Патология органов дыхания у ликвидаторов аварии на ЧАЭС - Образование кислородных радикалов НАДФН-оксидазой

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