УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2004, том 35, № 1, с. 66-82
УДК 615.032-081.79
БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ОКСИДА АЗОТА В МЕХАНИЗМАХ ОПУХОЛЕВОГО РОСТА
© 2004 г. В. Н. Запорожан, А. И. Гоженко, Т. В. Корнеенко, В. Г. Дубинина
Одесский государственный медицинский университет
В обзоре анализируются данные литературы и результаты собственных исследований о роли оксида азота (N0) в механизмах опухолевого роста и противоопухолевой резистентности организма. Обсуждаются также возможные механизмы неоднозначной биологической активности N0 и приводятся данные литературы о роли этого соединения в реализации различных противоопухолевых эффектов. Обобщение и анализ этих данных позволили сформулировать некоторые принципы применения веществ, модулирующих синтез оксида азота, и N0-генерирующиx соединений в лечении онкологических заболеваний.
Изучение медико-биологических аспектов оксида азота (N0) в последние годы стало одним из наиболее активно развивающихся направлений биомедицинских исследований [7, 8, 16, 17, 38, 39, 72, 120, 121]. Наши представления о роли этого эндогенного соединения в различных физиологических и патологических процессах [9-15, 18], и в частности при опухолевом росте [19], продолжают расширяться. Однако изучение биологического значения N0 в процессах канцерогенеза порождает все новые и новые вопросы [8, 19, 20-26, 28, 29, 40-43, 127]. Большое количество противоречивых данных литературы [22, 29, 30, 43, 61] позволило говорить о дуалистической роли этого универсального эндогенного регулятора, как мощного фактора антибластомной защиты, с одной стороны, а также мутагена и стимулятора ангиогенеза - с другой [21, 24, 26, 46, 47, 50, 55, 57, 75].
В настоящей работе проанализированы противоречивые данные литературы об участии N0 в противоопухолевой резистентности организма [50, 67, 69, 78-80, 82, 84, 87]. Кроме того, рассмотрены результаты исследований, свидетельствующих о возможности участия N0 в процессах возникновения и прогрессирования опухоли [2, 2124, 40-42], а также о посреднической роли оксида азота в реализации эффектов различных противоопухолевых воздействий [25, 29, 30, 109]. Обобщение и анализ этих данных позволяет наметить некоторые принципы применения веществ, модулирующих образование оксида азота в организме в ходе N0-синтазныx реакций, а также N0^^-рирующих соединений, высвобождающих оксид азота в результате метаболизма этих соединений в клетках тканей, в лечении онкологических заболеваний.
Различные виды активности N0 обеспечиваются функционированием трех изоформ N0-^^
тазы (NOS) - фермента, катализирующего генерацию NO и L-цитрулина из L-аргинина, а также
O- с использованием донора электронов NADPH и ряда кофакторов [16, 20, 26-28, 39]. С конститутивными формами NO-синтаз - нейрональной (nNOS) и эндотелиальной (eNOS) связана функция NO как регулятора метаболизма в различных органах и тканях [16, 20, 39, 109, 110]. Эти изофор-мы NOS экспрессируются постоянно и их активность, как известно, регулируется изменением внутриклеточной концентрации Са2+ [16, 25, 27, 39]. Постоянный уровень NO, который поддерживается nNOS и eNOS в тканях, составляет 10-100 нМ [60]. Продукция NO как эффектора системы клеточного иммунитета обеспечивается индуцибельной NOS (iNOS) [67]. Эта изоформа экспрессируется в клетках под влиянием цитокинов и не зависит от концентрации Са2+. Уровень NO в этих клетках достигает 1-10 мкМ [26, 28, 39, 60].
NO, АПОПТОЗ И РАК
Роль NO в индукции апоптоза разных клеток показана в различных экспериментальных условиях [47, 49-51, 63]. Через экспрессию iNOS реализуется апоптоз, индуцированный фактором некроза опухолей (TNF)-a [49, 50, 103]. TNF-а активирует внутриклеточный рецептор (55 кБ -TNF-а), который содержит "участок гибели" (1), инициирующий сигнальный и эффекторный каскады с про- и антиапоптотической функцией и "участок iNOS" (2), связанный с индукцией iNOS и генерацией NO [49]. Экспрессия iNOS индуцируется не только TNF-а, но и другими провоспали-тельными цитокинами - интерлейкином (IL)-1ß, интерфероном (IFN)-j, IL-10 [103, 115]. IL-10 повышает синтез NO резидентными перитонеаль-ными макрофагами в присутствии и в отсутствие блокирующих антител к TNF-а [115]. С другой
стороны, повышение цитотоксичности мышиных макрофагов в отношении YAC-1 опухолевых клеток под влиянием микробного агента Mycoplasma arginini, несмотря на одновременное увеличение продукции TNF, было связано с продукцией NO, но не TNF, так как она снижалась при использовании ингибиторов продукции NO и не изменялась при применении антител к TNF [119].
В опытах на культуре нервных и глиальных (астроциты) клеток показано, что NO в концентрации 100 мкМ обладает цитотоксическим действием [107]. Доноры NO, чувствительные к эстера-зе, из семейства диазениумдиалатов индуцируют in vitro апоптоз NO-чувствительных клеток лейкемии человека (линии HL-60 и U937), демонстрируя, таким образом, антилейкемическую роль NO [121]. Другой донор NO - нитропруссид натрия провоцирует апоптоз клеток нейробласто-мы человека (ёНР 100) [96].
Апоптоз опухолевых клеток линии MCF-7, индуцированный TNF-a, опосредуется двумя механизмами: индукцией iNOS и активацией каспаз 1-и 3-подобных протеаз. Ингибиторы каспаз эффективно подавляют активацию каспаз и предотвращают апоптоз. Такой же эффект (угнетение апоптоза) вызывается ингибитором iNOS L-нит-ро-аргинин-метил-эстером (L-NAME) [49].
Донор NO глицерол тринитрат (GTN) индуцировал апоптоз клеточной линии рака молочной железы, выделенной из первичной опухоли (ВТ 20) и из метастазов (MCF-7). При этом было обнаружено, что NO запускал активацию каспазы-1, каспазы-3 и каспазы-6 в этих клетках, вызывал высвобождение митохондриального белка цито-хрома с в цитозоль, а также способствовал повышению числа клеток с низким митохондриаль-ным трансмембранным потенциалом и высоким уровнем кислородных радикалов. Однако в этих условиях не происходила экспрессия мРНК ли-ганда ёЭ95 и не изменялась экспрессия проапоп-тотического белка Вах и антиапоптотического белка Bcl-2. На основании этих данных авторы предположили, что NO-медиируемая активация каспаз и, следовательно, апоптоз клеток рака молочной железы зависят от повреждения митохондрий, и в частности высвобождения цитохрома с, нарушения митохондриального трансмембранного потенциала и продукции кислородных радикалов, но не от активации ё095/ё095 L путей [136].
В результате взаимодействия NO и супероксида образуются анионы пероксинитрита (ONOO), которые после протонирования переходят в ONOOH. Последний в дальнейшем распадается с высвобождением NO2 и ОН-радикала, которые и активируют генp38 протеинкиназ, что служит началом апоптоза [117].
Обнаружено торможение вирусной репликации в клетках нейробластомы, которое авторы
связывают с воздействием NO на механизмы трансляции и посттрансляционные изменения вирусных компонентов, но не с окислительным стрессом [90].
Известно, что повреждение ДНК приводит к накоплению белка р53, индуцирующего апоптоз клетки и подавляющего рост опухолей. В экспериментах на макрофагах и клетках инсулиномы RINm5F выявлено накопление р53 при гибели клеток, вызванной NO. Ингибитор NOS №-моно-метил-£-аргинин (L-NMMA) подавлял накопление p53, индуцированное цитокинами или липополи-сахаридами (LPS) [7]. Другими авторами показано, что NO-медиируемый апоптоз в макрофагах линии RAW 264.7 и накопление p53, по крайней мере, частично, связано с торможением протеа-сом [68].
Еще один механизм NO-индуцированного апоптоза продемонстрирован на примере клеток опухоли панкреатических Р-клеток хомяка [131]. Авторы показали, что оксид азота вызывал гибель этих клеток путем увеличения уровня Н202 и липидных перекисей, по-видимому, в связи с угнетением активности или экспрессии глутатион-пероксидазы.
Макрофаги как элемент защитной противоопухолевой системы организма играют важную роль в регрессии различных видов опухолей [20, 23-26, 74, 76]. Активированные перитонеальные макрофаги способны угнетать развитие опухоли АК-5 благодаря апоптозу опухолевых клеток, вызванному экспрессией NOS и увеличением продукции NO [51]. Однако авторы этой работы показали, что опухолевые клетки угнетают активацию макрофагов. Исследование противоопухолевой иммунокомпетенции альвеолярных макрофагов у пациентов с раком легких также показало, что экспрессия мРНК iNOS в этих клетках, а также активность NO в бронхоальвеолярном лаваже легких опухоленосителей значительно ниже, чем в контрольной группе. Таким образом, продемонстрировано снижение функции альвеолярных макрофагов и, следовательно, противоопухолевой иммунокомпетенции у больных раком легких [74]. Противоопухолевую активность альвеолярных макрофагов индуцирует молекулярный комплекс CD40-CD40L, играющий важную роль в развитии клеточного и гуморального иммунитета. Причем NO наряду с TNF-a и IL-12 - один из посредников такого эффекта [76]. Цитотоксичес-кий потенциал мышиных макрофагов в отношении клеток карциномы толстого кишечника повышается под влиянием колониестимулирующе-го фактора (rmGM-CSF) через продукцию NO. При ингибировании NOS лизис опухолевых клеток снижается [86]. Недавно была обнаружена способность у вируса болезни Ньюкасла, обладающего интересными иммуностимулирующими и
противоопухолевыми свойствами, активировать противоопухолевую активность макрофагов мышей (перитонеальных и селезеночных), причем, по крайней мере, один из механизмов такого эффекта макрофагов связан с усилением экспрессии iNOS и увеличением продукции NO. В экспериментах in vivo на модели карциномы молочной железы и рака легких тоже выявлено угнетение метастазирования при повторных внутривенных введениях макрофагов, активированных вирусом болезни Ньюкасла [123].
Торможение продукции NO - это также одна из причин снижения противоопухолевой цитоли-тической активности мышиных перитонеальных макрофагов под влиянием мощного гепатокарци-ногена афлатоксина В1 [104]. Есть данные о том, что cAMP защищает сами макрофаги от апопто-за, медиируемого NO. При этом в условиях, когда макрофаги активированы и экспрессируют iNOS и, следовательно, продуцируют NO, cAMP
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.