CC BY
313
РЕДОКС-ЗАВИСИМЫЕ МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ N-АЦЕТИЛЦИСТЕИНА
БЕЛЯЕВА Л.Е.. ШЕБЕКО В.И.. СОЛОДКОВ А.П.
УО «Витебский государственный медицинский университет»
кафедра патфизиологии
Резюме. В обзоре обсуждаются механизмы нарушения функционирования клеток в условиях «окислительного» и «нитрозилирующего» стресса. Рассматривается вопрос о роли низкомолекулярных тиолов в механизмах редокс-регуляции клеточных функций. Обсуждаются механизмы действия низкомолекулярного тиол-содержащего вещества с антиоксидантными свойствами N-ацетилцистеина при различных формах патологии.
Ключевые слова: N-ацетилцистеин, низкомолекулярные тиолы, редокс-регуляция.
Abstract. Mechanisms of cellular functions alteration during oxidative and ni-trozative stress are discussed in the review. Role of the low molecular weight thiols in the mechanisms of redox-regulation of cellular functions is viewed. Mechanisms of action of low molecular weight thiol-containing substance with antioxidant properties N-acetylcysteine under different forms of pathologies are reviewed.
Адрес для корреспонденции: Республика
Беларусь. 210015, г. Витебск. Московский пр-т. д. 62. корп. 1. кв. 7. р.тел. 37-00-30. моб. +375297109360. - Беляевой Л.Е.
Важнейшим универсальным механизмом повреждения клеток при действии различных патогенов является «окислительный стресс». Он характеризуется нарушением баланса между эффективностью механизмов антиоксидантной защиты и действием прооксидантов в пользу последних. При «окислительном стрессе», развивающемся при самых различных формах патологии (атеросклерозе, сахарном диабете, артериальной гипертензии, сердечной недостаточности и др.) происходит не только повреждение и гибель клеток организма, но и изменение фенотипических свойств клеток [1, 2, 3]. Поэтому в качестве одного из компонентов патогенетической терапии и профилактики нарушений функций органов и тканей, обусловленных «окислительным стрессом», широко используются антиоксиданты: а-токоферол, аскорбиновая кислота, ретинол, кароти-ноиды, липоевая кислота и др. [4]. В последнее время все более пристальное внимание стало уделяться низкомолекулярному тиолсодержащему веществу с антиоксидантными свойствами К-ацетилцистеину. Это низкомолекулярное гидрофильное соединение синтетической природы, к цистеиновому остатку ко-
торого присоединена ацетильная группа, хорошо известно в пульмонологической практике. Однако, изучение свойств и механизмов действия этого вещества позволяет утверждать, что К-ацетилцистеин имеет ряд важных свойств, существенно отличающих его от традиционно использующихся антиоксидантов.
Основные механизмы действия К-ацетилцистеина
Анализируя результаты многочисленных научных исследований с использованием К-ацетилцистеина, можно выделить следующие основные механизмы его действия:
1. Прямое антиоксидантное действие. К-ацетилцистеин нейтрализует активные формы кислорода, причем наиболее эффективно - гидроксильный радикал и гипохлорную кислоту [5, 6]. К-ацетилцистеин также является «ска-венджером» активных форм азота - оксида азота и пероксинитрита. Таким образом, в условиях применения К-ацетилцистеина уменьшается выраженность не только «окислительного», но и «нитрозилирующего» стресса.
2. Непрямое антиоксидантное действие, обусловленное увеличением внутриклеточного содержания восстановленного глутатиона [6, 7, 8].
3. Модуляция продукции оксида азота как в сторону увеличения, так и уменьшения, а также влияние на процессы внутриклеточной сигнализации, опосредуемые оксидом азота. Такое действие К-ацетилцистеина обусловлено его способностью влиять на характер образования оксида азота КО-синтазами, вытеснять оксид азота из его депонированных форм, а также изменять тип молекулярных мишеней для оксида азота [8, 9, 10].
4. Участие в реакциях обмена «тиол-дисульфид» со способностью восстанавливать окисленные сульфгидрильные группы органических соединений. Это позволяет использовать К-ацетилцистеин в качестве антидота при интоксикации веществами-окислителями, например, ацетаминофеном (парацетамолом) [6]. Реакции обмена «тиол-дисульфид» также способствуют регенерации нитрозотиолов с превращением их в тиолы и высвобождением оксида азота. Таким образом, К-ацетилцистеин может быть эффективен как при обратимом, так и необратимом изменении функций протеинов при окислении и/или нитро-зилировании их сульфгидрильных групп в условиях «окислительного» и «нит-розилирующего» стресса.
5. Связывание металлосодержащих соединений благодаря наличию в структуре К-ацетилцистеина свободной БИ-группы. Поэтому он может использоваться при отравлениях соединениями тяжелых металлов.
6. Увеличение внутриклеточной концентрации восстановленного глута-тиона с изменением редокс-состояния клеток и последующим изменением их фенотипических свойств. Такое действие К-ацетилцистеина обусловлено модификацией активности внутриклеточных факторов транскрипции и свойств ряда протеинов, регулирующих процессы внутриклеточной сигнализации и экспрессию генов [1].
Роль активных форм кислорода в регуляции функций клеток
Влияние на редокс-состояние клеток представляется наиболее важным механизмом действия N-ацетилцистеина. Для обсуждения такого влияния N-ацетилцистеина необходимо более детально рассмотреть вопрос о роли активных форм кислорода в процессах жизнедеятельности клетки. В том случае. если активные формы кислорода образуются в невысоких и промежуточных концентрациях. они не оказывают существенного повреждающего действия на клетки. а играют роль вторичных мессенджеров в передаче биологических сигналов. Именно благодаря такому действию активных форм кислорода они регулируют механизмы размножения. дифференцировки и гибели клеток; регулируют клеточный метаболизм. течение воспаления и иммунный ответ; а также участвуют в регуляции сосудистого тонуса и др. [1. 11].
Сравнительно недавно появилась концепция об участии активных форм кислорода в процессах редокс-регуляции клеточных функций. то есть регуляции посредством окисления/восстановления некоторых специфических сульф-гидрильных групп протеинов. или «редокс-сенсоров» [11]. «Редокс-сенсоры» протеинов могут быть также мишенями и для активных форм азота. которые нитрозилируют цистеиновые остатки протеинов и изменяют их функции [12]. Редокс-чувствительными соединениями. т.е. соединениями. изменяющими свои функциональные свойства после окисления/восстановления или нитрозилиро-вания «редокс-сенсоров». являются многие ферменты. внутриклеточные факторы транскрипции. клеточные протоонкогены. белки теплового шока. молекулы адгезии. цитокины. факторы роста и рецепторы к ним. структурные белки. белки ионных каналов и др. [1. 11. 13].
Роль низкомолекулярных тиолов в регуляции редокс-состояния клеток
Необходимо подчеркнуть. что «редокс-сенсорами» являются только наиболее чувствительные к окислению или нитрозилированию тиоловые группы различных протеинов. поскольку в нормально функционирующей клетке активность ее восстанавливающих систем (глутатиона. тиоредоксина. пероксире-доксинов. глутаредоксина) достаточно высока. и большая часть окисленных или нитрозилированных сульфгидрильных групп белков подвергается быстрой регенерации [14]. В процессе этого глутатион. тиоредоксин. глутаредоксин и пероксиредоксины сами окисляются или нитрозилируются. Восстановление их исходной структуры обеспечивается низкомолекулярными тиолами - цистеи-ном. глутатионом и тиоглицеролом [14]. Вероятно. N-ацетилцистеин либо непосредственно. либо через свой метаболит цистеин способен активизировать регенерацию окисленных или нитрозилированных форм глутатиона. тиоредок-сина. глутаредоксина и пероксиредоксинов в их восстановленные формы и таким образом регулировать их свойства.
Действие активных форм кислорода и азота на клетку может приводить к изменению редокс-состояния клетки или ее компартментов. Редокс-состояние клетки (компартмента) определяется соотношением восстановленных (reduced) и окисленных (oxidized) форм соединений (например. восстановленного (GSH) и окисленного (GSSG) глутатиона. НАДН и НАД+; НАДФН и НАДФ+) [11. 15].
Schafer F. и Buettner G. полагают. что редокс-потенциал сопряженных окислительно-восстановительных реакций. протекающих в клетке. в соответствии с уравнением Нернста определяется восстанавливающей способностью субстратов этих редокс-пар и величиной половинного восстановительного потенциала клетки. Половинный восстановительный потенциал клетки в значительной мере зависит от концентрации в ней восстановленного глутатиона [15]. В свою очередь. внутриклеточное содержание восстановленного глутатиона определяется многими факторами: (1) концентрацией его предшественников - L-глутамата. цистеина и глицина; (2) характером функционирования транспортной системы для аминокислот; (3) характером активности ключевых ферментов синтеза и регенерации глутатиона - g-глутамилцистеинсинтазы. глутатионсинтазы. глу-татионпероксидазы. глутатионредуктазы. глутатион^-трансферазы. а также глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы; (4) особенностями функционирования восстанавливающих систем клеток; (5) балансом между продукцией и обезвреживанием активных форм кислорода и азота [14. 16].
Соотношение между окисленным и восстановленным глутатионом (GSSG/GSH) не только определяет редокс-состояние клеток. но и является своеобразным «молекулярным переключателем» их фенотипических свойств. Это связано с тем. что при изменении соотношения GSSG/GSH меняется характер активности целого ряда клеточных ферментов. факторов транскрипции. молекулярных шаперонов. рецепторов. ионных каналов и др. [11]. Было установлено. что при ступенчатом изменении «половинного восстановительного потенциала клеток» (определяемого преимущественно концентрацией GSH) от отрицательной до положительной величины происходит кардинальное изменение «поведения» клеток: пролиферация ® дифференцировка ® апоптоз ® некроз [15].
Соотношение между окисленным и восстановленным глутатионом в клетках может изменяться в условиях «окислительного» и «нитрозилирующе-го» стресса за счет превращения восстановленного глутатиона в окисленный глутатион или нитрозоглутатион. соответственно [17]. Чаще всего изменение соотношения GSSG/GSH в клетках при различных формах патологии (артериальной гипертензии. атеросклерозе. заболеваниях воспалительной природы. опухолях различной локализации. нейродегенеративных заболеваниях и др.) обусловлено увеличением содержания в них окисленного глутатиона [15. 18]
Влияние N-ацетилцистеина на выраженность «окислительного» стресса
Влияние на редокс-состояние системы глутатиона может обеспечиваться. в частности. посредством введения N-ацетилцистеина. Поступающий в организм N-ацетилцистеин быстро проникает внутрь клеток. гидролизуется до цис-теина и в последующем используется для синтеза восстановленного глутатиона [6]. Увеличение содержания в клетках восстановленного глутатиона является одним из важнейших механизмов фармакологического действия N-ацетилцистеина. так как восстановленный глутатион является одним из самых распространенных внутриклеточных низкомолекулярных антиоксидантов и участвует в обезвреживании ксенобиотиков. в процессах синтеза белков. нук-
леиновых кислот и лейкотриенов. регулирует апоптоз клеток [16]. Кроме того. под влиянием N-ацетилцистеина стимулируется вытеснение глутатиона из содержащих его смешанных дисульфидов. Следовательно. изменение соотношения GSSG/GSH под влиянием N-ацетилцистеина позволяет эффективно вмешиваться в механизмы редокс-регуляции функций клеток и регулировать характер их ответа на действие различных стимулов.
При длительном использовании N-ацетилцистеина он. вероятно. взаимодействует с ARE генов (Antioxidant Responsive Elements). и изменяет экспрессию генов. продукты которых вовлечены в механизмы антиоксидантной защиты клеток [1]. В частности. N-ацетилцистеин может регулировать посттрансля-ционную модификацию ферритина. и таким образом он способен влиять на содержание внутриклеточного редокс-активного железа [17]. В свою очередь. уровень редокс-активного железа определяет интенсивность образования активных форм кислорода и азота. а также характер образования депонированных форм NO.
Влияние N-ацетилцистеина на выраженность «нитрозилирующего» стресса
Результаты многочисленных исследований показывают. что N-ацетилцистеин также может эффективно препятствовать неблагоприятным эффектам «нитрозилирующего» стресса. который развивается вследствие образования в клетках больших количеств активных форм азота - NO. NO2. ONOO. N2O^ Во-первых. N-ацетилцистеин способен ограничивать высокую активность индуцированной и конституциональной изоформ NO-синтазы [9. 10]. Предположительно. такое действие N-ацетилцистеина обусловлено его способностью защищать сульфгидрильные группы. расположенные в активном центре NO-синтазы. от окисления активными формами кислорода. N-ацетилцистеин также может модифицировать активность NO-синтазы через регуляцию ее фосфори-лирования специфичными тирозиновыми протеинкиназами и фосфатазами. Во-вторых. N-ацетилцистеин способен модулировать процессы транспорта в клетку аминокислоты L-аргинина - основного субстрата NO-синтазной реакции. В-третьих. N-ацетилцистеин. так же. как и восстановленный глутатион. является «скавенджером» активных форм азота. в частности. оксида азота и пероксинит-рита. образуя с ними комплексы - S-нитрозотиолы. Поэтому при «окислительном» стрессе доступность оксида азота для быстро взаимодействующего с ним супероксид-аниона может уменьшаться. что существенно снижает вероятность образования пероксинитрита. потенциально токсичного в высоких концентрациях. S-нитрозотиолы. как известно. являются одной из депонированных форм оксида азота [8. 19]. Следовательно. N-ацетилцистеин может изменять биодоступность оксида азота. В-четвертых. N-ацетилцистеин способен быстро вытеснять NO из его депонированных форм. что. в частности. может сопровождаться снижением сосудистого тонуса [8. 20]. В-пятых. предположительно. N-ацетилцистеин может изменять тип молекулярных «мишеней» для оксида азота. В-шестых. эндотелиоциты кровеносных сосудов. постоянно образующие оксид азота. способны быстро «поглощать» N-ацетилцистеин. деацилировать его. превращая в цистеин. и использовать для синтеза восстановленного глутатиона
[6]. В этих условиях может видоизменяется характер ответа эндотелиоцитов на действие различных стимулов вследствие изменения соотношения GSSG/GSH в пользу восстановленного глутатиона. Однако. N-ацетилцистеин также может повышать активность денитролазы эндотелиоцитов - фермента. катализирующего реакцию превращения нитрозоглутатиона в глутатион-дисульфид [17] и изменять соотношение GSSG/GSH противоположным образом. Это отчасти объясняет то. что эффективность использования N-ацетилцистеина при коррекции дисфункции эндотелия кровеносных сосудов при различных формах патологии может существенно различаться.
Использование N-ацетилцистеина при экспериментальном моделировании патологических процессов
Все вышеизложенное ясно указывает на то. что возможности фармакологического влияния N-ацетилцистеина на функцию клеток. органов и тканей представляются гораздо более широкими. чем это казалось ранее. когда суждения об этом препарате ограничивались только сведениями о его муколитиче-ском действии и способности выступать в качестве антидота. Накопившаяся информация о редокс-зависимых механизмах действия N-ацетилцистеина послужила теоретической основой для использования его в качестве экспериментального молекулярного «инструмента» для изменения функциональной активности различных протеинкиназ; генов «быстрого ответа» и их продуктов; многочисленных факторов транскрипции; цитокинов; молекул клеточной адгезии; белков теплового шока; ряда ферментов и рецепторов. в т.ч. и «рецепторов смерти»; ионных каналов; белков-регуляторов клеточного цикла и др. [6. 7. 21. 22].
Новые представления о механизмах редокс-зависимого действия N-ацетилцистеина также побудили исследователей к проведению экспериментов по проверке возможности и эффективности применения этого препарата для коррекции нарушений функций органов и тканей при моделировании различных форм патологии. Наиболее хорошо изучена возможность использования N-ацетилцистеина при экспериментальном шоке. канцерогенезе и экспериментальной сердечно-сосудистой патологии. Установлено. что предварительное введение N-ацетилцистеина предупреждает повреждение ДНК макрофагов и снижает содержание пероксинитрита в сыворотке крови крыс при зимозан-индуцированном шоке. причем выраженность влияния N-ацетилцистеина зависит от его дозы [7]. При экспериментальном геморрагическом шоке с последующей инфузией кровезаменителей N-ацетилцистеин ограничивает скорость окисления глутатиона и уменьшает выраженность некротических изменений в печени. а также предотвращает накопление нейтрофилов в легких и увеличивает антикоагулянтные свойства крови. Введение N-ацетилцистеина при респираторном дистресс-синдроме ограничивает выраженность повреждения легких. снижает окислительный индекс выдыхаемого воздуха и концентрацию малонового диальдегида в крови. а также повышает содержание восстановленного глутатиона в плазме крови крыс.
Обнаружено. что N-ацетилцистеин ослабляет мутагенное действие мно-
гих канцерогенов. подавляет опухолевый рост. стимулирует процессы апоптоза в опухолевых клетках и препятствует метастазированию опухоли [23]. Последнее свойство N-ацетилцистеина объясняется его способностью стимулировать образование из плазминогена ангиостатина. подавляющего ангиогенез в злокачественных опухолях. Более того. доказано. что N-ацетилцистеин восстанавливает функциональную активность Т-клеток. полученных из крови пациентов с онкологическими заболеваниями. in vitro. Вообще же. этот препарат может существенно менять функциональную активность клеток иммунной системы [2. 24].
Следует отметить. что действие N-ацетилцистеина в культуре клеток высокоспецифично: в клетках HeLa. человеческой астроцитомы. трансформированных эндотелиальных клетках ECV 34. Т-клетках Turkat N-ацетилцистеин блокирует активацию фактора транскрипции NF-kB. в то время как в клетках легочной карциномы человека он оказывает прямо противоположное действие. В клетках человеческой астроцитомы он ингибирует активацию AP-1. вызванную липополисахаридом. а в клетках HeLa - увеличивает ДНК-связывающую способность этого фактора транскрипции [25].
Накоплено достаточно большое количество сведений о влиянии N-ацетилцистеина на механизмы регуляции сосудистого тонуса при различных экспериментальных формах патологии сердечно-сосудистой системы. Заметим. что N-ацетилцистеин способен оказывать прямое влияние на артериальное давление. Так. внутривенное введение N-ацетилцистеина наркотизированным кошкам вызывает дозозависимую вазопрессорную реакцию. которая не устраняется ганглиоблокадой или «выключением» надпочечников. В то же время. в условиях введения животным резерпина N-ацетилцистеин снижает артериальное давление. Это позволяет предполагать. что повышение артериального давления под действием N-ацетилцистеина обусловлено высвобождением норад-реналина из депо адренергических нервных окончаний.
Продемонстрировано. что N-ацетилцистеин оказывает существенное прямое влияние на механизмы регуляции сосудистого тонуса. Например. предварительное введение N-ацетилцистеина предотвращает снижение сократительного ответа кольца аорты на норадреналин и улучшает эндотелийзависимое агонистиндуцируемое (в ответ на ацетилхолин) расслабление кольца аорты при шоке. вызванном окклюзией спланхнических артерий [7]. N-ацетилцистеин также предупреждает нарушение эндотелийзависимого расслабления кольца аорты при действии высоких концентраций пероксинитрита [24]. Кроме того. N-ацетилцистеин восстанавливает NO-зависимое расслабление кольца аорты в ответ на ацетилхолин и оказывает прямое кардиопротекторное действие при экспериментальной сердечной недостаточности [26].
Нами изучено влияние N-ацетилцистеина на тонус коронарных сосудов изолированного сердца крысы и содержание вторичных продуктов деградации NO (нитратов/нитритов) в плазме крови после острой массивной кровопотери. приводившей к снижению среднего артериального давления до 40-50 мм рт. ст.. которое поддерживали на таком уровне в течение 2 часов. N-ацетилцистеин. введенный через 1 час после начала кровопускания (40 мг/кг внутрибрюшин-
но). ограничивает выраженность ослабления миогенного тонуса коронарных сосудов и увеличивает эффективность перфузии миокарда изолированного сердца крысы. Он также уменьшает выраженность «индуцированного потоком» эндотелийзависимого расслабления коронарных сосудов после кровопотери и предупреждает накопление нитратов/нитритов в плазме крови после кровопо-тери. Эти данные свидетельствуют о возможности влияния N-ацетилцистеина на NO-зависимые механизмы регуляции тонуса коронарных сосудов при острой массивной кровопотере. Отметим. что процент выживаемости крыс в условиях 2-часовой постгеморрагической артериальной гипотензии под влиянием N-ацетилцистеина увеличивается с 77.6 до 92.2 [27].
Показано. что N-ацетилцистеин также оказывает выраженное влияние на процессы компенсаторной гипертрофии миокарда. Его введение (200 мг/сут. в течение двух недель) крысам существенным образом ограничивает последствия «окислительного» стресса в миокарде. вызванного ангиотензином-II. уменьшает продукцию предсердного натрийуретического пептида. синтез легких цепей миозина. а также замедляет реорганизацию белков цитоскелета кардиомиоци-тов десмина и a-актинина [24]. Однако способность N-ацетилцистеина влиять на процессы ремоделирования миокарда и его способность задерживать прогрессирование сердечной недостаточности требует специальной проверки.
Некоторые результаты использования N-ацетилцистеина в клинической практике
Результаты экспериментальных исследований о влиянии N-ацетилцистеина на различные звенья патогенеза типовых патологических процессов послужили основой для постановки вопроса о возможности широкого использования этого препарата в клинической практике. Сведения об эффективности использования N-ацетилцистеина в клинической практике представлены в таблице.
Таблица
Результаты клинического использования N-ацетилцистеина при различных формах патологии
Область примене- ния Особенности влияния N-ацетилцистеина
Пульмо- нология Эффективен при острых и некоторых хронических заболеваниях бронхо-легочной системы; обладает муколитической. антиокси-дантной и противовоспалительной активностью.
Интенсивная терапия Септический шок: увеличивает сердечный индекс. улучшает прогноз; в некоторых клинических исследованиях выявлено усугубление нарушений сердечной деятельности. Интоксикация ацетаминофеном (парацетамолом): эффективность доказана. рекомендован для включения в схему терапии.
Область примене- ния Особенности влияния N-ацетилцистеина
Кардиоло- гия Профилактика и коррекция толерантности к нитровазодилатато-рам: улучшает эндотелийзависимую и эндотелийнезависимую вазодилатацию. Атеросклероз: рассматривается возможность использования для коррекции дисфункции эндотелия кровеносных сосудов. Артериальная гипертензия на фоне сахарного диабета: рассматривается возможность использования для коррекции дисфункции эндотелия кровеносных сосудов.
Нефроло- гия Оказывает эффективное антиоксидантное действие у пациентов. находящихся на программном гемодиализе. Предупреждает развитие острой почечной недостаточности при введении рентгеноконтрастных средств.
ВИЧ- инфекция Предотвращает уменьшение количества CD4+ Т-лимфоцитов в периферической крови. ограничивает выраженность ультра-структурных изменений мононуклеарных фагоцитов.
Г астроэн-терология В составе комплексной антибактериальной терапии способствует более эффективной эрадикации H. Pylori; улучшает течение неспецифического язвенного колита.
Акушерство и гинекология Повышает эффективность стимуляции овуляции у пациенток. страдающих синдромом поликистозных яичников. при сочетанном использовании с кломифеном; снижает вероятность развития эклампсии у беременных женщин с низким уровнем антиокси-дантной активности.
Невроло- гия и психиатрия Болезнь Паркинсона: предотвращает окисление потенциально нейротоксичного 6-гидроксидопамина. Болезнь Альцгеймера: рекомендуется наряду с токоферолом. аскорбиновой кислотой и селеном в комплексной схеме профилактики и лечения. Восстанавливает баланс между глутатионом и К-метил-D-аспартатом в мозге и уменьшает выраженность симптомов при шизофрении и наркоманиях.
В настоящее время К-ацетилцистеин применяется для лечения острых заболеваний бронхо-легочной системы и хронических неспецифических заболеваний легких. Так, повышение эффективности антиоксидантной защиты легких у пациентов с фиброзирующим альвеолитом при длительном использовании К-ацетилцистеина (в течение 3 месяцев в суточной дозе 1800 мг) рассматривается в качестве основания для рекомендации включения его в схему комплексной терапии при этом заболевании. Однако к такой рекомендации следует относиться с осторожностью, так как недавно было установлено, что введение К-ацетилцистеина крысам с питьевой водой (10мг/мл) в течение 3 недель мо-
жет приводить к развитию у них легочной артериальной гипертензии [28]. Такое действие К-ацетилцистеина авторы объясняют вступлением его в реакции транснитрозилирования с последующим изменением функциональной активности факторов транскрипции, участвующих в передаче митогенных сигналов в гладкомышечных клетках легочной артерии.
Необходимо также обратить внимание на некоторую противоречивость результатов клинического применения К-ацетилцистеина при септическом шоке, которые демонстрируют, с одной стороны, улучшение функционирования сердечно-сосудистой системы, улучшение прогноза и увеличение выживаемости пациентов, а, с другой стороны, ухудшение важнейших показателей гемодинамики у таких пациентов [6, 16, 29].
Результаты экспериментальных исследований, свидетельствующие о высокой эффективности коррекции нарушений сосудистого тонуса К-ацетилцистеином, послужили основанием для использования этого препарата при сердечно-сосудистой патологии. Так, К-ацетилцистеин рекомендуют применять в комплексе мер для устранения толерантности к нитровазодилататорам [30]. Имеются клинические сведения о том, что К-ацетилцистеин улучшает эн-дотелийзависимое расслабление сосудов, пораженных атеросклерозом [31], что рассматривается в качестве предпосылки для дальнейшего углубленного изучения вопроса об эффективности использования К-ацетилцистеина для коррекции дисфункции эндотелия кровеносных сосудов при атеросклерозе. К-ацетилцистеин продемонстрировал вполне высокую эффективность как антиоксидант при болезни Паркинсона и болезни Альцгеймера, а также у некоторых, но не у всех пациентов с нефротоксической почечной недостаточностью, развивавшейся после введения рентгеноконтрастных веществ [6, 29].
Следует отметить, что особенности действия К-ацетилцистеина во многом зависят от времени его применения. Например, предварительное введение К-ацетилцистеина за 3 суток до моделирования токсического гепатита ограничивает выраженность нарушений микросомального, митохондриального и свободнорадикального окисления в печени. В то же время, его использование после интоксикации дихлорэтаном, наоборот, увеличивает процент гибели крыс и усугубляет расстройства специфического и неспецифического иммунитета у этих животных [32]. Такие особенности действия К-ацетилцистеина можно объяснить, по меньшей мере, тем, что на поздних стадиях повреждения клеток он не способен оказывать существенного влияния на механизмы внутриклеточной сигнализации. Это предположение отчасти подтверждается тем, что характер образования некоторых молекулярных шаперонов изменяется только тогда, когда К-ацетилцистеин вводится либо непосредственно перед началом воздействия патогена, либо одновременно с началом его действия [1]. Поэтому можно предполагать, что положительные эффекты К-ацетилцистеина будут гораздо более выраженными, если его применять перед началом действия повреждающего фактора и/или на ранних стадиях повреждения клеток.
Обратим внимание на то, что существуют различия в биодоступности К-ацетилцистеина при его перроральном приеме и парентеральном введении, но в любом случае, К-ацетилцистеин практически не накапливается в организме и
циркулирует в крови в виде метаболитов [6]. Кроме того. у этого препарата практически полностью отсутствует токсичность. Однако следует помнить и о возможных побочных эффектах его применения. N-ацетилцистеин образует комплексы с ионами металлов и при длительном употреблении в высоких дозах может существенно уменьшать содержание в организме жизненно важных микроэлементов. Например. прием N-ацетилцистеина в дозе 800 мг/сут. в течение 2 недель сопровождается повышенным выведением цинка с мочой [6]. Следует помнить и о возможности влияния N-ацетилцистеина на апоптоз нормальных и опухолевых клеток. с плохо предсказуемыми последствиями. особенно при его длительном использовании. Необходимо также иметь в виду и возможность развития легочной гипертензии у пациентов при продолжительном приеме ими N-ацетилцистеина.
Таким образом. вышеизложенное свидетельствует о неоднозначности фармакологического действия N-ацетилцистеина при различных формах патологии. В частности. его влияние существенно зависит от того. когда вводится этот препарат; от его дозы и продолжительности его применения. Такая неоднозначность действия N-ацетилцистеина нашла свое отражение в двух точках зрения. представленных далее. Например. известный специалист в области изучения «окислительного стресса» и системы глутатиона I.A. Cotgreave считает. что N-ацетилцистеин представляет собой «... идеальный ксенобиотик. способный непосредственно влиять на внутренние биохимические процессы в результате собственного метаболизма» [6]. По мнению этого исследователя. расширение показаний к применению N-ацетилцистеина является весьма многообещающим для клинической медицины. Прямо противоположная точка зрения относительно использования N-ацетилцистеина при различных формах патологии высказывается исследователем M-L. Aitio из Швейцарии. Ее скептицизм относительно N-ацетилцистеина проявляется даже в названии подготовленного ею обзора литературы: “N-acetylcysteine - passe-partout or much about nothing” (N-ацетилцистеин: “отмычка” или много шума из ничего»). Этот исследователь считает. что в современных условиях единственным обоснованным показанием для использования N-ацетилцистеина является отравление ацетаминофеном [29]. Существование этих двух точек зрения. на наш взгляд. вполне оправдано. если принимать во внимание тот факт. что основной механизм действия N-ацетилцистеина связан с изменением редокс-зависимой регуляции функций клеток. Как и любое другое вещество с антиоксидантными свойствами и способностью влиять на редокс-зависимые механизмы регуляции. N-ацетилцистеин со временем утрачивает свое действие вследствие перехода всех механизмов редокс-регуляции клеток на качественно иной уровень. Рассмотрим это на примере редокс-системы глутатиона. влияние которой на механизмы регуляции функций клеток определяется прежде всего соотношением восстановленного и окисленного глутатиона. Введение N-ацетилцистеина на первом этапе сдвигает баланс в этой системе в пользу восстановленного глутатиона и обеспечивает изменение влияния системы глутатиона на фенотипические свойства клеток. Однако. при дальнейшем введении N-ацетилцистеина баланс между окисленным и восстановленным глутатионом постепенно возвращается к
исходному состоянию за счет увеличения количества окисленного глутатиона. и действие N-ацетилцистеина «утрачивается». Поэтому мы предполагаем. что фармакологическое действие N-ацетилцистеина может быть более выраженным в том случае. когда его введение осуществляется методом «пульс-терапии». Неоднозначность действия N-ацетилцистеина при одних и тех же формах патологии может быть обусловлена также различным исходным редокс-состоянием клеток и выраженностью продукции оксида азота. так как. с одной стороны. N-ацетилцистеин может выступать в качестве «скавенджера» оксида азота. а с другой стороны. высвобождать оксид азота из его эндогенных депонированных форм.
Одно из новых направлений повышения эффективности фармакологического действия N-ацетилцистеина заключается в создании более действенных производных этого вещества. В частности. изучаются свойства N-ацетилцистеин-амида (AD4) и уже установлено. что это вещество лучше проникает в клетки и более эффективно защищает внутриклеточные структуры от окисления [33. 34]. Исследуются также свойства N-ацетилцистеина. конъюгированного с хитозаном. и нитрозоацетилцистеина [28. 35].
Заключение
Таким образом. несмотря на неоднозначность результатов экспериментального и клинического применения N-ацетилцистеина. этот препарат все же следует рассматривать в качестве вполне перспективного дополнительного средства для лечения ряда форм патологии. Это заключение основывается на том. что N-ацетилцистеин является. пожалуй. единственным препаратом. способным оказывать прямое влияние на редокс-систему глутатиона. а. значит. и на механизмы редокс-регуляции клеточных функций. Поэтому в настоящее время к наиболее важным вопросам. относящимся к использованию N-ацетилцистеина в клинической практике. вероятно. следует отнести вопросы о показаниях к его использованию. времени и методах его назначения (пульс-терапия или систематическое применение). а также дозах этого препарата. Не менее важным следует считать и вопрос о создании новых. более эффективных химически модифицированных форм N-ацетилцистеина.
Литература
1. Allen. R. G. Oxidative stress and gene regulation / R. G. Allen. M. Tresini // Free Radic. Biol. Med. - 2000. - Vol. 28. N 3. - P. 463-499.
2. Thiols prevent Fas (CD95)-mediated T cell apoptosis by down-regulating membrane Fas receptor / Y. Delneste [et al.] // Eur. J. Immunol. - 1996. -Vol. 26. N 12. - P. 2981-2988.
3. Oxidant-antioxidant status alterations in cancer patients: relationship to tumor progression / M. Gerber [et al.] // J. Nutrition. - 1996. - Vol. 114. - P. 1201 -1207.
4. Flora. S. J. Role of free radicals and antioxidants in health and disease /
S. J. Flora // Cell Mol. Biol. - 2007. - Vol. 53. N 1. - P. 1-2.
5. Adhassi. E. Breath alkanes as a marker of oxidative stress in different clinical conditions / E. Adhassi. J. P. Allard // Free Radic. Biol. Med. - 2000. - Vol.
28. N 6. - P. 880-886.
6. Cotgreave. I. A. N-acetylcysteine: pharmavological considerations and experimental and clinical applications / I. A. Cotgreave // Adv. Pharmacol. - 1997. -Vol. 38. - P. 205-227.
7. Protective effect of N-acetylcysteine on multiple organ failure induced by zymosan in the rat / S. Cuzzocrea [et al.] // Crit. Care Med. - 1999. - № 8. - P. 1524- 1532.
8. Adventitia-derived nitric oxide in rat aortas exposed to endotoxin: cell origin and functional consequences / A. L. Kleshyov [et al.] // Am. J. Physiol. - 2000.
- Vol. 279. N 6. - P. H2743-2751.
9. N-acetylcysteine inhibits in vivo nitric oxide production by inducible nitric oxide synthase / S. Bergamini [et al.] // Nitric Oxide. - 2001. - Vol. 5. N 4. - P. 349-360.
10. Kampf. C. Effects of hypochlorite on cultured respiratory epithelial cells / C. Kampf. G. M. Roomans // Free Radic. Res. - 2001. - Vol. 34. N 5. - P. 499-511.
11. Шебеко. В. И. Эндотелий и система комплемента / В. И. Шебеко. -Витебск: BГMУ■ 1999. - 149 с.
12. Marshall. H. E. Nitrozation and oxidation in the regulation of gene expression / H. E. Marshall. K. Merchant. J. S. Stamler // FASEB J. - 2000. - Vol. 14. N 13. - P.18891900.
13. Kamata. H. Redox regulation of cellular function / H. Kamata. R. Hirata // Cell Signal.- 1999. - Vol. 11. N 1. - P. 1-14.
14. Шебеко. В. И. Редокс-регуляция фенотипа эндотелиоцитов: от хаоса к порядку / В. И. Шебеко // Вестн. BГMУ. - 2001. - № 1. - С. 30-38.
15. Schafer. F. Q. Redox environment of the cell as viewed through the redox state of the glutathione disulfide/glutathione couple / F. Q. Schafer.
G. R. Buettner // Free Radic. Biol. Med. - 2001. - Vol. 30. N 11. - P. 1191-1212.
16. Dringen. R. Glutathione metabolism in brain / R. Dringen. J. M. Gutterer. J. Hirrlinger // Eur. J. Biochem. 2000. - Vol. 267. - P. 4912-4916.
17. Hanafy. K. A. NO. nitrotyrosine. and cyclic GMP in signal transduction / K. A. Hanafy. J. S. Krumenacker. F. Murad // Med. Sci. Monit. - 2001. - Vol. 7. N
4. - P. 801-819.
18. Reduced glutathione oxidation ratio and 8 ohdG accumulation by mild ischemic pretreatment / S. H. Baek [et al.] // Brain Res. - 2000. -Vol. 21. N 856 (12). - P. 28-36.
19. Price. D. T. Redox control of vascular nitric oxide bioavailability / D. T. Price. J. A. Vita. J. F. Keaney // Antioxid. Redox Signall. - 2000. - Vol. 2. N 4.
- P. 919-935.
20. Belyaeva. L. Eu. N-acetylcysteine and immobilization stress attenuate dysregulation of the endothelium-dependent coronary vascular tone induced by acute hemorrhage / L. Eu. Belyaeva. V. I. Shebeko. A. P. Solodkov / eds. P. Vanhoutte. -EDHF. 2002. - P. 156-164.
21. Gehring. N. M. Inactivation of both RNA binding and aconitase activi-
ties of iron regulatory protein-1 by quionone-induced oxidative stress / N. M. Gehring. M. W. Hentze. K. Pantopoulos // J. Biol. Chem. - 1999. -Vol. 274. N
10. - P. 6219-6225.
22. Grdina. D. J. Effects of thiols on topoisomerase-II alpha activity and cell cycle progression / D. J. Grdina. S. Murley. J. C. Roberts // Cell Prolif. - 1998. - Vol. 31. N 5-6. - P. 217-229.
23. Genetic and cellular changes in colorectal cancer: proposed targets of chemopreventive agents / P. Greenwald [et al.] // Cancer Epidemiol. Biomarkers Prev. - 1995.-Vol. 4. N 7. - P. 691-702.
24. Effects of chronic N-acetylcysteine treatment on the actions of perox-ynitrite on aortic vascular reactivity in hypertensive rats / A. Cabassi [et al.] // J. Hypertens. - 2001. - Vol. 19. N 7. - P. 1233-1244.
25. Concentration-dependent differential effects of N-acetyl-L-cysteine on the expression of HSP70 and metallothionein genes induced by cadmium in human amniotic cells / M. Abe [et al.] // J. Pharmacol. Sci. - 2008. - Vol. 106. - P. 571-577.
26. S-nitroso-N-acetylcysteine (SNAC) prevents myocardial alterations in hypercholesterolemic LDL receptors knockout mice by antiinflammatory action / J. A. Garcia [et al.] // J. Cardiovasc. Pharmacol. - 2008. - Vol. 51. N 1. - P. 78-85.
27. Беляева. Л. Е. Применение N-ацетилцистеина для предупреждения нарушений тонуса коронарных сосудов в условиях экспериментальной постге-моррагической гипотензии / Л. Е. Беляева. В. И. Шебеко. А. П. ^лодков // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. - 2002. - Т. 1. № 2. - С. 69-74.
28. S-nitrosothiols signal hypoxia-mimetic vascular pathology / L. A. Palmer [et al.] / J. Clin. Invest. - 2007. - Vol. 117. N 9. - P. 2592-2601.
29. Aitio. M-L. N-acetylcysteine - passe-partout or much about nothing / M-L. Aitio // Br. J. Clin. Pharm. - 2005. - Vol. 61. N 1. - P. 5-15.
30. Гуревич. М. А. Использование мононитратов в кардиологии / М. А. Гуревич. М. П. Санина. В. И. Бувальцев // Клин. медицина. - 2000. - № 4.
- С. 44-48.
31. Andrews. N. P. N-acetylcysteine improves coronary and peripheral vascular function / N. P. Andrews. A. Prasad. A. A. Quyyumi // J. Am. Coll. Cardiol. -2001. - Vol. 37. N 1. -P. 117- 123.
32. Забродский. П. Ф. Влияние ацетилцистеина и дипироксима на иммунные реакции при острой интоксикации дихлорэтаном / П. Ф. Забродский. А. В. Грызунов // Экспер. и клин. фармакология. - 1997. - Т. 60. № 1. - С. 4749.
33. Ates. B. Antioxidant and free radical scavenging properties of N-acetylcysteine amide (NACA) and comparison with N-acetylcysteine / B. Ates. L. Abraham. N. Ercal / Free Radic. Res. - 2008. - Vol. 42. N 4. - P. 372-377.
34. A novel brain-targeted antioxidant (AD4) attenuates haloperidol-induced abnormal movement in rats: implications for tardive dyskinesia / O. Sadan [et al.] // Clin. Neuropharmacol. - 2005. - Vol. 28. N 6. - P. 285-288.
35. Synthesis and characterization of a chitosan-N-acetylcysteine conjugate / T. Scmitz [et al.] // Int. J. Pharmacol. - 2008. - Vol. 347. N 1-2. - P. 79-85.
