точного гомеостаза и защиты тканей и органов от окислительного стресса.
Мембранопротекторные и антиоксидантные свойства карнозина были впервые описаны С.Е. Севериным и его сотрудниками 20 лет назад. Полученные на моделях in vitro экспериментальные данные указывают на наличие у карнозина и родственных ему ГСД супероксид-перехватывающей активности, способности тушить синглетный кислород и гидроксил-радикал, сохранять активность мембранных ферментов в условиях индукции перекисного окисления [30]. Эти исследования открыли принципиально новую страницу в истории исследования функций карнозина в организме. В настоящем обзоре представлены результаты изучения карнозина как эндогенного корректора антиоксидантной системы организма, полученные коллективом, объединившим усилия сотрудников Международного биотехнологического центра МГУ им. М.В. Ломоносова, лаборатории клинической нейрохимии ГУ НИИ неврологии РАМН и зарубежных коллег, представляющих кафедру медицинской химии Братиславского университета им Я. Коменского и лабораторию ЯМР-исследований Словацкого технологического университета.
Влияние гистидинсодержащих дипептидов на активность ферментов и мембранные структуры в условиях активации перекисного окисления ли-пидов. Активность многих ферментов и рецепторов зависит от состояния мембранных структур и уровня активных форм кислорода. В экспериментах in vitro было исследовано влияние карнозина и родственных ГСД на активность Na, K-АТФа-зы, Са-АТФазы, тирозингидроксилазы, липокси-геназы, на систему ферментов полиморфноядер-ных лейкоцитов, обеспечивающих окислительный катаболизм ксенобиотиков и течение воспалительных процессов, а также на состояние мембран эритроцитов.
Са2+ выполняет в организме функцию вторичного мессенджера, поэтому баланс ионов Са является одним из ведущих факторов регуляции активности многих ферментов, осуществляющих посттрансляционную модификацию внутриклеточных белков. Нарушения кальциевого гомеостаза индуцируют каскад метаболических процессов, приводящих к развитию окислительного стресса в клетках. Будучи мембранно-интегриро-ванным ферментом, Са-АТФаза зависит от состояния окружающих мембранных структур. Было показано, что в условиях индукции перекисного окисления мембран саркоплазматического ретикулума (СПР) активность Са-АТФазы и Са-транспортирующей функции везикул СПР быстро снижается на фоне накопления продуктов перекисного окисления липидов, при этом карнозин и анзерин препятствуют развитию ПОЛ, сохра-
няя активность СПР пропорционально концентрации (10-50 мМ) дипептидов в среде инкубации. ГСД в этих условиях не только напрямую взаимодействовали с продуктами перекисного окисления мембранных структур СПР, но и обеспечивали сохранность активности Са-АТФазы и Са-транспортной функции СР [10, 11].
Na, K-АТФаза является важнейшим ферментом, регулирующим ионный гомеостаз и обеспечивающим проведение сигнала в электровозбудимых клетках. Являясь тиоловым ферментом, Na, K-АТФаза легко повреждается в условиях окислительного стресса [40]. В исследованиях in vitro в модельных экспериментах было показано, что в присутствии карнозина или гомокарнозина при окислительной модификации Na, K-АТФазы пе-роксидом водорода наблюдается значительная сохранность активности фермента. Так, если в условиях инкубации в присутствии пероксида водорода активность Na, K-АТФазы из мозга крыс снижалась за 20 мин до 35-40%, то введение в инкубационную пробу гомокарнозина обеспечивало сохранение активности фермента на уровне 70%, а карнозина - на уровне 57% [43]
Тирозингидроксилаза катализирует начальную реакцию биосинтеза катехоламинов - окисление ¿-тирозина в Z-диоксифенилаланин. В окислении кофактора реакции - тетрагидроптерина (H4-Pter) - участвует атомарный кислород, а в качестве промежуточного продукта образуется короткоживу-щий пероксидный радикал H3-PterOOH. Превращение нестабильного пероксидного радикала в стабильный H3-PterOH сопряжено с переносом активированного кислорода на молекулу субстрата, высвобождением молекулы воды и образованием окисленного кофактора H2-Pter, восстановление которого необходимо для возобновления реакции [28]. Тирозингидроксилаза высокочувствительна к повреждающему воздействию свободных радикалов и к действию антиоксидантов.
ГСД - карнозин, анзерин, гомокарнозин - проявляли разную эффективность ингибирования тирозингидроксилазы [16]. ^иболее выраженным был эффект карнозина: при концентрации 25 мкМ скорость тирозингидроксилазной реакции составляла 20% от исходной, измеренной в той же пробе до добавления этого дипептида. Более детальное исследование влияния карнозина показало, что его ингибирующий эффект на ТГ определяется не только прямым антиоксидант-ным действием, но и воздействием на состояние уже сформировавшегося фермент-субстратного комплекса [16].
Превращения арахидоновой кислоты, осуществляемые в реакциях оксигенации,приводят к образованию таких важных регуляторов метаболизма, как простагландины и тромбоксаны (цик-лооксигеназный путь) и лейкотриены и липокси-
ны (липоксигеназный путь). Для липоксигеназ характерна активация липоперекисями, другие природные активаторы этих ферментов неизвестны, хотя в качестве ингибиторов описаны соединения различной природы, в том числе анти-оксиданты, поскольку окисление ненасыщенных жирных кислот представляет собой свободнора-дикальный процесс [1].
Было исследовано действие карнозина и одного из продуктов его метаболизма в организме -гистидина - в липоксигеназной реакции. Карно-зин в концентрации до 4 мМ, активировал 15'-ли-поксигеназу (15'-ЛО) ретикулоцитов кролика, тогда как при концентрации 8 мМ этот эффект менялся на противоположный. В концентрации 20 мМ карнозин подавлял активность 15'-ЛО практически до нуля, а гистидин - на 60%. Гистидин не проявлял активирующего действия. Концентрация карнозина, вызывающая активацию 15'-ЛО, была в 10-20 раз ниже той, при которой обнаруживается его прямое антиоксидантное действие, и сопоставима с концентрацией карнозина в сыворотке крови [21]. Это обстоятельство позволяет предполагать, что карнозин может служить природным модулятором липоксигеназы, а его введение в кровяное русло за счет повышенной концентрации в начальный период будет обеспечивать подавление активности этого фермента с последующим ее восстановлением и даже нарастанием (по мере гидролиза карнозина). Такое действие карнозина может обеспечивать контроль уровня лейкотриенов при развитии воспалительных процессов в организме, причем высокие концентрации карнозина одновременно будут проявлять антиоксидантное действие.
Мощным фактором индукции АФК являются реакции клеточного иммунитета. Клеточные элементы крови, осуществляющие фагоцитоз, в активированном состоянии обладают способностью к образованию супероксид-аниона, гидрок-сильного и пероксильного радикалов, гипохло-рит-аниона [15]. Известно, что карнозин является хорошей ловушкой пероксильных и гидроксиль-ных радикалов, а также супероксид-аниона кислорода [4]. В модельных экспериментах нами было исследовано влияние карнозина на генерацию АФК клетками белой крови [6, 22]. Активация лейкоцитов приводила к вспышке хемилюминес-ценции, характер развития которой зависел от применяемого индуктора. Так, форболмиристат ацетат (ФМА) вызывал развитие более быстрой и непродолжительной вспышки, тогда как хеми-люминенсцентный ответ клеток на BaSO4 развивался медленнее и медленнее затухал. Известно, что ФМА, проникая в клетки, активирует проте-инкиназу С, которая запускает работу ЫЛОРИ-оксидазного комплекса, обеспечивающего продукцию суперокид-радикала, в то время как BaSO4 приводит к активации миелопероксидазы и
к образованию гииохлорит-аниона. Таким образом, карнозин ио-разному влиял на различные системы иродукции АФК. Низкие концентрации карнозина, близкие к наблюдающимся в тканях организма, оказывали, в основном, тормозящее действие на активацию лейкоцитов индукторами, за исключением случая индукции суиероксид-ра-дикала иод действием BaSO4. Высокие концентрации карнозина в различной стеиени стимулировали реакцию лейкоцитов на активаторы. Такой характер ответа лейкоцитов на воздействие карнозина, как и в случае лииоксигеназы, указывает, что карнозин ироявляет себя не только как антиоксидант ирямого действия, но и как модификатор систем индукции АФК [6, 22]. Таким образом, регуляцию иммунных свойств лейкоцитов можно рассматривать как одно из вероятных на-иравлений модулирующего действия карнозина на систему клеточного иммунитета. Полученные данные иредставляются весьма важными для иер-сиективы исиользования карнозина как фармакологического иреиарата ири различных заболеваниях, соировождающихся развитием восиали-тельных реакций.
Проведенные in vitro эксиерименты иродемон-стрировали, что разнообразные ферментные и мембранные системы клеток иодвержены воздействию АФК и могут модифицироваться в результате окислительных иовреждений не только лииидов, но и белковых молекул. Исиользование для защиты от иовреждений ГСД сберегает функции клеточных мембран и мембранно-связанных ферментов, и это действие не ограничивается только антиоксидантными свойствами этих соединений. Модельные эксиерименты in vitro иоз-волили иредиоложить возможность регуляции на уровне целого организма с иомощью ГСД функциональной активности клеточных белков и мембранных структур в условиях иовреждающего действия окислительного стресса, соировождаю-щего иатологические ироцессы. Эта гииотеза была ироверена эксиериментально на моделях in vivo.
Для исследования эффектов карнозина на целом организме нами был разработан ряд биологических моделей, ировоцирующих развитие окислительного стресса различной стеиени тяжести и локализации.
Радиопротекторное действие карнозина. Ионизирующая радиация - мощный иовреждающий фактор, индуцирующий образование в тканях организма лииоиерекисных иродуктов. Основной токсический эффект обусловлен гидроиерекисям и лииоиерекисями иолиненасыщенных жирных кислот. Образование лииоиерекисей в составе мембранных лииидов ириводит к нарушению бе-лок-лииидных взаимодействий, нарушению структуры и функции мембран, следствием
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.