Механизм удаления погибающих (апоптических) клеток
Обновлено: 02.05.2024
Концепция апоптоза как явления "запрограммированной" гибели клеток приобретает в последнее время все больше фактов и вариантов ее приложения к базовым вопросам современной медицины.
Термин "апоптоз" впервые был предложен в 1972 г. для обозначения генетически обусловленного процесса разрушения клетки и характеризуемого ее сжатием, агрегацией хроматина и деструкцией клеточного ядра. Апоптоз рассматривается как естественный биологический механизм, который способствует ликвидации "ненужных" клеток и тканей. Биологическая "цель" этого явления состоит в удалении нежелательных клеток в процессе индивидуального развития, при защитных реакциях, старении. Физиологическое назначение апоптоза состоит в селекции разновидностей и качества клеток внутри популяции, в том числе удалении клеток с генетическими дефектами, а также поддержании численности клеток тканевой популяции на функционально необходимом уровне.
Эмбриональное и постэмбриональное развитие мозга сопровождается изменениями числа, структуры и функциональных "качеств" нервных клеток. Соотношение процессов возникновения новых структур и ликвидации "ненужных" клеток регулируется апоптическими процессами. Закономерный характер апоптозных реакций прослеживается как на субклеточном уровне (митоптоз - ликвидация митохондрий), так и в целом организме - в процессе индивидуального развития, когда наблюдаются регрессия рудиментарных органов, перестройка клеточного пула при росте и дифференцировке тканей.
В "нормальной" ткани механизмы апоптоза пребывают под регулируемым генетическим контролем. Как было недавно установлено, ограничение апоптозного механизма в нейронах эмбрионального мозга, регулируемое нейротрофическими ростовыми факторами и особыми белками, ведет к увеличению числа синапс - образующих клеток нейрональной популяции в целом.
Однако помимо общебиологического (общефизиологического) значения это явление оказывается значимым в процессах онкообразования, аутоиммунных патологиях, вирусных инфекциях, сердечно-сосудистых заболеваниях. Это представление получает также все большее число иллюстраций при изучении неврологических патологий. За последние пять лет, согласно информации Medline, по проблеме апоптоза опубликовано около 40 тыс. экспериментальных и клинических статей.
НЕЙРОАПОПТОЗ
Биохимические и морфоцитологические признаки апоптоза выявляются в большом спектре экспериментальных нейродегенеративных расстройств: транзиторной церебральной ишемии, вызванной окклюзией церебральной артерии; интрацеребральной геморрагии; на моделях эпилептогенных судорог, локальном термическом повреждении мозга. Апоптоз включается в патологии любых проявлений ишемических и травматических повреждений нервной ткани, включая нарушения спинного мозга, деменциальные изменения, связанные с развитием болезней Альцгеймера, Паркинсона, сенильной деменцией, врожденными патологиями мозга и др. Таким образом, можно говорить о нейроапоптозе как новом патобиохимическом механизме нейродегенеративных расстройств широкого спектра.
Основное для понимания апоптоза как принципиально нового морфо-биохимического процесса, отличного от некроза, - включение специализированных биохимических механизмов, в результате которых происходит разрыв молекулы ДНК и уничтожение белоксинтезирующих структур. Апоптоз развивается как каскадный процесс, который сопровождается активацией (индукцией образования) специфических про- или антиапоптических белков, а также особых протеолитических ферментов - каспаз.
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ АПОПТОЗА
1. Нарушение энергетического потенциала митохондрий.
2. Образование активных форм кислорода (АФК).
3. Запуск "специализированных" биохимических систем.
4. Деструкция ДНК.
5. Морфологическая гибель клетки, ткани, организма.
Среди факторов запуска апоптоза следует отметить образование активных форм кислорода как "извращенного" пути окислительного метаболизма в клетке. Считается, что повреждения, развивающиеся в результате аноксии или ишемии ткани любого уровня, обязаны в первую очередь образованию АФК. Первичным источником АФК оказываются митохондрии, которые играют ключевую роль в энергетическом обеспечении клетки. Ныне существует обобщенное клиническое понятие "митохондриальная патология": повреждение мембран митохондрий ведет к образованию супероксидных радикалов, которые, реагируя с NO, образуют пероксинитриты, "повреждающие" молекулы АФК.
В точных биохимических исследованиях было установлено, что нарушение "нормальной" аккумуляции Са++ митохондриями, высвобождение апоптогенных белков из поврежденных митохондрий в цитозоль служат механизмами, ответственными за индукцию апоптоза. В этом контексте существенна роль одного из нейротрофических факторов - фактора некроза опухоли (TNF-(), с которым связаны открытие пор в митохондриях, последующий разрыв их мембраны и высвобождение проапоптических белков в цитозоль клетки.
Факторы, последовательно включающиеся в апоптоз:
1.Гиперпродукция экзайтоксических (excitoxic - возбуждающие) аминокислот и длительная активация глутаматных рецепторов, выраженные при нарушении функции нервных клеток вследствие возрастных нейродеструктивных процессов, болезни Альцгеймера, паркинсонизме, при остром нарушении мозгового кровообращения.
2.Образование АФК, которые стимулируют синтез провоспалительных цитокинов, включающихся в каскад апоптических процессов.
3. Экспрессия группы рецепторов и проапоптических белков (FAS, APO-1 и др.). Один из наиболее значимых в этой группе - белок p53.
4. Включение каскада протеолитических реакций, приводящих к расщеплению белков ядерного матрикса, дестабилизации структуры хроматина ядер, фрагментации ДНК, нарушению репликационной и метаболической функций клетки. Среди ферментов, причастных к разветвленной цепи апоптоза, ведущее место принадлежит каспазам, относящимся к семейству 1-интерлейкин-конвертирующих протеаз.
5. Участие специфических регуляторных белков, препятствующих реализации апоптозной программы. Один из них - белок bcl-2 оказывает защитное действие на многие типы клеток, пребывающие в неблагоприятных условиях. В исследованиях in vitro для оценки апоптоза используется отношение белков bcl-2/Bax; избыток первого способствует выживанию клетки, избыток второго - ее гибели.
Баланс про- и антиапоптических механизмов связан с оксидом азота (NO), различные пути образования которого могут определять как цитотоксическое, так и цитопротекторное его действие. Длительная генерация NO провоцирует развитие апоптоза: усиливается синтез белка р53 и активируются протеазы из семейства каспаз.
Принято считать, что каскад апоптозных процессов может быть спровоцирован либо прямым действием на геном клетки (вирусы), либо через нейромедиаторы (глутамат), либо причинами, связанными с ишемией клетки, ее физическим повреждением, реперфузией, токсическим воздействием. Биохимические процессы, сопровождающие апоптоз, проявляются экспрессией специфических генов и синтезом особых белков клетки, запускающих реакции апоптоза. Число таких "инициаторов", связанных с патологиями различной этиологии, оказывается значительным. Такая полиэтиологичность предопределяет инициацию апоптоза при многих патологических состояниях - как всего организма, так и отдельных его органов или клеточных популяций (см. рис.).
Биохимические и цитоморфологические исследования апоптоза выявляют несколько стадий его развития в поврежденной нервной ткани: непосредственную и отсроченную. Как правило, исходное повреждение ткани не ограничивается областью воздействия разрушающей силы, а, продолжаясь во времени, захватывает первично интактные клетки и приводит к расширению очага повреждения.
Поскольку апоптоз рассматривается в качестве патохимического механизма клеточной гибели, представляет собой фазный процесс и, следовательно, имеет обратимые этапы, возможно рассмотрение подходов к фармакологическому вмешательству в его регуляцию. Существенной оказывается оценка условий, благодаря которым, переходя необратимую грань, апоптоз приводит к тотальным последствиям, гибели большого массива функционально значимых клеток и смерти всего организма. К этим условиям относятся характер и величина травмирующего воздействия, степень сбалансированности клеточных биохимических систем, противостоящих необратимому развитию апоптоза, возможность своевременного применения реабилитационных мероприятий защиты структур мозга, кардиоваскулярной системы и организма в целом.
РОЛЬ НЕЙРОПЕПТИДОВ И НЕЙРОТРОФИНОВ
Существует определенная параллель между информацией об участии нейропептидов и нейротрофических факторов роста в патогенезе неврологических расстройств и причастностью этих химических регуляторов к нейроапоптозу. Среди нейротрофических ростовых факторов (см. "МГ" № 30 от 17.04.02) выявляются те, которые играют роль индукторов апоптических процессов или, наоборот, противодействующих развитию нейроапоптоза. Например, в исследованиях последних месяцев подтверждено участие фактора некроза опухоли (TNF-() в апоптозе глиальных и нейрональных клеток как следствии аутоиммунной нейропатологии и патологии мультисклероза. Ассоциируемое с болезнью Гентингтона образование свободнорадикальных продуктов, провоцируемое в эксперименте внесением дофамина, ингибировалось в нейронах стриатума нейротрофическим фактором мозга (BDNF).
Новым направлением в исследовании нейропептидов стало определение их роли в регуляции апоптоза. Наряду с данными, свидетельствующими об участии вазоактивного пептида эндотелина-1 и его рецепторов (ЕТА) в ишемической патологии мозга, получена информация об антиапоптической активности этого пептида. На ряде моделей нейроапоптоза было также продемонстрировано защитное действие кальцитонинового нейропептида (CGRP) и пептидного фрагмента ангиотензина IV. В то же время было установлено, что сам ангиотензин II, также как и пептид кальцийнейрин, напротив, способствует индукции проапоптического каскада. Эти факты, демонстрирующие значимость нейропептидов и ростовых факторов в нормальной и патологической деятельности мозга, отражают организацию поливариантной системы химической регуляции, обеспечивающей как жизнеспособность и защиту нейронов от неблагоприятных влияний, так и программируемую гибель определенной части клеточной популяции в случае повреждения мозга. Открытие нейротрофических пептидных факторов побудило к формированию новой стратегии - пептидергической, или нейротрофной терапии нейродегенеративных патологий. Исходная идеология связывает нейродегенеративные патологии, включая болезнь Альцгеймера, с активностью различных нейротрофических факторов мозга и нейропептидов. На этой основе был разработан ряд препаратов, успешно применяемых в терапии большого спектра неврологических расстройств. Наибольший успех здесь выпал на долю церебролизина, уже в течение двух десятков лет успешно используемого в клинике неврологических и психиатрических заболеваний.
АПОПТОЗ В КАРДИОВАСКУЛЯРНЫХ КЛЕТКАХ
Признаки апоптоза выявляются также при различных формах сердечно-сосудистых патологий: дисфункции эндотелия, "чрезмерном" напряжении сосудистой стенки, ишемических и реперфузионных ее нарушениях, атеросклеротических изменениях, инфаркте миокарда, ишемическом инсульте и др. В перикардиальной жидкости пациентов с ишемической патологией миокарда обнаружен митогенактивирующий белок р38, участвующий в запуске апоптических процессов. Известно также, что при кардиоваскулярных расстройствах, сочетающихся с диабетом, в миоцитах и эндотелиоцитах обнаруживаются активированные апоптозные продукты. Недавно были опубликованы клинические результаты, согласно которым определенные белки апоптозного каскада могут быть использованы как маркеры повреждения миокарда при стадийной ИБС.
Физиологически активные пептиды (ангиотензин II, эндотелин-1, брадикинин, адреномедуллин и натрийуретические факторы) вносят свой "вклад" в развитие процессов, связанных с дисфункцией эндотелия и развитием клеточного апоптоза. Очевидно, немаловажная роль принадлежит также нейротрофическим ростовым полипептидам (фактору опухолевого роста, трансформирующему ростовому фактору, фактору роста фибробластов, эндотелиальному фактору роста сосудов, инсулиноподобному фактору роста и др.), а также специфическим белкам клеточной адгезии и мембранного взаимодействия - интегринам и селектинам. Регуляторные пептиды и нейротрофические ростовые факторы могут выполнять функцию как проапоптических (провоцирующих, индуцирующих), так и антиапоптических агентов при кардиоваскулярной патологии. Их соотношение играет ключевую роль в стадийном формировании необратимых повреждений миоцитов, эндотелиальных и васкулярных клеток и превращения патологии в глобальный феноптический процесс.
Как известно, патология "гипертонического сердца" сопровождается гипертрофией левого желудочка, ведущей к ремоделированию миокарда, недостаточной васкуляризации, фиброзу, уменьшению числа функциональных кардиомиоцитов и сократительной способности сердца в целом. За все эти явления ответствены апоптозные процессы, спровоцированные хронической ишемией и перегрузкой больного сердца. Исследования последнего периода показывают, что апоптозная гибель кардиомиоцитов служит решающим фактором в переходе к компенсаторной гипертрофии и нарушению насосной функции сердца при артериальной гипертензии. Условия, провоцирующие экспрессию химических механизмов апоптоза в "перегруженном" сердце, включают чрезмерное механическое напряжение миоцитов, гипоксию и окислительный стресс, активацию нейрогуморальных факторов и цитокинов. Все эти явления сопряжены между собой и составляют звенья единого патогенетического процесса.
Особенно значимы исследования, связанные с ангиотензином II и образующим его ферментом АПФ. Исследования роли ангиотензина II в механизмах окислительного стресса и эндотелиальной дисфункции логично привели к рассмотрению роли этого пептида в индукции апоптоза кардиальных, васкулярных и эндотелиальных клеток. Принципиальным оказывается вывод, что повышенный уровень ангиотензина II сопряжен с активностью некротического и трансформирующего ростовых факторов, а также специфических апоптозных белков (bcl-2, p53), особых ферментов (каспаз), каскадная динамика которых приводит к деградации молекулы ДНК на фрагменты и последующей "запрограммированной" гибели клетки.
Проапоптозный, патогенетический, эффект ангиотензина II может быть заблокирован использованием соответствующих препаратов.
Рассматривая проблему апоптоза как сложный биологический и патохимический феномен, можно определить, что как нейропептиды, так и нейротрофические факторы представляют в данном случае показательный пример участия в поливариантной системе контроля функций на всех "этажах" физиолого-биохимической организации. Эти химические соединения служат элементами глобальной информационно-регуляторной сети организма, определяющей его жизнь и смерть.
В настоящее время открыт, по сути, базовый биохимический механизм неврологических, кардиоваскулярных, онкологических и других патологий. Очевидно, последующие работы и исследования специфической роли систем химических регуляторов представят новые возможности диагностики и терапии этих заболеваний.
«Идущие на смерть»: обзор механизмов регулируемой клеточной гибели
Клеточная смерть — это необратимая дегенерация жизненно важных клеточных функций (синтез АТФ и поддержание окислительно-восстановительного гомеостаза), приводящая к потере целостности клетки (нарушение проницаемости цитоплазматической мембраны или фрагментация клетки). Данный процесс отличен от клеточного старения — необратимой потери пролиферативного потенциала, связанной с определенными морфологическими и биохимическими признаками, что сопровождается секрецией множества факторов (то есть клетка приобретает так называемый секреторный фенотип, ассоциированный со старением — SASP); при этом клеточное старение не является формой гибели клеток.
Рис.1. Хронология терминов, используемых в исследовании клеточной смерти [1].
Современная система классификации гибели клеток была обновлена Комитетом номенклатуры по гибели клеток (Nomenclature Committee on Cell Death, NCCD) в 2018 году, с учетом данных многолетней истории изучения этого загадочного процесса (рис. 1) [1]. Помимо фундаментального деления на случайную (accidental cell death, ACD) и регулируемую (regulated cell death, RCD) клеточную смерть, в последней дополнительно выделено несколько подпрограмм, имеющих как четкое физиологическое значение (например, некроптоз и пироптоз, которые наблюдаются во время эмбрионального развития и при вирусных инфекциях), так и представленные клеточными реакциями на специфические токсины (ферроптоз, энтоз, нетоз, партанатоз, зависимая от лизосом и аутофагии гибель клеток, а также недавно описанные формы гибели клеток, вызываемые изменением pH среды (алкалиптоз) и активными формами кислорода, без вовлечения уже известных механизмов (оксеиптоз)). Регуляция гибели клеток проявляется в том, что конкретные генетические или фармакологически-индуцированные изменения способны как запустить, так и прервать деструкцию клеток [2].
Интересно, что регулируемая гибель клеток не является уникальной для многоклеточных форм жизни, где она имеет ключевую роль в поддержании гомеостаза организма как в физиологических, так и в патологических условиях, но также встречается (в упрощенном варианте) среди одноклеточных эукариот, образующих (по крайней мере, в течение части их жизненного цикла) колонии (несколько видов дрожжей и Dictyostelium discoideum), апоптозоподобный вариант клеточной гибели описан у организмов Leishmania spp. и даже у некоторых прокариот (например, Escherichia coli) [3].
Гибель клеток проявляется морфологическими изменениями. Вместе с механизмами утилизации мертвых клеток и их фрагментов такие морфотипы используются для классификации гибели клеток на три различные формы: (1) гибель клеток I типа или апоптоз, проявляющийся конденсацией цитоплазмы, конденсацией хроматина (пикноз), фрагментацией ядра (кариорексис) и блеббингом («пузырение») цитоплазматической мембраны с сохранением ее целостности вплоть до финальных процессов; кульминацией является образование интактных мелких пузырьков (апоптотических телец), которые эффективно захватываются соседними клетками с фагоцитарной активностью (путем эффероцитоза) и разрушаются внутри лизосом; (2) гибель клеток II типа или аутофагия, проявляющиеся обширной цитоплазматической вакуолизацией и, сходным образом заканчивающиеся фагоцитарным поглощением и последующей лизосомальной деградацией, и (3) гибель клеток III типа или некроз (рис. 2) [2].
Рис. 2. Основные подпрограммы регулируемой клеточной смерти | Клетки, подвергающиеся нерепарируемым нарушениям внутриклеточной или внеклеточной микросреды могут активировать один из многих каскадов сигнальной трансдукции, что в конечном итоге приводит к их гибели. Каждый из таких режимов регулируемой гибели клеток инициируется и осуществляется молекулярными механизмами. Морфологические признаки вариабельны: от полностью некротического морфотипа до полностью апоптотического; иммуномодулирующее действие также различно: от противовоспалительного и толерогенного до провоспалительного и иммуногенного [2].
КС ПМП-клеточная смерть, регулируемая переходом митохондриальный проницаемости, осуществляется за счет формирования одноименной поры (также называемой мегапорой), в образовании и дальнейшем поддержании которой играет важную роль циклофилин D (CypD / пептидилпрол-цис-транс-изомераза F) на фоне снижения АТФ и повышения уровня кальция в клетке [5]. Сокращения: РКС-регулируемая клеточная смерть; АЗКС-аутофагия-зависимая клеточная смерть; ЛЗКС-лизома-зависимая клеточная смерть; ИКС - иммуногенная клеточная смерть.
В классификации сформулированы определения различных программ клеточной смерти.
Случайная гибель клеток — фактически мгновенная и неконтролируемая (собственно умирающей клеткой) форма гибели клеток, морфологически соответствующая деструкции и фрагментации компонентов цитоплазматической мембраны, вызванная экстремальными физическими, химическими или механическими воздействиями.
Регулируемая гибель клеток — форма гибели клеток, которая возникает в результате активации одного или нескольких модулей сигнальной трансдукции и, следовательно, может быть фармакологически или генетически смодулирована. Субпрограммы регулируемой гибели клеток описаны в табл. 1 [1, 2, 4].
Таблица 1
Регулируемая гибель клеток включает в себя множество субпрограмм, выполнение которых приводит к различным морфологическим изменениям и иммунологическим последствиям. Механизмы клеточной смерти могут встречаться в «чистой» форме или в смешанных вариантах, в которых появляются различные летальные субпрограммы, действующие параллельно, а иногда и по типу иерархического каскада.
Список литературы:
1. Tang D, Kang R, Berghe TV, Vandenabeele P, Kroemer G. The molecular machinery
of regulated cell death. Cell Res. 2019 (5):347-364.
2. Galluzzi L. et al. Molecular mechanisms of cell death: recommendations of the Nomenclature Committee on Cell Death 2018. Cell Death Differ. 2018 (25): 486-541.
3. Pandey S. S., Singh S., Pathak C., Tiwari B. S. Programmed Cell Death: A Process of Death for Survival - How Far Terminology Pertinent for Cell Death in Unicellular Organisms. Journal of cell death. 2018 (11): 1179066018790259.
4. Singh, R., Letai, A., Sarosiek, K. Regulation of apoptosis in health and disease: the balancing act of BCL-2 family proteins. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2019 (20): 175-193.
5. Fayaz S.M., Raj Y.V., Krishnamurthy R.G. CypD: The Key to the Death Door. CNS Neurol Disord Drug Targets. 2015; 14 (5):654-63.
Механизм удаления погибающих (апоптических) клеток
Гибель клеток при метаморфозе, эндокринозависимой атрофии тканей и в процессе удаления стареющих, избыточных или аномальных клеток называется апоптозом. Это запрограммированная клеточная гибель - естественный процесс, который находится под контролем генетической регуляции. Одним из внеклеточных факторов, запускающих в клетке апоптоз, является Fas-лиганд (FasL). Белок Fas/АРО-1, также называемый CD95, относится к семейству рецепторов фактора некроза опухоли (TNF). Степень активации рецептора Fas различными лигандами зависит от микроокружения клеток. Активация каспаз - необходимый этап Fas-опосредованного апоптоза. В дендритных клетках активация рецепторов Fas вызывает их фенотипическое и функциональное созревание. Fas-опосредованная дифференцировка клеток иммунной системы (ИС) сопровождается секрецией провоспалительных цитокинов TNF, ИЛ-1b, ИФg, что указывает на участие Fas-системы в реализации иммунного ответа (ИО) организма при воспалении. Рецептор Fas выявлен в клетках многих типов тканей. FasL экспрессирован преимущественно в активированных Т-лимфоцитах и ЕК-клетках. Большинство незрелых Т-клеток неспособны осуществлять свои функции из-за дефекта Т-рецепторов или аутоагрессивны для организма, и потому уничтожаются в тимусе или на периферии (клональная селекция). Fas участвует в самоликвидации активированных Т-клеток и, следовательно, в подавлении избыточного ИО. Факты предполагают участие Fas-системы в удалении активированных или аутоагрессивных В-клеток.
Установлено, что функционально активными цитотоксическими Т-лимфоцитами (ЦТЛ) являются CD8+ Т-клетки, но CD4+ Т-клетки Th-1-типа также проявляют цитотоксичность, распознают и уничтожают опухолевые клетки, а также инфицированные вирусами или бактериями. ИО клеток и воспалительные реакции могут вызвать неспецифическое повреждение близлежащих тканей.
Показано, что нормальное функционирование Fas-системы поддерживает клеточный гомеостаз в организме. Потеря функциональной активности Fas-системы вызывает гиперплазию лимфоидных органов и развитие лимфопролиферативных процессов. Отклонение от нормы и выживание лимфоцитов позволяет клеткам накапливать мутации, приводящие к злокачественным новообразованиям.
Обнаружены: повышенный уровень рецептора Fas у больных системной красной волчанкой и другими аутоиммунными заболеваниями, а также нарушения элиминации активированных лимфоцитов, что обусловлено ингибированием Fas-зависимого апоптоза. То же выявлено в сыворотке крови больных с опухолевыми новообразованиями. Характерно повышение концентрации рецептора Fas при метастазировании и его снижение после оперативного удаления опухолей. FasL, локализованный на поверхности опухолевых клеток, взаимодействует с Fas-положительными ЦТЛ и ЕК-клетками, индуцируя апоптоз последних. Этот механизм является одной из причин подавления противоопухолевого иммунитета. Вероятно, ЦТЛ активируются при распознавании вирусных антигенов на поверхности инфицированных клеток печени, и их элиминация осуществляется с помощью Fas/FasL взаимодействия.
Перспективы клинического использования знаний о Fas-системе заключаются в возможности блокирования индуцированной FasL элиминации здоровых клеток. Нейтрализующие моноклональные антитела против Fas (или FasL) и другие ингибиторы Fas-опосредуемого апоптоза могут найти терапевтическое применение при гепатитах, СПИДе и других заболеваниях, связанных с ЦТЛ-индуцированным повреждением тканей. Однако необходимо балансировать между двумя крайностями - деструкцией тканей, вызываемой mFasL, и воспалительными реакциями, причиной которых является повышенная концентрация рецептора sFasL. При трансплантации можно использовать FasL в качестве иммуносупрессивного агента. Перспективным направлением является противоопухолевая терапия. Повышенная продукция некоторыми типами опухолевых клеток sFas лежит в основе их резистентности к ЦТЛ- и ЕК-индуцированной Fas-зависимой элиминации. Выявление факторов, влияющих на механизмы альтернативного сплайсинга мРНК рецептора Fas, может обеспечить выбор препаратов, ингибирующих sFas и повышающих чувствительность опухолевых клеток к Fas-опосредуемому апоптозу.
Таким образом, Fas-система играет важную роль в регуляции гомеостаза и функционировании клеток ИС, и углублённое изучение апоптоза важно для познания патогенеза многих заболеваний. Физиологическое значение лигандов рецептора Fas проявляется не только в индукции апоптоза, но и в инициации регуляторных сигналов, активирующих пролиферацию и дифференцировку иммунокомпетентных клеток. Нарушения клеточного гомеостаза в ИС приводят к развитию различных патологических состояний. Новые подходы к управлению иммунопатологическими процессами путём влияния на Fas-систему могут способствовать созданию иммуномодулирующих препаратов, способных регулировать атипичный или восстанавливать дефектный физиологический апоптоз. Поэтому факторы, регулирующие активность Fas-системы, могут найти широкое клиническое применение, с учётом их ростостимулирующего и цитодифференцирующего потенциала.
Апоптоз в сосудистой патологии: настоящее и будущее
В настоящее время роль апоптоза признана при ряде сосудистых заболеваний. Он представляет собой запрограммированную клеточную гибель, которая находится под контролем генетических механизмов и необходима для нормального существования организма. Главной его задачей является уничтожение дефектных или мутантных клеток. Частицы погибших клеток поглощаются макрофагами без развития воспалительной реакции. Апоптоз принимает активное участие в эмбриогенезе, клеточном гемостазе, уничтожении опухолевых клеток. Данный процесс можно разделить на три фазы: сигнальная, эффекторная и деградационная. Его основным компонентом являются цитоплазматические протеазы - каспазы. Каспазы находятся в цитоплазме в неактивном состоянии - в виде прокаспаз. При активации они расщепляются на субъединицы. Белки семейства Bcl-2 являются активными участниками митохондриального пути апоптоза. Они влияют на проницаемость наружной мембраны митохондрий. Нарушения в механизмах апоптоза лежат в основе многих заболеваний, включая ишемические повреждения, аутоиммунные расстройства, злокачественные новообразования. Способность влиять на выживаемость или смерть клетки известна своим огромным терапевтическим потенциалом. В настоящее время активно развиваются исследования, направленные на изучение сигнальных путей, которые контролируют клеточный цикл и апоптоз. В статье обобщены механизмы, участвующие в гибели эндотелия сосудистой стенки и гладкомышечных клеток, а также рассмотрена потенциальная роль апоптоза при атеросклерозе.
Ключевые слова
Полный текст
В течение длительного периода времени исследователи были заинтригованы наблюдением гибели клеток сосудистой стенки при отсутствии их явного некроза [1]. В 1972 г. J.F. Кеrr и его коллеги описали новую форму гибели клеток отличную от некроза, которую назвали апоптозом (в переводе с древнегреческого «опадение» или «листопад») [2]. Он представляет собой запрограммированную клеточную гибель, которая находится под контролем генетических механизмов и необходима для нормального существования организма. Основная его роль - поддержание постоянства клеточного состава и уничтожение дефектных клеток [3]. Нарушения механизмов смерти клеток лежат в основе многих заболеваний, включая ишемические повреждения, аутоиммунные расстройства, злокачественные новообразования.
Молекулярные механизмы апоптоза
Апоптоз, с одной стороны, может быть активирован через систему внутренних сигналов. Клетки запускают внутреннюю программу самоуничтожения в ответ на изменения гемодинамических параметров или потерю контакта с соседними клетками. С другой стороны, он может быть инициирован через внешние стимулы, такие как цитокины, гормоны, окисленные липиды, ионизирующие или вирусные агенты, протекая при этом более остро и массивно. Некоторые пути гибели клеток предрасположены к повсеместному распространению (например, те, которые связаны с радиационным повреждением ДНК), тогда как другие присутствуют только в определенных клетках, что обеспечивает их эффективное удаление. Соотношение проапоптотических и антиапоптотических молекул определяет судьбу клетки в конкретный момент времени [4].
В запрограммированном каскаде гибели клетки выделяют несколько основных функциональных этапов.
В фазе инициации, или сигнализации, клетки получают индуцирующие сигналы. Это достигается путем присоединения определенных молекул (таких как фактор некроза опухоли α (ФНО-α), Fas-лиганд) к рецепторам гибели (TNFR1, Fas) на поверхности клетки с последующим набором белков домена смерти (например, FADD), необходимых для активизации каспазы-8 [5].
В контрольной, или эффекторной, фазе происходит активация каспаз с потерей митохондриального мембранного потенциала. Каспазы представляют собой семейство цистеиновых протеаз, которые участвуют в трансдукции и выполнении апоптотической программы. Они находятся в виде неактивных проферментов, которые активируются протеолитическим расщеплением. В центральных переходах на пути апоптоза расположены каспаза 3, 8 и 9.
Фаза выполнения находится под контролем семейства белков Bcl-2, которые ингибируют высвобождение цитохрома С или фактора индуцирующего апоптоз из митохондрий. Семейство белков Bcl-2 содержит как ингибиторы (Bcl-2, Bcl-xL и др.), так и индукторы (Bcl-xS, Bax, Bid, Bad, Bak и др.) смерти [6]. Соотношение между антиапоптотическими и проапоптотическими белками определяет, подвергнется клетка гибели или нет. После получения соответствующего сигнала Bax или Bak подвергаются конфирмационным изменениям и перемещаются в митохондриальную мембрану, где они вызывают выделение цитохрома С в цитозоль [7].
Фаза деградации геномной ДНК приводит к необратимой потере жизнеспособности клетки.
В фазе распознавания погибшие клетки удаляются из ткани в результате фагоцитоза соседними клетками с помощью различных механизмов (например, через фосфатидилсерин (ФС) или рецептор витронектина) [8].
Апоптоз эндотелиальных клеток
Эндотелий сосудистой стенки участвует в различных физиологических процессах, поэтому его гибель может представлять собой начальную стадию развития патологических состояний. Межклеточные контакты необходимы для поддержания и сохранения эндотелиальных клеток, а их потеря приводит к активации программы смерти. Внеклеточный матрикс может генерировать сигналы, направленные на подавление p53-регулируе-мого пути апоптоза. Например, взаимодействие с белками внеклеточного матрикса через интегрин αvβ3 ингибируется активность р53, снижается уровень Bax и активируется NF-κB путь, что способствует выживанию клеток. Другим механизмом является активация антиапоптотического пути посредством стимулирования активности белков семейства Bcl-2. Факторы роста (VEGF) ингибируют смерть клеток в ответ на различные стимулы, такие как ФНО-α, происходит разрушение внеклеточного матрикса. Это обусловлено стимуляцией сигнального пути протеинкиназы C или PI3K-Akt, активизации антиапоптотических белков Bcl-2 [9].
Фактор роста фибробластов (FGF-2) является еще одним внутрисосудистым фактором сохранения эндотелиальных клеток. Проведенное А. Karsan, et al. (1997) исследование показало, что FGF-2 специфически индуцирует Bcl-2, но не другие белки семейства Bcl. Однако другие Bcl-2-независимые механизмы, такие как фосфорилирование тирозина, могут также ингибировать гибель эндотелия с помощью FGF-2 [10].
Эндотелиальные клетки сосудов постоянно подвергаются воздействию ряда гемодинамических сил, которые оказывают большое влияние на их клеточную структуру и функцию [11]. Метаболиты оксида азота (NO), высвобождаемые в ответ на напряжение сдвига, ингибируют активацию каспазы-3 и предотвращают смерть клеток [12, 13]. Подавление как апоптоза, так и активации каспазы-3 физиологическими уровнями напряжения сдвига может быть предотвращено фармакологическим ингибированием синтазы NO [14].
Инкубация клеток эндотелия с ФНО-α заметно усиливает апоптоз через активацию каспазы-3. Данный процесс может быть полностью отменен ингибиторами каспаз [15]. С другой стороны, ФНО-α способен индуцировать белки семейства Bcl-2, а также активировать путь NF-κB. Следовательно, ФНО-α, может инициировать как проапоптотический, так и антиапоптотический пути [16]. Белки Bcl-2 и Bcl-XL способны подавлять активацию эндотелиальных клеток посредством специфического ингибирования NF-κB пути. Это доказывает, что данные белки обладают цитопротективными эффектами противодействия провоспалительным стимулам. Интересно, что интерлейкин-10 (IL-10) обладает антиапоптотическим действием, поэтому баланс между выживанием и гибелью клеток может зависеть от баланса между про- и противовоспалительными цитокинами.
Апоптоз гладкомышечных клеток
После проведения многочисленных исследований рост гладкомышечных клеток (ГМК) рассматривается как результат противоположных эффектов клеточной пролиферации и апоптоза. Как известно, многие факторы роста ГМК действуют как митогены, частично предотвращая апоптоз, поддерживая секрецию белков Bcl-2. Например, IGF-I стимулирует повышенную экспрессию неактивной фосфорилированной формы Bad посредством PI3-киназозависимого пути. Факторы роста и соответствующие им рецепторы синтезируются при многих сосудистых заболеваниях и могут предотвращать апоптоз ГМК в пределах артериальной стенки [17].
Механические факторы. M.J. Pollman, et al. (1999) показали, что чрескожная транслюминальная баллонная ангиопластика (ЧТБА) вызывает быструю гибель ГМК в пределах нормальной артериальной стенки [18]. Апоптоз ГМК связан с активацией стресс-активируемой протеинкиназы, а введение антиоксидантов ингибирует ее. Этот сигнальный путь не может быть активирован в неоинтимальных ГМК из-за активизации в них Bcl-xl [19]. Окисленные липопротеины низкой плотности (ЛПНП) способствуют апоптозу ГМК, частично за счет подавления Bcl-2 и активации каспазы-3.
Вазоактивные вещества
Локальная продукция высоких уровней NO в стенке артерии ингибирует рост клеток и образование неоинтимы после ЧТБА [19]. В свою очередь, ангиотензин II (АТ II) в стенке сосуда способствует росту ГМК и утолщению стенки [20]. NO-индуцированный апоптоз предотвращается ингибированием cGMP-зависимой протеинкиназы Iα, а также добавлением АТ II. Следует отметить, что проапоптотическое действие NO проявляется на супрафизиологическом (патологическом или воспалительном) уровне, тогда как его антиапоптотическое действие, наблюдается при физиологических (эндотелиальных) концентрациях [21]. Аналогично, AТ II предотвращает гибель ГМК посредством стимуляции рецептора AT1, но способствует апоптозу посредством стимуляции рецептора AT2 [22].
Онкогены и гены-супрессоры опухолей. Онкоген c-myc экспрессируется в ГМК атеросклеротических бляшек (АТБ) и эти клетки демонстрируют более низкую скорость роста в сравнении с ГМК, полученных из стенки нормальных артерий. В своей работе T. Jacob, et al. (2012) показали, что ГМК АТБ гиперчувствительны к апоптозу, опосредованному р53. Активация p53 временно увеличивает поверхностную экспрессию Fas и сенсибилизирует клетку к гибели [23].
Апоптоз при атеросклерозе
Во время развития АТБ происходит как гибель, так и пролиферация клеток. В настоящее время получены доказательства наличия апоптоза во всех клетках АТБ: ГМК, макрофагах, лимфоцитах и эндотелиальных клетках. Наиболее часто встречается в макрофагах, что позволяет предположить, участие этих клеток в его индукции. Запрограммированная гибель клеток почти не определяется в нормальных артериях, едва детектируется в жировых полосках и более распространенна в распространенных атеросклеротических поражениях [24]. ГМК погибают в АТБ, несмотря на присутствие факторов роста. Это связано с экспрессией онкогена c-myc в отсутствии белков Bcl-2 и повышенной чувствительностью к p53 [25]. Последние данные показали повышенную активность проапоптотического белка Bax в жировых полосах человека и распространенных АТБ. Bax не обнаруживался в нормальных артериях, где преобладала экспрессия белка Bcl-xl. Баланс между про- и антиапоптотическими белками при атеросклерозе благоприятствует первому, и подразумевает, что ГМК запрограммированы на гибель при наличии дополнительных проапоптотических стимулов [26].
Роль апоптоза в развитии атеросклероза двояка. Гибель ГМК может ослабить фиброзную покрышку бляшки за счет уменьшения синтеза внеклеточного матрикса, что приведет к ее разрыву. С другой стороны, смерть макрофагов ослабляет воспалительный ответ, уменьшает синтез металлпротеиназ с последующим разрушением внеклеточного матрикса, что в итоге способствует стабилизации бляшки. Уровень гибели клеток в бляшке составляет 2-10%, а уровень пролиферация менее 1%. На самом деле апоптоз связан с естественным прогрессированием атеросклеротического поражения через развитие липидного «некротического» ядра. Гибель макрофагов часто идентифицируется по краям липидного ядра, что позволяет предположить, что она может активно способствовать его образованию. Удаление апоптотических клеток из АТБ может быть неэффективным, поскольку они конкурируют с ЛПНП за удаление макрофагами. Не удаленные клетки подвержены вторичному некрозу, что приводит к развитию воспалительного ответа.
Одна из главных ролей апоптоза при атеросклерозе связана с его прокоагулянтным потенциалом. Воздействие ФС на клеточную поверхность значительно усиливает активность тканевого фактора, который определяет тромбогенность АТБ и способствует возникновению острых ише-мических событий [27].
Терапевтическая модуляция апоптоза при атеросклерозе
M.J. Pollman, et al. (1998) сообщили о регрессии бляшки у кроликов, после ингибирования экспрессии Bcl-xl с помощью антисмыслового олигонуклеотида с последующей индукцией апоптоза неоинтимы [28].
NO является мощной антиапоптотической молекулой для эндотелиальных клеток. B.Y. Wang, et al. (1999) также наблюдали регрессию атероматозных поражений у кроликов после введения L-аргинина для индукции апоптоза макрофагов через cинтез NO [29]. С другой стороны, может быть опасно индуцировать массовую гибель клеток атеросклеротических поражений без антикоагулянтной терапии, учитывая их протромбогенный потенциал. Погибающие эндотелиальные клетки преимущественно расположены в постстенотической зоне с низким напряжением сдвига. Следовательно, доставка NO, с добавлением L-аргинина или доставка эндотелиальных факторов роста может ограничить гибель, тромбоз клеток и изменить прогрессирование атеросклероза [30].
В свою очередь, антагонисты рецепторов АТ II, блокаторы кальциевых каналов являются сильными индукторами апоптоза. Антиоксиданты, такие как триметазидин, пробукол, витамины С и Е ингибируют апоптоз ГМК после хирургического вмешательства [31, 32]. Применение препаратов данных групп недостаточно исследовано в литературе, а полученные результаты противоречивы.
Наконец, возникновение смерти клеток в АТБ сильно зависит от воспалительного баланса. Введение IL-10 может быть разумной стратегией для уменьшения воспалительной реакции, апоптотической гибели клеток и, следовательно, стабилизации бляшки.
Апоптоз и рестеноз
В различных атеросклеротических и рестенотических поражениях апоптозу подвергаются от 2 до 50% клеток. На моделях с использованием различных животных по формированию неоинтимы после ЧТБА, было показано, что апоптоз происходит в разные моменты времени и на разных уровнях в процессе восстановления.
- H. Perlman, et al. (1997) показали, что гибель ГМК наблюдается уже через 30 мин после ЧТБА и связана со снижением белка Bcl-x. После этого наблюдалась вторая волна апоптоза, которая связана с повышенной пролиферацией ГМК [33]. Гибель клеток на более поздних стадиях, в отсутствие пролиферации, участвует в регуляции утолщение интимы.
J.M. Isner, et al. (1995) показали более высокую частоту апоптоза в рестенотических поражениях в сравнении с первичным атеросклерозом коронарных артерий [34]. Однако, этот вывод был оспорен G. Bauri-edel, et al. (1998), которые наблюдали снижение уровня апоптоза в зоне рестеноза. Высокая плотность клеток является ключевой находкой при позднем развитии рестеноза области хирургического вмешательства и соответствуют парадигме, что более низкие показатели апоптоза приводят к гиперплазии. Это согласуется с обнаружением сниженной активности р53 в рестенотическом материале коронарных артерий [35].
- R. Shibata, et al. (2003) отметили, что ЧТБА привело к незначительному увеличению актвиности белка Bax и значительному повышению уровня Bcl-xl через 14 дней после оперативного вмешательства. Применение ингибитора Rho-киназы в данном исследовании индуцировало неоинтимальный апоптоз ГМК за счет активизации Bax, что привело к снижению образования неоинтимы [36].
В своей работе P. Krishnan, et al. (2019) изучил рестенотические поражения после применения баллона с лекарственным покрытием во время ЧТБА. В них было значительно снижены количество клеток неоинтимы, ГМК, плотность фибробластов, увеличена активность каспазы 3 и определялись отложения коллагена типа III в сравнении поражениями при применении баллонов без покрытия [37].
Заключение
Дальнейшее изучение процессов гибели и пролиферации клеток необходимо для разработки вмешательств с целью предотвращения развития различных заболеваний.
Дополнительная информация [Additional Info]
Источник финансирования. Бюджет ФГБОУ ВО Рязанский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова Минздрава России.
[Financing of stady. Budget of Ryazan State Medical University.]
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, о которых необходимо сообщить, в связи с публикацией данной статьи.
[Сonflict of interests. The authors declare no actual and potential conflict of interests which should be stated in connection with publication of the article.]
Участие авторов. Калинин Р.Е. - концепция литературного обзора, редактирование, Сучков И.А., Егоров А.А., Поваров В.О. - редактирование, Климентова Э.А., - сбор, перевод и анализ материала, написание текста.
[Participation of authors. R.E. Kalinin - concept of the review, editing, I.A. Suchkov, A.A. Egorov, V.O. Povarov - editing, E.A. Klimentova - collection, translation and analysis of material, writing the text.]
Апоптоз представляет собой систему контроля клеточной дифференцировки, обеспечивающую самоуничтожение дефектных структур. Тем самым поддерживая нормальное функционирование целостного организма. Регуляторами апоптоза являются белки семейства Bcl-2, которые могут обладать как антиапоптическими свойствами, так и проапоптическими. Проапоптические белки запускают синтез цитохрома С в миохондриях, провоцирующего образование апоптосомы, активирующей каспазы, которые обладают способностью к денатурации белков, что приводит к гибели клетки. Для обнаружения дефектов в клетке существует белок р53, который при наличии повреждений в клетке активирует синтез проапоптических белков. При недостаточном апоптозе, дефектные клетки пролиферируют, что приводит к их злокачественной трансформации. Злокачественные клетки подвергаются серии генетических изменений. Если это способствует их преимущественному росту над нормальными клетками, то риск развития новообразований значительно возрастает. Потеря предшественника апоптоза - белка P53 является наиболее распространенным механизмом уклонения от гибели. Канцерогенез можно рассматривать как сложный клеточный процесс, который связан с неограниченным репликативным потенциалом, независимостью от сигналов роста и параллельным сопротивлением ингибирующему рост сигналу, уклонение от активации клеточной смерти, устойчивый ангиогенез, а также способность тканевой инвазии и метастазирования.
1. Кузнецов, С.Л. Гистология, цитология и эмбриология / С.Л. Кузнецов, Н.Н. Мушкамбаров Н. - М.: МИА, 2007.
2. Галицкий В.А. Возникновение эукариотических клеток и происхождение апоптоза // Цитология, 2008, том 47, вып. 2, с. 103-120
3. Hanahan D, Weinberg RA: The hallmarks of cancer. Cell. 2000, 100: 57-70. 10.1016/S0092-8674(00)81683-9.
4. Taylor, R. C., Cullen, S. P., and Martin, S. J. (2008). Apoptosis: controlled demolition at the cellular level. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 9, 231-241.
5. Czabotar PE, Lessene G, Strasser A, Adams JM. Control of apoptosis by the BCL-2 protein family: implications for physiology and therapy. Nat Rev Mol Cell Biol 2014; 15: 49-63.
7. Galluzzi L, Bravo-San Pedro JM, Vitale I, Aaronson SA, Abrams JM, Adam D et al. Essential versus accessory aspects of cell death: recommendations of the NCCD 2015.
8. McIlwain DR, Berger T, Mak TW. Caspase functions in cell death and disease. Cold Spring Harb Perspect Biol 2013; 5: a008656.
9. Manzl C, Fava LL, Krumschnabel G, Peintner L, Tanzer MC, Soratroi C et al. Death of p53-defective cells triggered by forced mitotic entry in the presence of DNA damage is not uniquely dependent on Caspase-2 or the PIDDosome. Cell Death Dis 2013; 4: e942.
10. Shalini S, Dorstyn L, Dawar S and Kumar S: Old, new and emerging functions of caspases. Cell Death Differ. 22:526-539. 2015.
Клеточный гомеостаз в организме здорового человека определяется балансом между гибелью и пролиферацией клеток. Дефекты, возникающие в процессах дефференцировки и новообразования клеток, ведут к самоуничтожению этих структур [2]. Может показаться парадоксальным, что стимуляция клеточной гибели может способствовать выживанию организма.
Механизм, отвечающий за инициирование и выполнение запрограммированной гибели клеток, называется апоптозом. Он осуществляется под действием внеклеточных или внутриклеточных факторов. Под воздействием этого процесса, ДНК распадается на фрагменты, клетка сжимается, клеточные мембраны разрушаются, происходит элиминация и она поглощается соседней клеткой или специфичной клеткой имунной системы. Особенностью этого процесса является то, что мембрана клетки не разрушается до полного завершения этапов самопроизвольной гибели. Что дает возможность избежать риска возникновения воспалительных процессов. Обычно от начала запуска апоптоза до окончательной клеточной фрагментации требуется несколько часов. Однако этот период зависит от типа клетки, стимула и апоптотического пути [1,2].
Апоптозные клетки выглядят как округлые либо овальные скопления интенсивно эозинофильной цитоплазмы с плотными фрагментами ядерного хроматина [1]. (Рис. 1.).
Рис. 1. Стадии апоптоза эпителиальной клетки
Основными регуляторами запрограммированной гибели клеток являются белки, принадлежащие к семейству Bcl-2. Эти белки могут, как активировать апоптоз, то есть быть проапоптотическими, так и ингибировать его, обладая антиапоптотическими свойствами. Антиапоптотические белки в здоровой клетке связывают и инактивируют проапоптотические. Это происходит тогда, когда она не нуждается в гибели [4,5].
Существует два основных пути апоптоза: внутренний и внешний. Внешний путь обеспечивает связывание «лиганд смерти» с «рецептором смерти». Внутренний путь контролируется митохондриями и выделением цитохрома С. Регуляторы апоптоза взаимодействуют со специфическими рецепторами на мембране клетки, называющимися «рецепторы смерти», которые связываются с молекулами, сигнализирующими гибель, как часть внешнего апоптотического пути. Это связывание вызывает эффект апоптоза [7].
Контроль такой элиминации производится в митохондриях, которые обеспечивают внутреннюю часть апоптического пути. В этих органеллах содержатся сигнальные молекулы, связаные с митохондриальной мембраной и известные как цитохром C. В ответ на проапоптотические сигналы из проапоптотических белков, высокую концентрацию Ca 2+ в цитозоле или гипоксию цитохром C высвобождается в клетку митохондриями и связывается с белком. Это приводит к образованию апоптосомы. После образования апоптосома активирует группу белков под названием каспазы, которые денатурируют другие белки в клетках [8]. Так как активные каспазы могут разрушающе воздействовать внутри здоровой клетки, они производятся в неактивной форме - прокаспазы. В фазе апоптоза семейство каспаз представляет собой основные эффекторные молекулы самого процесса элиминации, которые вносят вклад в конечные стадии апоптотической гибели клеток путем компонентов цитоскелетного аппарата и ядерной ДНК [4,9]. Все каспазы подразделяются на инициаторы, эффекторы и стимуляторы. Инициаторы расщепляют и активируют каспазы эффекторы, амплифицируя сигнал. Эффекторы расщепляют различные белки, что приводит к процессу апоптоза. Активация каспаз ведет к запуску протеолитического каскада реакций, провоцирующих гибель клетки [9].
Помимо каспаз, чрезвычайно важным является белок P53, обеспечивая обнаружение повреждения ДНК, аномалий хромосом и остановку клеточного цикла. Если повреждения необратимые, то апоптоз актимируется. P53 активирует процесс путем увеличения продуцирования проапоптотического белка, который активирует каспазный каскад, что в конечном итоге приводит к самоуничтожению клетки [10].
Апоптоз — это защита организма от персистенции пораженных клеток, которые могут оказаться потенциально опасными для многоклеточного организма. Однако, эти процессы могут нарушаться, сопровождаясь либо чрезмерным апоптозом, например, в случае дегенеративных заболеваний, либо недостаточным, что приводит к ускоренной пролиферации дефектных клеток и возникновению онкологии [2]. Проблемы недостаточного самоуничтожения клеток могут возникать на любом этапе апоптоза, что приводит к злокачественной трансформации пораженных клеток, метастазированию опухолей и устойчивости к противоопухолевым препаратам [6]. Следовательно, устойчивость к апоптозу или угнетение этого процесса играют жизненно важную роль в канцерогенезе. Одной из причин торможения процессов самопроизвольной гибели клеток является нарушения баланса проапоптотических и антиапоптотических белков. Проапоптотические (например, Bax, Bad, Bcl-Xs) и антиапоптотические белки (например, Bcl-2, Bcl-XL, Mcl-L и т. Д.) являются двумя основными группами белков семейства Bcl -2. Антиапоптотические белки регулируют апоптоз, блокируя выделение цитохрома С в митохондриях, в то время как проапоптические -стимулируют . Нарушение этого баланса вызывает угнетение процесса апоптоза в пораженных клетках. Причиной может стать как чрезмерная экспрессия антиапоптотических белков, так и проапоптотических или их комбинации.
Так, в основе возникновения В-клеточной лимфомы лежит механизм, подавляющий синтез проапоптического белка семейства Bcl-2, что приводит к торможению апоптоза клеток фолликулярной лимфомы и их пролиферацию [3]. (Рис. 2.).
Рис. 2. Гистопрепарат ткани лимфатического узла. Фолликулярная лимфома.
Новообразования можно рассматривать как результат последовательности генетических изменений, в течение которых нормальная клетка превращается в злокачественную. И именно несостоявшийся апоптоз таких клеток является одним из существенных критериев, которые вызывают злокачественную трансформацию [3]. Злокачественные клетки подвергаются серии генетических изменений. Если это способствует их преимущественному росту над нормальными клетками, то риск развития и роста новообразований значительно возрастает. Например, когда в клетках кожи возникают повреждения под воздействием ультрафиолетового излучения (например, солнцем, соляриями), обычно срабатывает апоптоз. Это помогает устранить патологические элементы. Если апоптоз не происходит, такие клетки могут выживать и пролифирировать, превращаясь в злокачественные. (Рис.3.).
Запрограммированная гибель также играет роль в распространении онкологического процесса. Чтобы злокачественная клетка переместилась в другую часть тела ( метастазирование), она должна уметь выживать в крови или лимфатических системах и проникать в окружающие ткани. Апоптоз предотвращает эти процессы [6]. Наиболее распространенным механизмом уклонения от гибели является потеря предшественника апоптоза - белка P53 или его мутация. Более половины всех онкологических пациентов имеют мутированный или отсутствующий ген, программирующий синтез р53, что приводит к повреждению или отсутствию белка. При некоторых опухолевых процессах р53 трансформируется из активатора апоптоза в ингибитор, тем самым он не только не индуцирует апоптоз, а его блокирует. Это же провоцирует метастазирование новообразований, так как позволяет обходиться злокачественным клеткам без специфического микроокружения, избегая самопроизвольной гибели [3,9]. Однако, ингибирование процессов апоптоза не единственное условие для роста и развития новообразований. Без устойчивого ангиогенеза, самодостаточности сигналов роста и нечувствительности к сигналам против роста, «прото-раковые» клетки все еще могут умирать другими способами, даже если они избегают апоптотической запрограммированной клеточной смерти [6].
Выводы. Таким образом, канцерогенез можно рассматривать как сложный клеточный процесс, который связан с неограниченным репликативным потенциалом, независимостью от сигналов роста и параллельным сопротивлением ингибирующему рост сигналу, уклонение от активации клеточной смерти, устойчивый ангиогенез, а также способность тканевой инвазии и метастазирования. Злокачественные опухоли являются инвазивными и могут метастазировать в отдаленные места через систему кровообращения. Следовательно, метастатическое распространение, а не первичная опухолевая нагрузка, является основной причиной смертей от рака [6,4,7].
Читайте также: