CC BY
110
Теоретична медицина / Theoretical Medicine
УДК 616.2-018.7:577.158
АБАТУРОВ А.Е.1, ВОЛОСОВЕЦ А.П.2, ХУДЯКОВ А.Е.1
1ГУ «Днепропетровская медицинская академия Министерства здравоохранения Украины», г. Днепр, Украина
2Национальный медицинский университет им. А.А. Богомольца, г. Киев, Украина
АНТИОКСИДАНТНАЯ СИСТЕМА РЕСПИРАТОРНОГО ТРАКТА Антиоксидантные эффекторы в надэпителиальном и экстрацеллюлярном пространстве
(часть 1)
Резюме. В обзоре литературы изложены современные данные об антиоксидантной системе респираторного тракта. Показаны локализация компонентов и функционирование ферментного звена антиоксидантной системы в респираторном тракте. Дана характеристика протеинового состава жидкости бронхоальвеолярного лаважа. Представлено изменение содержания различных протеинов в жидкости бронхоальвеолярного лаважа после воздействия аллергеном у больных бронхиальной астмой. Показаны функции и локализация неферментных биоантиоксидантов бронхоальвеолярного секрета. Подробнорас-смотрены характеристика, индукция синтеза и физиологическая роль в респираторном тракте анти-оксидантного фермента бронхоальвеолярного секрета — экстрацеллюлярной супероксиддисмутазы. Ключевые слова: антиоксидантная система, респираторный тракт, антиоксидантные эффекторы.
Введение
Активированные кислородсодержащие метаболиты (АКМ) и активированные азотсодержащие метаболиты (ААМ) играют важную роль как в защите респираторного тракта от инфекционных агентов, так и в регуляции ряда физиологических функций, но избыточная их продукция может привести к деструкции клеток и ткани респираторного тракта. АКМ и ААК инактивируются функционально-активными компонентами антиоксидантной системы респираторного тракта [3, 7, 27].
Среди группы биоантиоксидантов различают антиокислители неферментативного действия (жирорастворимые — токоферол, полифенолы, убихинол, тканевые липиды, витамины К, А; водорастворимые — аскорбиновая кислота, мочевина, глутатион, цистеин, никотинамид, бензойная кислота и другие) и антиоксидантные ферменты [2].
Основными ферментами антиоксидантной системы респираторного тракта являются супероксиддисмутазы (SOD — Cu/ZnSOD, MnSOD, ECSOD — superoxide dismutase, КФ 1.15.1.1), дис-мутирующие супероксидный анион-радикал; ка-талаза (CAT — catalase, КФ 1.11.1.6), разрушающая перекись водорода; глутатионпероксидаза (GPX —
glutatione peroxidase, КФ 1.11.1.9), инактивирую-щая перекиси липидов, а также глутатионредуктаза (GR — glutathione reductase, КФ 1.6.4.2), глутати-онтрансфераза (GST — glutathione transferase, КФ 2.5.1.18), UDP-глукуронилтрансфераза (UGT — UDP-glucuronyl transferase), системы тиоредок-сина, глутаредоксинов, пероксиредоксинов, фосфолипид-гидропероксид-глутатионперокси-даза, антиоксидантный фактор с опосредованным действием — APEX нуклеаза-1 или фактор окислительно-восстановительного потенциала (APEX nuclease (multifunctional DNA repair enzyme) 1/Ref-1) и другие [5, 11, 13, 15, 29]. Для бронхоальвеолярного секрета и различных клеток органов дыхания характерен свой определенный набор компонентов антиоксидантной системы (табл. 1).
Адрес для переписки с авторами: Абатуров Александр Евгеньевич E-mail: [email protected]
© Абатуров А.Е., Волосовец А.П., Худяков А.Е., 2016 © «Здоровье ребенка», 2016 © Заславский А.Ю., 2016
Супероксиддисмутазы, каталаза, глутатионпер-оксидазы и пероксиредоксины непосредственно инактивируют АКМ. Такие антиоксидантные ферменты, как глутатионредуктазы, глутатионтранс-феразы, тиоредоксинредуктазы, сульфиредоксин, хиноноксидоредуктазы, глюкуронилтрансферазы, инактивируют преимущественно вторичные реактивные метаболиты (хиноны, эпоксиды, альдегиды и пероксиды) (рис. 1).
Экспериментальные данные свидетельствуют о выраженной протекторной роли антиоксидантных ферментов в органах дыхания, которая не ограничивается антиокислительной деятельностью [30].
Антиоксидантные эффекторы в надэпителиальном и экстрацеллюлярном пространстве
Бронхоальвеолярный секрет, покрывающий всю поверхность трахеобронхиального дерева и альвеол
Рисунок 1. Функционирование ферментного звена антиоксидантной системы в респираторном тракте [20]
и выступающий в роли ключевого барьера эпите-лиоцитов респираторного тракта, представляет собой жидкость с очень сложным составом клеток и биологически активных веществ, которые попадают в секрет из системы циркулирующей крови или секретируются эпителиоцитами и провоспалитель-ными клетками (рис. 2) [17, 18, 21, 35].
Протеиновый состав и содержание отдельных компонентов бронхоальвеолярного секрета быстро изменяются в ответ на внешние раздражители. В качестве демонстрации глобальности процессов, происходящих в бронхоальвеолярном секрете при развитии заболеваний, приводим пример изменений содержания различных протеинов в жидкости бронхоальвеолярного лаважа респираторного тракта у больных бронхиальной астмой после триггерного раздражения аллергеном (табл. 2).
Неферментные биоантиоксиданты бронхоальвеолярного секрета
Около 2 % протеинов от общего белкового пула бронхоальвеолярного секрета участвуют в анти-оксидантной защите органов дыхания. В жидкости бронхоальвеолярного лаважа респираторного тракта идентифицировано большое количество различных биологических неферментных антиок-сидантов, в том числе муцин, трансферрин, био-флавоноиды; витамины (токоферол, аскорбинат, ретинол, рибофлавин, никотиновая кислота); ионы металлов (селена, меди, цинка, марганца); аминокислоты (метионин, цистеин, триптофан, тирозин, фенилаланин, гистидин, пролин, билирубин, глута-тион (в частности, концентрация восстановленного глутатиона в надэпителиальной жидкости в 100 раз выше, чем в сыворотке крови) (табл. 3). По механизму действия биоантиоксиданты могут быть классифицированы на следующие группы:
1) классические антиоксиданты (обрывающие цепь агенты);
Таблица 1. Локализация компонентов антиоксидантной системы в респираторном тракте [19]
Секрет и клетки респираторного тракта Компоненты антиоксидантной системы
Бронхоальвеолярная жидкость Антиоксидантные витамины, мочевая кислота, глутатион, глутати-онпероксидаза-3, лактопероксидаза, экстрацеллюлярная супер-оксиддисмутаза (ECSOD), глутаредоксины, пероксиредоксины и другие
Эпителиоциты Супероксиддисмутазы (Cu/ZnSOD, MnSOD, ECSOD), глутатионпер-оксидаза, глутатионредуктаза, глутаматцистеинлигаза, глутати-онтрансфераза-3, тиоредоксины, пероксиредоксины, протеин, ассоциированный с мультилекарственной резистентностью
Альвеолоциты Супероксиддисмутазы (Cu/ZnSOD, MnSOD, ECSOD), каталаза, глутаматцистеинлигаза, тиоредоксины, пероксиредоксины
Альвеолярные макрофаги Супероксиддисмутазы (MnSOD, ECSOD), каталаза, глутаматцистеинлигаза, глутатионпероксидаза, глутатионредуктаза, тиоредоксины, глутаредоксины, пероксиредоксины, гемоксигеназа-1
Нейтрофилы, присутствующие в слизистой оболочке бронхиального дерева Каталаза, супероксиддисмутазы (Cu/ZnSOD, MnSOD, ECSOD), глутатионпероксидаза и глутатионредуктаза
Экстрацеллюлярный матрикс ECSOD, глутатионтрансфераза-3, пероксиредоксин-4
Ядерные протеины
Неизвестные клеточные протеины 3 %
Мембранные протеины 16 %
Протеины экстрацеллюлярного матрикса 28 »
Клеточная адгезия 9 »
Хемотаксис 2 »
Протеины цитоплазмы 38 %
Антибактериальная защита 2 %
Иммунный ответ 14 %
Метаболиз липидов 8 »
Апоптоз [4 »
Транспорт 11 »
Другие процессы 20 »
Трансдукция сигнала 1l »
Ответ на оксидативный стресс 2 »
Протеолиз 11 »
Структура относительного содержания протеинов различного происхождения
Структура относительного содержания протеинов, участвующих в различных физиологических процессах
АТФ-связывающие Протеины с трансферазной
протеины б »
Кальций-связывающие протеины ^ 9 »
Протеины с гидролазной активностью 20 »
Протеины с другими функциями 19 %
активностью 7 %
Структурные молекулы _ 5 %
Ингибиторы эндопептидаз 3 % Рецепторы 7 %
Протеин-связывающие белки 19 %
Протеины с оксидоредуктивной активностью 6 %
Структура относительного содержания протеинов с различной функциональной активностью
Рисунок 2. Характеристика протеинового состава жидкости бронхоальвеолярного лаважа респираторного тракта [10]
Таблица 2. Изменение содержания различных протеинов в жидкости бронхоальвеолярного лаважа после воздействия аллергеном у больных бронхиальной астмой [10]
Протеин Молекулярная масса (кДа) Номер протеина в базе данных NCBI
1 2 3
Протеины, содержание которых повысилось после действия аллергена
Цитокины/хемокины, факторы роста
С014 40,1 4551411
Адипонектин 26,4 4151160
Активатор фактора роста гепатоцитов (HGFA) 10,1 4504383
Белок-2, связывающий инсулиноподобный фактор роста (^ВР-2) 35,1 124 058
Белок-3, связывающий инсулиноподобный фактор роста (^ВР-3) 31,1 4504611
Белок-6, связывающий инсулиноподобный фактор роста (^ВР-6) 25,3 11321593
Продолжение табл. 2
1 2 3
Инсулиноподобный фактор роста I 14,7 8100793
Малый индуцибельный цитокин А17 (С^17) 10,5 4506829
Мимекан (остеоглицин) 33,9 7661704
Протеин, подобный фактору роста гепатоцитов 80,4 123114
Протеины гранул эозинофилов и нейтрофилов
СШБР-3 27,6 5174675
ММР-9 78,4 4826836
Главный основной белок эозинофилов (МВР) 25,.2 30410754
Гликозилфосфатидилинозитолфосфолипаза D 92,4 20269065
Кальгранулин С (нейтрофильный белок Б100) 10,6 5032059
Лизофосфолипаза эозинофилов 16,5 547 870
Липокаин, ассоциированный с нейтрофильной желатиназой 22,6 1171700
Миелопероксидаза (КФ 1.11.1.7), форма Н14 92,4 88 180
Эозинофильный катионный протеин (полиморфизм 3) 16,3 17064146
Эозинофильный нейротоксин 18,3 11139038
Факторы комплемента
Комплемент С6 (22) 104,8 105741
Компонент комплемента С^ 25,7 27363488
Фактор комплемента В препропротеин 85,6 13278732
Фактор комплемента С8 у-цепь 22,2 4557393
Фактор комплемента С8 а-цепь 65,2 4557389
Фактор комплемента D (ЕС 3.4.21.46) 26,2 67580
Фактор комплемента Н (Н фактор 1) 139,1 4504375
Протеазы и ингибиторы
CAP18 19,3 4757904
MASP-2 75,7 5459324
N-каталитическая цепь карбоксипептидазы 52, 34503011
ai-антихимотрипсин (ACT) 47,7 112 874
Активатор субъединицы-1 комплекса протеасомы 28,7 5453990
Активатор субъединицы-2 комплекса протеасомы 27,4 18203506
Ингибитор тяжелой цепи 3 интер-а-трипсина 99,1 422 961
Ингибитор тяжелой цепи H1 интер-а-трипсина 101,4 2851501
Ингибитор серин/цистеиновых протеиназ 48,5 21361302
Ингибитор серин/цистеиновых протеиназ 46,3 12653501
Карбоксипептидаза B2 48,4 13937897
Катепсин D 44,6 4503143
Тканевый ингибитор металлопротеиназы 18,8 220 125
Фетуин-B (IRL685) (16G2) 42,1 7657242
Другие ферменты
Х-цепь алкогольдегидрогеназы класса III 39,7 113408
4а-гидроксидтетрагидробиоптерингидратаза 12,1 476 908
N-ацетилглюкозаминкиназа (GIcNAc киназа) 37,4 24638065
N-ацилсфинглозинамидогидролаза (кислая керамидаза) 46,5 30089930
Алкогольдегидрогеназа 39,9 1223739
Ангиогенин (рибонуклеаза-5) 16,3 14189876
Продолжение табл. 2
1 2 3
В-цепь L-лактатдегидрогеназы 36,6 4557032
Гликогенфосфорилаза, печеночная форма 97,1 4506353
Глутатионпероксидаза 25,5 2160390
Глутатионпероксидаза-4 22,1 4504107
Каталаза 59,8 4557014
Митохондриальная глутатионредуктаза 56,3 14916998
Неизвестный белковый продукт 32,6 21758578
Нуклеозидная дифосфаткиназа-B (NDK-B) 17,3 4505409
Параоксоназа-1 39,7 19923106
Пиридоксалькиназа (пиридоксинкиназа) 35,1 4505701
Пируваткиназа, изоформа M1 57,9 33286418
Простагландин ^-D-изомераза 21 32171249
Рибонуклеаза 4 13,8 5730372
Тиоредоксин 11,7 135773
Тиоредоксин 5 13,9 14249348
Транскетолаза (ТЗ) 67,9 4507521
Урацил-ДНК-гликозилаза 35,5 35053
Цитидиндезаминаза 16,2 11386157
Локальные протеины матрикса
bG174L6.2 (МБ^ фактор, стимулирующий мегакариоциты) 151,1 13559026
LPLUNC1 52,5 37182312
LPS-связывающий протеин 53,4 31652249
Интелектин (эндотелиальный лектин HL-1) 35 31542986
Маннозасвязывающий лектин 26,1 5911809
Протеин небно-легочно-назального эпителиального клона 26,7 7706119
Протеин сурфактанта БР-В 42,1 15021771
Протеин, распознающий пептидогликан ^РР-Б) 21,7 4827036
Тромбоспондин-1 129,4 135717
Фиколин-2 34 4758348
Фиколин-3, изоформа 1 32,9 27754776
Хитиназа-3-подобная-1 42,6 14919433
Хитиназа-3-подобная-2 43 11993935
Цинк-а-2-гликопротеин 33,9 141596
Белки острой фазы
Кальваскулин (S100 кальцийсвязывающий протеин A4) 11,7 4506765
Кальгранулин B (S100 кальцийсвязывающий белок A9) 13,2 4506773
Кальгранулин А (S100 кальцийсвязывающий белок A8) 10,8 21614544
Липополисахаридсвязывающий белок 53,4 31652249
Оросомукоид-1 23,5 20070760
Р-компонент сывороточного амилоида (SAP) 25,4 4502133
С-реактивный белок 25 117486
Сывороточный амилоидный А-4 протеин (С-SAA) 14,8 10835095
Аполипопротеины
Аполипопротеин A-II (апо-II) 11,2 4502149
Аполипопротеин A-IV 45,4 4502151
Продолжение табл. 2
1 2 3
Аполипопротеин В 515,6 178730
Аполипопротеин С-11 (АРОС-11) 11,3 32130518
Аполипопротеин С-Ш (АРОС-Ш) 10,9 4557323
Аполипопротеин С-М (АРОС-1У) 14,6 4502161
Аполипопротеин С-я (АРОС-я) 9,3 4502157
Аполипопротеин D (APOD) 21,3 4502163
Аполипопротеин Н (апо-Н) 38,3 543 826
Аполипопротеин L1 44 17433279
Аполипопротеин А-1 (апо-1) 30,8 4557321
Аполипопротеин Е (АРОЕ) 36.2 4557325
Аполипопротеин М (ароМ) 21,3 22091452
Кластерин 52,2 32891795
Другие сывороточные белки
АМВР протеин (а-1-микрогликопротеин) 39 4502067
а/а-Е-цепь фибриногена 95 4503689
а-2-НБ-гликопротеин 39.3 4502005
Ангиотензиноген 53,1 11118375
Витaмин-D-связывaющий белок 53 455970
Витамин-К-зависимая протеинкиназа С 52,1 4506115
Гистидин-богатый гликопротеин 59,6 4504489
Лактоферрин 78,1 34412
Лейцин-богатый а-2-гликопротеин 38,2 21707947
Миоглобин 17,2 4885477
Плазминоген 90,6 4505881
Тироксинсвязывающий глобулин 46,3 1351236
Тромбоспондин 4 105,8 549139
Фактор свертывания крови IX 51,8 4503649
Фактор свертывания крови X (фактор Стюарта) 54,7 4503625
Фибулин 1 70,6 22761800
Церулоплазмин
Протеины цитоскелета клетки
а-тубулин-1 50,2 34740335
Р-2 цепь тубулина 49,8 5174735
Актин-2 47,4 5031573
ДесмоплакинI 310 2134996
Коактозинподобный белок 15,9 21624607
Легкая цепь миозина 17 2842665
Субъединицы 1В-актин-связанного протеина 2/3 комплекса 41 5031601
Субъединицы 4-актин-связанного протеина 2/3 комплекса 19,7 5031595
Другие внутриклеточные белки
CD5L 38,1 37182111
HMGB1 24,9 4504425
НЫРРС протеин 33,6 14250048
MTRANCDS 22,3 2065179
В-субъединица гуаниннуклеотидсвязывающего протеина 35,1 5174447
Окончание табл. 2
1 2 3
Аннексин A11 54,4 4557317
Аннексин A3 (липокортин III) 36,4 4826643
ГТФ-связывающий нуклеарный протеин (TC4) 24,4 5453555
ГТФ-связывающий протеин PTD004 гомолог 44,7 21313144
Кофактор транскрипции 4, активирующий РНК-полимеразу II 14,4 19923784
Легкая цепь 2А-динеина 10,9 7661822
Нуклеарный антиген дифференциации миелоидных клеток 45,8 4505227
Ras-супрессорный белок 1 (RSP-1) 31,5 6912638
Рибосомный протеин S12 14,5 14277700
Протеин, связывающий половые гормоны 41,4 36 448
Селенопротеин P 41,7 34783648
Трансформирующий протеин RhoA 21,8 16923986
Фактор 3 АДФ-рибозилирования 20,6 4502203
Фосфопротеин, связывающий к-В-мотив 51 1083569
Шаперон-10-связанный протеин 10,3 4028622
Якорный протеин-9 А-киназы 434,1 34786919
Протеины, содержание которых понизилось после действия аллергена
Ангиотензинпревращающий фермент (АПФ) 149,7 4503273
Ингибитор активатора 1 фактор роста гепатоцитов 58,4 32313599
Молекулы адгезии нейронов NB-3 114 7657361
Натрийзависимый транспортер фосфатов, изоформа-3Ь 75,8 5453752
Нейропилин-1 71,9 7271465
Остеокласт-ассоциированный рецептор 1"ЮБСАР-М1 28,8 19557668
Пирин 32,1 4505823
Плексин 01 212,1 28933451
Прекурсор контактина (гликопротеин gP135) 113,3 28373117
Прекурсор нейротримина 38 7705413
Рецептор тирозиновой протеинфосфатазы 217,1 19743919
Рецептор, связанный с G-белками (GPR) 116
2) ловушки инициаторов свободнорадикальных реакций;
3) хелаторы (железосвязывающие агенты);
4) кофакторы и низкомолекулярные компоненты защитных антиокислительных ферментов и их предшественники.
Неферментные биоантиоксиданты оказывают свое действие не только в экстрацеллюлярном пространстве [1, 5, 7—9, 16].
Антиоксидантные ферменты бронхоальвеолярного секрета
Основными антиоксидантными ферментами, которые функционируют в надэпителиальном пространстве респираторного тракта, являются лактопероксидаза, экстрацеллюлярная суперок-сиддисмутаза, компоненты глутатионовой, глута-редоксиновой и пероксиредоксиновой систем. Од-
нако исключительно в бронхиальном секрете функционирует лактопероксидаза, катализирующая Н2О2-зависимое окисление галогенидов и тио-цианатов, а в бронхиальном секрете и внеклеточном пространстве ткани легкого — экстрацеллюлярная супероксиддисмутаза, которая инактивирует супероксид-анион-радикал.
Экстрацеллюлярная супероксиддисмутаза
Несмотря на то, что относительное содержание экстрацеллюлярной супероксиддисмутазы составляет всего 5 % от суммарного количества всех трех форм супероксиддисмутаз, она является чрезвычайно важным антиоксидантным компонентом респираторного тракта. Особая роль ECSOD в защите респираторного тракта от действия АКМ была подтверждена во многих экспериментах и клинических научных работах [32, 23]. Впервые ECSOD была
идентифицирована в 1982 году Stefan L. Marklund как гидрофобный гликопротеин с молекулярной массой 135 000 кДа [24].
Краткая характеристика экстрацеллюлярной супероксиддисмутазы
Молекула ECSOD представляет собой последовательность из 222 аминокислотных остатков и содержит один атом меди и один атом цинка, присутствие которых необходимо для осуществления ферментативной деятельности. Протеин ECSOD представляет собой гликопротеин, который находится преимущественно в гомотетрамерной форме. Гомотетрамеры состоят из двух димеров, связан -ных между собой дисульфидными связями между цистеиновыми остатками С-терминальных регионов. Молекула ECSOD содержит три домена: гидрофобный N-терминальный домен, участвующий в димеризации, центральный домен, содержащий активный каталитический центр, и гидрофильный С-терминальный домен, в котором расположена последовательность из девяти положительно заряженных аминокислотных остатков (шести Arg и трех Lys — гепарин/матрикс-связывающий домен), в связи с чем способен связываться с протеогли-канами наружной поверхности мембраны клетки и экстрацеллюлярного матрикса (рис. 3) [6, 13, 28, 32]. Примечательно, что гепарин/матрикс-связыва-ющий домен высокочувствителен к действию про-теолитических ферментов. Поэтому протеазы могут функционировать как регуляторы уровня представительства ECSOD на поверхности мембраны
клеток и в экстрацеллюлярном матриксе. ECSOD является ферментом с очень стабильной и устойчивой к действию высокой температуры, рН > 10 и концентрациям мочевины структурой. Ингибиру-ющее действие на активность ECSOD оказывают перекись водорода, цианаты и диэтилдитиокарба-мат [25]. Различают три изоформы ECSOD — А, В и С. В организме человека синтезируется преимущественно фермент ECSOD С, обладающий высоким сродством к гепарину и локализующийся в тканях организма. В биологических жидкостях преимущественно находятся А и В формы ECSOD [33].
Основным местом локализации ECSOD является внешняя поверхность клеточных мембран и экс-трацеллюлярное пространство, в данных регионах ее концентрация превышает содержание в сыворотке крови в 20 раз. Также ECSOD определяется в биологических жидкостях: сыворотке крови, лимфе, ликворе, синовиальной жидкости и бронхиальном секрете. В органах дыхания, кровеносных сосудах и плаценте находится большая часть всего ECSOD, содержащегося в организме человека. Экспрессия мРНК ECSOD носит тканеспецифический характер: высокая экспрессия наблюдается в ткани легких, сердца, плаценты и поджелудочной железы, а низкая экспрессия характерна для ткани головного мозга. В респираторном тракте ECSOD экс-прессируется только в определенных клетках: бронхиальных эпителиоцитах, альвеолоцитах II типа, альвеолярных макрофагах, интерстициальных фи-бробластах, эндотелиоцитах кровеносных сосудов (табл. 4) [25, 32]. Необходимо отметить, что ECSOD
Таблица 3. Функции и локализация неферментных биоантиоксидантов [4, модификация]
Биоантиоксиданты Функции Локализация
Протеины
Альбумин Хелатор Си2+ Инактивация ОН\ НОС1 Экстрацеллюлярное пространство
Лактоферрин Хелатор Fе2+
Трансферрин Хелатор Fе2+
Ферритин Хелатор Fе2+
Церуплазмин Хелатор Си2+ Окисление Fe2+ Инактивация O2^
Низкомолекулярные соединения
N-ацетилцистеин Неселективная инактивация АКМ Цитоплазма
Аскорбиновая кислота Инактивация ОН\ О2--
Таурин Нейтрализация НОС1
Карнозин Инактивация ОН\ О2-- и НОС1
Глутатион Инактивация ОН-, О2- Цитоплазма, митохондрии
Каротиноиды Инактивация О2--, НОС1 Биомембраны
Токоферол Инактивация ОН-, НОС1
Убихинол Инактивация ОН-
Мочевая кислота Предотвращение перекисного окисления липидов Экстрацеллюлярное пространство
может находиться и внутри некоторых фагоцитирующих клеток, в частности в нейтрофилах и макрофагах [22].
Индукция синтеза экстрацеллюлярной супероксиддисмутазы и каталитический цикл
Активность экспрессии гена ЕС80В индуцируется многими факторами. Показано, что альвеоло-циты II типа реагируют усилением экспрессии гена ЕС80В в ответ на действие 1К№-у и ТЫР-а. По всей вероятности, возбуждение экспрессии гена опосредовано фактором транскрипции ЫР-кБ, так как на промоторе гена ЕС80В располагается ЫР-кВ-связывающийся элемент. В 5'-нетранслируемом регионе гена ЕС80В содержатся и другие регуля-торные элементы, в том числе элемент арилуглево-дородного рецептора, элемент антиоксидантного ответа (АРЕ), глюкокортикоид-отвечающий элемент, мотив АР-1 [33]. Экспрессия мРНК ЕСБОБ в гладкомышечных клетках сосудов увеличивается под воздействием вазоактивных биоагентов (гиста-мина, вазопрессина, окситоцина, эндотелина-1, ан-гиотензина II и серотонина), гормонов (фоллитро-пина, эстрогена), цАМФ, оксидантов и других [32]. В то время как ТОР-р и !Ь-1 ингибируют экспрессию ЕСБОБ [20].
Экстрацеллюлярная супероксиддисмутаза дис-мутирует супероксид-анион-радикал во внеклеточном пространстве, на поверхности клеточных мембран и в биологических жидкостях (каталитический цикл представлен в подразделе супероксиддисму-тазы). ЕСБОБ также проявляет пероксидазную активность. ЕСБОБ катализирует реакцию, в которой в качестве субстрата используется Н2О2, образуя промежуточную форму ЕСБОБ Си-ОН-, которая в последующем преобразуется в ЕСБОБ Си-ОН. Последняя взаимодействует с анионом НСО3-, окисляя его до СО3-, и возвращается в активную форму. Оксидант СО3- может вступать в реакцию с другими соединениями (рис. 4). Поскольку каталаза и глута-тионпероксидазы, обусловливающие деградацию Н2О2, преимущественно расположены внутри клетки, в экстрацеллюлярном пространстве в процессе инактивации Н2О2 ключевую роль играют ЕСБОБ и ЬРО [32].
Физиологическая роль экстрацеллюлярной супероксиддисмутазы в респираторном тракте
ЕСБОБ, модулируя действие АКМ, регулирует процесс воспаления и развитие фиброза легких. Помимо нейтрализации АКМ, фермент ЕСБОБ также защищает эндотелий сосудов и клетки интерстици-альной ткани легкого от деструктивного действия ЫО [28].
Развитие воспалительного процесса в респираторном тракте сопровождается снижением уровня представительства ЕСБОБ в ткани, что связывают с притоком нейтрофилов, протеазы которых, отщепляя С-терминальный регион молекулы ЕСБОБ, способствуют ее отрыву от поверхности мембран клеток, высвобождению из экстрацеллюлярного
Рисунок 3. Модель молекулярной структуры тетрамера ECSOD [34]
Рисунок 4. Пероксидазная функция ECSOD [32] Таблица 4. Краткая характеристика ECSOD [26]
Изофор-мы SOD Структура Мм (kDa) Хромосомная локализация гена Локализация Ион металла Протеин, доставляющий ион Экспрессирую-щие клетки ткани респираторного тракта
ECSOD Гомотетра-мер 135 4q21 Экстрацел-люлярное пространство (каталитический активный) Zn2+ (поддерживает стабильность фермента) ATOX1 (транспортный протеин меди) МНК (АТФ-азы Менке-са) Бронхиальные эпителиоциты, альвеолоциты II типа, альвеолярные макрофаги, интерстициальные фибробласты, эндотелиоциты легочных сосудов
Примечание: Мм — молекулярная масса.
матрикса и выходу в бронхоальвеолярную жидкость [12, 14]. Протеин ECSOD, специфически связываясь своим гепарин/матрикс-связывающим доменом c коллагеном I, IV типов, гепарансуль-фатами, гиалуроновой кислотой, защищает их от разрушительного действия АКМ. Учитывая, что фрагменты коллагена I, IV типов являются мощными хемоаттрактантами провоспалительных клеток, предупреждение деградации коллагеновых молекул может лежать в основе противовоспалительного действия ECSOD [13]. Показано, что присутствие ECSOD в бронхоальвеолярном секрете снижает выраженность воспалительного процесса. Снижение содержания ECSOD является существенным фактором, который стимулирует воспалительную реакцию в респираторном тракте [23]. Экспериментальная пневмония, вызванная кишечной палочкой, у мышей с нокаутом гена ECSOD протекала с достоверно более выраженным поражением легких, чем у диких мышей. Также ECSOD, содействуя фагоцитозу, способствует элиминации бактерий и ограничению очага воспаления легких [12].
Экстрацеллюлярная супероксиддисмутаза, контролируя уровни биодоступности внеклеточного супероксид-анион-радикала, оксида азота и модулируя активность эндотелиоцитов, играет важную роль в регуляции артериального давления [31].
Список литературы
1. Воскресенский О.Н. Биооксиданты — облигатные факторы питания/ О.Н. Воскресенский, В.Н. Бобырев// Вопр. мед. химии. — 1992.. — № 4. — С. 21.
2. Габитова Д.М. Антиоксидантная защитная система организма / Д.М. Габитова, В.О. Рыжикова, М.А. Рыжикова // Башкирский химический журнал. — 2006. — Т. 13, № 2. — С. 94.
3. Калинина Е.В. Участие тио-, перокси- и глутаредокси-нов в клеточных редокс-зависимых процессах / Е.В. Калинина, Н.Н. Чернов, А.Н. Саприн // Успехи биологической химии. — 2008. — Т. 48. — С. 319-331.
4. Активные формы кислорода в живых системах / А. Ма-геррамов, И.А. Алиев, У.Ф. Аскерова и др. // Baki Univer-sitetinin ХэЬэгШ. — 2009. — Т. 4. — С. 41-52.
5. Analysis of glutathione: implication in redox and detoxification /A. Pastore, G. Federici, E. Bertini, F. Piemonte // Clin. Chim. Acta. — 2003. — Vol. 333. — P. 19-39. PMID: 12809732.
6. Altered expression of extracellular superoxide dismutase in mouse lung after bleomycin treatment / C.L. Fattman, C.T. Chu, S.M. Kulich et al. // Free Radic. Biol. Med. — 2001. — Vol. 31, № 10. — P. 1198-1207. PMID: 11705698.
7. Comhair S.A. Antioxidant responses to oxidant-mediated lung diseases / S.A. Comhair, S.C. Erzurum //Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. — 2002. — Vol. 283, № 2. — P. L246-L255. PMID: 12114185.
8. Deplancke B. Redox control of the trans-sulfuration and glutathione biosynthesis pathways / B. Deplancke, H.R. Gaskins // Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Care. — 2002. — Vol. 5. — P. 85-92. PMID: 11790955.
9. Depletion of glutathione and ascorbate in lung lining fluid by respirablefibres / D.M. Brown, P.H. Beswick, K.S. Bell, K. Donaldson //Ann. Occup. Hyg. — 2000. — Vol. 44. — P. 101-108. PMID: 10717261.
10. Differentialproteomic analysis of bronchoalveolar lavage fluid in asthmatics following segmental antigen challenge/ J. Wu, M. Ko-bayashi, E.A. Sousa et al. //Mol. Cell. Proteomics. — 2005. — Vol. 4, № 9. — P. 1251-1264. PMID: 15951573.
11. Extracellular glutathione peroxidase induction in asthmatic lungs: evidence for redox regulation ofexpression in human airway epi-
thelial cells/S.A. Comhair, P.R. Bhathena, C. Farver et al. //FASEB J. — 2001. — Vol. 15. — P. 70-78. PMID: 11149894.
12. Extracellular superoxide dismutase in macrophages augments bacterial killing by promoting phagocytosis / M.L. Manni, L.P. To-mai, C.A. Norris et al. //Am. J. Pathol. — 2011. — Vol. 178, № 6. — P. 2752-2759. doi: 10.1016/j.ajpath.2011.02.007.
13. Extracellular superoxide dismutase in pulmonary fibrosis / F. Gao, V.L. Kinnula, M. Myllärniemi, T.D. Oury // Antioxid. Redox. Signal. — 2008. — Vol. 10, № 2. — P. 343-354. PMID: 17999630.
14. Fattman C.L. Extracellular superoxide dismutase in biology and medicine / C.L. Fattman, L.M. Schaefer, T.D. Oury // Free Radic. Biol. Med. — 2003. — Vol. 35, № 3. — P. 236-256. PMID: 12885586.
15. Haddad J.J. O-evoked regulation of HIF-1a and NF-kB in perinatal lung epithelium requires glutathione biosynthesis / J.J. Haddad, S. Land//Am. J. Physiol. Lung Cell. Mol. Physiol. — 2000. — Vol. 278. — P. L492-L503. PMID: 10710521.
16. Haddad J.J. Thiol regulation of pro-inflammatory cytokines reveals a novel immunopharmacological potential of glutathione in the alveolar epithelium / J.J. Haddad, B. Safieh-Garabedian, N.E. Saa-de, S.C. Land// J. Pharmacol. Exp. Therap. — 2001. — Vol. 296. — P. 996-1005. PMID: 11181934.
17. Hu S. Human body fluidproteome analysis/ S. Hu, J.A. Loo,
D.T. Wong//Proteomics. — 2006. — Vol. 6, №23. — P. 6326-6353. PMID: 17083142.
18. Human bronchoalveolar lavage: biofluid analysis with special emphasis on sample preparation / A. Plymoth, C.G. Löfdahl, A. Ek-berg-Jansson et al. / Proteomics. — 2003. — Vol. 3, № 6. — P. 962972. PMID: 12833521.
19. Kinnula V.L. Focus on antioxidant enzymes and antioxidant strategies in smoking related airway diseases // Thorax. — 2005. — Vol. 60, № 8. — P. 693-700. PMID: 16061713.
20. Kinnula V.L. Superoxide dismutases in the lung and human lung diseases/ V.L. Kinnula, J.D. Crapo//Am. J. Respir. Crit. Care Med. — 2003. — Vol. 167, № 12. — P. 1600-1619. PMID: 12796054.
21. Leroy B. Sample preparation of bronchoalveolar lavage fluid/ B. Leroy, P. Falmagne, R. Wattiez//Methods Mol. Biol. — 2008. — Vol. 425. — P. 67-75. doi: 10.1007/978-1-60327-210-0_6.
22. Localization of extracellular superoxide dismutase in rat lung: neutrophils and macrophages as carriers of the enzyme / B. Loenders,
E. Van Mechelen, S. Nicolai et al. // Free Radic. Biol. Med. — 1998. — Vol. 24, № 7-8. — P. 1097-1106. PMID: 9626563.
23. Loss of extracellular superoxide dismutase leads to acute lung damage in the presence of ambient air: a potential mechanism underlying adult respiratory distress syndrome / M.C. Gongora, H.E. Lob, U. Landmesser et al. //Am. J. Pathol. — 2008. — Vol. 173, № 4. — P. 915-926. doi: 10.2353/ajpath.2008.080119. Epub 2008Sep 11.
24. Marklund S.L. Human copper-containing superoxide dismutase of high molecular weight // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 1982. — Vol. 79, №24. — P. 7634-7638. PMID: 6961438.
25. Marklund S.L. Extracellular superoxide dismutase in human tissues and human cell lines // J. Clin. Invest. — 1984. — Vol. 74, № 4. — P. 1398-1403. PMID: 6541229.
26. Miao L. Regulation of superoxide dismutase genes: implications in disease / L. Miao, D.K. St Clair // Free Radic. Biol. Med. — 2009. — Vol. 47, № 4. — P. 344-356. doi: 10.1016/j.freerad-biomed.2009.05.018. Epub 2009May 25.
27. NF-kB protects lung epithelium against hyperoxia-induced nonapoptotic cell death-oncosis / W.R.. Franek, D.M. Morrow, H. Zhu et al. //Free Radic. Biol. Med. — 2004. — Vol. 37. — P. 1670-1679. PMID: 15477018.
28. Nozik-Grayck E. Extracellular superoxide dismutase / E. Nozik-Grayck, H.B. Suliman, C.A. Piantadosi // Int. J. Bio-chem. Cell. Biol. — 2005. — Vol. 37, № 12. — P. 2466-2471. PMID: 16087389.
29. Oxygen sensing and redox signaling: the role of thioredoxin in embryonic development and cardiac diseases /M. Kobayashi-Miura, K. Shioji, Y. Hoshino et al. //Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. — 2007. — Vol. 292, № 5. — P. H2040- H2050. PMID: 17293486.
30. Reddy S.P. The antioxidant response element and oxidative stress modifiers in airway diseases // Curr. Mol. Med. — 2008. — Vol. 8, № 5. — P. 376-383. PMID: 18691064.
31. Role of extracellular superoxide dismutasein hypertension / M.C. Gongora, Z. Qin, K. Laude et al. // Hypertension. — 2006. — Vol. 48. — P. 473-481. PMID: 16864745.
32. Skrzycki M. Zewnqtrzkomorkowa dysmutaza ponadtlenkowa (EC-SOD) — budowa, wlasciwosci i funkcje / M. Skrzycki, H. Czec-zot // Postepy Hig. Med. Dosw. (Online). — 2004. — Vol. 58. — P. 301-311. PMID: 15280800
33. Superoxide dismutase 3, extracellular (SOD3) variants and lung function / K. Ganguly, M. Depner, C. Fattman et al. // Physiol. Genomics. — 2009. — Vol. 37, № 3. — P. 260-267. doi: 10.1152/ physiolgenomics.90363.2008. Epub 2009 Mar 24.
34. The structure of human extracellular copper-zinc superoxide dismutase at 1.7A resolution: insights into heparin and collagen binding / S.V. Antonyuk, R.W. Strange, S.L. Marklund, S.S. Hasnain // J. Mol. Biol. - 2009. - Vol. 388, № 2. - P. 310-326. doi: 10.1016/j. jmb.2009.03.026. Epub 2009 Mar 14.
35. Wattiez R. Proteomics of bronchoalveolar lavage fluid / R. Wattiez,, P. Falmagne // J. Chromatogr. B Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. - 2005. - Vol. 815, № 1-2. - P. 169-178. PMID: 15652807.
Получено 26.04.16 ■
Абатуров O.e.1, Волосовець О.П.2, Худяков O.e.1 1ДЗ «Днюропетровсыка медична академ!я М!нстерства охорониздоров'я Украни», м. Днпро, Укра1на 2Нацюнальний медичний ун!верситет ¡м. О.О. Богомольця, м. Ки!в, Укра'на
АНТИОКСИДАНТНА СИСТЕМА РЕСШРАТОРНОГО ТРАКТУ Антиоксиданты ефектори в надеттел1альному й екстрацелюлярному простор! (частина 1)
Резюме. В оглядi лггератури викладеш сучасш дат щодо антиоксидантно1 системи рестраторного тракту. Показана локалiзацiя компонента i функцюнування ферментно! ланки антиоксидантно! системи в рестраторному тракп. Викладена характеристика протешового складу рщини бронхоальвеолярного лаважу. Представлено змши вмю-ту рiзних протмшв у рщиш бронхоальвеолярного лаважу тсля впливу алергена у хворих на бронхiальну астму. Показано функци й локалiзацiю неферментних бюанти-оксиданпв бронхоальвеолярного секрету. Докладно роз-глянуп характеристика, iндукцiя синтезу й фiзiологiчна роль у рестраторному тракп антиоксидантного ферменту бронхоальвеолярного секрету — екстрацелюлярно! супер-оксиддисмутази.
Kro40Bi слова: антиоксидантна система, рестраторний тракт, антиоксидантш ефектори.
AbaturovO.Ye.1, Volosovets O.P.2, Khudiakov O.Ye.1
1State Institution «Dnipropetrovsk Medical Academy of Ministry of Healthcare of Ukraine», Dnipro, Ukraine
2National Medical University named after O.O. Bohomolets, Kyiv, Ukraine
THE ANTIOXIDANT SYSTEM OF THE RESPIRATORY TRACT Antioxidant Effectors in Supraepithelial and Extracellular Space (Part 1)
Summary. The review of literature presents the current data about the antioxidant system of the respiratory tract. The localization of the components and functioning of the enzyme link of antioxidant defense in the respiratory tract are described. The protein content of the bronchoalveolar lavage is characterized. The changes in the content ofvarious proteins in the bronchoal-veolar lavage fluid after exposure to an allergen in patients with bronchial asthma are presented. There were shown the function and localization of non-enzymatic bioantioxidants of lung fluid. The characteristics, synthesis induction and physiological role in the respiratory tract of the antioxidant enzyme of lung fluid — extracellular superoxide dismutase were considered in detail.
Key words: antioxidant system, respiratory tract, antioxidant effectors.
