|
ПРОБЛЕМНІ СТАТТІ УДК 615.2/2.053.614.467.615.214 И.Ф. Беленичев, к.фарм.н., Ю.И. Губский, д.м.н., Е.Л. Левицкий, д.б.н., С.И. Коваленко, д.фарм.н., А.Н. Марченко, к.б.н. РЕГУЛЯЦИЯ АНТИОКСИДАНТНОГО ГОМЕОСТАЗА И СИСТЕМЫ ДЕТОКСИКАЦИИ ОРГАНИЗМА ГОРМОНОМ МЕЛАТОНИНОМ. РОЛЬ МЕЛАТОНИН-ЗАВИСИМЫХ РЕЦЕПТОРОВ В РЕАЛИЗАЦИИ ЭТОЙ ФУНКЦИИЗапорожский государственный медицинский университет, Мелатонин — гормон шишковидной железы. Этот нейрогормон регулирует иммуно-нейроэндокринные и другие функции организма. Одновременно с этим мелатонин является биологическими часами нашего организма, передающего информацию о ритмах для органов и тканей. Мелатонин синтезируется только ночью и доказано, что наш сон напрямую зависит от количества синтезируемого гормона. В это же время наступает пик максимальной активности иммунной системы, на которую мелатонин, стимулируя высвобождение опиоидных пептидов, оказывает непосредственное воздействие. В дневное время продукция мелатонина останавливается солнечным светом. Недавно было установлено, что низкий уровень ночной секреции мелатонина тесно связан с целым рядом патологических состояний человека. При недостатке мелатонина понижается активность тимуса и замедляется метаболизм стероидов, что приводит к развитию депрессивного синдрома и сезонных аффективных расстройств. Снижение его секреции наблюдается при бессоннице, у лиц с сердечно-сосудистыми заболеваниями, сопровождает сезонные обострения хронически протекающих заболеваний, обнаруживается при гормонально-зависимых опухолях. Известно, что незрячие менее других подвержены риску развития злокачественных опухолей. Хирургическое удаление эпифиза у лабораторных крыс неизбежно приводит к возникновению опухолей. Механизм действия мелатонина состоит в контроле регулирования процессов клеточной пролиферации и дифференцировки. Другой стороной действия мелатонина является его способность активно защищать генетический аппарат клеток от повреждающего действия свободных радикалов. Не смотря на то, что свободные радикалы имеют короткое время существования, они обладают высокой реакционной способностью, вызывают дезорганизацию нормальных биохимических процессов путем их чрезмерного ускорения и таким образом вызывают мутации генетического аппарата клеток. Мелатонин и его метаболиты (6-гидроксимелатонин) беспрепятственно проникают в клетки и защищают нуклеиновые кислоты, липиды и белки. Наглядным примером этого может являться опыт, в котором мелатонин полностью (на 99%) препятствовал повреждению ДНК при экспериментальном воздействии канцерогеном (safrole) в дозе, превышающей физиологическую в 1500 раз. Нейтрализующее действие мелатонина в отношении "тушения" гидроксильных радикалов превосходит глютатион в 5 раз и более, чем в 2 раза витамин Е по прерыванию процесса липидной пероксидации [1]. Головной мозг одно из самых уязвимых мест для свободных радикалов. Мелатонин способен воздействовать на развитие нейродегенеративных заболеваний: снижать токсичность амилоидного белка при болезни Альцгеймера и прерывать перекисное окисление при некоторых типах болезни Паркинсона. Кроме этого, экспериментально было подтверждено, что мелатонин защищает от острого инсульта, вызванного токсинами (включая токсин, приводящий к сепсису) и алкоголем. В эксперименте на животных продемонстрирована эффективность мелатонина по предотвращению оксидативного стресса, вызываемого липосахаридными бактериями. Наконец, сам процесс старения во многом обусловлен токсичностью свободных радикалов, появляющихся в процессе аэробного метаболизма, что, в первую очередь, приводит к деструкции нервной ткани [2]. Мелатонин — основной компонент пейсмейкерной системы организма. Он принимает участие в создании циркадного и циркадианного ритмов непосредственно воздействуя на клетки, а также изменением секреции других гормонов и биологически активных веществ, концентрация которых меняется в зависимости от времени суток. Так, показано, что мелатонин ингибирует выброс адренокортикотропного гормона, изменяя, таким образом, концентрацию кортизола. Возможно, что мелатонин также оказывает влияние на секрецию предсердного натриуретического фактора, который ответственен за суточные колебания артериального давления [3]. Взаимодействие мелатонина с клетками может происходить различными способами. По своей природе мелатонин — производное индола, обладающее амфифильными свойствами. Вследствие этого он преодолевает все тканевые барьеры, свободно проходит через клеточную мембрану. Мелатонин может воздействовать на внутриклеточные процессы, минуя систему рецепторов и вторичных месседжеров, а также взаимодействуя с ядерными рецепторами. Кроме того, недавно показано существование мембранных рецепторов к мелатонину на нейросекреторных клетках гипоталамуса; при их участии осуществляется регуляция мелатонином репродуктивной функции. Гормон также способен влиять на клеточные системы путем изменения процессов межклеточного взаимодействия. Мелатонин обусловливает многие возрастные изменения организма и появление ассоциированных с возрастом заболеваний [4]. Наконец, крайне важная функция этого гормона — антиоксидантная активность, проявляющаяся в организме повсеместно, так как мелатонин проникает во все органы и ткани. Механизм антиоксидантного действия связан с тем, что, во-первых, мелатонин обладает выраженной способностью связывать свободные радикалы, в том числе образующиеся при перекисном окислении липидов (ПОЛ) гидроксильные радикалы и экзогенные канцерогены, а, во-вторых, он активирует другой фактор защиты организма от свободно радикального повреждения — глютатионпероксидазу. Основная направленность антиоксидантного его действия — защита ДНК, а протеинов и липидов — в меньшей степени. Кроме того, мелатонин обладает активирующим действием по отношению к иммунной системе. Благодаря двум названным выше свойствам мелатонин предотвращает развитие многих заболеваний: от банальных простудных до онкологических, кроме того, есть данные о его эффективности при лечении новообразований, резистентных к обычным противоопухолевым препаратам [5]. Из двух известных классов эпифизарных гормонов — индолов и пептидов более изучены индолы. Индольные продукты эпифиза образуются из аминокислоты триптофана, основным метаболитом которого является серотонин, концентрация последнего наивысшая именно в эпифизе. Из аминокислоты триптофана синтезируется серотонин, который, в свою очередь, N-ацетилируется при участии N-ацетилтрансферазы в непосредственный предшественник мелатонина N-ацетилсеротонин; последний после О-метилирования ферментом оксииндол-О-метилтрансферазой (ОИОМТ) превращается в конечный продукт — мелатонин (N-ацетил-5-метокситриптамин) [6]. Весь этот процесс синтеза мелатонина происходит, главным образом, в ночное время. Интенсивность ацетилирования определяет количество мелатонина, продуцируемого каждую ночь. В процессе филогенеза млекопитающих эпифиз получил основную физиологически значимую иннервацию из постганглионарных симпатических волокон, исходящих из верхнего шейного ганглия. Вместе с тем имеются сведения об участии парасимпатических комиссуральных и пептидергических волокон в иннервации железы. Именно по симпатическим волокнам осуществляется передача сигнала, необходимого для продукции основного гормона эпифиза — мелатонина [7]. Физиологический контроль функции эпифиза млекопитающих осуществляется в значительной мере световым режимом [4, 6]. На свету продукция гормонов эпифизом угнетается, тогда как в течение темной фазы суток она увеличивается. Световая информация, воспринимаемая глазами, передается в эпифиз по нейронам супрахиазматического ядра базального гипоталамуса и, последовательно, интермедиолатерального клеточного ствола верхней грудной части спинного мозга и верхнего шейного ганглия. Нейроны последнего, являющиеся постганглионарными симпатическими, заканчиваются в эпифизе рядом с основными секреторными клетками железы — пинеалоцитами и очень часто в перикапиллярных пространствах. В зависимости от количества высвобождающегося норадреналина или длительности его воздействия адренэргические рецепторы в мембране пинеалоцитов тормозятся или возбуждаются. В течение темной фазы суток приходящие от супрахиазматического ядра электрические сигналы вызывают увеличение синтеза и высвобождения норадреналина из симпатических нервных окончаний. Напротив, в дневное время суток активность нейронов супрахиазматического ядра подавлена, и норадреналин из терминалей не освобождается. Соответственно, продукция мелатонина снижается, а серотонина — увеличивается. Главным образом в темное время суток симпатические нервные окончания секретируют норадреналин, который действует первично на a- и, в меньшей степени, на b- адренорецепторы на мембране пинеалоцитов [6]. При взаимодействии нейромедиатора с адренорецепторами пинеалоцитов увеличивается активность внутриклеточной аденилатциклазы, приводя к увеличению продукции циклического АМФ и активации цАМФ — зависимой протеинкиназы в пинеалоците. В свою очередь протеинкиназа активирует как специфический белок, связывающийся с отвечающим элементом цАМФ (CREB, cAMP response-elrment binding protein), который увеличивает транскрипцию гена, кодирующего N-ацетилтрансферазу, так и фактор транскрипции FRA-2. Последний фактор осуществляет отрицательную обратную связь, угнетая свою собственную транскрипцию и транскрипцию NАТ. Накопление N-ацетилтрансферазы в пинеалоците увеличивает превращение серотонина в мелатонин, секретируемый в кровь. Отмечено, что мужской половой гормон тестостерон и лютеинизирующий гормон, блокируя трансляцию мРНК N-ацетилтрансферазы, угнетают продукцию мелатонина [8]. Выявлена четкая зависимость многих субстратов в метаболическом пути синтеза мелатонина от циркадного ритма. Так, уровень серотонина, поднимающийся днем, существенно снижается в течении темной фазы суток, что определяется увеличением под воздействием N-ацетилтрансферазы превращения серотонина в N-ацетилсеротонин. Уровень N-ацетилсеротонина также максимален ночью, и несмотря на то, что активность ОИОМТ довольно высока и постоянна в течении суток, содержание мелатонина в эпифизе также максимально ночью. Практически сразу после синтеза мелатонин секретируется пинеалоцитами в системную циркуляцию. Высокий ночной уровень активности N-ацетилтрансферазы очень быстро снижается (время полужизни около 3,5 мин) при включении света в середине ночи. Этот механизм регулируется адренэргическим цАМФ механизмом, вовлекающим протеолиз в протеосомах пинеалоцитов [9]. Регуляция биосинтеза мелатонина зависит от сигналов с фоторецепторов, воспринимающих и передающих информацию о наружном освещении, и эндогенного осциллятора, генерирующего циркадный ритм, который независим от внешнего освещения. Этот осциллятор, контролирующий у млекопитающих большинство ритмов, локализован в нейронах супрахиазматического ядра гипоталамуса. Транспортной формой для мелатонина является сывороточный альбумин. Высокая липофильность мелатонина обеспечивает его быстрое проникновение через мембраны в другие биологические среды. В ночное время уровень мелатонина увеличивается в жидкости спинного мозга, фолликулов яичников, семенной и амниотической жидкостях, в слюне, в грудном молоке и в жидкости передней камеры глаза [6]. После освобождения от связи с альбумином мелатонин связывается со специфическими рецепторами на мембране клеток — благодаря наличию OСН3-группы в пятом положении индольного кольца, проникает в ядро клетки и реализует свое действие на уровне ядерного хроматина [10]. Не связавшийся с рецепторами свободный мелатонин быстро гидроксилируется и конъюгируется с серной (на 70—80%) или глюкуроновой (5%) кислотами в микросомах печени и в виде сульфатов и глюкуронидов экскретируется с мочой. Основной метаболит мелатонина в моче — 6-гидроксимелатонин-сульфат, по концентрации которого можно судить о продукции мелатонина эпифизом [4, 11]. История исследования ядерных рецепторов насчитывает более трех десятилетий. Одними из первых были идентифицированы рецепторы стероидных гормонов, которые в течение длительного времени могли быть определены только посредством их избирательного высокого сродства к радиоактивно меченным лигандам гормонов. В начале девяностых годов эндокринологи приступили к изучению и ре-квалификации этих рецепторов на уровне молекулярной биологии, что привело к открытию в 1986 г. их ДНК структуры и соответствующей последовательности аминокислот первых семейств ядерных рецепторов. Два года спустя была определена последовательность аминокислот всех стероидных гормонов. Было начато интенсивное изучение структурно-функциональной организации этих протеинов, механизм их взаимодействия с ДНК, а также участие в регуляции транскрипции. Параллельно появились работы в области исследования связанных с ДНК клонов новых семейств гормональных рецепторов, лиганды которых были ранее неизвестны. В результате эти протеиновые рецепторы были названы орфановыми. Замечательно, что первыми обнаруженными и клонированными ядерными рецепторами были эстрогеновые рецепторы (ER), а так же первыми орфановыми рецепторами были связанные с эстрогеновыми протеиновые рецепторы (ERR) [12—14]. Сейчас суперсемейство ядерных рецепторов насчитывает около 200 членов, подавляющее большинство из которых представлено орфановыми, хотя лиганды некоторых из них были найдены раньше [15, 16]. Открытие орфановых рецепторов внесло серьезные коррекции в парадигм осуществления десятков сигнальных функций различных метаболитов. Более того, было продемонстрировано, что некоторые метаболиты, включая составляющие гормональной природы, обладают способностью использовать два главных пути сигнальной трансдукции: через мембрану и через ядерные рецепторы. Гормон пинеальной железы мелатонин, нуклеарные рецепторы которого принадлежат к семейству орфановых ядерных ретиноидных рецепторов ROR/RZR, обладает подобным видом трансфункции [17]. В последние годы были идентифицированы рецепторы к мелатонину у многих видов позвоночных, включая человека. Ядерные рецепторы к мелатонину обнаружены в различных ядрах гипоталамуса, сетчатке глаза и других тканях как нейрогенной, так и не нейрогенной природы [18]. Рецепторы к мелатонину были выявлены также в клетках желудочно-кишечного тракта млекопитающих и птиц. Методика клонирования позволила идентифицировать гены трех рекомбинантных рецепторов мелатонина у млекопитающих и установить их локализацию на хромосомах [19, 20]. Ядерный рецептор ROR, относящийся к семейству ретиноидных рецепторов RZR/ROR, обнаружен в трех принципиальных органах млекопитающих, определяющих суточные ритмы организма: в супрахиазматическом ядре, сетчатке глаза и эпифизе. ROR был клонирован из РНК мозга крыс [21]. У крыс этот рецептор обнаруживается в образованиях центральной нервной системы, преимущественно относящейся к сенсорным областям. Ген ROR был локализован на хромосоме 9 человека в области, идентичной хромосоме 4 мыши [22]. ROR/RZR рецептор связывается как мономер с ДНК и ген 5-липогеназы человека был идентифицирован как первый, отвечающий на мелатониновый ген человека этого типа [23]. Семейство ретиноидных Z рецепторов (RZR) или ретиноидных орфановых рецепторов (ROR) включает продукты трех генов: a-ROR, b-ROR, g-ROR. Экспрессия рецепторов этого семейства значительно варьирует в различных тканях [24-26]. Экспрессия b-ROR наиболее ограничена: сенсорная область нервной ткани, нейроэндокринная ткань, лимбическая система, за исключением локомоторной [27, 28]. g-ROR наиболее выражена в скелетной мускулатуре, печени, почках и адипоцитах [25, 26, 29]. Вариант g-ROR — g-ROR-t специфичен для тимуса [30]. Наиболее широко выражена экспрессия a-ROR: таламус, обонятельные луковицы, мозжечок, адипозная ткань, печень, кожа, яички, хрящевая ткань [31-33]. Наиболее изучено и описано участие ROR/RZR в регуляции иммунных процессов, дифференцировке центральной нервной системы и, возможно, в модуляции метаболизма липидов. Кроме влияния на внутриклеточную локализацию пигмента кожи, что отражено в наименовании гормона, которое осуществляется посредством мембранных рецепторов гормона, мелатонин играет значительную роль в регуляции сексуальной зрелости и репродуктивного созревания, проявляет антипролиферативную активность в ряде клеток, включая опухолевые, участвует в улавливании свободных радикалов. Мелатонин и его аналоги, которые доминирующе взаимодействуют с ядерными рецепторами семейства ROR/RZR, значительно повышают трансмиссионный эффект этих рецепторов [34, 35]. Семейство ROR/RZR включает ряд орфановых рецепторов, для которых существование естественного регулирующего лиганда, имеющего гормональную природу (т.е. он секретируется непосредственно в кровь и проявляет свое действие на удалении от места своего синтеза), точно установлено. Этим лигандом является мелатонин. Количество мелатонина, которое связывается с ядерными рецепторами, и количество мелатонина, которое синтезируется посредством этих рецепторов, регулируется концентрацией мелатонина в крови [36—38]. В настоящее время установлено, что эпифиз не является единственным органом, способным синтезировать мелатонин. Экстрапинеальный мелатонин широко распространен в организме человека и животных. Клетки, продуцирующие его, обнаружены в желудочно-кишечном тракте, дыхательных путях, поджелудочной железе, надпочечниках, щитовидной железе, тимусе, мозжечке, мочеполовой системе, плаценте и других органах. Кроме того обнаружен активный синтез мелатонина в неэндокринных клетках: тучных клетках, естественных киллерах, эозинофильных лейкоцитах, тромбоцитах и эндотелиоцитах. A.G. Pearse в 1968—69 годах обосновал наличие в организме животных специализированной, высокоорганизованной клеточной системы, способной вырабатывать пептидные гормоны и биогенные амины [39—42]. Было показано, что многие клетки различных типов, рассеянные по всему организму, обладают способностью поглощать предшественники моноаминов (5-гидрокситриптофан и L-гидроксифенилаланин) с последующим их декарбоксилированием и синтезом биогенных аминов. Это свойство послужило основой для термина APUD (amine precursor uptake and decarboxylation), примененного автором для обозначения клеток этой серии. Дифференцированные клетки этой системы получили название — апудоциты [42]. К настоящему времени APUD-система включает более 60 типов клеток, локализованных в желудочно-кишечном тракте, поджелудочной железе, эпителии дыхательных путей, пинеальной и щитовидной железах, надпочечниках, аденогипофизе, гипоталамусе, каротидном теле, коже, симпатических ганглиях, тимусе, плаценте и других органах. Благодаря развитию радио-иммунологических методов исследования, иммуногистохимии в особенности, был установлен неожиданный феномен: одни и те же биогенные амины и пептидные гормоны присутствуют в нейронах и эндокринных клетках. Это, вероятно, свидетельствует в пользу того, что основы механизма биологической регуляции лежат в тесном координированном функциональном взаимодействии между эндокринной и нервной системами, основываясь на общем типе получения и переноса информации на субклеточном, клеточном и тканевом уровнях. Последние данные по идентификации физиологически активных веществ, действующих внутри нервной системы как нейротрансмиттеры и нейрогормоны, а также локально или дистантно как гормоны внутри эндокринной APUD-системы, дают возможность объединить обе эти системы в универсальную диффузную нейроэндокринную систему [43, 44]. В конце 50-х годов коллектив американского дерматолога A. Lerner из Йельского университета впервые идентифицировал мелатонин как пинеальную субстанцию, обладающую просветляющим действием на меланофоры кожи лягушки, и доказал, что мелатонин представляет собой 5-метокси-N-ацетилированный продукт серотонина (5-гидрокситриптамина). Позднее при использовании радиоиммунологических методов и тонкослойной хроматографии были получены данные, свидетельствующие о том, что после удаления пинеальной железы мелатонин идентифицируется в плазме крови и моче лабораторных животных, что указывает на существование экстрапинеального синтеза мелатонина. Следующим этапом было обнаружение мелатонина в энтерохромаффинных клетках благодаря применению иммуногистохимического метода с использованием антител к мелатонину и его ближайшим предшественникам: серотонину, N-ацетилсеротонину и мексамину [45]. Позже эти результаты были подтверждены другими исследователями. Так, G.A. Babenik обнаружил мелатонин практически во всех участках желудочно-кишечного тракта крыс и обратил внимание на совпадение распределения мелатонина и локализации серотонин-продуцирующих аргентаффинных энтерохромаффинных клеток. Кроме того, тот факт, что ключевой фермент синтеза мелатонина — гидроксииндол-О-метилтрансфераза обнаружен в кишечнике, подтверждает наличие синтеза мелатонина, а не просто его пассивную аккумуляцию [43]. Проведенный математический анализ позволяет считать, что общее количество энтерохромаффинных клеток на всем протяжении кишечника значительно больше, чем возможное число мелатонин-продуцирующих клеток в пинеальной железе. Желудочно-кишечный тракт птиц и млекопитающих содержит по крайней мере в 400 раз больше мелатонина, чем пинеальная железа. Эти данные, а так же тот факт, что в энтерохромаффинных клетках содержится около 95% всего эндогенного серотонина, главного предшественника мелатонина, позволяет рассматривать энтерохромаффинные клетки в качестве основного источника мелатонина в организме человека и животных [40]. К настоящему времени функциональная морфология энтерохромаффинных клеток изучена достаточно, чтобы считать их классическим примером апудоцитов, для которых характерно сосуществование биогенных аминов (серотонин, мелатонин) и пептидных гормонов (субстанция Р, мотилин, энкефалины). В последующем были получены данные о совместной локализации мелатонина, эндотелина и кальретинина в париетальных клетках желудка; мелатонина и гистамина в тучных клетках; мелатонина, соматостатина и b-эндорфинов в естественных киллерах; мелатонина и простагландина F2 в ретикулоэпителиальных клетках тимуса [39, 42]. Таким образом, общая продукция мелатонина в организме включает центральное звено, мелатонин-продуцирующие клетки которого расположены в пинеальной железе и зрительной системе (сетчатка, гардерианова железа), ритм секреции мелатонина в которых совпадает с ритмом свет-темнота. Периферическое звено включает все остальные апудоциты в других органах, и выработка в них мелатонина не зависит от освещенности. Клетки, синтезирующие мелатонин и его главный предшественник серотонин, расположены не только в желудочно-кишечном тракте, а и в воздухоносных путях, под печеночной капсулой, в корковом слое почек, вдоль границы между корковым и мозговым веществом надпочечников, в параганглиях, желчном пузыре, яичниках, эндометрии, плаценте и внутреннем ухе [46, 47]. В последние годы мелатонин обнаружен и в неэндокринных клетках — тучных клетках, естественных киллерах, эозинофильных лейкоцитах, тромбоцитах, ацинарных клетках поджелудочной железы, ретикулоэпителиальных клетках тимуса и некоторых эндотелиальных клетках. Полученные данные позволяют высказать предположение о возможной гормональной функции неэндокринных клеток. Этот феномен, в свою очередь, может служить дополнительным подтверждением эволюционной древности гормонов, которые, по-видимому, появились до разделения функций на эндо- и экзокринную. Известно, что в онтогенезе биогенные амины обнаруживаются на очень ранних стадиях эмбриогенеза, играя особую роль внутриклеточных гормонов, которые контролируют процессы клеточного деления [44]. В течение последних двадцати лет проводится комплексное изучение структурно-функциональной организации и поведения экстрапинеальных мелатонин-продуцирующих апудоцитов, а также других основных клеток диффузно-нейроэндокринной системы при различной патологии и экзогенных воздействиях. Полученные данные свидетельствуют об активном участии экстрапинеального мелатонина в патогенезе заболеваний ЖКТ, онкологических, нейродегенеративных процессов, заболеваний иммунной системы, нейроэндокринопатий. Таким образом, принимая во внимание большое количество мелатонинпродуцирующих клеток в ЖКТ и других органах, широкий спектр биологической активности мелатонина, можно думать, что экстрапинеальный мелатонин играет ключевую роль в качестве паракринной сигнальной молекулы для локальной координации клеточной функции и межклеточных связей в норме и патологии. Экстрапинеальный мелатонин может также действовать и как типичный гормон, достигая отдаленных клеток-мишеней с помощью кровотока, тем более, что многие клетки в различных органах имеют рецепторы к мелатонину. В обоих случаях некоторые неэндокринные клетки, такие, как тучные клетки, эозинофильные лейкоциты и тромбоциты, могут поглощать мелатонин из крови или межклеточного пространства для переноса его к участкам, где он реализует свои эффекты. При иммунногистохимическом анализе распределения экзогенного мелатонина в организме было выявлено быстрое его разрушение, а продукты его метаболизма распространялись по всему организму, наиболее интенсивно включаясь в клетки, характеризующиеся высоким уровнем биосинтетических процессов. Следует особо отметить, что в отличие от многих гормонов, действие мелатонина на клеточные структуры зависит как от его концентрации в кровотоке или межклеточном пространстве, так и от исходного состояния клетки, на которую осуществляется воздействие. Эти особенности позволяют считать мелатонин универсальным эндогенным адаптогеном, регулирующим гомеостаз в соответствии с изменениями окружающей среды и воздействием патогенных факторов на организм. В аспекте циркадного ритма организма мелатонин поддерживает цикл сна-бодрствования (сам по себе он обладает снотворным действием), суточные изменения локомоторной активности и температуры тела. Концентрация его в крови нарастает с наступлением темноты и достигает своего максимума за 1—2 ч до пробуждения. В это время сон человека наиболее глубокий, а температура тела достигает своего минимума. Считается, что фотопериодичные животные с помощью оценки отклонения внутреннего циркадианного ритма от внешнего изменения освещенности, могут определять насколько меняется долгота местности при их перемещении. Также именно с помощью изменения секреции мелатонина в течение года возникают сезонные колебания активности человека. Мелатонин регулирует суточные изменения митотической активности клеток. Еще одним немаловажным эффектом эпифизарного гормона мелатонина является торможение полового развития у детей и угнетение половой активности взрослых. При редко встречающемся избирательном нарушении уровня секреции некоторых активных веществ пинеальной системы возникает состояние диспинеализма. Экстремальной его формой является резкое снижение выработки мелатонина (чаще всего в результате опухоли эпифиза). Если это случается у ребенка, то последний демонстрирует признаки преждевременного полового созревания — в силу устранения тормозного эффекта мелатонина [48]. При многих изменениях секреции мелатонина возникают различные психические заболевания, например, эндогенная депрессия, а нарушение суточного ритма секреции мелатонина приводит к значительным изменениям высшей нервной деятельности: различным видам нарушения сна, дисфории, раздражительности, нарушению памяти и способности концентрировать внимание, к депрессивным расстройствам, а также к вегетативной дисфункции. Аномальная стойкость ритма обусловливает нарушение адаптации к смене часовых поясов, в то же время с потерей суточного ритма его секреции связывают нарушение адаптивных возможностей организма — синдром нейро-циркуляторной астении [48]. При изучении морфологии и поведения экстрапинеальных мелатонин-продуцирующих апудоцитов при различной патологии и экзогенных воздействиях получены данные, свидетельствующие о его способности действовать как эндогенный поглотитель свободных радикалов. Роль свободных радикалов в патогенезе многих заболеваний хорошо известна. Свободные радикалы являются нормальными продуктами аэробного метаболизма в клетках и обнаруживаются во многих тканях и органах. В частности, их высокая концентрация зарегистрирована в кишечнике, мозге, сетчатке и легких, где также много мелатонин-продуцирующих клеток. Кроме того значительное количество мелатонина обнаружено в гардериановой железе некоторых млекопитающих. Гардериановы железы вырабатывают большие количества порфиринов, которые индуцируют продукцию свободных радикалов и оксидативное повреждение. Предположение о том, что мелатонин защищает гардериановы железы от индуцируемого порфиринами свободно-радикального повреждения, подтверждается тем фактом, что у животных, имеющих существенные различия по количеству порфиринов между самцами и самками, содержание мелатонина в этих железах строго коррелируется с содержанием порфиринов [49—51]. Мелатонин является мощным ингибитором гидроксильных радикалов, защищая ткани от повреждения свободными радикалами более эффективно, чем глютатион и маннитол. Также in vitro было продемонстрировано, что мелатонин обладает более сильной антиоксидантной активностью в отношении пероксильного радикала (ROO·), чем хорошо известный антиоксидант витамин Е [48]. Протективный эффект экзогенного мелатонина в отношении свободно-радикального повреждения был продемонстрирован на человеческих лейкоцитах in vitro — преинкубация лимфоцитов в растворе, содержащем мелатонин, значительно уменьшила повреждающий эффект ионизирующей радиации на ДНК лимфоцитов [48]. Роль мелатонина в защите макромолекул от окислительного стресса не ограничивается только ядерной ДНК. При изучении влияния свободно-радикального повреждения на ткани хрусталика глаза новорожденных крыс было выявлено, что мелатонин обладает высокой эффективностью в плане предотвращения возникновения дегенерации (помутнения) хрусталика, возникающей вследствие повреждения белков хрусталика свободными радикалами. Более того, было показано, что белково-протективные эффекты мелатонина сравнимы с таковыми глютатиона (одного из самых мощных антиоксидантов). Следовательно, мелатонин обладает протективными свойствами и в отношении свободно-радикального повреждения протеинов. Большой интерес представляют исследования, в которых показана роль мелатонина в прерывании процессов перекисного окисления липидов. Одним из наиболее мощных липидных антиоксидантов до последнего времени считался витамин Е. В экспериментах in vitro и in vivo, при сравнении эффективности витамина Е и мелатонина было показано, что последний в два раза активнее в плане инактивации ROO· радикала, чем витамин Е. Такая высокая антиоксидантная эффективность мелатонина не может быть объяснена только способностью прерывать процесс липидной пероксидации путем инактивации ROO·, а включает в себя еще и инактивацию радикала OH·, являющегося одним из инициаторов процесса перекисного окисления липидов [48]. Помимо высокой антиоксидантной активности самого мелатонина, в экспериментах in vitro было выявлено, что его метаболит 6-гидроксимелатонин, образующийся в печени, обладает значительно более выраженным антиоксидантным эффектом, чем мелатонин [48]. Одним из факторов, обусловливающих токсическое действие бактерий на организм человека, является стимуляция бактериальными липополисахаридами процессов перекисного окисления липидов. В экспериментах на животных выявлена высокая эффективность мелатонина в отношении защиты от оксидативного стресса, вызываемого липополисахаридами бактерий [48]. Мелатонин сам обладает антиоксидантными свойствами, он способен стимулировать глютатионпероксидазу, участвующую в превращении редуцированного глютатиона в оксидированную форму. В процессе этой реакции молекула Н2О2, активная в плане выработки токсичного радикала ОН·, превращается в молекулу воды, а ион кислорода присоединяется к глютатиону, образуя оксидированный глютатион [48]. Выявлено также, что мелатонин может ингибировать фермент (NO-синтетаза), осуществляющий активацию процессов выработки NO радикалов [48]. Кроме того, мелатонин усиливает экспрессию генов, ответственных за синтез Cu-Zn-зависимой СОД [48]. Вышеперечисленные эффекты мелатонина позволяют считать его одним из наиболее мощных эндогенных антиоксидантов. Более того, в отличие от большинства других внутриклеточных антиоксидантов, локализующихся преимущественно в определенных клеточных структурах, присутствие мелатонина и, следовательно, его антиоксидантная активность определена во всех клеточных структурах, включая ядро. Этот факт свидетельствует об универсальности антиоксидантного действия мелатонина, а также выраженных протективных свойствах в плане свободно-радикального повреждения ДНК, белков и липидов. Учитывая то, что антиоксидантные эффекты мелатонина не опосредованы через его мембранные рецепторы, мелатонин может воздействовать на свободно-радикальные процессы в любой клетке организма, а не только в клетках, которые имеют рецепторы к мелатонину. Мелатонин принимает участие в регуляции функций иммунной системы организма. Об этом свидетельствует присутствие рецепторов к мелатонину на мембранах человеческих лимфоцитов и нейтрофилов, а также лейкоцитов, нейтрофилов и иммуннокомпетентных клеток тимуса и селезенки животных [48]. Продемонстрировано угнетение продукции антител лимфоцитами как у пинеалэктомированных животных, так и при введении препаратов, блокирующих синтез мелатонина. Пинеалэктомия и подавление ночной продукции мелатонина у животных угнетали пролиферацию в костном мозге клеток-предшественников гранулоцитов и макрофагов. Эти эффекты полностью устранялись экзогенным введением мелатонина в вечернее время суток [48]. При введении животным экзогенного мелатонина стимулируется продукция лимфоцитами и иммунокомпетентными клетками селезенки интерлейкинов и g-интерферона, который, в свою очередь, увеличивает синтез мелатонина клетками эпифиза. Активация иммунных клеток мелатонином обусловлена его стимулирующим влиянием на продукцию внутриклеточной цАМФ. Кроме того in vitro продемонстрирован стимулирующий эффект мелатонина на секрецию интерлейкина-1 человеческими моноцитами [48]. Таким образом, мелатонин принимает участие в регуляции функций иммунной системы организма человека, о чем свидетельствуют присутствие рецепторов к мелатонину на периферических иммуннокомпетентных клетках человека и потенциация им выработки этими клетками цитокинов, его иммуностимулирующий эффект в экспериментах на животных при моделировании состояний, физиологические ответы на которые идентичны в организме человека и животных: эндотоксический шок, вызываемый введением летальных доз липополисахаридов мембран бактериальных клеток, подавление иммунитета различными агентами, такими как стресс, кортикостероиды, вирусы, противоопухолевые химиотерапевтические препараты [48]. О тесной связи мелатонина и иммунной системы говорит факт стимуляции g-интерфероном продукции мелатонина эпифизом, свидетельствующий о существовании регуляции секреции мелатонина со стороны иммунной системы. Еще одним подтверждением взаимосвязи мелатонина и иммунной системы в организме человека являются циркадные изменения количества нейтрофилов, Т- и В-лимфоцитов в кровотоке с максимумом в темное время суток [48]. Митотический индекс клеток костного мозга человека in vitro также максимален в ночное время [52]. Многочисленные исследования показали, что мелатонин оказывает избирательное угнетающее влияние на размножение раковых клеток и тормозит их митотическое деление в условиях in vitro и in vivo. Полученные клинические данные подтверждают, что мелатонин действительно оказывает выраженный цитостатический эффект в отношении ряда опухолевых заболеваний, таких как злокачественная меланома, солидные раки. У больных раком наблюдаются морфологические признаки ослабления функции эпифиза и нарушение циркадных ритмов секреции основного гормона эпифиза мелатонина. Эпифизэктомия ускоряет рост различных опухолей у животных, тогда как введение мелатонина тормозит возникновение и развитие некоторых типов опухолей, в основном, рака молочной железы, in vitro и in vivo. Имеются некоторые данные о влиянии мелатонина на развитие опухолей других локализаций. Одной из возможных мишеней для действия мелатонина является канцерогенез в толстой кишке. Известно, что кишечник является одним из основных источников продукции мелатонина у млекопитающих. Поэтому связь между мелатонином в микросреде (в кишечнике) и в крови, с одной стороны, и развитием опухолей кишки, с другой стороны, может быть важным аспектом проблемы "эпифиз и рак". Рак ободочной и прямой кишок относится к наиболее часто встречающимся опухолям во всех странах. У больных раком толстой кишки наблюдается нарушение циркадного ритма экскреции мелатонина [53]. Учитывая присущие мелатонину цитостатические свойства, представляет интерес изучение мелатонина в качестве возможного модификатора канцерогенеза. Показана выраженная гиперплазия энтерохромафинных клеток и других мелатонин-продуцирующих клеток на начальных стадиях роста опухолей у человека (карцинома легких Льюиса, асцитная карцинома Эрлиха) и снижение количества этих клеток на поздних стадиях канцерогенеза [49]. Поведение и морфология других клеток диффузной нейроэндокринной системы также изменяются в процессе опухолевого роста. Например, в случае опухолей без метастазов отмечены гипоплазия и сниженная функциональная активность ECL- клеток (гистамин) и G-клеток (гастрин) желудка, а также А-клеток (глюкагон) поджелудочной железы и, соответственно, их гиперплазия и гиперфункция при запущенных формах злокачественного роста [5]. Эти данные свидетельствуют об активном участии апудоцитов, клеток диффузной нейроэндокринной системы и секретируемых ими гормонов в эндогенных механизмах опухолевого роста. Многие гормоны диффузной нейроэндокринной системы способны изменять уровень клеточной пролиферации и дифференцировки. Из чего можно предположить, что функциональное истощение нейроэндокринных клеток, продуцирующих гормоны с антипролиферативной активностью, также как усиление секреции гормонов, способных стимулировать пролиферацию клеток, может во многом формировать условия, способствующие быстрому росту опухоли и ее метастазированию. Как известно, печень обладает наиболее совершенным механизмом детоксикации, интенсивно функционирующим у млекопитающих, именно здесь происходит деградация не только эндо-, а и экзотоксических веществ, в том числе лекарственных препаратов. Указанные процессы непосредственно связаны с микросомальной монооксигеназной ферментной системой, локализованной в мембранах гладкого эндоплазматического ретикулума и митохондриях гепатоцита. До настоящего времени остаются невыявлеными механизмы, лежащие в основе регуляции детоксикационных потенций печени при патологических состояниях. Учитывая приведенных выше сведения, можно предположить, что в гуморальном звене регуляции данных механизмов одна из ведущих ролей принадлежит мелатонину. Нами были проведены исследования на крысах линии Вистар массой 180—200 г обоего пола. Интоксикацию вызывали десятидневным введением четыреххлористого углерода в дозе 15 мг/кг массы тела подкожно 1 раз в день. Мелатонин вводили параллельно моделированию интоксикации 1 раз в день в дозе 30 мг/кг внутрибрюшинно. На десятый день крыс выводили из эксперимента под тиопенталовым наркозом (40 мг/кг). Печень гомогенизировали в 0,15 молярном KCl. Цитозольную фракцию получали центрифугированием при 12000 об./мин. В тканях печени определялись продукты свободнорадикального окисления: диеновые коньюгаты (ДК), триенкитоны (ТК) и малоновый диальдегида (МДА), показатели антиоксидантной защиты — активность глутатионпероксидазы (ГПР) и уровень эндогенного a-токоферола. В сыворотке крови определяли маркеры повреждения печени АЛТ, АСТ. В результате десятидневного введения четыреххлористого углерода угнеталась антиоксидантная и дезинтоксикационная функции печени, о чем свидетельствовали повышение продуктов СРО и гиперферментемия АЛТ, АСТ. При параллельном введении четыреххлористого углерода и мелатонина активность СРО уменьшалась, о чем свидетельствовало снижение ДК, ТК и МДА (рис. 1, 2). Кроме того, мелатонин восстанавливал антиоксидантную систему печени, что выражалось в повышении активности ГПР и содержания a-токоферола. О гепатопротекторных свойствах мелатонина судили по снижению в плазме крови активности АЛТ, АСТ (рис. 3). Таким образом, мелатонин регулирует ряд важных функций организма, в том числе и детоксикационную. Реализация детоксикационной функции мелатонина происходит за счет его антирадикальных свойств, а также позитивного влияния на систему антиоксидантных ферментов. Литература |