Апоптоз — копия. Морфологические проявления апоптоза
 Скачать 0.5 Mb.
|
1 2 Механизмы, инициирующие гибель клетки Широкое развитие получили представления о значимости солей кальция (Са) для обеспечения функционирования клеток. Ионы Са и циклические нуклеотиды (цАМФ, цГМФ) - универсальные внутриклеточные посредники. Изменение концентрации цитозольного Са - уникальный внутриклеточный сигнал. В реализации ПКГ Са играет важную роль. Концентрация цитозольного Са составляет 10-7/моль, а во внеклеточной жидкости - 10-3/моль. При значительном повышении содержания Са в клетке за счет поступления по потенциал- и рецептор-зависимым каналам извне, за счет высвобождения ионов из внутриклеточных депо (в мышечных клетках - из саркоплазматического ретикулума, а в остальных - из кальциосом) активируется эндонуклеаза - фермент, способный фрагментировать
ДНК. Возрастание концентрации цитозольного Са сопровождается его переходом в активную форму посредством соединения с внутриклеточным рецептором кальмодулином. Активная форма кальция активирует кальмодулин-зависимые процессы. Ингибиторы кальмодулина блокируют апоптоз, вызванный глюкокортикоидами, без изменения уровня цитозольного кальция. Эти ингибиторы блокируют кальмодулин-опосредованное поступление кальция в ядро, что предполагает наличие Са-зависимых процессов в ядре при активации апоптоза. Увеличение содержания Са приводит к модулирующему воздействию на ядерную эндонуклеазу. При использовании блокаторов синтеза белка и РНК ингибируется увеличение Са. В тимоцитах происходит увеличение количества белка кальпаина, являющегося Са-зависимой нейтральной протеазой. При ее активации разрушается цитоскелет и формируются поверхностные выступы (пузырьки). В присутствии ингибиторов кальпаина апоптоз блокируется. Доказана опосредованная роль Са в митохондриальной генерации активных форм кислорода, образующихся при действии цитокинов клеток (фактора некроза опухолей - ФНО). Этот эффект может быть связан с действием Са на активность Са-опосредованной фосфолипазы, способной изменять наружный потенциал мембраны митохондрий и нарушать синтез АТФ. Кроме того, существуют некоторые пути инициации апоптоза, не затрагивающие метаболизм кальция: • цитотоксическое действие антител к АРО-1; • Т-клеточная цитотоксичность, связанная с антигеном Fas/АРО-1; • гибель нейронов при устранении фактора роста нервов (ФРН). Реализация ПКГ контролируется сложными биохимическими механизмами. В качестве стимула могут выступать различные биомолекулы-сигналы. Взаимодействие клеточного рецептора с агонистом может опосредованно изменять концентрацию цитозольного кальция. Так, в результате экспрессии генов ПКГ появляются факторы, изменяющие проницаемость потенциал-зависимых Са-каналов, активность систем ионного обмена и вызывающих мобилизацию внутриклеточного кальция из депо.
Все многообразие действия различных активаторов апоптоза можно свести к нескольким системам, передающим сигнал. Активаторы могут влиять на различные звенья этих систем. Пока не найдено апоптоз-специфической системы, передающей сигнал, а перечисленные ниже каскады активируются и при других физиологических процессах клеток. • Фосфолипаза-Са-зависимый путь передачи. • Тирозинкиназный сигнальный путь. • Сфингомиелиновый сигналопередающий путь активации апоптоза. Таблица 18-2. Разновидности апоптоза  Значение апоптоза в функционировании иммунной системы Развитие Т-клеток. Ген bcl-2 играет существенную роль в развитии Т-клеток. В вилочковой железе, где происходит созревание Т-клеток, тимоциты подвергаются позитивной и негативной селекции. • Позитивная селекция состоит в отборе клеток с фенотипом TCR+CD4+CD8+, т.е. клеток, несущих дифференцировочные антигены CD4 и CD8 и Т-клеточный рецептор (TCR), способный связываться с антигенами I и II класса гистосовместимости микроокружения вилочковой железы. Только такие клетки выживают, а остальные погибают путем апоптоза. • Негативная селекция заключается в элиминации клеток, имеющих ТСR-рецепторы, специфичные по отношению к собственным антигенам организма, представленным в вилочковой железе. Таким путем создается естественная толерантность к «своему», в ее основе лежит удаление клонов аутореактивных Т-лимфоцитов путем апоптоза. Завершившие дифференцировку Т-лимфоциты TCR+CD4+CD8- и TCR+CD4-CD8+, имеющие TCR, специфичные к чужеродным для организма антигенам, покидают вилочковую железу и расселяются в периферических лимфоидных органах. Экспрессия генов bcl-2 и Fas на лимфоидных клетках имеет фазный характер. Незрелые тимоциты на ранних стадиях развития (TCR-CD4-CD8-) и зрелые Т- клетки (TCR+CD4-CD8+ и TCR+CD4+CD8-), повышенная выживаемость которых должна обеспечить формирование Т-клеточного иммунного ответа и осуществление иммунной функции, обладают наиболее высоким уровнем экспрессии гена bcl-2 и слабой экспрессией гена Fas. Последний ген высоко экспрессирован на тимоцитах TCR+CD4+CD8+, подвергающихся селекции в вилочковой железе.
Первичные этапы созревания и дифференцировки В-клеток происходят в костном мозге, где их большая часть погибает апоптически в результате селекции. В контроле этого процесса участвует ген bcl-2. На периферии зрелые В-клетки тоже подвергаются селекции. После встречи с антигеном они мигрируют в первичные лимфоидные фолликулы селезенки и лимфатических узлов, пролиферируют и подвергаются селекции. Сохраняются лимфоциты, иммуноглобулиновые рецепторы которых (Ig-рецепторы) имеют высокий аффинитет к антигену. Клетки с низким аффинитетом Ig-рецепторов погибают апоптически. Одновременно формируются долгоживущие В-клетки памяти, отличающиеся повышенной экспрессией bcl-2. Гибель клеток иммунной системы, обусловленная развитием апоптоза, может быть индуцирована взаимодействием Т-клеточного рецептора (TCR) цитотоксических лимфоцитов с антигенами клетокмишеней. Результатом взаимодействия TCR с антигеном может быть инактивация самих Т-клеток, что происходит с Т-лимфоцитами-хелперами при индукции иммунологической толерантности во взрослом организме. Инактивация В-клеток, если она при этом происходит, осуществляется за счет соединения антигена с поверхностным иммуноглобулиновым рецептором В-лимфоцитов. Основной механизм такой инактивации - физическая элиминация, или делеция, клона антигенспецифических лимфоцитов, характерная для большинства форм искусственно индуцированной иммунологической толерантности (здесь играют роль анергия иммунокомпетентных клеток и активность супрессоров). Гибель клеток, индуцированная активацией TCR, может быть вызвана не только специфическим антигеном, но и бактериальными токсинами, имеющими сродство с TCR, антителами к СDЗ-антигену, одному из компонентов рецепторного комплекса Т-клеток (TCR/CD3). Каждая активированная через комплекс TCR/CD3 клетка синтезирует все элементы, необходимые для ее деструкции. Гибель может быть предотвращена блокадой системы Fas/Fas-лиганд.
Стимуляция антигенреактивных T-клеток через TCR вызывает не только их пролиферацию и функциональную активацию, но и гибель. Возникает вопрос, каким образом может быть генерирована T-зависимая иммунная реакция. При нормальном иммунном ответе T-лимфоциты становятся чувствительными к опосредованному через Fas апоптозу лишь через несколько дней после TCR-стимуляции, хотя экспрессия Fas происходит в течение 24 ч после стимуляции. По-видимому, эти несколько дней составляют ту фазу, в течение которой активированная клетка осуществляет свои иммунные функции. При иммунной реакции против инфекционных агентов апоптоз (ПКГ) становится механизмом элиминации выполнивших свою роль активированных T-клеток, поскольку они потенциально опасны изза синтеза большого количества цитокинов и могут способствовать гиперплазии лимфоидной ткани, вызванной инфекцией (предшественник злокачественного роста). Каким же образом зрелая клетка, стимулированная связыванием антигена с ее антигенспецифическим рецептором (TCR ил Ig), выбирает между функциональной активацией (иммунным ответом) и апоптозом (иммунологической толерантностью), минуя стадию активации? Большинство исследователей считают, что стимуляция TCR- или Ig-рецептора ведет к инактивации клетки. Для ее активации же одновременно необходим второй, дополнительный сигнал, поставляемый через другие клеточные рецепторы за счет связывания последних с лигандами соседних клеток или их растворимыми продуктами, в частности цитокинами. Связывание лигандами TCR активирует через систему тирозинкиназ фосфолипазу С, гидролизующую фосфатидилинозитолдифосфат клеточной мембраны с образованием вторичных мессенджеров - диацилглицерола и инозитолтрифосфата. Последние активируют протеинкиназу С и систему Са/кальмодулин/кальциневрин соответственно. Синергичное действие последних ведет к активации транскрипционных факторов (в частности, NF-АТ, специфичного для Т-клеток). Результатами становятся активация генома и экспрессия ряда генов, в том числе гена ИЛ-2 и его рецептора у Т-клеток. Такая последовательность процессов при активации свойственна и клеткам иммунной системы, и клеткам других типов.
Повреждения мозга Осенью 1995 г. в США состоялся Международный симпозиум, посвященный механизмам гибели клеток нервной системы. Среди воздействий, индуцирующих апоптоз, особое место занимает оксилительный стресс как один из наиболее важных индукторов ПКГ. Оксилительный стресс можно рассматривать как часть нормального функционирования нейронов, но в случае возрастания его интенсивности он способен стать патогенетическим звеном острых и хронических дегенеративных расстройств. Так, в культуре нервной ткани апоптоз развивается при удалении сыворотки и предотвращается антиоксидантами. Апоптоз инициируется также прямым воздействием оксилительного стресса с помощью фотохимической реакции с образованием синглетного кислорода. Антиоксиданты и в этом случае оказывают нейропротективное действие. Показано, что в патогенезе апоптоза принимают участие протеинкиназа С и фосфатазы. Оксилительный стресс в нейронах может нарушать баланс между активностью киназ и фосфатаз. В работе M.D. Linnik и соавт. показано, что гибель нейронов при ишемическом инсульте развивается по двум механизмам - некроза и апоптоза. Есть сообщения об эффективности ингибитора белкового синтеза циклогексимида, как нейропротективного агента. Обнаружена фрагментация ДНК, характерная для апоптоза при ишемическом и эпилептическом повреждении мозга. Через 6 ч после судорог, вызванных инъекцией каиновой кислоты, часть нейронов погибает, через 18 ч в этих нейронах отмечают явные признаки апоптоза. Применение диазепама предупреждает развитие этих изменений.
Проблеме оксилительного стресса при генетически обусловленных судорожных припадках посвящена работа К.С. Раевского и соавт. Эпилептиформные судороги сопряжены с гиперактивацией глутаматных рецепторов, активацией перекисного окисления липидов и дисбалансом медиаторных аминокислот в ткани мозга. Доказано, что антиконвульсанты (ламотриджин, карбамазепин) способны уменьшать интенсивность оксилительного стресса при судорожных припадках. Оксилительный стресс играет роль и в тех случаях, когда гибель нейронов обусловлена депривацией фактора роста нервов (NGF). Доказана роль Са при острых (травма, ишемия) и хронических (нейродегенеративные заболевания) состояниях, сопровождающихся развитием апоптоза. Указывают на два основных механизма нейропротективного эффекта: • экспрессия антиоксидантных ферментов; • влияние на экспрессию или функции белков, участвующих в ионном гомеостазе клетки. Показано, что деполяризующие условия обеспечивают защиту клеток от апоптоза. Активация ионотропных глутаматных рецепторов предупреждает апоптоз, вызываемый недеполяризующими условиями, что связано с деполяризацией нейрональной мембраны. Tаким образом, во многих случаях нейропротективное действие фармакологических препаратов связано с нейтрализацией цитотоксического эффекта активных форм кислорода, участвующих в активации процесса ПКГ. Миокардиты Для миокарда, в физиологическом отношении синтиция, активация апоптоза, сопровождающегося гибелью отдельных кардиомиоцитов, может сказываться на проведении импульсов возбуждения по миокарду и способствовать развитию аритмий. По мнению О. Вing (1994), усиление апоптоза может быть одной из причин перехода от компенсаторной гипертрофии сердца к его дисфункции и сердечной патологии. Tак, некоторые факторы, например кальций, не только причастны к развитию дисфункции миокарда, но и влияют на возникновение апоптоза. Комплекс морфологических изменений у больных с нарушениями ритма в аритмогенных зонах миокарда свидетельствует о кальциевой перегрузке кардиомиоцитов. Аналогичные изменения обнаружены в миокарде и в иных ситуациях, связанных с поступлением кальция внутрь клетки в результате воздействия больших доз катехоламинов или других повреждающих факторов.
Mорфологическое исследование биоптатов субэндокарда из аритмогенных и неаритмогенных зон у больных с различными нарушениями ритма выявило наличие кардиомиоцитов с явлениями апоптоза. В ядре отмечены неравномерное распределение хроматина и накопление его по краям ядра. Набухшие митохондрии с редуцированным количеством крист образовывали скопления среди сокращенных миофибрилл. Фрагменты ядерного вещества вместе с другими разрушенными структурами образовывали апоптические тела. Степень выраженности апоптоза варьировала. Обнаружение апоптических повреждений как на аритмогенных, так и на неаритмогенных участках сердца свидетельствует о генерализованности процесса. Однозначно ответить на вопрос о первичности апоптоза в развитии нарушений ритма пока не представляется возможным. Однако в эксперименте на ранних стадиях инфаркта миокарда, осложненного фибрилляцией, обнаружены ультраструктурные изменения кардиомиоцитов, свидетельствующие о развитии апоптоза, что подтверждает гипотезу о первичности ПКГ в возникновении нарушений ритма. Заключение Tаким образом, в свете изложенного существуют перспективы терапевтического управления механизмами клеточной смерти. Как уже упоминалось, индукцию апоптоза можно использовать как противоопухолевую терапию. Применяемые моноклональные антитела (как конъюгаты с токсинами или лекарствами) могут быть летальны для клеток-мишеней, вызывая в них экспрессию гена анти-Аро-1 и запуская апоптоз. В качестве одного из возможных путей воздействия на апоптоз можно рассматривать изменение свойств цитоплазматических мембран. Tак, перфторан за счет стабилизации клеточных мембран и снижения их проницаемости для ионов Са может стать эффективным средством профилактики реперфузионных повреждений сердца и легких больных, подвергшихся реконструктивной хирургии или трансплантации. Индукция антиоксидантной защиты будет предупреждать развитие апоптоза, а прооксидантное воздействие, стимулирующее образование АФК, - способствовать активации апоптоза. Регулирование процесса апоптоза может приблизить нас к решению вопроса о продолжительности жизни. 1 2 |