислительного стресса разной интенсивности, длительности и частоты. Действительно, в клетках тканей (органов), где окислительное фосфорилирование не лимитируется мощностью ATP-синтетазы и доставкой фосфата, окислительный процесс в дыхательной цепи митохондрий не лимитируется сопряжённым с ним фосфорилированием. Потребление в них О2 митохондриями идёт интенсивно, поэтому рО2, содержание АФК и уровень ∆ (ПО – АО) поддерживаются низкими. Клетки в таких тканях (органах) стареют медленнее и кислородно-перекисные патологии, в частности рак, возникают в них сравнительно редко. К таковым относятся те части организма, которые по своему природному назначению должны часто и длительно работать в интенсивном режиме, с большой нагрузкой, чтобы обеспечить выработку необходимого для таких случаев повышенного количества ATP. Это прежде всего упоминавшиеся выше сердце и скелетные мышцы. АФК, генерируемые дыхательной цепью, особенно в режиме активного её функционирования, могут оказывать повреждающее действие. В порядке адаптации к этому в клетках указанных тканей развился ряд эндогенных механизмов защиты. Например, в период активности скелетных мышц «включаются» антиоксидантные энзимы, белки стресса или теплового шока (McArdle, Jackson, 2000).

В клетках тканей (органов), где не требуется высокоинтенсивный синтез ATP и экстремальные нагрузки и режимы маловероятны, надобность в повышенной мощности ATP-синтетазы, очевидно, отпадает, и это ограничение дол-жно служить лимитирующим и тем самым регулирующим фактором для процесса фосфорилирования и сопряжённого с ним процесса окисления в дыхательной цепи митохондрий. В такой ситуации нередкими будут снижение скорости утилизации О2 митохондриями и соответственно некоторое повышение внутриклеточных уровней рО2, АФК и ∆ (ПО – АО). Этот путь, в какой-то мере облегчающий при определённых условиях индукцию окислительного стресса, более эффективен и «патологичен», чем в случае, когда АФК генерируются только самой дыхательной цепью как в предыдущем варианте регуляции окислительного фосфорилирования. А теми необходимыми, подходящими услови-ями являются воздействия различных экзогенных и эндогенных агентов и факторов, которые усугубляют это прооксигеназное состояние. В соответствии с кислородно-перекисными концепциями старения и канцерогенеза органы с ука-занным состоянием энергетики быстрее стареют, они более «подготовлены» к тому, что в них чаще возникают различные патологии, в частности, неоплазмы, ввиду повышенной вероятности возрастания дисбаланса ∆ (ПО –АО) до «канцерогенезного» ∆К (ПО – АО). К числу «слабых» в этом отношении органов можно отнести, например, печень, почки, головной мозг и некоторые другие.

Возможен, на наш взгляд, и ещё один вариант: в клетках тех тканей (органов), где фосфорилирование хотя и ограничено мощностью ATP-синтетазы, а сам процесс окислительного фосфорилирования идёт постоянно и в пределах допустимого достаточно интенсивно, процесс окисления в дыхательной цепи не лимитируется и условия для приближения к состоянию окислительного стресса в норме не возникают. Такие ткани (органы) редко подвергаются злокачественной трансформации. Примером здесь могла бы служить молочная железа коров. Кстати, со сказанным в принципе согласуется и известное мнение о том, что вероятность возникновения рака молочной железы у женщин можно снизить, если они будут чаще рожать детей. Смысл этой рекомендации отчасти видится в поддержании в митохондриях относительно постоянного энергопроизводства и снижения тем самым вероятности возникновения в действующих клетках молочной железы окислительного стресса по изложенной выше причине.

2.1.8. В связи с ответственной ролью соединений активного О2 в канцерогенезе необходимы сведения о генерирующих их системах и локализации последних. Имеющейся информации на этот счёт пока недостаточно. Считают (Лукьянова и др. 1982), что при ингибировании транспорта электронов в дыхательной цепи митохондрий на конечный акцептор – молекулярный кислород – возникает состояние, благоприятствующее их переносу от внутриклеточных восстановителей на любой доступный окислитель. В частности, в условиях гипоксии такой перенос электронов происходит через клеточную мембрану на внешние редокс-системы, роль которых в эксперименте могут выполнять естественные и искусственные акцепторы электронов, например, трансферрин, феррицианид и др.

Обмен восстановительных эквивалентов между клеткой и окружающей средой или между клетками ткани рассматривается как путь, альтернативный восстановлению при участии внутриклеточных терминальных оксидаз (Лукьянова и др., 1982). Этот путь, возможно, и реализуется in vivo в клетках гипок-сических участков опухоли, однако с точки зрения кислородно-перекисной модели канцерогенеза важнее осмыслить складывающиеся цепи переноса электронов в клетках периферийных активно растущих участков неоплазмы, где из-за неэффективного функционирования дыхательной цепи и дефицита самих митохондрий снижено общее потребление О2 и соответственно увели-чено внутриклеточное рО2. Фактически в таких клетках создаются условия, когда растворённый в липидном матриксе молекулярный О2 не сможет восстанавливаться до конечного продукта, а будет претерпевать последовательное одноэлектронное восстановление с образованием активных форм О2. При гипероксии эффективность этого процесса значительно возрастает вследствие, как отмечают Каган и др. (1986), «увеличения вероятности взаимодействия О2 с восстановленными переносчиками даже тогда, когда процесс переноса электронов на цитохромоксидазу совершается беспрепятственно и количество восстановленных переносчиков в цепи ограничено». Между прочим, по некоторым данным (Raha, Robinson, 2000), при нормальном ходе окислительного фосфорилирования и, прежде всего, согласованной работе комплекса переносчиков дыхательной цепи примерно 1 % вступающего в реакцию О2 восстанавливается до О. При этом одним из основных источников синтеза супероксида является неферментативное окисление полувосстановленного убихинона.

В условиях «фиктивной» гипоксии, при наличии внутри малигнизирующейся и опухолевой клеток избыточного О2, в действие вступают, очевидно, как новые внутриклеточные пути переноса электронов на О2, так и трансплазматические мембранные окислительно-восстановительные системы (Crane et al., 1985). И те, и другие электронотранспортные цепи, по-видимому, ответственны за интенсивную генерацию пролиферирующими клетками опухоли АФК и, в частности, за одноэлектронное восстановление молекулярного О2 до О. С этих позиций интересны данные о стимуляции роста клеток HeLa окислительно-восстановительной системой, действующей через плазматическую мембрану (Sun et al., 1984). Показано, что непроникающий через эту мембрану феррицианид в концентрации 10 мкМ, а также набор других непроникающих окисли-телей с редокс-потенциалом до –125 мВ, обладали чётким стимулирующим эффектом. Все они в отличие от не стимулирующих восстанавливались трансмембранно электронотранспортной системой. Некоторые противоопухолевые химиопрепараты ингибировали трансмембранную редокс-систему и, следовательно, продукцию О, с чем, по нашему мнению, отчасти и связан их лечебный эффект.

Имеются сведения и о локализации других супероксидгенерирующих систем. Так, в ядерных мембранах опухолей обнаружены необычные редокс-цепи, причастные к повышенному образованию О (Збарский, 1982; Greenly, Davies, 1994; Пескин, 1996). А трансмембранная NADPH-оксидаза, участвующая в об-разовании О, расположена, как известно, в плазматической мембране клетки и секретирует супероксид в межклеточное пространство (Babior, 1999). Неда-вно, однако, появилось относительно новое сообщение: в нейтрофилах показана исключительно внутриклеточная локализация NADPH-оксидазы, в связи с чем описаны механизмы её связи с плазматической мембраной и выделения О (Kobayashi, Seguchi, 2001).

Перерождение клеток в злокачественные должно усиливаться и ускоряться, если наряду с необходимым условием – повышенной концентрацией сильных окислителей обеспечить эти клетки в достатке соответствующими субстратами, «сжигание» которых будет способствовать избыточному по сравнению с нормой образованию в них токсических перекисных продуктов (см. п. 2.1.6). Здесь существуют различные возможности. Это, прежде всего, стимулирующее действие прооксидантов, в частности свободнорадикальных форм О2, на активность фосфолипаз типа А (PLA) во внутриклеточных органеллах, в том числе в митохондриях и микросомах (Садовникова, 1989; Byczkowski, Cannel, 1996; Sakamoto et al., 1999). Имеются также данные о стимуляции АФК (О) активности PLD митохондрий, что приводит к понижению содержания фосфолипи-дов и, в частности, фосфатидилэтаноламина. Это показано при изучении влияния свободных радикалов на липиды митохондрий кишечника крысы (Madesh et al., 1997). Кроме того, активацию указанных ферментов осуществляет Са2+ – известный активатор фосфолипаз. Концентрация Са2+ в цитоплазме трансформируемой клетки и её мембранах может увеличиваться вследствие слабой в условиях недостаточности дыхания работы Са2+-АТРазы и (или) накопления отрицательно заряженных перекисных группировок.

Активация PLs, приводя к накоплению в мембранах свободных жирных кислот, прежде всего арахидоновой, повышает доступность субстрата окис-ления для прооксидантов и ускоряет тем самым процессы ферментативного и неферментативного ПОЛ. В этом аспекте интересны также данные об активации в опухолевых клетках Са2+-независимой PLA2 субтоксическими концентрациями органического гидропероксида (Кондакова, Nalbone, 1997). Свободнорадикальной моделью здесь служило воздействие гидропероксида третичного бутила (20-50 мкМ) на клетки мышиной мастоцитомы Р815 в течение 15, 30 и 60 мин. Результат: активность фермента в клетках увеличилась соответственно на 260, 280 и 160 %.

2.1.9. Из рассмотренных выше представлений следует, что в опухолевой клетке и вне её возникают различные связи, поддерживающие в ней исходную гипероксию и пероксидацию. По кибернетическим понятиям – это замкнутые циклы с положительной обратной связью, воспроизводящие условия для угнетения митохондриального дыхания и разобщения его с фосфорилированием, следовательно, создания дефицита ATP и избытка AMP. Один из этих циклов относительно быстродействующий: внутриклеточная гипероксия → пероксидация липидов мембран, в том числе митохондриальных → ингибирование ферментов дыхания → поддержание состояния гипероксии. Действие же других циклов значительно инерционно, поскольку связано с влиянием, например, АФК, продуктов ПОЛ и AMP на состояние и экспрессию ядерной и митохонд-риальной ДНК, с синтезом конкретных белков. Одним из путей поддержания пероксигеназного состояния в опухолевых клетках может стать также наруше-ние метаболизма некоторых аминокислот и накопление их различных метабо-литов, оказывающих прооксидантное действие. Таким свойством, в частности, обладают эндогенные канцерогенные метаболиты ароматических аминокислот (Левчук и др., 1987).

Следует отметить здесь, что на внутриклеточный уровень ATP будет влиять его производство и в плазматической мембране различных тканей в ответ на действие пептидных факторов роста, ряда митогенов и цитокинов. Этот процесс сопряжён с переносом электронов с цитоплазматического NADH на непроникающие наружные редокс-акцепторы (Карелин, 1994). Наличие плазмамембранного синтеза ATP показано, в частности, и в гепатоцитах. Глоба с соавт. (1996) обнаружили, что препараты грубых плазматических мембран клеток печени крысы и человека, находящиеся в условиях окислительного фосфори-лирования, способны накапливать в течение 1 мин инкубации 20-100 нмоль ATP/мг белка, и к этому накоплению митохондрии не причастны. Предположительно, ATP, синтезируемый из неорганического фосфата и ADP по аэроб-ному пути, используется для трансмембранной передачи сигнала с поверхности клетки во внутренние её структуры (Карелин и др., 2000),в том числе для работы транслоказ – АТР-зависимых насосов, один из которых специфичен к аминофосфолипидам (см. п.7.1.6). Очевидно, при повышенном уровне ПОЛ в плазматической мембране трансформированных клеток образование ATP в ней станет ущербным.

Снижение синтеза ATP – исходного продукта для образования cAMP (рис. 12) и соответственно cAMP показано для многих типов опухолевых клеток, но в этом вопросе нет пока единства взглядов. Недостаточное обеспечение энергией должно проявиться в относительном снижении скорости (эффективно-сти) многих ATP-зависимых процессов, в том числе транспортных и синтети-ческих, а также размножения опухолевых клеток по сравнению с нормальными. В частности, ослабление Na+,K+- и Ca2+-ATPаз, удаляющих из клетки ионы натрия и кальция, неизбежно приводит к росту их концентрации в цитоплазме и, наоборот, к падению уровня поступающих в неё ионов калия (Маленков, 1976; Кавецкий, 1977). Факты нарушения ионной ассиметрии в опухолевых клетках приводились и в других работах. Так, средняя концентрация Na+ в клетках гепатомы и аденокарциномы молочной железы составляла 451±6 ммоль/кг веса, в нормальных же гомологичных клетках – всего 138±11. Кроме того, концентрация Na+ в быстроделящихся клетках была значительно выше, чем в медленноделящихся, но всегда существенно ниже, чем в опухолевых (Cameron et al., 1980). Это может означать, что вообще при стимуляции проли-ферации «притупляется» активность, в частности Na+,K+- и Ca2+-ATPаз, и за данный феномен ответственны снижение интенсивности митохондриального и плазмамембранного дыханий, дефицит ATP и cAMP в митогенных клетках. Напротив, отсутствие такого дефицита должно в принципе ограничивать пролиферацию. Например, при действии АТР (0,4 ммоль/л) на иммортализованные фибробласты KMST-6 человека скорость пролиферации клеток оказалась сни-женной на 77 %, а синтез ДНК был супрессирован (Li J.-W., 2000).

Изменение нормального ионного состава, в свою очередь, расстраивает многие процессы в трансформируемой и опухолевой клетках. При увеличении содержания Са2+ активируются, как отмечалось выше, фосфолипазы, входящие

					(PPH)
		Рис.12. Образование сАМР из АТР в аденилатциклазной сигнальной системе (Кухарь и др., 1991)

Изложенное выше представление остаётся в принципе неизменным, если даже учесть следующее сообщение (Evtodienko et al., 1998). Во внутренней мембране митохондрий печени содержатся 3 главных Са2+-связывающих пептида: белок 130 кД, гликопротеин 43-44 кД и белок 29-30 кД. Однако в той же мембране митохондрий гепатомы Зайделя один из них отсутствовал (130 кД), а 2 других компонента присутствовали в пониженном количестве. Выходит, низкая концентрация Са2+ в митохондриях гепатомы и, возможно, других ти-пов опухолей может объясняться не только падением в них мембранного потенциала, но и отчасти утратой или заметным снижением содержания Са2+-депонирующих структур. Что касается постоянной готовности клеток неоплазмы к делению по каким-то Са2+-независимым механизмам, то здесь важную роль, на наш взгляд, играют несколько обстоятельств. Это, прежде всего, различные АФК и продукты пероксидации, «подменяющие» Са2+ в активации PLA2 (Дубинина, 1989; Byczkowski, Channel, 1996); процессы инактивации аденилатциклазы и активации гуанилатциклазы при ПОЛ, способствующие пролиферации, и др. (см. ниже).

Общие количественные закономерности, связывающие скорость размно-жения опухолевых клеток и особенности их энергетического обмена, пока не сформулированы, однако отдельные наблюдения в литературе рассмотрены. Так, между интенсивностью образования энергии в гепатомах и скоростью их роста существует строгая линейная зависимость (Голубев, 1981). В этом же аспекте можно трактовать известное положение о том, что для опухолей характерен неконтролируемый рост, а не ускоренный. Обобщая подобные факты, Казанцева (1981) отметила: «В опухолевых клетках часто не только не наблюдается сокращения времени клеточного цикла по сравнению с нормальными аналогами, но, напротив, время удлиняется, причём это происходит в основном за счёт значительного возрастания продолжительности периодов G1 и G2, хотя период S в ряде опухолей также удлиняется. Даже у быстро пролиферирующих опухолевых клеток человека продолжительность митотического цикла больше, чем в быстро обновляющихся нормальных тканях».

Наряду с дефицитом ATP причиной уменьшения содержания cAMP в трансформированной клетке считают снижение активности фосфолипидочув-ствительной аденилатциклазы в плазматической и митохондриальной мембра-нах и (или) повышение активности фосфодиэстеразы cAMP. Это положение давно уже подтверждено многими фактами. Так, уже на ранних стадиях гепа-токанцерогенеза, индуцированного нитрозодиэтиламином, в плазматической мембране клеток печени крыс существенно изменяется липидный состав (снижается содержание фосфатидилсерина и фосфатидилхолина), с чем связывают подавление базальной активности аденилатциклазы и ослабление её чувствительности к NaF (Санина и др., 1986). На поздних стадиях того же гепатокан-церогенеза указанные изменения остаются «в силе». Одновременно с повы-шением вязкости липидного бислоя плазматической мембраны в опухолевых клетках печени уменьшается содержание cAMP, обусловливаемое как сниже-нием активности аденилатциклазы, так и возрастанием активности фосфодиэс-теразы cAMP (Антоненко и др., 1990). Эти изменения отчасти ответственны за низкое соотношение cAMP/cGMP в ткани опухоли. Активность аденилатцик-лазы резко снижена в предопухолевых и неопластических очагах, вызванных в печени крысы N-нитрозоморфолином. Попытки с помощью различных стиму-ляторов повлиять на её активность в клетках этих очагов оказались безуспеш-ными, хотя в контроле и в окружающих предопухолевые и опухолевые зоны нормальных тканях те же стимуляторы повышали активность аденилатциклазы (Ehemann et al., 1986).

Несмотря на отсутствие надёжных данных о роли конкретных фосфо-липидов в функционировании компонентов аденилатциклазного комплекса, общий вывод известен: фосфолипиды способствуют сопряжению многих ре-цепторов с аденилатциклазой. При деструкции фосфолипидов в ходе их пере-кисного окисления это сопряжение может нарушаться, затрудняя активацию аденилатциклазы. Действительно, экстракция липидного компонента мембраны приводит к снижению активности аденилатциклазы и потере её чувствительности к гормональным воздействиям. Добавление фосфолипидов способствует реактивации фермента и восстановлению указанной чувствительности (Туракулов и др., 1983). Во многих последующих исследованиях подтверждено, что делипидизация аденилатциклазного комплекса под действием PLs и органических растворителей приводит к снижению или даже к полной потере его активности (см. Кухарь и др., 1991). Недостаточность антиоксидантов должна содействовать развитию ПОЛ и, следовательно, инактивации аденилатциклазы. Таким образом, за уменьшение содержания cAMP, выполняющего в клетке разнообразные регуляторные функции, могут быть ответственны как субстратный, так и ферментативный «каналы».

Примечательно, что изменение уровня cAMP в клетке небезразлично для её биоэнергетики, которая оказалась cAMP-управляемой. В ряде исследований установлен факт, с нашей точки зрения, принципиальной важности: дыхание митохондрий в норме cAMP-зависимо. Так, по данным ещё Халестрапа (Halestrap, 1978) cAMP оказывает стимулирующее действие на дыхательную цепь митохондрий, вследствие чего увеличивается градиент рН на мембране и активируется транспорт пирувата из цитозоля в митохондрии. Повышение активности ферментов цикла Кребса (NAD-изоцитратдегидрогеназы, цитратсинтазы, сукцинатдегидрогеназы) циклическим AMP показывает важность контроля этого цикла в стимуляции cAMP общего потребления организмом О2 (Туракулов и др., 1983). Через механизм фосфорилирования cAMP стимулирует активность изоцитратдегидрогеназы, а также ферментов внутренней мембраны митохондрий – сукцинат- и цитохромоксидазных систем (Кулинский и др., 1981; Медведев и др., 1983).

Способность cAMP усиливать потребление О2 клетками хорошо демонстрирует следующий пример. В инкубационной среде в присутствии простагландина Е2 (PGE2) происходило интенсивное поглощение О2 изолированными клетками паренхимы печени молодых крыс Spague-Dawley. Этот процесс коррелировал с индуцируемым PGE2 образованием cAMP. Усиление поглощения О2 наблюдалось и в присутствии дибутирил-cAMP. А проникающий в клетки ингибитор cAMP-зависимой протеинкиназы ограничивал поглощение О2, возра-ставшее под влиянием PGE2. Потребление О2 клетками стимулировало также присутствие в среде инкубации каталитической субъединицы указанной протеинкиназы (Qu et al., 1999). Однако в нормально пролиферирующих и особенно опухолевых клетках функция cAMP как усилителя энергообразования (Федоров и др., 1990) снижается в связи с падением в них уровня этого циклонуклеотида. Данное обстоятельство в наших моделях клеточной пролиферации и канцеро-генеза было учтено введением в энергетический канал регуляции соответ-ствующего звена (Лю, Ефимов, 1978; Лю, Саприн, 1980).

Механизм передачи сигнала cAMP внутрь митохондрий пока ещё непо-нятен. С одной стороны, «в митохондриях нет специфических транспортной системы и (или) связывающих белков для cAMP, и он проникает в митохондрии и выходит из них по градиенту концентрации» (Зобова, Баранова, 1987), с другой – в этих органеллах обнаружены cAMP-рецепторные белки, cAMP-зависимые протеинкиназы и фосфодиэстераза cAMP. Иммунологически присутствие cAMP-зависимых протеинкиназ показано, в частности, в митохон-дриях печени, почек, поджелудочной и околоушной слюнной желез, миокарда и скелетных мышц. Протеинкиназы расположены на внутренней мембране и в матриксе митохондрий. В цитоплазме и клеточных ядрах плотность метки, соответствующей этим ферментам, ниже, чем в митохондриях (Trinczek et al., 1989). Для активации cAMP ферментов, локализованных на внутренней мемб-ране и в матриксе митохондрий, необходима целостность этой мембраны, причём восприятие и реализация сигнала cAMP для ферментов внутреннего компартмента осуществляются с помощью периферических белков внешней поверхности внутренней мембраны митохондрий (Медведев и др., 1990).

Очевидно, свойство cAMP стимулировать митохондриальное дыхание че-рез механизм фосфорилирования в условиях низкого его содержания, харак-терного в большинстве случаев для клеток неоплазмы, реализуется слабо или вовсе не реализуется, что способствует образованию ещё одного замкнутого цикла с положительной обратной связью по поддержанию сниженного уровня дыхания. Изменение интенсивности некоторых других cAMP-зависимых про-цессов в клетке и связь их с канцерогенезом обсуждаются в данном и ряде последующих подразделов и разделов книги.

Рассматриваемый нами cAMP-зависимый энергетический канал управления клеточным циклом (пролиферацией) в действительности дополняется участием в cAMP-опосредованном ингибировании прохождения клеточного цикла белковых факторов. cAMP дозозависимо супрессирует экспрессию ряда циклинов и циклин-зависимых протеинкиназ (cdk). Например, в первичной культуре астроцитов крысы cAMP замедляет прохождение фаз G0/G1, ингибируя экспрессию циклинов А и Е, а из 3 тестированных каталитических компонентов cdk – экспрессию cdk1 и cdk2, но не cdk4 (Gagelin et al., 1999). При сниженном уровне cAMP синтез указанных белковых факторов и соответственно прохож-дение клеточного цикла не будут, очевидно, заторможенными. Названные и другие составляющие сложного механизма окислительного митогенеза, скорее всего, не являются строго независимыми, а, напротив, как-то связаны между собой. Не исключено, например, что даже умеренные уровни гипероксии, ПОЛ и АФК как следствие снижения интенсивности дыхания и утилизации О2 митохондриями могут, независимо от падения концентрации ATP и cAMP, индуцировать на уровне транскрипции экспрессию ряда генов, причастных к митогенезу (см. п. 1.1.1).

2.1.10. Накопление промежуточных и конечных продуктов пероксидации и окислительная модификация различных биомолекул, как мы полагаем, лежат в основе этиологии злокачественного роста. Однако корреляции между усилением перекисеобразования в клетках и активизацией пролиферации и других проканцерогенезных процессов не наблюдается в широком диапазоне содержания указанных продуктов. Как и для многих других биохимических процессов вообще, корреляция здесь достоверна только в определённом интервале их концентрации.

Известно (Барабой и др., 1992), что содержание продуктов ПОЛ в нормально метаболизирующих тканях крайне невелико и строго регулируется. Однако при интенсификации клеточного метаболизма возрастает и активность процессов липидной пероксидации, указывая на необходимость участия липидных перекисей в биоэнергетических и биосинтетических процессах (Козлов и др., 1972; Титеева, Коровина, 1996). В частности, образование умеренного количества перекисей липидов в мембранах митохондрий оказывает в норме положительный эффект на их функционирование. В этой связи привлекает внимание работа Дмитриева с соавт. (1990), в которой развивается представление о том, что интенсивность синтеза ATP, как и ПОЛ, тесно связана с реакцией образования липидных радикалов L˙ из ненасыщенных жирных кислот фосфолипидов и что для эффективного синтеза ATP в митохондриях важен определённый уро-вень концентрации этих радикалов. По данным этих исследователей, липидные радикалы, являясь связующим звеном между дыхательной цепью и ATP-синте-тазой, способны в ходе липид-белкового взаимодействия образовывать интер-медиат (Int), обеспечивающий эффективность утилизации ∆μΗ – разности электрохимических потенциалов ионов водорода и синтеза ATP в целом. Реакции L˙ с редокс-цепью и антиоксидантом AOH

L˙ + [Int] → LH; L˙ + AOH → LH + AO˙

возвращают липидные молекулы LH, а реакция L˙ + О2 → LO и последующие процессы образования гидроперекисей LOOH влияют на окислительное фосфорилирование негативно. Ограничителем ПОЛ здесь выступает убихинон, он же поддерживает определённый оптимальный уровень L˙.

О позитивной функции низкого уровня ПОЛ в митохондриях сообщили недавно и Саакян с соавт. (1998). Ими установлено, что физиологический выход Са2+ из митохондрий происходит благодаря мягкому повышению проница-емости мембран этих органелл перекисными соединениями, причём данные процессы ингибируются ADP и антиоксидантом ионолом. Кроме того, было обращено внимание на существенный момент: концентрация продуктов ПОЛ, приводящая к освобождению Са2+ из митохондрий, примерно на порядок ниже тех, которые характерны для патологических состояний. Эти интересные факты о регуляторной роли низких концентраций перекисей получены при исследовании действия отрицательных аэроионов на процессы ПОЛ в митохондриях печени крысы. В итоге, подтверждая известное благотворное биологическое действие указанных аэроионов, авторы пришли к обоснованному выводу о том, что первичным физико-химическим механизмом такого их действия может быть обнаруженная ими мягкая активация процессов ПОЛ в физиологическом диапазоне концентраций продуктов ПОЛ.

В контексте рассматриваемого вопроса продолжают вызывать интерес также сведения о проявляющихся в норме при митогенезе признаках усиления процессов прямого свободнорадикального окисления как следствия умеренной внутриклеточной гипероксии. В частности, речь идёт о давней теории, согласно которой непосредственный переход к митозу определяется свободнорадикальным окислением белков (Гурвич, Гурвич, 1945). Правда, по современным представлениям, такому окислению при гипероксии подвергаются прежде всего фосфолипиды. Стадия прямого свободнорадикального окисления не связана с запасанием ATP и приводит в основном к выделению энергии непосредственно в виде тепла и частично в форме сверхслабой люминесценции. Отсюда понятен феномен предшествующей делению клетки кратковременной энергетической разрядки – вспышки теплопродукции (Жолкевич и др., 1972) и излучения (Гурвич, 1968). Относительная кратковременность разрядки объясняется, вероятно, двумя взаимосвязанными причинами: во-первых, она может возникнуть только при достижении рО2 внутри клетки некоторого критического значения; во-вторых, повышенный расход кислорода, вызванный резкой интенсифика-цией свободнорадикального окисления, вновь снижает рО2 до уровня ниже критического.

В изложенной интерпретации премитотические гипероксия и энергоразрядка кажутся не имеющими самостоятельного биологического смысла. В действительности же, как уже отмечалось выше, премитотическое ПОЛ может быть реальным участником ряда необходимых в норме биохимических процессов. Его считают, например, и механизмом разборки внутриклеточных мембран (Барабой и др., 1992) перед делением клетки. Эти и некоторые другие факты вместе взятые согласуются с принципиальным, по сути, положением о том, что окислительный стресс средней интенсивности причастен к индукции клеточной пролиферации (Меньшикова, Зенков, 1997). Тем самым подтверждается известное в литературе достаточно аргументированное понятие «окислительный митогенез» (см. также п. 1.1.2).

В норме сверхслабым свечением сопровождаются и ферментативные про-цессы пероксигенации как, например, осуществляемые LOX реакции окисления арахидоновой кислоты. Это свидетельствует о том, что в ходе таких реакций часть выделяющейся энергии преобразуется в энергию электронного возбуждения соответствующих продуктов. Более того, в случае безызлучательного переноса этой энергии последняя может использоваться для регуляции некоторых биохимических процессов и образования ряда биологически активных веществ. Данный путь утилизации энергии биологического окисления назван «темновым фотохимическим сопряжением», а само это сопряжение «имеет такой же биологический смысл, что и электрохимическое сопряжение, лежащее в основе митохондриального дыхания» (Баскаков, Воейков, 1996).

Таким образом, даже из приведённых выше нескольких примеров следует, что низкие и умеренные значения возникающего в клетке (локально и/или периодически) ПОЛ необходимы для протекания нормальных метаболических процессов. Высокие же уровни ПОЛ и его продуктов почти всегда токсичны и приводят к угнетению пролиферации и даже гибели клеток (Владимиров, Арчаков, 1972). По-видимому, для опухолевой трансформации и поддержания её в этом состоянии необходим какой-то промежуточный между указанными случаями уровень пероксигенации липидов. При дальнейшем изложении матери-ала нами имеется в виду лишь этот промежуточный, опухолевый вариант.

Отражением развития избыточного ПОЛ может быть повышение уровня свободных радикалов в стадиях диффузно-очаговой гиперплазии и в небольших первичных опухолях, индуцированных действием различных по своей природе канцерогенных факторов. Исследования в этом направлении, судя по публикациям, наиболее активно проводились в 70-х годах. Тогда же был установлен существенный факт: концентрация свободных радикалов и значительная интенсификация свободнорадикальных процессов достигают максимального уровня в периферийной зоне растущих неоплазм (Саприн, 1974; Эмануэль, 1977), где условия для активного роста особенно благоприятны. В ряде исследований в первичных опухолях были зарегистрированы сигналы ЭПР свободных радикалов перекисного типа. В тех случаях (например, при полимерном канцероге-незе), когда такие сигналы не наблюдались, метод хемилюминесценции показал, что в период увеличения интегральной концентрации свободных радикалов здесь обнаруживается существенное возрастание интенсивности сверхслабого свечения липидов малигнизирующихся тканей, механизм которого, по данным литературы, обусловлен рекомбинацией радикалов LO2. Таким образом, и здесь в суммарном сигнале ЭПР предполагается существенный вклад липидных перекисных радикалов (Саприн, 1974).

Аналогичные исследования были проведены Сизых (1972). В стадиях предрака и образования небольших опухолевых узелков наблюдалось увеличение концентрации свободных радикалов и интенсивности хемилюминесценции липидов. Значительное повышение уровня свободных радикалов в саркомах (200-400 % по сравнению с гомологичной нормальной тканью) показано также Петяевым (1972), и вновь содержание их было особенно высоким в периферийных слоях опухолевой массы. Сигналы ЭПР свободных радикалов перекисного типа были зарегистрированы в образцах перевивной гепатомы (но не печени), облученных гамма-лучами при температуре жидкого азота и постепенно размораживаемых (Пулатова и др., 1978). Приведённый факт также может служить косвенным свидетельством повышенного содержания О2 в пролиферирующих зонах неоплазм по сравнению с соответствующими нормальным тканями. Следовательно, феномен увеличения концентрации парамагнитных центров в ткани опухолей подтверждён экспериментально.

Вообще же, к выводу о несомненности факта протекания свободнора-дикальных реакций in vivo, их причастности к различным патологическим процессам в живых клетках исследователи приходили и раньше (см. п.1.7). Это касается, в частности, участия радикальных реакций в канцерогенезе и в дегра-дационных процессах клетки (Haddow, 1947; Butler, 1950; Александер, 1956; Сыркин, 1960 и др.). В бывшем СССР исследования такого рода были начаты по инициативе Эмануэля. В одной из своих первых работ он предположил, что свободные радикалы участвуют в механизме канцерогенеза, играя важную роль в процессе роста и развития опухоли (Эмануэль, Липчина, 1958). Результаты многолетнего изучения характера биофизического свободнорадикального сдвига в процессе развития опухолей и установленные при этом количественные закономерности обобщены в ряде его работ (Эмануэль, 1977, 1980).

В последующие годы данные о накоплении в тканях опухолевого организма свободных радикалов, прежде всего кислородных, и участия процессов ПОЛ в качестве характерного патогенетического звена в индукции опухолевого роста публиковались многократно (Floyd, 1981; Oberley et al., 1981; Oberley, Oberley, 1984; Mackay, Beweley, 1989; Ames, Shigenaga, 1992; Tsai et al., 1992; Матвеев и др., 1993; Salim, 1993; Halliwell, 1994; Iwagaki et al., 1995; Франциянц и др., 1996; Sadani, Nadkarni, 1996; Wachsman, 1996; Арутюнян и др., 1997; Babior, 1997; Zhang D. et al., 1997; Забежинский, Анисимов, 1998; Aruoma, 1998; Durko, Gondko, 1998; Hirayama, Yasutake, 1998; Maeda, Akauke, 1998; Шарова, 1999; Maher, Schubert, 2000; Ray et al., 2000 и др.). При этом существенен такой момент: высказанное нами давнее представление о том, что активно растущие опухолевые клетки находятся фактически в состоянии перманентного окислительного стресса, вызванного устойчиво поддерживаемой в них гипероксией (Лю, Ефимов, 1976; Лю, Саприн, 1980), признаётся теперь и другими исследователями (Okamoto et al., 1994; Toyokuni et al., 1998).

Продолжалось и продолжается соответственно пополнение фактов, подтверждающих давно известное противоопухолевое действие различных антиоксидантов, ловушек свободных радикалов (Лю, Шайхутдинов, 1991; Balanski et al., 1992; Li Ji et al., 1995; Ruby et al., 1995; Drake et al., 1996; Ottino, Duncan, 1996; Hipkins, 1998; Anderson et al., 1999; Prasad et al., 1999; Nishidai et al., 2000; Tsan et al., 2000: Хомеркин, 2001; Chen R.-Ch. et al., 2001 и др.). К их числу относятся и гормоны с антиоксидантными свойствами (Anisimov et al., 1994; Das, 1995; Reiter et al., 1995; Tarquini et al., 1995; Анисимов и др., 1996; Цирлина и др., 1997).

2.1.11. В новообразованиях должны обнаруживаться и повышенные концентрации самих продуктов ПОЛ – промежуточных и конечных. Ещё в 50-х годах Рондони (1957) были отмечены и обсуждены увеличенное содержание в опухолях гидроперекисей и их возможная роль в «денатурации белка». Сущес-твенными они должны быть прежде всего в активно пролиферирующих зонах. Сравнение активности системы метаболизма перекисей в ткани рака толстой кишки и в прилежащей неопухолевой ткани больных показало (Baur, Wendel, 1980), что первые содержат MDA в количестве 147 пмоль/мг белка, а вторые – лишь 40 пмоль/мг. Это различие было достоверным. У женщин с раком шейки матки уровни перекисей липидов значительно выше в злокачественной ткани, чем в нормальной, и они коррелировали с клиническими стадиями опухоле-генеза. В то же время в раковой ткани снижены концентрации GSH, витаминов Е и С, активности GPX и SOD (Ahmed et al., 1999).

Не менее впечатляют данные о различии «перекисных» показателей, полученные при исследовании биоптатов рака пищевода и нормальной слизистой его, а также плазмы крови раковых и нераковых больных (Levy et al., 1998). Среднее содержание MDA в слизистой нормального пищевода составляло 0,807, а у больных раком пищевода – 2,53 нмоль/мг белка; содержание того же продукта необратимого ПОЛ в плазме крови в контроле 0,697, а у больных раком пищевода – 4,23 нмоль/мл. Уровень продуктов обратимого ПОЛ составлял соответственно 2,957 и 16,32 нмоль/мг белка, 1,929 и 12,607 нмоль/мл. О значительном повышении содержания перекисей липидов в тканях опухолей пищеварительного тракта и о снижении в них активности антиоксидантных ферментов, в частности SOD, сообщали и другие исследователи (см., например, Zhou et al., 2000).

На концентрацию продуктов ПОЛ может влиять уровень cAMP в клетке, что стало известно после обнаружения прямой активации GPX и глутатион-S-трансферазы (GST) при их фосфорилировании cAMP-зависимой протеинкина-зой А, PKA (Кулинский, Колесниченко, 1993). Поскольку содержание cAMP в неоплазмах обычно уменьшается, то следует ожидать и падения cAMP-стиму-лируемой активности указанных ферментов и соответственно повышения уро-вня орнанических пероксидов и Н2О2. Митохондрии аденокарциномы толстой кишки крыс характеризовались увеличенным потенциалом окисления липидов в перекисные соединения: этот показатель в них в 8-10 раз выше, чем в нормальных органеллах. Одно из следствий указанного структурного изменения мембраны – снижение в митохондриях опухолевых клеток активности NADH-цитохром с-редуктазы (Rana et al., 1980).

Важно отметить, что, помимо зависимой от гипероксии неферментативной свободнорадикальной пероксигенации, определённый вклад в повышение уровня ПОЛ в предопухолевых и опухолевых клетках вносят и ферментативные процессы, в частности, активация LOX-пути метаболизма арахидоновой кис-лоты – составного компонента процесса активации пролиферации (см. п. 3.2). Ингибирование этого пути должно, очевидно, в какой-то-мере препятствовать развитию канцерогенеза по кислородно-перекисному механизму. Действите-льно, оральное введение мышам соединения ТМК-688, сильного ингибитора 5-LOX, подавляло образование опухоли кожи, индуцированной диметилбензантраценом и промотированной форболовым эфиром (Jiang et al., 1994). Другой ингибитор 5-LOX (А-79175) снижал множественность химически индуцированных опухолей лёгкого у мышей на 75 %, уменьшал возникновение тех же опухолей на 20 %, а их средний объём – на 64%. Особенно эффективной была комбинация А-79175 с ацетилсалициловой кислотой, которая снижала множественность неоплазм лёгкого на 87 %, а частоту их возникновения – на 24 % (Rioux, Castonguay, 1998).

12-LOX и её продукт 12-гидроксиэйкозатетраеновая кислота участвуют в выработке митотического сигнала. Экспрессия этой оксигеназы показана, например, в клетках разных линий рака предстательной железы (LNCaP, HEL и др.), причём обработка клеток метастатического рака ингибиторами LOX снижает их способность образовывать метастазы при перевивке животным (Timar et al., 2000). А интенсивное накопление 8- и 12-гидроксипроизводных эйкозатетраеновой кислоты с участием LOX-8 может играть решающую роль в развитии эпидермальных опухолей (Bürger, Fürstenberger, 1999). На заявленное же в 1995 г. использование ингибиторов LOXs в качестве противораковых агентов выдан патент США (Mulshine, Jett, 2000).

Еще в большей степени в создании пероксигеназной ситуации участвует COX-путь метаболизма арахидоновой кислоты. На этот счёт представлено, особенно в последние годы, много фактов. Отметим некоторые из них. У большинства больных колоректальным раком увеличена экспрессия COX-2, а не-стероидные противовоспалительные средства оказывают защитное действие. Ингибиторы COX-2 эффективно предотвращают образование колоректальных полипов и прогрессию их в рак (Pairet, 1997). Комбинация различных антиок-сидантов с ингибиторами COX-2 аддитивно уменьшает экспрессию COX-2 в клетках колоректального рака человека НСА-7, в опытах же in vivo эта комбинация приводит к регрессии опухоли (Chinery et al., 1998). Исследование экспрессии COX-2 в образцах аденом, карцином, гиперпластических поражений и образцах нормальной слизистой, прилегающей к тканям опухолей, показало: в аденомах и карциномах экспрессия увеличена, по сравнению с нормальной тканью, на 89,4 и 83 % соответственно; в гиперпластических участках она тоже повышена, но меньше, чем в опухолях. Авторы (Hao et al., 1999) полагают, что в процессе спонтанного колоректального канцерогенеза экспрессия COX-2 про-исходит на ранних стадиях и может участвовать в опухолевой прогрессии.

Сходная информация приведена и в других работах (Wilson et al., 1998; Ratnasinghe et al., 1999; Zimmermann et al., 1999), где тоже изучали увеличенную экспрессию COX-2 в препаратах слизистой пищевода и желудка, рака пище-вода. Результатом были подтверждение способности COX-2 быть медиатором воспаления и пролиферации, участником неопластической прогрессии. Диаметр опухолей желудка у больных с экспрессией COX-2 был больше, чем у таких же больных, к которых данная экспрессия не определялась (соответственно 6,5 ± 4,6 и 3,8 ± 2,7 см; р < 0,05). Достоверно более высокая экспрессия мРНК COX-2 наблюдалась также у больных с вовлечением в болезнь лимфоузлов по сравне-нию с больными без этой патологии (70 % и 40 % соответственно; р < 0,05). Данные факты рассматриваются как клиническое подтверждение того, что COX-2 может вносить вклад в прогрессию аденокарцином желудка человека (Uefuji et al., 2001). В раковой ткани пищевода от 24 больных экспрессия COX-2 выявлена в 91,7 % образцов, причём это проявление коррелировало с мета-стазами в лимфоузлах, но не с размерами опухоли, глубиной инвазии и сте-пенью злокачественности. В нормальных тканях пищевода экспрессии COX-2 не было (Qing et al., 2001).

В повышенном количестве COX-2 синтезируется также в тканях рака поджелудочной железы, плоскоклеточного рака головы и шеи, где уровень её мРНК увеличен соответственно в ~60 и ~150 раз по сравнению с нормальной прилегающей тканью (Tucker et al., 1999) или тканью здоровых испытуемых (Chan G. et al., 1999). Избыточная экспрессия COX-2 выявлена в процессе образования опухолей в лёгких у крыс, получавших обработанный нитрозамином высокожировой рацион (El-Bayoumy et al., 1999). В 72 % образцов, полученных при хирургическом лечении 130 больных аденокарциномой лёгкого, экспрессия COX-2 оказалась повышенной, причём такая экспрессия COX-2 и низкая выживаемость больных на ранних стадиях были взаимосвязаны (Achiwa et al., 1999). Важная роль экспрессии COX-2 показана при развитии инвазивной переходноклеточной карциномы мочевого пузыря человека –эффекта, которого не было в нормальной ткани мочевого пузыря (Mohammed et al., 1999). В первичной опухоли мочевого пузыря собак и её метастазах экспрессия СОХ-2 выявлялась во всех 21 образцах, но не в нормальной ткани указанного органа. А противоопухолевое действие нестероидных противовоспалительных средств может быть обусловлено их ингибированием активности СОХ-2 (Khan et al., 2000).

Экспрессия COX-2 и синтез ею PGE2 минимальны в нормальной ткани, но повышены в клетках плоскоклеточного рака и аденокарциномы шейки матки. Кроме того, иммунореактивные COX-2 и PGE2 сосуществовали в клетках эндо-телия, выстилающего сосуды всех изученных типов рака шейки матки (Sales et al., 2000). Сверхэкспрессия COX-2 показана и в ткани аденокарциномы предста-тельной железы человека: в её образцах от 12 больных уровень мРНК COX-2 был в 3,4 раза выше, чем в гомологичной нормальной ткани (Gupta et al., 2000). Установлено также, что туморогенное облучение кожи мышей УФ-лучами В на протяжении 1-20 нед. индуцирует экспрессию COX-2 в коже, отсутствующую у контрольных животных. Эта экспрессия была выражена сильнее в хорошо дифференцированных карциномах, чем в доброкачественных папилломах. Поэ-тому COX-2 может служить ранним маркёром канцерогенного действия УФ-В, а ингибирование данного фермента – методом профилактики указанного действия УФ-В (Athar et al., 2001). Действительно, рост опухолевых клеток кожи человека подавляли как ингибиторы экспрессии COX-2, так и ингибиторы её каталитической активности, но первые из них были в своём действии эффективнее. Этим подтверждалось существование двух различных сигнальных путей для регуляции роста клеток через COX-2 (Higashi et al., 2000). Не лишним будет отметить здесь, что противоопухолевый эффект, проявляемый нестероидными противовоспалительными средствами, реализуется и путём ингибирования COX-2 (Bus et al., 2000).

Свершению указанных процессов содействует, по-видимому, другой эф-фект COX-2: индукция продукции ангиогенных факторов, необходимых и для опухолевого роста (см. п. 2.2). На клетках эндотелия и карциномы in vitro показано, что нестероидное противовоспалительное средство (аспирин) и селективный ингибитор COX подавляли образование ангиогенных факторов (Wunsch, 1998). Такой же ингибитор COX-2 подавлял ангиогенез на периферии опухолей и рост самих неоплазм у мышей в опытах in vivo (Nishimura et al., 1999). Ещё в одной подобной работе целекоксиб, ингибитор COX-2, подавлял рост привитых опухолей у мышей и образование сосудов роговицы крыс, т. е. это противо-воспалительное средство, как полагают (Masferrer et al., 1999), может оказаться полезным для лечения онкологических больных. В аспекте рассматриваемого вопроса привлекательна и оригинальная модель канцерогенеза в молочной железе (Harris et al., 1999). Она включает последовательную индукцию и сти-мулирующую регуляцию генов СОХ незаменимыми жирными кислотами, содержащимися в пище. По этой модели, процесс канцерогенеза связан с биосинтезом простагландинов (PGs) и образованием свободных радикалов О2 и N2, ответственных за инициацию опухолегенеза. В частности, PGE2 индуцирует биосинтез эстрогенов и экспрессию фактора роста эндотелия сосудов, которые соответственно поддерживают митогенез, стимулируют ангиогенез и метастазирование опухоли.

Кстати, согласно одной из недавних работ (Plastaras et al., 2000), повышенные экспрессия COX-2 и синтез PGs могут быть опасны в канцерогенном отношении и в случае, если они сочетаются с экспрессией изоформ цитохрома Р-450. Последние способны метаболизировать PGs в качестве своего субстрата, и одним из продуктов этого превращения является MDA – эндогенный мутаген, с которым связывается вероятность возникновения нестабильности генома в процессе канцерогенеза. С приведёнными выше данными коррелируют материалы о том, что селективный ингибитор COX-2, этодолак, заметно подавляет образование PGE2 в клетках HT-29/Inv3, а также их инвазивные и метастати-ческие свойства (Chen W.-Sh. et al., 2001). В целом опосредованное СОХ-2 изменение концентрации арахидоновой кислоты в клетке влияет на многие функции последней. Индукция СОХ-2 промотирует клеточный рост, усиливает клеточную подвижность. Up-регуляция СОХ-2 считается ключевым моментом в развитии канцерогенеза, а сверхэкспрессия её – достаточной для проявления данной патологии (Cao, Prescott, 2002).

Механизм увеличения продукции COX-2 в опухолях пока нельзя считать хорошо понятным. Нередко к усилению экспрессии гена COX-2 причастны и онкогены, например, H-ras (Sheng et al., 2000). Экспрессия последнего, в свою очередь, опосредуется различными АФК (Griendling et al., 2000) и, как показано на линиях клеток рака толстой кишки человека, подавляется антиоксидантом кверцетином (Ranelletti et al., 2000). Супрессор опухолей р53 противодействует экспрессии COX-2. Это определено, правда, на примере фибробластов эмбрионов мышей и объяснено тем, что р53 конкурирует с ТАТА-связывающим белком за места связывания в промоторе COX-2 (Subbaramaiah et al., 1999).

Примечательно, что активность гена COX-2 специфически индуцируется одним из конечных продуктов ПОЛ – 4-гидрокси-2-ноненалем, но не другими из полученных при исследовании окисленных жирных кислот. Это показано на линии эпителиальных клеток RL34 печени крысы (Kumagai et al., 2000). Кос-венно о причастности АФК и продуктов ПОЛ к экспрессии гена COX-2 свиде-тельствует и тот факт, что в раковых клетках ободочной кишки человека линии DLD-1 различные флавоноиды ингибировали транскрипцию гена COX-2. Наиболее эффективным из этих антиоксидантов был кверцетин, а наиболее слабым – катехин (Mutoh et al., 2000). Эти частные эффекты можно рассматривать как проявление действия в LOX- и COX-системе локального контура регуляции с положительной перекрестной обратной связью, призванного, очевидно, поддерживать устойчивое функционирование уже включённого в работу, в частности, сигнального пути COX-2.

В большинстве указанных выше работ полагают, что COX-2 может быть мишенью для профилактики и терапии раковых заболеваний. В качестве средства для реализации этой цели естественно использовать прежде всего ингибиторы COX, некоторые эффекты которых уже отмечались нами. Здесь же обратим внимание на ещё один интересный факт. Мышам после достижения перевитой им саркомы FSA размера 6 см в диаметре вводили с питьевой водой SC-236 – селективный ингибитор COX-2 в дозе 6 мг/кг в течение 10 дней. SC-236 значительно подавлял рост опухолей и усиливал их радиочувствительность, но не чувствительность к облучению нормальных тканей (Kishi et al., 2000). Одно из возможных объяснений данного эффекта сводится, во-первых, к тому, что потребление О2, расходуемого на синтез PGs, снижается, но соответственно несколько повышаются внутриклеточное рО2 и, следовательно, радиочувствительность опухолевых клеток. В этом смысле ингибиторы COX-2 дейс-твительно могут повысить эффективность лучевой терапии неоплазм. Во-вто-рых, причиной преимущественного увеличения радиочувствительности опухолевых клеток являются, скорее всего, исходно повышенные в них уровни рО2 и дисбаланса ∆ (ПО – АО), постулируемые кислородно-перекисной концепцией канцерогенеза, т. е. «подготовленность» этих клеток к относительно лёгкому установлению в них более высоких значений рО2 при ингибировании COX-2-зависимого пути потребления О2. Не менее важно отметить и другое: одновре-менное подавление теми же ингибиторами опухолевого роста в связи, как мы полагаем, с возрастанием в клетках опухоли дисбаланса ∆К (ПО – АО) до соответствующих апоптозу А2 или даже – окислительному цитолизу (см. п. 7.1).

Вообще же, эти антиканцерогенезные меры, с учётом сказанного выше, должны быть более эффективными, если одновременно применить ингибиторы LOXs и COXs. Действительно, известен факт: частота возникновения, число и объём опухолей в лёгких мышей снижались при совместном ингибировании активности 5-LOX и COX заметнее, чем при раздельной их инактивации (Rioux, Castonguay, 1998). В целом по обсуждаемому вопросу естественно придти к заключению: кислородно-перекисный механизм канцерогенеза определяют как свободнорадикальные неферментативные процессы, так и некоторые ферментативные, в частности процессы ПОЛ; предложенный нами термин «кислородно-перекисный» более точно, чем «свободнорадикальный», отражает весь комп-лекс разнотипных пероксигеназных процессов, характерных для канцерогенеза (Лю, Исмаилов, 2001).

В развитие обсуждаемого вопроса отметим: устойчиво поддерживаемые гипероксия и пероксидация в клетках растущих участков неоплазмы и соответственно повышенный в них уровень продуктов свободнорадикального ПОЛ не могут не оказывать угнетающего влияния на различные ступени антиоксидантной системы этих клеток. Известно, что при длительном токсическом действии О2 наблюдается истощение антиоксидантной защиты, а О, в частности, выступает в качестве ингибитора GPX, каталазы и ряда других ферментов (Дубинина, 1989). 4-гидроксиноненаль и н-гексаналь (10 мМ) значительно снижают активность GPX печени крыс (Yoshino, 1995). Попадая в кровеносное русло и затем в нормальные ткани организма, АФК могут индуцировать липопереоксиление и ослаблять антиоксидантные заслоны в их клетках.

Действительно, усиление процессов свободнорадикальной пероксигенации липидов и развивающаяся функциональная недостаточность антиоксидантной системы показаны у больных раком легкого, причём комплексное лечение их с использованием антиоксидантной терапии активировало параметры указанной системы и снижало концентрацию продуктов ПОЛ (Лаппо и др., 1990). Данные о неэффективности антиоксидантной системы при раке гортани привели Дроздз с соавт. (Drozdz et al., 1988). Они обнаружили, что активность GPX в опухолевой ткани существенно ниже, чем в нормальной ткани гортани здоровых лиц, и в меньшей степени отличается от таковой в смежной с опухолью неизменённой ткани. Соответственно содержание GSH (как основной небелковый источник внутриклеточных SH-групп он взаимодействует с АФК и органическими радикалами) было наименьшим в поражённых опухолью тканях, несколько выше – в интактных, но в любом случае – значительно ниже, чем в контроле (3,27, 22,36 и 98,32 мкМ/г соответственно). У детей с нефробластомой отмечены усиление процессов ПОЛ и эндогенной интоксикации, ослабление на этом фоне неферментативного звена антиоксидантной защиты (Ордуханян и др., 2000).