CC BY
27
Орипнальш статт
0ÄK 616.831—006.484:612.015
Ocoбливocтi oбмiнy нeгeмoвoгo зaлiзa в opгaнiзмi xвopиx з глioмaми гoлoвнoгo мoзкy
Зoзyля Ю. П., Mиxaйлик O. М., Poзyмeнкo В.Д., Чepчeнкo А. П., Дyдчeнкo H. А., Лeбeдeв G.O., Шypyнoв Б. С.
Iнcтитyт нeйpoxipypгiï iм. aкaд. А. П. Poмoдaнoвa AMH Укpaïни, м. Kиïв, У^ятя Iнcтитyт пpиклaдниx пpoблeм фiзики i бioфiзики HAH Укpaïни, м. ^¿в, Укpaïнa Kиïвcький нaцioнaльний yнiвepcитeт iм. Tapaca Шeвчeнкa, м. Kиïв, Ó^arna
Ключовъ cлoвa: глюльт nyxлuнu гoлoвнoгo мозку людuнu, Memaßo^iaM негемовога eamea, eameo ôepumuuy, ecrnao, sdamne до xeлcmyвaння, e/ameo mpancóiepuny, мешод ктькжжп. cneKmpocKonii eлeкmpoннагo cninoeoeo peeoMabcy.
Зaлiзo e ^œe вяжливим eлeмeнтoм для ^p-мaльнoгo poзвиткy i функцинувяння opгaнiз-му, вoднoчac нaдмip ^го чи лoкaльнe нятапи-чeння в ткaнинax зяймяють вaжливe мicцe в пaтoгeнeзi нaйтяжчиx i нaйпoшиpeнiшиx xßo-po6 людини [53]. Стяни пepeвaнтaжeння opгaнi-зму зaлiзoм клacифiкyють, видшяючи пepвин-ний (cпaдкoвий) i втopинний (нябутий) гeмox-poмaтoз. Cпaдкoвий гeмoxpoмaтoз пoв'язyють нacaмпepeд з ycпaдкyвaнням мутяцм y нeщo-дaвнo вiдкpитoмy HFE-геш зя гoмoзигoтним типoм [20, 64]. чя^^я гoмoзигoтнocтi cta^-вить пpиблизнo 1 випaдoк з 200. Cxильнicть дo нaдмipнoгo нaкoпичeння зaлiзa е xapaктepнoю тaкoж для гeтepoзигoтниx нociïв мyтaнтниx гeнiв, acoцiйoвaниx з гeмoxpoмaтoзoм [46], якi виявляютьея y 13% нaceлeння.
Бiльшa чacтинa зaлiзa, шр мicтитьея y 6ío-лoгiчниx таянин^ y нopмi, пepeбyвae y фopмi гeмoвиx бiлкiв. Heгeмoвe зaлiзo включяе зяль зo, щo вxoдить дo cклaдy фepитинy (гeмocидe-pинy) тя тpaнcфepинy, i нeвeличкy кiлькicть ^го y фopмi низькoмoлeкyляpниx кoмплeкciв з тякими л^ндями, як цитpaт, ATÔ, циcтeïн тя ш. [34]. Mexaнiзми ypaжeння ткянин пpи та-peвaнтaжeннi зaлiзoм щe нe зoвciм вивчeнi. Ha мoлeкyляpнoмy piвнi вiдбyвaютьcя змши y ня-пpямкy нaкoпичeння зaлiзa i пiдвищeння кoн-цeнтpaцiï ^ore eлeмeнтa в cклaдi бiлкiв, йoгo тpaнcпopтyють i дeпoнyють, — тpaнcфe-pинy i фepитинy (гeмocидepинy). Kpiм тoгo, пiдвищyeтьcя кoнцeнтpaцiя низькoмoлeкyляp-ниx кoмплeкciв зaлiзa чи зaлiзa, здaтнoгo дo xeлaтyвaння [29].
Пpиcyтнicть зaлiзa в ткaнинax гoлoвнoгo мoз-
ку виявлeнo дaвнo [58]. Komempaqm йoгo в дe-якиx дiлянкax мoзкy пepeвищye кoнцeнтpaцiю в тачшщ [2, 26]. Oкpiм тoгo, зaлiзo вiдiгpae нaдзвичaйнo вяжливу poль в oкиcлювaльнoмy фoфopилювaннi, е кoфaктopoм дeякиx фep-мeнтiв, щo cпpияють cинтeзy i дeгpaдaцiï нeй-poтpaнcмiтepiв, вoнo нeoбxiднe для нopмaльнo-го мeтaбoлiзмy дoпaмiнy i пpoцeciв oкиcлювaль-нoгo мeтaбoлiзмy в ткaнинax гoлoвнoгo мoзкy [8, 66]. Hecтaчa зaлiзa пpизвoдить дo пopyшeн-ня фунцп pyxy [7]. В цiлoмy y бшй peчoвинi кopтeкcy бiльшe зaлiзa, нiж y cipiй [12]. Kapra-ня poзпoдiлy фepитинy, бiлкa, в ягаму вiдклa-дaeтьcя зaлiзo, cпiвпaдae з кapтинoю вмicтy зя-лiзa взaгaлi. Фepитин знaxoдять, гoлoвним чи-нoм, в oлiгoдeндpoцитax i в клим^к мiкpoглiï, якi викoнyють фяшцитуючу функцгю в ткяни-нax мoзкy [11, 38]. Acтpoцити тaкoж здятш ня-кoпичyвaти зaлiзo [13]. У cклaдi фepитинy зaлi-зo в нopмi cклaдae вiд 1/3 дo 3/4 вмicтy йoгo в TO^^ax мoзкy [51]. Фepитин — нaймeншe вив-чeний кoмпoнeнт peгyлятopнoï cиcтeми гoлoв-нoгo мoзкy [13]. Tpaнcфepин лoкaлiзyeтьея пe-peвaжнo в oлiгoдeндpoцитax [10] i в клiтинax eндoтeлiю мiкpocyдин мoзкy [21]. Дeякa кшьшсть тpaнcфepинy дeтeктyeтьcя в acтpoцитax, дe збiльшyeтьея з вiкoм людини [11]. Tpaнcфepин, як пpaвилo, нe виявляeтьcя в нeйpoнax. У гo-лoвнoмy мoзкy людини piвeнь тpaнcфepинy в бшш peчoвинi вищий, нiж y ciprn peчoвинi, няйвищий вiн y мoтopнiй кopi, тяк caмo, як piвeнь фepитинy i зaлiзa. Змши в poзпoдiлi зя-лiзa ня peгioнaльнoмy, клiтиннoмy тя мoлeкy-ляpнoмy piвнi вiдбyвaютьcя: пpи нeoнaтaльнo-му poзвиткy [8, 18], cтapiннi [26], дeфiцитi зя-
л!за [13, 66], периферичному накопиченн! його в деяких зонах мозку [36, 60], при деяких ней-родегенеративних захворюваннях [35, 57], роз-с!яному склероз! [15], травматичних уражен-нях мозку, В1Л-шфекцп [23]. Загалом спостер!-гаеться зб!льшення вм!сту зал!за в головному мозку з в!ком [11], ! цей процес мае тенденцию прискорюватися при деяких патолог!чних об-ставинах.
Патогенетична роль зал!за в розвитку не-вролог!чних захворювань ще не до к!нця з'ясо-вана ! потребуе подальшого досл!дження. Ней-ротоксичн!сть зал!за полягае насамперед у ка-тал!з! п!д його впливом процес!в в!льноради-кального окислення та в ураженн! тканин мозку внасл!док стресу, спичиненого цими проце-сами. Тканини мозку надзвичайно чутлив! до окислювального ураження, внасл!док високих р!вн!в окислювального метабол!зму та вм!сту ненасичених жирних кислот ! низько! актив-ност! антиоксидантних фермент!в [6,19,22,25], пор!вняно з !ншими тканинами орган!зму. Особ-ливу небезпеку токсичн!сть зал!за становить для м!тохондр!й [42]. Вважають, що шпбування м!то-хондр!ального переносу електрон!в в!дбуваеть-ся в результат! утворення дин!трозильних ком-плекс!в зал!за з зал!зо-с!рчаними б!лками — компонентами електронтранспортного ланцюга м!тохондр!й [14] — ! призводить до пригн!чення енергопродукц!! [35].
Роль систем транспорту ! накопичення зал!-за в онкогенез! сьогодн! интенсивно досл!джуеть-ся. Оск!льки зал!зо конче необх!дне для росту пухлинних кл!тин [56], перевантаження ним орган!зму е фактором ризику щодо виникнення раку. Нов! науков! дан! свщчать, що вм!ст "лабильного" зал!за — один !з суттевих факторгв ре-гуляцп спгвв!дношення процес!в прол!ферацп ! апоптозу кл!тин [55]. Сформульовано гипотезу стосовно г!поферимп як захисно! реакц!! орган!-зму проти неоплаз!й та !нфекц!й [31, 65]. П!дви-щення концентрац!! депонованого зал!за при пе-ревантаженн! ним орган!зму також е фактором ризику ще небезпечн!шого ураження тканин, зокрема при х!м!отерапп онколог!чних хворих чи д!! щдвищеного р!вня рад!ац!! [16]. У такому раз! в основ! негативного ефекту лежить поси-лення рад!ац!йно-х!м!чних процес!в у середовищ!, наповненому високодисперсним матер!алом !з значною густиною, яким е б!олог!чна тканина, збагачена на зал!зо у склад! неорган!чного "ядра" бшка, що його депонуе, — феритину (гемосиде-рину). Можливий також катал!з процесгв вшьно-радикального окислення в локальних магн!тних
полях [41] у тканинах, збагачених на зал!зо в склад! б!лк!в, враховуючи ун!кальне магн!тне упорядкування зал!за в ядр! феритину (динам!ч-но усереднений антиферомагн!тний стан з над-м!рним сп!ном [27]).
Масштабними еп!дем!олог!чними досл!джен-нями доведено, що перевантаження орган!зму зал!зом, зокрема п!двищення ступеня насичен-ня трансферину плазми кров!, е фактором ризику розвитку онколог!чних хвороб [28, 39]. На-явн!сть спадкового гемохроматозу посилюе ри-зик захворювання на рак печ!нки. Роль гетеро-зиготност! в ИЕЕ-локус! та перевантаження орган!зму зал!зом шшо! етюлогп у виникненн! р!зних вид!в онколог!чних захворювань вивчено недостатньо. Дан! щодо взаемозв'язку м!ж над-м!ром зал!за в орган!зм! та утворенням пухлин головного мозку в науков!й л!тератур! в!дсутн!.
В!домо, що транспорт зал!за в тканини головного мозку забезпечуеться головним чином трансферином ! рецепторами до нього на по-верхн! ендотел!альних та шших тип!в кл!тин [8]. Р!зн! пухлини мозку (особливо гл!областо-ми) характеризуються значно п!двищеною екс-прес!ею трансферинових рецептор!в пор!вняно з нормальними тканинами мозку [44, 54]. Це явище, як вважають, пов'язане з високою потребою пухлинних кл!тин в зал!з! для !х росту ! прол!ферац!!, зокрема в 01- фаз! кл!тинного циклу [9]. Значно менше ведомо про зм!ни об-м!ну негемового зал!за при рост! пухлин мозку. 1снують трансфериннезалежн! шляхи транспорту зал!за [37]. Нещодавно виявлено, що фери-тин може виконувати транспортну роль, зок-рема ол!годендроцити експресують рецептори до феритину ! поглинають феритин шляхом опосередкованого рецепторами ендоцитозу [32,33]. Однак розпод!л рецептор!в до трансфе-рину не !дентичний розпод!лу рецептор!в до феритину, так само неоднаково розпод!лен! в мозку зал!зо, трансферин ! трансферинов! ре-цептори [17].
Злояк!сн! гл!оми е найпоширенгшими первин-ними пухлинами головного мозку дорослих людей. У нашому доелщженн! глальних пухлин моз-ку в експеримент! на щурах ми виявили г!потрансферинем!ю (зниження концентрац!! за-л!за у склад! трансферину ! ступеня насичення трансферину, визначених у ц!льн!й кров!), що супроводжувалась збагаченням тканин мозку на зал!зо у склад! феритину ! "лаб!льне" зал!зо по в!дношенню до тварин з групи поргвняння [49]. Метою нашого наукового дослщження було вив-чення показник!в обм!ну негемового зал!за в кров!
1 тканинах головного мозку пащентш з гл1альни-ми пухлинами мозку.
Матергали г методи. Зразки кров1 1 плазми кров1 брали в1д дев'яти дорослих пац1ент1в з гл1альними пухлинами мозку. Б1опс1йний мате-р1ал одержували п1д час оперативного втру-чання з приводу видалення пухлин 1з трьох делянок мозку: зони пухлини; перифокально! зони, прилегло! до пухлини (перифокальна зона I); — перифокально! зони, в1ддалено! в1д пухлини (перифокальна зона II). Анапластичн! астроци-томи III ступеня злояк1сност1 видалено у 2 хворих, ол1годендроастроцитоми Ш ступеня зло-як1сност1 — у 4 хворих, епендимоастроцитоми III—IV ступеня злояк1сност1 — у 2 хворих. Пац-1енти були в1ком в1д 29 до 60 рок1в. Показник гемоглоб1ну кров1 (НЬ) в груп1 хворих становив в1д 106 до 156 г/л, 1ндекс гематокриту (Ш) — 0,45±0,03. Група поргвняння складалась 1з 12 здорових дорослих людей вжом в1д 27 до 62 рок1в, з показниками гемоглоб1ну кров1 в1д 120 до 165 г/л, 1ндексу гематокриту — 0,47±0,06 (табл. 1).
Показники обм1ну негемового зал1за визна-чали в мжрозразках масою 20—100 мг, вико-ристовуючи процедури, розроблен1 нами на основ1 к1льк1сно! спектроскопп електронного спшового резонансу (ЕСР) [1, 45, 48]: концентрацию зал1за у форм1 б1лк1в, що його накопичу-ють, — феритину (гемосидерину) [Фш-Ев] — в ц1льн1й кров1, плазм1 кров1 1 тканинах; концен-трац1ю зал1за у склад1 транспортного б1лка трансферину [Тф-Ев] в цшьнм кров1 1 плазм1 кров1; концентрац1ю б1лка трансферину в ц1льн1й кров1 [Тф]кр; ступ1нь насичення трансферину зал1зом в ц1льн1й кров1 %Тфкр] концентрац1ю зал1за, що хелатуеться з десфер1оксам1ном В [Дф-Ев] в ц1льн1й кров1, плазм1 кров1 1 тканинах. Концентрац1ю зал1за трансферину, асоц1й-ованого з форменими елементами кров1 [Тф-Ев]фек, розраховували, виходячи з показник1в концентрацп зал1за трансферину в ц1льн1й кров1 [Тф-Ев]к 1 плазм1 кров1 [Тф-Ев] з урахуван-ням 1ндексу гематокриту (Н) користуючись сп1вв1дношенням: [Тф-Ев]пл (1-Н4) + [Тф-Ев]ф Н = [Тф-Ев] . ""
лфек 1- " лк
На вщмшу в1д рутинних метод1в, що засто-вуються сьогодн! в кл1н1чних досл1дженнях для оц1нки стану обм1ну негемового зал1за, методи анал1зу форм негемового зал1за з використан-ням спектроскопп ЕСР забезпечують ефектив-не вивчення зразк1в ц1льно! кров1. Наявн1сть спектр1в ЕСР, як1 е характерними лише для зал1за у склад1 комплекс1в з трансферином (рис., А) [5], робить можливим специф1чне визначен-ня 1ндекс1в обм1ну зал1за в пул1 трасферину в ц1льн1й кров1 та плазм1 кров1. В1домий факт ви-користання методу спектроскопп ЕСР для оц1-
нки пулу зал1за, специф1чно зв'язаного з транс-ферином у сироватц! кров1 пац1ентгв з г1перси-дерозами [4]. Анал1з зразкгв цельно! кров1 дае змогу адекватн1ше оцшювати обмш зал1за в пул1 трансферину, враховуючи, що високонасиче-ний зал1зом трансферин частково втрачаеться при одержанн1 плазми чи сироватки кров1 1з цшьно! кров1 [50]. 1дентиф1кац1я спектр1в ЕСР феритину (гемосидерину) в б1олог1чних тканинах (рис., Б) 1 визначення оптимальних умов реестрацп спектр1в, кал1брованих за даними гамма-резонансно! спектроскопп [45], дозволя-ють виявляти вм1ст зал1за у склад1 феритину (гемосидерину) в б1олог1чних зразках. Концент-рац1ю зал1за, здатного до комплексоутворення в б1олог1чних тканинах, визначали по утворен-ню комплексу з десфер1оксам1ном В [1,40], який мае характерний спектр ЕСР з g=4,3 (рис., В). Наш1 експериментальн1 дан1 [1] узгоджуються з 1деею [43] щодо доц1льност1 вивчення здатност1 зал1за до хелатування, а не розм1ру пулу низь-комолекулярних комплекс1в його.
Дан1 представлен1 як М±6(ш), де М — се-редне значення, 6 — показник стандартного в1дхилення, ш — статистична помилка серед-нього значення. Використовували к1льк1сну ста-тистичну м1ру (Р ) в1дм1нностей м1ж експери-ментальними даними 1 даними пор1вняння (в1дстань м1ж виб1рками даних): Р1=Фпт(Т1(х,у)), де Фпт(х) — функция Снеде-кора-Ф1шера;
п+т—1 -1
Т1 П) =-1-х
(п+т)(п+т—2)
в](!;,г,Х Де
в1дстань Махалоноб1са, 1 — число параметр1в (фактор1в) [3]. Параметри п,ш визначаються за розм1ром виб1рки для групи експерименталь-них даних та групи даних пор1вняння. Переваги тако! в1рог1дносно! оценки принаймн1 так1: значення Р1 нормал1зоване 1 зм1нюеться в межах 0—1; чим ближче Р1 до 1, тим менш в1рог1дна так звана "нульова" гипотеза щодо в1дсутност1 ефекту (р1вност1 середн1х значень двох виб1рок); оц1нка враховуе взаемозв'язки м1ж факторами та !х сукупн1 змши. У частинному випадку при к1лькост1 параметр1в 1=1 Р 1=Бпш(Т(х,у)), де 8п(х) — функця розподшу Ст'юдента, або Р1=1-р. де р — ргвень значущост1 "нульово!" г1поте-зи щодо р1вност1 середн1х значень параметра, визначених в експериментальн1й груп1 1 груп1 пор1вняння. Метод реал1зовано як д1алогову систему для ПК та застосовано для обробки ста-тистичних даних параметр1в обм1ну зал1за в орган1зм1 пащентгв з гл1альними пухлинами головного мозку.
Результати та обговорення. Результата досл1дження св1дчать, що обм1н зал1за в
пт
Рис. Фрагменти спекав ЕСР. А — KpoBi здорово!" людини: частота — 9,39 Ггц, м^охвильова потужшсть — 70 мВт, T — 105 K; Б — тканини з зони пухлини пащента з глiальною пухлиною мозку: частота — 9,30 ГГц, м^охвильова потужшсть — 20 мВт, T — 145 K; В — комплексу з&щза (Ш) з десферюксамшом В в плазмi кpовi людини: частота — 9,39 Ггц, мжрохвильова потужнiсть — 50 мВт, Т — 105 К . Амплггуда модуляцп — 10 Гс. По оа абсцис — магштне поле (H) в ерстедах (E).
opraHÍ3MÍ пащента з дальними пухлинами головного мозку значно в1др1зняеться вщ обмшу в opraHÍ3MÍ здорових дорослих людей (табл. 1). Концентрация зал1за у склад1 трансферину в цшьнш кров1 пащенпв (19,5±2,9 мкМ) значно i статис-тично дoстoвipнo перевищувала (Р]=0,9921) даш пopiвняння, oдеpжaнi в гpупi здорових оаб (15,3±2,8 мкМ). Показник концентрацп зaлiзa трансферину в плaзмi кpoвi також був вipoгiд-но вищий (Pj=0,9946) у хворих (29,9±4,7 мкМ), нiж у здорових дорослих (24,3±3,6 мкМ). Кон-центpaцiя зaлiзa трансферину, асоцшованого з форменими елементами кров^ у пaцieнтiв дор-iвнювaлa 7,5±6,1 мкМ i перевищувала вiдпoвiднi даш поршняння, oдеpжaнi в груш здорових дорослих, — 5,7±3,2 мкМ, але це шдвищення не було статистично вipoгiдним (Р3=0,4578). Ступшь насичення трансферину зaлiзoм був у середнь-ому вищим у хворих (33,6±10,0%) нiж в гpупi
пopiвняння (25,6±6,0%) з досить високою стати-стичною вipoгiднiстю (Pj = 0,9418). У гpупi пащенлв з глioмaми головного мозку спостерь галась статистично вipoгiднa кopеляцiя мiж кон-центpaцieю зaлiзa феритину i бшка трансферину в цшьнм кpoвi (г=0,7676; р=0,044) та кон-центpaцieю зaлiзa трансферину в плaзмi кpoвi (г=0,7617; р=0,047). Статистично вipoгiдну нега-тивну кopеляцiю виявлено мiж кoнцентpaцieю бiлкa трансферину в цшьнм кpoвi i концентра-цieю зaлiзa трансферину, aсoцiйoвaнoгo з форменими елементами кpoвi (г=0,9976; р=0,044).
Вщомо, що бiлoк феритин мае тенденцю накопичуватись у плaзмi кpoвi при злояшсних новоутвореннях piзнoгo походження [65]. Зпдно з нашими спостереженнями, у пащенив з глiaльними пухлинами головного мозку вмют зaлiзa у склaдi феритину в цiльнiй кpoвi (36±17
Таблиця 1. Показники обмiну негемового залiза (концентpацiя залiза у складi трансферину [Тф—Fe], концентращя бiлка трансферину [Тф], ступiнь насичення трансферину %Тфкр, концентращя залiза у складi феритину [Фт-Fe]), визначенi в щльнш кpовi i плазмi кpовi пацiентiв з глiальними пухлинами головного мозку, i ввдповвдш данi моришимми, одеpжанi в гpупi здорових дорослих (M±8(m))
Середовище Параметр Пащенти (n=9) Група поршняння (n=12) Патолопчт змши параметра Pi
Цшьна кров bík, роюв 49+11 44+12 N 0,7968
Hb, г/л 138+14 137+15 N 0,4150
Ht 0,45+0,03 0,47+0,06 N 0,6532
[Тф—Fe]кр, мкМ 19,5+2,9 (0,96) 15,3+2,9 (0,85) ft 0,9921
[Тф]р, мкМ 29,8+6,3 (2,1) 30,7+8,1 (2,3) N 0,2988
%Тфкр, % 33,6+10 (3,3) 25,6+6,0 (1,7) ft 0,9418
[Фт—Fe]Kp, мкМ 36+17 (5,8) 42+25 (7) N 0,4441
Кл1тини кров1 [Тф—Fe]фек, мкМ 7,5+6,1 (2,0) 5,7+3,2 (0,9) N 0,4578
Плазма кров1 [Тф—Fe]m, мкМ 29,9+4,7 (1,6) 24,3+3,6 (1,1) ft 0,9946
[Фт—Fe]m, мкМ 42+18 (6) 42+47 (14) N 0,1294
ft — зростання, N — в межах штервалу nopÍBHHH^.
мкМ) 1 плазм1 кров1 (42 ±18 мкМ) близький до в1дпов1дних показник1в у груп1 здорових людей (42±25 мкМ 1 42±47 мкМ). Концентрац1я зал1за феритину значно (в 3—4 рази) 1 статистично в1рог1дно вища в пухлиннш тканин1 (135± 129 мкМ) 1 перифокальнш зон1 I (182±162 мкМ) по-р1вняно 1з зоною II, в1ддаленою в1д пухлини (50±21 мкМ), та вища за концентрацию зал1за феритину в кров1 1 плазм1 кров1 тих самих пащенпв (табл. 2). 1накше кажучи, пухлинн1 тка-нини в1др1зняються в1д нормальних (здорових) тканин 1 кров1 значно п1двищеною концентра-
ц1ею зал1за феритину. Статистично в1рог1дна кореляц1я спостер1гаеться м1ж концентрацию б1лка трансферину в ц1льн1й кров1 1 концентра-ц1ею зал1за феритину в пухлиннш тканин1 мозку (г=0,9981; р=0,040).
Концентрация "лабильного" зал1за вища в пухлиннш тканиш (15,6±8,9 мкМ) 1 перифокальнш зон1 I (18,2±4,2 мкМ) пор1вняно з концентращею у перифокальнш зон1 II, в1ддален1й в1д пухлини (6,6 мкМ), в ц1льн1й кров1 (6,5±1,4 мкМ) 1 плазм1 кров1 (<5,9 мкМ). Виявлена р1зни-ця е статистично в1рог1дною (див. табл. 2). Висо-
Таблиця 2. Концентращя залiза у складi феритину [Фш-Гв] i залiза, здатного до хелатування з десферiоксамiном В [Дф-Гв], в кров^ пухлиннiй тканинi, перифокальнiй зош I i перифокальнiй зонi II головного мозку пащенив з глiальними пухлинами ще!" локалiзащl (М+х>). У данному випадку Р1 — значення норм&щзовано!' вiрогiдносноl мiри вiдстанi параметра вiд вiдповiдних даних, визначених в кровi тих самих хворих
Параметр Кров Пухлинна тканина Перифокальна зона I Перифокальна зона II
[Фш—Ев], мкМ 36+17 135+129 182+162 50+21
Змши параметра вщносно Й Й N
значень у цiльнIИ кров1 пащенив
Р, 0 0,9673 0,9889 0,6714
[Дф-Гв], мкМ Змши параметра вщносно значень у цiльнiИ кров1 пащенпв Р, 6,5+1,4 0 15,6+8,9 Й 0,9687 18,2+4,2 Й 0,9999 6,6 N 0,0286
й — зростання, N — у межах штервалу порiвняння
ка концентрация зал1за в перифокальн1й зон1 I може пояснюватись п1двищеною потребою в ньому у д1лянц1 росту пухлини. Статистично значуща кореляц1я спостер1гаеться м1ж концентрацию зал1за у склад1 феритину 1 ргвнем зал-1за, здатного до хелатування в пухлинн1й тка-нин1 мозку (г=0,9989; р=0,030), що узгоджуеть-ся з уявленням про роль феритину в контро-люванн1 "лабильного" пула зал1за [52].
У пошуку нових п1дход1в та 1нформативних параметр1в для д1агностики гл1альних пухлин головного мозку ми проводили сукупний ста-тистичний анал1з в1дстан1 м1ж виб1рками екс-периментальних даних 1 даних пор1вняння, як1 простежувались у груп1 здорових людей, за параметрами обм1ну негемового зал1за в орган1зм1. В табл. 3 наведено в1дстань Мехало-ноб1са 1 нормал1зовану в1дстань Рг м1ж експе-риментальними даними у пащентгв з гл1альни-ми пухлинами мозку 1 даними пор1вняння як результат сукупного розгляду восьми пара-метргв обм1ну негемового зал1за. Наведено 18 комб1нац1й параметр1в з нормал1зованою в1дстан-ню м1ж групами даних Рг 0,99 1з загально! к1лькост1 28 можливих комб1нац1й. Висок1 (близьк1 до 1) значення Рг 1 збшьшення в1дстан1 м1ж виб-1рками даних при сукупному розгляд1 фактор1в пор1вняно з одержаними при розгляд1 кожного 1з фактор1в окремо вказують на 1нформативн1сть
параметр1в обм1ну негемового зал1за 1 ефек-тивн1сть багатофакторного п1дходу для оц1нки р1зниц1 м1ж групами даних. Нормал1зована в1дстань м1ж виб1рками залежить в1д комбшацп параметр1в обм1ну негемового зал1за 1 може бути використана як суттевий параметр при побу-дов1 моделей оц1нки ризику виникнення гл1аль-них пухлин головного мозку у людини.
Таким чином, одержат нами дан1 св1дчать, що пащентам з гл1альними пухлинами мозку притаманна г1перферем1я (п1двищення концен-трацп зал1за у склад1 трансферину в ц1льн1й кров1 1 плазм1 кров1 та ступеня насичення транс-ферину, визначеного в ц1льн1й кров1), в той час як г1поферем1я (зниження концентрацп зал1за трансферину 1 ступеня насичення трансферину у сироватц1 кров1) виявляеться при деяких нео-плаз1ях внутр1шн1х орган1в 1 кров1 людини [31, 65] та при експериментальних гл1альних пух-линах мозку у щур1в [49]. Постае питання про перевантаження орган1зму зал1зом як фактор ризику виникнення гл1альних пухлин головного мозку людини 1 генетично обумовлену схильн1сть до розвитку гл1альних пухлин мозку, можливо пов'язану з мутащями в НЕЕ- локус1.
Той факт, що тканини пухлини 1 тканини перифокально! зони мозку, прилегло! до пух-лини, в груп1 пац1ент1в з гл1омами головного мозку збагачен1 на зал1зо у склад1 феритину 1
Таблиця 3. Ввдстань Мехалонобка i нормалiзована ввдстань Р1 м1ж експериментальними даними (п=8) i даними моришииии (т=12) як результат сукупного розгляду восьми параметрiв обмiну негемового заиза:
[Тф—Рв]кр, [Тф—Fe]пл, [Тф—Ее]фек, [Тф]кр, %Тфкр, [Фт—Ее]кр, [Фт—Ее] плп [фт Ре]п визначених у мщентш 3 глiальними мухлинами головного мозку i грумi здорових дорослих (наведено комбшацй з Р1>0,99 iз 28 можливих комбшацш факторiв)
Вимадок Ввдстань Мехалоноб1са Нормашзована ввдстань Р
1000 0001 4,234231 0,997368
0100 0000 2,584444 0,996443
0100 0001 3,764323 0,995749
1000 0000 2,259114 0,994285
0110 0001 4,684360 0,993613
10000101 4,674421 0,993559
11000001 4,650462 0,993428
10100001 4,426074 0,992040
10111000 5,846166 0,991916
10000011 4,374987 0,991680
10010001 4,302353 0,991135
11000000 3,089308 0,991062
10100000 3,080177 0,990967
01010000 3,053747 0,990687
10001001 4,234624 0,990591
11011000 5,615613 0,990556
01000010 3,019803 0,990312
10011000 4,189304 0,990206
Примтка. [Фт—Ее]1 — концентращя зашза феритину в пухлиннiй тканинi порiвняно з концентрацieю залiза феритину в цшьнш кровi; iншi параметри т ж, що й у табл. 1.
Цифра "1" в колонщ "Випадок" означав, що параметр включено в комбшащю факторiв; "0" — параметр вилучено.
"лабшьне" зал1зо, дае тдстави вважати, що заслуговуе на увагу тестування хелатор1в зал1-за [63] як потенцшних антипрол1феративних агентов. В1домо, що деяк1 хелатори зал1за знач-но шпбують р1ст пухлинних кл1тин т гИто 1 мають значну протипухлинну активность т тсо [9, 28, 55]. Синтезовано хелатори зал1за, здатш проникати кр1зь бар'ер кров—мозок [24], показано також ефективнють десферюксамшу В щодо зменшення накопичення зал1за в центральной нервовм система [47].
Виявлеш нами особливост1 обмшу негемового зал1за в орган1зм1 можуть бути корисними для диагностики гл1альних пухлин головного мозку людини. При цьому як суттевий параметр моделей оцшки ризику захворювання може бути використана нормализована в1дстань м1ж виб1рками даних за сукупшстю параметргв обмшу негемового зал1за.
Висновки. 1. Пащентам з гл1альними пухли-
нами головного мозку притаманна гшерфере-м1я, що проявляеться статистично в1рог1дним тдвищенням концентрацп зал1за трансферину в кров1 1 плазм1 кров1 та ступеня насичення трансферину, визначеного в цшьнш кров1.
2. У пухлиннш тканиш мозку 1 прилеглш до не! перифокальнш зон1 у пащент1в з гл1альни-ми пухлинами головного мозку значно 1 статис-тично в1рог1дно тдвищуеться концентрация зализа у склад1 феритину (гемосидерину) поргвняно з концентращею депонованого зал1за у перифо-кальн1й зон1, в1ддален1й в1д пухлини, 1 ц1льн1й кров1.
3. Виявлен1 особливост1 метабол1зму зал1за вказують на нов1, потенц1йно ефективн1 п1дхо-ди до ранньо! диагностики гл1альних пухлин головного мозку з урахуванням низки параметр1в обмшу зал1за в оргашзм1 1 терапп з викорис-танням хелатор1в зал1за як антипрол1фератив-них агент1в.
4 Необхщно поставити питания про пере-вантаження оргашзму людини зал1зом як фактор ризику щодо можливого виникнення дальних пухлин головного мозку i про генетично обумовлену схильнiсть людей до розвитку дальних пухлин головного мозку, асоцшовану з гомо- чи гетерозиготшстю в HFE-локусi.
Список лiтератури
I.Дудченко H.A., Михайлик O.M. Визначення в бю-логiчних тканинах концентрацп залiза, що хе-латуеться, методом спектроскопа електронно-го спинового резонансу // Укр. бiохiм. журн. — 1999. — Т. 71, №3. — С. 122—127.
2.3озуля Ю.П., Черненко АЛ, Михайлик OM. ma in. Особливосп розподшу залiза у складi феритину та низькомолекулярних комплекав у рiзних делянках мозку // Доповда НАН Украши — 1998. — №2. — С. 194—200. 3.Копанев ВА, Гинсбург Е. X, Семенова В. H. Методы вероятностной оценки токсического эффекта. — Новосибирск, 1988. 4Левина A.A., Андреева АЛ, Цибулъска ММ. та in. К вопросу об общей железосвязытающей способности трансферрина и гиперсидеремиях // Гематология. —1992, №4. — C. 13—16. 5Aisen P, Pinkowitz RA, Leibman A. EPR and other studies of the iron-binding sites of transferrin / / Ann. N. Y. Academy Sci. — 1973. — V.222, N.12. — P. 337—346. ß.Barja de Quiroga G., Perez-Campo R, Lopez-Torres M. Antioxidant defences and peroxidation in liver and brain of aged rats // Biochem J. — 1990. — V. 272. — P. 247—250.
7.Baynes R.K. Iron deficiency // Iron metabolism in health and disease. — London, UK: Saunders Co Ltd, 1994. — P.189—225.
8.Beard J.L., Connor J.R., Jones B.C. Iron in the brain // Nutr. Rev. — 1993. — V. 51. — P. 157—170.
9.Brodie C., Siriwardana G., Lucas J. та т. Neuroblastoma sensitivity to growth inhibition by deferrioxamine: evidence for a block in G1 phase of the cell cycle // Cancer Res. — 1993. — V. 53, N17. — P. 3968—3975.
10.Connor J.R., Fine R.E. The disstribution of transferrin immunoreactivity in the rat central nervous system // Brain Research. — 1986. — V.368. — P.319—328.
II.Connor J. R., Menzies S. L. St. Martin S. M. та in. Cellular distribution of transferrin, ferritin, and iron in normal and aged human brains // J. Neurosci. Res. — 1990. — V. 27. — P. 5995—611.
12.Connor J.R. Proteins of iron regulation in the brain in Alzheimer's disease // Iron and human disease / Ed. R B. Lauffer. — Florida, USA: CRC Press Inc., 1993- P. 365—393.
13.Connor J. R Cellular and Regional maintenance of iron homeostasis in the brain: normal and
diseased states // Iron in central nervous system disorders / Eds. P. Riederer, M.B.H.Youdium. — N.-Y., USA: Springer-Verlag, 1993. — P. 1—18.
14.Cooper C. E, Brown G. C. The interaction between nitric oxide and brain nerve terminals as studied by electron paramagnetic resonance // Biochem. Biophys. Res. Commun. — 1995. — V. 1212. — P. 404—412.
15.Krayer B, Burger P., Hurwita B. ma in. Reduced signal intensity on MR images of thalamus and putamen in Multiple sclerosis: increased iron content // AmerJNR. — 1987. — V.8 — P. 413— 419.
16.Kurken M, Neubauer F, Ehgelhardt R. ma in. Iron overload in longterm survivors after bone marrow transplantation // Abstract of an oral report at the World Congress on Iron metabolism BIkIRkN'99 (May 23—28). — Sorrento, Italy, 1999. — P. 110.
17.Kwork A J., Schon E. A, Herbert J. Nonidentical distribution of transferrin and ferric iron in human brain // Neuroscience. 1988. — V. 26. — P. 333— 345.
18Kwork AJ, Lawler G, Zybert PA, osman M, Wilson N and Barkai AI. An autoradiographyc study of the uptake and distribution of iron by the brain of the young rat // Brain Res. — 1990. — V.518. — P.31—39.
19.Evans P.H. Free radicals in brain metabolism and pathology // Brit. Med. Bull.- 1993.- V. 49.- P.577— 587.
20.Feder J.N. , Penny K.M. , Irrinki A ma in.. The hemochromatosis gene product complexes with the transferrin receptor and lowers its affinity for ligand binding // Proc. Natl. Acad. Sci. U S A.-
1998. — V. 95, N4. — P. 1472—1477.
21.Friden P.M. Receptor mediated transport of peptides and proteins across the blood-brain barrier // The blood-brain barrier / Ed. W. M. Pardridg. — 1993 — P.229—247.
22.Gutteridge J.M.C. Iron and oxygen radicals in brain. //Ann. Neurol.- 1992.- V. 32.- P.S16—21.
23.Gelman B.B, Rodrigua-Wolf MS, Wen J. Siderotic cerebral macrophages in the acquired immunodeficiency syndrom // Arch. Pathol. Lab. Med. — 1992. — V.116. — P.509.
24.Habgood M.K., Liu Z.K., Kehkordi L.S. ma in. Investigation into the correlation between the structure of hydroxypyridinones and blood-brain barrier permeability // Biochem. Pharmacol. —
1999. — V. 57, N11. — P. 1305—1310.
25.Halliwell B. oxygen radicals as key mediators in neuronal disease: fact or fiction // Ann. Neurol.-1992.- V.32.- P. 10—15.
26.Hallgren B., Sourander P. The effect of age on the non-haemin iron in the human brain // J. Neurochem. — 1958. — V.3. — P.41—51.
27.Harris J. G. H, Grimaldi J. E, Awschalom K K.
Excess Spin and the Dynamics of Antiferromagnetic Ferritin // Cond-mat/9904051 (April 2, 1999). — 1999. — http://www.laul.gov. 28.Head JF, Wang F, Elliott R.L. Antineoplastic drugs that interfere with iron metabolism in cancer cells // Adv. Enzyme Regul — 1997. — V. 37. — P. 147—169.
29Hershko C.G, Graacham GW, Bates EA. Non-specific serum iron in talassemia: An abnormal serum iron fraction of potential toxicity // British J Haematology. — 1978. — V.40. — P.255—263.
30.Herrinton L.J. , Friedman G.K., Baer K ma in. Transferrin saturation and risk of cancer // Am. J. Epidemiol. — 1995. — V. 142. — P. 692—698.
31.Huges N. R.. Serum transferrin and ceruloplasmin concentrations in patients with carcinoma, melanoma, sarcoma and cancers of haematopoietic tissues // Aust. J. Exp. Biol. Med. Sci. — 1972. — V. 50. — P. 97—107.
32.Hulet S.W. , Hess E.J, Kebinsky W. et al. Characterization and distribution of ferritin binding sites in the adult mouse brain. J.Neurochem.
— 1999. — V. 72. — P. 868—874.
33.Hulet SW, Powers S, Connor J.R.. Distribution of transferrin and ferritin binding in normal and multiple sclerotic human brains // J. Neurol. Sci.
— 1999. — V. 165, N.1. — P. 48—55.
34Jacobs A Low molecular weight iron transport compounds // Blood. — 1977. — V.50. — P.433— 439.
35JeHinger K., Kienzl E. Iron deposits in brain disorders // Iron in central nervous system disorders / Eds. P. Riederer, MB.H.Youdium. — N.-Y., USA: Springer-Verlag, 1993. — P. 19—36. 36Jellinger K.. Pathogenese und Pathophysiologie der Parkinson-Krankheit // Neuropsychiatrie. — 1993.
— V. 7. — P. 29—37.
37Jordan I., Kaplan J. The mammalian transferrin independent iron transport system may involve a surface ferrireductase activity. // Biochem. J. — 1994. — V. 302. — P. 875—879.
38.Kaneko Y, Kitamoto T, Tateishi J., Yamaguchi K. Ferritin immunohistochemistry as a marker for microglia // Acta Neuropathol. — 1989. — V.79.
— P.129—136.
39.Knekt P, Reunanen A, Takkunen H. ma in. Body iron stores and risk of cancer // Int. J. Cancer. — 1994. — V. 56. — P. 379—382.
40.Kozlov A, Yegorov K, Vladimirov Y., Azizova k. Intracellular free iron in liver tissue and liver homogenate — studies with electron-paramagnetic resonance on the formation of paramagnetic complexes with desferal and nitric oxide // Free Rad. Biol. Med. — 1992. — V. 13. — P. 9 — 16.
41.Lalo U.V., Pankratov Y.V., Mikhailik k.M. Steady magnetic fields effect on lipid peroxidation kinetics // Redox report. — 1994. — V. 1. — P. 71—75.
42Link G, Saada A., Pinson A. ma in. Mitochondrial
respiratory enzymes are a major target of iron toxicity in rat heart cells // J. Lab. Clin. Med. — 1998. — V. 131. — P. 466- 474.
43.Mann S, Wade V, J, Dickson K. P. E, ma in. Structural specificity of hemosiderin iron cores in iron-overload diseases // Febbs Letters. — 1988, V. 234. — P. 67—72.
44.Martell LA, Agrawal A,Ross KA. ma in. Efficiancy of transferrin receptor-targeted immunotoxins in brain tumor cell lines and pediatric brain tumours // Cancer Research — 1993. — V.53, N6. — P.1348—1353.
45.Mikhailik k.. M, Razumov k N,Kudchenko A. K. ma in. Use of ESR, Mossbauer spectroscopy and SQUID-magnetometry for the characterization of magnetic nanoparticles on the base of metal iron and its implications in vivo // Scientific and clinical applications of magnetic carriers / Eds. U. Hafeli Ta iH. — N-Y.: Plenum Press, 1997. — P. 277—298.
46.Milman N. Iron status markers in hereditary haemochromatosis: distinction between individuals being homozygous and heterozygous for the haemochromatosis allele // Eur J Haematol. — 1991. — V.47, N4. — P. 292—298.
47Miyajima H, Takahashi Y, Kamata T. ma in. Use of desferrioxamine in the treatment of aceruloplasminemia // Ann. Neurol. — 1997. — V. 41. — P. 404—407.
48.Mykhaylyk k M.,Kudchenko N. A Nonheme iron determination in biological samples on evidence derived from electron spin resonance data // Metal Ions in Biology and medicine. V. 5 / Eds. Ph. Collery Ta iH. — Paris: John Libbey Eurotext, 1998.- P.3—7.
49.Mykhaylyk k.. M.,Cherchenko A P.,Kudchenko N. A. ma in. Peculiarities of nonheme iron metabolism upon experimental modelling of rat glial brain tumour. Perspectives for diagnosis and treatment // Abstracts of the 10th International Symposium on Trace Elements in Man and Animals, TEMA10 (May, 2—7, 1999). — Evian, France. — P.141.
50.Mykhaylyk K.M.,Kudchenko N.A., orlova TA. ma in. Assesment of Nonheme Iron Status in the Whole Blood, Plasma and Serum: Healthy Neonates and Patients with Iron overload // Abstracts of the 10th International Symposium on Trace Elements in Man and Animals, TEMA10 (May 2—7, 1999).— Evian, France,1999. — P. 404.
51.octave J.N., Schneider YJ, Trouet A. ma in. Iron uptake and utilization by mammaliaan cells. 1. Cellular uptake of transferrin and iron // Trends Biochem. Sci. — 1983. — V. 8. — P.217.
52.Picard V, Epsztein S, Santtambrogio P. ma in. Role of ferritin in the control of the labile iron pool in murine erythroleukemia cells // J. Biol. Chem.
— 1998. — V. 273. — P. 15382—15386.
53.RandaIl B. Lauffer (Ed,.). Iron and Human Disease
— Boca Raton, USA: CRC Press, 1992. — 518 p.
54.Recht L,, Torres C.K., Smith T, W. ma in., Transferrin receptor in normal and neoplastic brain tissue: implications for brain-tumor immunotherapu // J. Neurosung. — 1990. — V. 72. — P.941—945.
55.Richardson K. R.,Milnes K The potential of iron chelators of the pyridoxal isonicotinoyl hydrazone class as effective antiproliferative agents II: the mechanism of action of ligands derived from salicylaldehyde benzoyl hydrazone and 2-hydroxy—1-naphthylaldehyde benzoyl hydrazone // Blood. — 1997. — 89, N. 8. — P. 3025—3038.
56.Seligman P.A.., Schleicher R.B., Siriwardana G ma in. Effects of agents that inhibit cellular iron incorporation on bladder cancer cell proliferation // Blood. — 1993. — V. 82, N. 5. — P.1608—17.
57Sofic E, Riedeter P., Heisen H. ma in. Increased iron (III) and total iron content in post mortem substantia nigra of parkinsonian brain // J. Neural. Transm. — 1988. — V.74. — P.199.
58.Spatz H. Uber denn Eisennachweis im Gehirn, besonders in Zentren des extrapyramidalen-motorischen Systems // Z. Ges. Neurol. Psychiatr.
— 1922. — V.77. — P.261—290.
59.Stevens RGJones K.Y.,Micozzi M.S. ma in.. Body iron stores and the risk of cancer // New Eng. J. Med.- 1988. — P. 1047—1051.
60.Stevens I, Petersen K.,Grodd W. ma in.. Superficial siderosis of the central nervous system // Arch. Psych. Clin. Neurol. — 1991. — V.241. — P.57—60.
61.Ten Kate J, Wolthuis A, Westerhuis B. ma in. The iron content of serum ferritin: physiological importance and diagnostic value // Eur. J. Clin. Chem. Clin. Biochem. — 1997. — V. 35, N. 1. — P. 53—56.
62.Tillbrook G.S, Hider R..C. Iron chelators for clinical use // Met. Ions Biol. Syst. — 1998. — V. 35. — P. 691—730.
63.Torti S.V., Torti F.M, Whitman S.P. ma in, Tumor Cell Cytotoxicity of a Novel Metal Chelator // Blood. — 1998. — V. 92, N4. — P. 1384—1389.
64Waheed A., ParkMa S, Zhou XY, ma in., Hereditary hemochromatosis: effects of C282Y and H63K mutations on association with beta2-microglobulin, intracellular processing, and cell surface expression of the HFE protein in CkS—7 cells // Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. — 1997. V.94, N23. — P.12384— 12389.
65Weinberg E. K Iron withholding: a defence against infection and neoplasia // Physiol. Rev. — 1984. V.64. — P. 65—102.
66Youdium M.B.H., Ben-Shachar K Muninmal brain demage induced by early iron deficiency modified dopaminergic neurotransmission // Isr. J. Med.Sci.
— 1987.- V.23. — P.19—25.
Особенности обмена негемового железа в организме больных с глиомами головного мозга
Зозуля Ю.А., Михайлик О.М, Розуменко В.Д, Черчению А.П, Дудченко НА., Лебедев Е.А., Шурупов Б.С. Показатели обмена негемового железа определены в крови, плазме крови и тканях мозга пациентов с глиальными опухолями мозга методом количественной спектроскопии электронного спинового резонанса. Выявлены гиперферемия, или статистически достоверное повышение концентрации железа трансферрина в крови и плазме крови, а также степени насыщения железом трансферрина в цельной крови, по отношению к данным сравнения, и повышение концентрации железа в составе ферритина (гемосидерина) в опухолевой ткани мозга и ткани перифокальной зоны, прилежащей к опухоли, по сравнению с концентрацией депонированного железа в перифокальной зоне, отдаленной от опухоли. Обнаруженные особенности метаболизма железа могут быть применены в ранней диагностике опухолей мозга с использованием набора параметров обмена железа и терапии с использованием хелаторов железа как антипролиферативных агентов. Должен быть поставлен вопрос о перегрузке организма железом как факторе риска развития глиальных опухолей мозга и генетической предрасположенности к глиальным опухолям головного мозга, ассоциированной с гомо- и гетерозиготностью в HFE- локусе.
Peculiarities of nonheme iron metabolism in patients bearing glial brain tumours
Zozulya Yu, Mykhaylyk к, Rozumenko V, Cherchenko A, Kudchenko N, Lebedev E, Shurunov B. Nonheme iron indices in the blood and brain tissues have been determined in a group of patients bearing glial brain tumours by quantitative electron spin resonance spectroscopy. Hyperferremia (statistically significant increase in transferrin iron concentration in the blood and plasma as well as in transferrin saturation in the blood relative to the reference data) and also an increase in ferritin iron concentration in the tumour and peritumoral brain tissue relative to respective values determined in the blood and in the adjacent apparently normal brain tissue are characteristics of malignant glial brain tumours in human beings. The revealed peculiarities of nonheme iron metabolism point to the new potentially useful approaches to glial brain tumour diagnosis using a set of iron exchange parameters and therapy using iron chelators as promising anti prolifirative agents. The question have to be arisen about iron overload as a risk factor for glial brain tumours in human beings and the genetic predisposition for glial brain cancer associated with homo- or heterozygosity at the HFE locus.
