Хомерики С.Г. Helicobacter pylori – индуктор и эффектор окислительного стресса в слизистой оболочке желудка: традиционные представления и новые данные // Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2006. № 1. С. 37–46.

Популярно о болезнях ЖКТ Лекарства при болезнях ЖКТ Если лечение не помогает Адреса клиник

Авторы: Хомерики С.Г.



Helicobacter pylori – индуктор и эффектор окислительного стресса в слизистой оболочке желудка: традиционные представления и новые данные

С.Г. Хомерики

Центральный НИИ гастроэнтерологии


Почти четверть века понадобилось мировой медицинской общественности, чтобы заслужено оценить выдающуюся значимость открытия Б. Маршала и Р. Уоррена. Долгий путь сомнений и поисков был вознагражден в 2005 году присуждением этим ученым Нобелевской премии за установление этиопатогенетической роли Helicobacter pylori (HP) в развитии хронического гастрита и язвенной болезни. Однако это событие нельзя рассматривать как завершающий этап долгой истории. Оно только подстегнуло интерес к этой бактерии, которая под натиском все возрастающего числа её исследователей продолжает раскрывать свои тайны.

Всемирная Организация Здравоохранения относит НР к канцерогенам 1 группы [17]. Канцерогенные свойства НР доказаны множеством эпидемиологических и экспериментальных исследований [8] Между тем, ни один из известных в настоящее время факторов патогенности НР (CagA, VacA и др.) изолированно не обладает канцерогенным действием [18, 36], а в конкретных механизмах участия НР в желудочном канцерогенезе еще много неясного.

Одним из наиболее интересных направлений изучения воздействия НР на слизистую оболочку желудка (СОЖ) является участие этого микроорганизма в активации окислительного метаболизма. Это один из важнейших механизмов, ведущих к повреждению эпителиального барьера. С помощью окислительно-восстановительных реакций осуществляется энергетическое обеспечение жизнедеятельности клеток и регуляция клеточного цикла. Продукты окислительно-восстановительных реакций, воздействуя на уровне ферментных систем и генов-регуляторов, активируют клеточную пролиферацию, усиливают процесс запрограммированной клеточной гибели – апоптоз и повреждают носительницу генетической стабильности клетки – ДНК [50]. Нерепарируемые повреждения ДНК – мутации во много раз повышают вероятность развития злокачественных опухолей в СОЖ.

Системы генерации активных форм кислорода.

Без окислительно-восстановительных реакций невозможна жизнедеятельность клеток. В живых организмах существуют четыре основные группы прооксидантных ферментных систем, продуцирующих молекулы активных окислителей, способных вызвать неферментное окисление органических субстратов. Это ферментные системы генерирования супероксид-аниона (О2-.), ферменты, образующие перекись водорода (Н2 О2), а также ферменты, синтезирующие гипохлорную кислоту (НОCl) и окись азота (NO). В процессе этих реакций в клетках постоянно образуются активные формы кислорода (АФК), такие как кислород-содержащие радикалы - супероксид-анион (О2-.), гидроксильный радикал (ОН.), гипохлорит-анион (ОCl.), а также короткоживущие соединения - Н2 О2 и НОCl. Последние способны в присутствии ионов двухвалентного железа быстро разлагаться с образованием гидроксильных радикалов (реакция Фентона, реакция Хабера-Вайса).

Н2 О2 + Fe2+ → HO. + OH- + Fe3+ (реакция Фентона)

Fe2+                                                

Н2 О2 + О2-. → HO. + OH- + О2 (реакция Хабера-Вайса)

Образование супероксид-аниона происходит благодаря активности мембранных ферментов НАДН-оксидазы или НАДФН-оксидазы, способствующих окислению восстановленных субстратов (НАДН или НАДФН). Активированные оксидазы катализируют кислород в супероксид-анион, который через ряд промежуточных реакций генерирует гидроксильный радикал, гипохлорную кислоту и хлорамин. Гидроксильный радикал из-за своей высокой реактогенности не может диффундировать в тканях и действует непосредственно в местах своего образования.

Супероксид-анион может являться также продуктом активности ксантин-оксидазы, генерирующей его из молекулы кислорода и ксантина с образованием мочевой кислоты. Большие количества перекиси водорода образуются под действием фермента моноаминоксидазы, локализующейся на наружной поверхности митохондриальных мембран.

Окись азота (NO), образуется при окислении L-аргинина под действием кальций-зависимых конститутивных и кальций –независимых индуцибельных NO-синтетаз. При взаимодействии NO с супероксид-анионом образуется сильный окислитель - пероксинитрит (NO2).

Гидроксильный радикал, взаимодействуя с молекулами ненасыщенных липидов (LH), образует липидные алкильные (L. ), гидропероксидные (LOOH) и алкосильные (LO.) радикалы. В биологических системах постоянное образование липидных радикалов инициирует окисление новых молекул субстрата по типу цепной реакции, что ведет к нарушению структуры липидного слоя биологических мембран.

В подавляющем большинстве соматических клеток образование АФК происходит в специализированных цитоплазматических «энергетических фабриках»– в митохондриях, в незначительных количествах, необходимых для покрытия энергетических нужд клеток. Лишь некоторые типы клеток могут генерировать АФК в большом количестве, способном вызвать цитотоксический эффект. Это клетки защитных систем организма, такие как нейтрофилы, макрофаги, некоторые субпопуляции лимфоцитов (Т-киллеры). Именно продукцией АФК обусловлена цитотоксическая активность этих клеток. Нейтрофилы являются основным источником АФК, генерируемых «на экспорт» во внутренние среды организма. В норме нейтрофилы находятся в крови в неактивном состоянии. При стимуляции нейтрофилов активируются оксидазы плазматической мембраны, которые запускают серию метаболических реакций, характеризуемых как «респираторный взрыв». Этот термин отражает быстрое изменение метаболизма нейтрофилов с активацией внутриклеточной миелопероксидазы, увеличением потребления и окислением глюкозы, ростом поглощения кислорода и генерацией АФК: супероксид-анион-радикала, перекиси водорода, гидроксильного радикала и синглетного кислорода. В течение секунд после активации нейтрофилов уровень продукции АФК в них увеличивается более чем в 100 раз. Активация миелопероксидазы приводит к образованию гипохлорной кислоты (НОCl), которая и обеспечивает основное бактерицидное действие нейтрофилов.

АФК весьма токсичны для клеточных мембран и коллагеновых волокон, способны разрушать свободные аминокислоты (цистеин и лизин). В повреждении клеточных мембран могут играть важную роль не только первичные, но и вторичные продукты свободнорадикального окисления липидов, такие как малоновый диальдегид (МДА). Альдегидные группы при этом вступают в реакцию с аминогруппами белков и нуклеотидов с образованием прочных межмолекулярных связей, нарушающих нормальное функционирование молекул биополимеров [14]. При усилении перекисного окисления липидов происходит подавление гликолиза, разобщение окислительного фосфорилирования, подавление синтеза белка и нуклеиновых кислот, инактивация микросомального цитохрома Р450, подавление активности других мембранно-ассоциированных ферментов.

Системы антиоксидантной защиты.

При таком мощном повреждающем воздействии АФК на биомембраны и молекулы жизненно важных биополимеров, существование последних было бы невозможно без наличия в организме регуляторных механизмов, ограничивающих накопление в тканях этих высокотоксичных соединений. В процессе эволюции клетками были выработаны специальные защитные механизмы для внутриклеточной нейтрализации АФК на различных биохимических уровнях.

Первый уровень защиты предусматривает возможность обезвреживания потенциально опасных АФК с участием внутриклеточной супероксиддисмутазы (СОД) и каталазы, что предотвращает образование гидроксильного радикала при протекании реакций Фентона и Хабера-Вайса. СОД осуществляет восстановление супероксид аниона до менее активной формы – перекиси водорода, а каталаза расщепляет перекись водорода с образованием воды и молекулярного кислорода.

Второй уровень защиты предусматривает обезвреживание генерируемых липидных радикалов путем взаимодействия с природным антиоксидантом α-токоферолом (витамин Е)[32]. Это соединение функционирует как «ловушка радикалов», перехватывая неспаренный электрон у липидных радикалов с образованием феноксильного радикала самого α-токоферола, который значительно менее активен и быстро регенерирует либо с участием экзогенной аскорбиновой кислоты, либо в реакциях с эндогенным убихиноном Q10. Липидные радикалы могут связываться также с другим природным антиоксидантом – провитамином А (β-каротин), который являясь полиненасыщенным соединением легко окисляется по радикальному механизму, однако конкретные механизмы антирадикального действия β-каротина еще до конца не выяснены [1]. К природным антиоксидантам относятся также полифенолы растительного происхождения (флавоноиды) и гидроксинафтохиноны животного происхождения (витамин К) [12]. Особенность их антиоксидантного действия заключается в том, что они могут инактивировать не только липидные радикалы, но и супероксид-анион (т.е. участвуют и в первом уровне защиты).

Третий уровень защиты, препятствующий накоплению АФК, связан с функционированием глютатион-зависимых ферментов – глютатионпероксидазы и глютатион-S-трансферазы. Селен-содержащие глютатионпероксидазы катализируют реакцию восстановления глютатионом нестойких липидных гидропероксидов в стабильные соединения [26]. Они также способны утилизировать перекись водорода и пероксинитрит, участвуя в защитных механизмах первого уровня [39].

Следует подчеркнуть, что с химической точки зрения антиоксидантами являются вещества, способные непосредственно взаимодействовать с АФК с образованием малореакционноспособных продуктов, хотя ход окислительно-восстановительных реакций может быть существенно замедлен либо блокирован веществами, не взаимодействующими с АФК (например, связывающими двухвалентное железо). Однако в биологических системах термин «антиоксидантная активность» трактуется шире и включает все биохимические воздействия, замедляющие скорость протекания окислительно-восстановительных реакций. Очевидно, что существование сложной многоуровневой системы антиоксидантной защиты в физиологических условиях сводит до минимума опасность бесконтрольного протекания свободнорадикальных процессов в клетке.

Что такое «окислительный стресс»?

В отсутствие патологических процессов в СОЖ отмечается сбалансированная деятельность ферментативных систем, генерирующих АФК и систем антиоксидантной защиты. К сожалению, суммарная мощность эндогенных антиоксидантных систем в СОЖ значительно ниже, чем, например, в ткани печени. Большая часть ферментативной активности при этом связана с эпителиальными клетками, тогда как собственная пластинка слизистой оболочки почти лишена антиоксидантной защиты [49]. Развитие многих заболеваний пищеварительной системы сопровождается усиленным образованием в органах АФК [2, 5, 6, 19, 38]. Если это сопровождается адекватным усилением функционирования систем антиоксидантной защиты, то не происходит избыточного накопления в тканях АФК и вторичных продуктов перекисного окисления липидов. Лишь в том случае, когда это равновесие нарушается, возникает окислительное повреждение тканей. Это может быть обусловлено как чрезмерным образованием АФК (за счет эндогенных либо экзогенных источников), так и подавлением функции эндогенных антиоксидантных систем и при недостаточном поступлении экзогенных антиоксидантов. Нарушение баланса между образованием АФК и их утилизацией, ведущее к избыточному накоплению в тканях продуктов перекисного окисления липидов и называется окислительным стрессом. Из заболеваний пищеварительной системы, при которых местные и общие проявления окислительного стресса наиболее наглядны, можно назвать острый и хронический панкреатиты, язвенную болезнь, хеликобактерный гастрит. Несмотря на этиопатогенетические и клинические различия, их объединяет усиление продукции АФК, усиление перекисного окисления липидов, активация, а затем быстрое истощение систем антиоксидантной защиты тканей.

К биохимическим проявлениям окислительного стресса относят повышение в крови уровня супероксидных радикалов и уровня МДА (как проявление увеличения активности перекисного окисления липидов), снижение содержания аскорбиновой кислоты, повышение уровня фосфолипазы А2 и эластазы сегментоядерных лейкоцитов. Возрастают показатели хемилюминесценции нейтрофилов, что свидетельствует об усилении генерации ими АФК. Активация ферментов антиоксидантной защиты – СОД, каталазы, глютатионпероксидазы, наблюдается в начальных стадиях заболевания, а затем активность их быстро падает. В тканях падает концентрация восстановленного глютатиона и накапливается его окисленная форма [9, 46].

При отсутствии фармакологической коррекции проявления дисбаланса систем генерации АФК и антиоксидантной защиты сохраняются около 6 месяцев от начала заболевания. Своевременное выявление признаков окислительного стресса позволяет, путем назначения экзогенных антиоксидантов, нормализовать окислительно-восстановительный баланс в течение 24 суток [2].

Helicobacter pylori как индуктор окислительного стресса.

Уже давно было известно, что у больных язвенной болезнью желудка и двенадцатиперстной кишки наблюдается активация перекисного окисления липидов с повышением в крови и в СОЖ уровня диеновых конъюгатов и МДА, а также АФК [6]. У больных с хроническим хеликобактерным гастритом также было отмечено усиленное образование АФК в СОЖ [13, 15]. Однако до сих пор нет единого мнения об источниках АФК в СОЖ при хеликобактерной инфекции. Большинство исследователей считает, что источником АФК в СОЖ являются инфильтрирующие ее нейтрофилы и макрофаги. Другие полагают, что источником АФК могут быть клетки эпителия желудка. В настоящее время широко распространено мнение, что НР лишь запускает «включает» механизмы генерации АФК клетками хозяина, а при длительной персистенции в СОЖ постоянно «подстегивает» защитные механизмы макроорганизма, клетки которого в основном и генерируют АФК.

НР, попадая в организм, адгезируется на апикальной поверхности эпителиальных клеток. Выделяемые им при этом патогенные факторы, в частности белок CagA, транспортируются в эпителиальные клетки и индуцируют спектр внутриклеточных изменений, включая реорганизацию актина цитоскелета, угнетение секреции мукоида, повышение экспрессии гена, кодирующего синтез провоспалительного цитокина – интерлейкина-8 (IL-8). Усиление синтеза и секреции провоспалительных цитокинов (IL-8, MCP-1), являющихся сильными хемоаттрактантами для нейтрофилов и моноцитов, приводит к усилению инфильтрации слизистой оболочки желудка этими клеточными элементами. Развивается острое воспаление, характерное для активного хеликобактерного гастрита. Ведущим активатором нейтрофилов является HP-NAP (HP neutrophil activaiting protein). Он запускает выработку нейтрофилами CD11b и CD18, которые облегчают ICAM-1-зависимую (Intercellular adhesion molecule-1) адгезию нейтрофилов к эндотелию и их экстравазацию. Кроме того, привлеченные к участку инфекции нейтрофилы сами становятся источниками воспалительных цитокинов, производя не только IL-8, но и IL-1β, и TNF-α, еще более усиливая клеточный ответ на инфекцию. Активированные нейтрофилы и макрофаги в большом количестве генерируют АФК, что приводит к мобилизации антиоксидантных защитных систем в слизистой оболочке желудка [29]. При этом в ней снижается уровень содержания аскорбиновой кислоты [37], уменьшается содержания восстановленного глютатиона, что свидетельствует о снижении активности антиоксидантной системы, а увеличение уровня МДА – об усилении перекисного окисления липидов с повреждением мембранных структур клеток [38]. Известно, что, после того, как спадает активность острого воспалительного процесса и гастрит переходит в хроническую фазу, в составе клеточного инфильтрата собственной пластинки слизистой оболочки резко снижается количество нейтрофилов и макрофагов и инфильтрат представлен в основном лимфоцитами и плазмоцитами, тогда как уровень генерируемых в СОЖ АФК остается высоким. При этом, уровень генерации АФК в слизистой оболочке антрального отдела желудка, определяемый по уровню люминолзависимой хемилюминесценции, четко коррелирует со степенью его микробной обсемененности [47]. Успешная эрадикация НР приводит к достоверному снижению продукции АФК в СОЖ, тогда как неудачная попытка эрадикации не дает такого эффекта [15].

Если исходить из традиционной концепции, то трудно объяснить тот факт, что даже при одинаковой степени инфильтрации СОЖ нейтрофилами, уровень генерации АФК в ней всегда выше при наличии хеликобактерной инфекции, чем в ее отсутствие [13].

Данные об активации нейтрофилов под действием НР также весьма противоречивы. Считается, что культура НР вызывает респираторный взрыв и генерацию АФК в нейтрофилах, выделенных от здоровых доноров [48]. Однако оказалось, что это обусловлено образованием в НР и секрецией им в окружающую среду хемотаксического пептида (fmlp), а хорошо отмытая культура НР не вызывает окислительного взрыва в нейтрофилах [27]. Клинические изоляты НР не вызывают респираторного взрыва и генерации АФК в гомологичных нейтрофилах (выделенных от тех же доноров). Другими словами, НР каким-то образом блокирует генерацию АФК в нейтрофилах своего хозяина. Это явление получило название специфического иммунопареза при хеликобактерной инфекции [30]. Оказалось, что НР обладает свойством блокировать высвобождение миелопероксидазы из первичных гранул нейтрофилов, а также блокировать глютен-зависимые системы антиоксидантной защиты в СОЖ [38]. Противоречивый характер носят и данные о взаимосвязи образования АФК в СОЖ со статусом НР по сagA. Отмечается как положительная корреляция, так и отсутствие корреляционной связи [43, 48]. Хотя считается, что наличие гена cagA в островке патогенности генома НР при водит к более сильному воспалительному ответу, однако, острое воспаление в СОЖ развивается и при инфицировании cagA-отрицательными штаммами НР.

Интересные данные были получены при совместном культивировании НР с эпителиальными клетками желудка. Оказалось, что в таких системах in vitro, т.е. в отсутствие нейтрофилов и макрофагов, наблюдается усиленное образование АФК [7]. Конечно, повышение при этом генерации АФК может быть обусловлено и активизацией ферментных систем эпителиальных клеток, как считали авторы этого исследования. Однако не следует забывать, что эти ферментные системы в эпителиальных клетках локализуются в митохондриях и эпителиальные клетки лишены механизмов для продукции АФК «на экспорт». Кроме того, при совместной инкубации культуры эпителиальных клеток желудка и НР, увеличение числа микробных тел в 10 раз, при одном и том же количестве эпителиальных клеток в этой закрытой системе, приводит к усилению генерации АФК в 1,5 раза [7].

Helicobacter pylori как эффектор окислительного стресса.

Расшифровка генетического кода НР показала, что этот микроорганизм является носителем генов, кодирующих широкий спектр ферментов окислительного метаболизма, таких как СОД, каталаза, нитроредуктаза, флаводоксиноксидоредуктаза [16]. (Рис.1.) В геноме штаммов НР с полностью расшифрованной структурой (26 695 и J99) нет генов, кодирующих НАДН-оксидазу. Однако в цитозоле микробных тел этих штаммов обнаруживается НАДФН-оксидазная активность [40], а у клинических изолятов и НАДН-оксидазная активность [41]. Эти ферменты, способны использовать в качестве субстрата не только НАДФН, но и другие акцепторы электронов [11]. При этом штаммы, резистентные к метронидазолу, проявляют низкую активность оксидазных ферментов, и как правило, несут мутации rdxA гена [44].

Рис.1. В геноме H.pylori присутствуют гены, кодирующие синтез ферментов окислительного метаболизма (выделены)

Рис. 1. В геноме H.pylori присутствуют гены, кодирующие синтез ферментов окислительного метаболизма (выделены)

Результатом активации дегидрогеназ НР является, с одной стороны – генерация энергетического потенциала, используемого микроорганизмом, а с другой стороны – образование АФК. Энергия окислительно-восстановительных реакций используется микроорганизмом для осуществления своих физиологических функций, в частности, для повышения устойчивости и выживания в агрессивных условиях внутрижелудочной среды и для нейтрализации цитотоксических факторов защиты макроорганизма. Однако одновременно они составляют и фактор патогенности самого микроба, так как образующиеся в этих реакциях АФК могут оказывать повреждающее воздействие на структуры СОЖ.

Наличие в геноме НР генов, кодирующих ферменты окислительного метаболизма, позволяло логически постулировать возможность генерации АФК самим микроорганизмом. Однако впервые на морфологическом уровне такая возможность была доказана в России в 1998 году [20, 21]. Существует специальная цитохимическая реакция, позволяющая электронномикроскопически визуализировать участки цитоплазматической мембраны, осуществляющей продукцию АФК. Это реакция с хлоридом церия (CeCl 3), которая использовалась ранее для выявления зон продукции АФК на мембране нейтрофилов при респираторном взрыве [31]. Ион церия, взаимодействуя с АФК в месте их образования, трансформируется в нерастворимую гидроокись церия, которая легко определяется в трансмиссионном электронном микроскопе в виде характерных электронноплотных депозитов. С помощью этого метода были изучены биоптаты СОЖ, взятые от больных хеликобактерным гастритом. Образование электроноплотных депозитов наблюдалось преимущественно на наружной мембране и жгутиковых структурах НР. (Рис. 2.) Не было обнаружено преципитатов на мембранах эпителиальных клеток СОЖ. Не удалось их обнаружить также и на мембранах нейтрофилов, в том числе и тех, которые содержали фагоцитированные микробные тела. Последнее может рассматриваться как морфологическое проявление специфического иммунопареза, о котором говорилось в работе Норгарда [30]. Конкретные механизмы такого специфического иммунопареза не известны.

Рис.2. Электронноплотные депозиты гидроокиси церия на поверхности наружной мембраны и жгутиковых структур (стрелка) H.pylori.На мембране эпителиальных клеток желудка депозиты отсутствуют (двойные стрелки). Трансмиссионная электронная микроскопия

Рис. 2. Электронноплотные депозиты гидроокиси церия на поверхности наружной мембраны и жгутиковых структур (стрелка) H.pylori.На мембране эпителиальных клеток желудка депозиты отсутствуют (двойные стрелки). Трансмиссионная электронная микроскопия

Таким образом, результаты ультраструктурного цитохимического исследования убедительно продемонстрировали, что мембранные структуры НР являются непосредственным источником образования АФК в СОЖ при хеликобактерном гастрите.

В том же 1998 году японскими авторами с использованием метода биохемилюминесценции впервые было показано, что бактериальная культура НР может генерировать супероксидный радикал [28]. Независимо от этих данных, в России были разработаны методы выявления люминолзависимой хемилюминесценции бактериальной суспензии НР и проводилось изучение продукции АФК на референсных штаммах НР и клинических изолятах в различных условиях окружающей среды in vitro [23, 24, 25].

Оказалось, что способность к продукции и динамика выброса АФК у разных штаммов существенно различаются. Есть штаммы с высокой продукцией АФК, а есть такие, которые их практически не генерируют. (Рис. 3.) Кстати, родственные хеликобактеру бактерии – Campylobacter jejuni также не генерирует АФК [22]. Кроме того, изменение микроэкологических характеристик популяции НР в процессе роста культуры также влияют на динамику продукции АФК. Если брать суммарную продукцию АФК, то она максимальна у 72 ч культуры, а затем несколько снижается, продолжая оставаться на высоком уровне. При этом 72 ч культура дает более быстрый, но скоро затухающий выброс АФК, чем 48 ч культура. С увеличением возраста культуры амплитуда выброса АФК снижается, однако длительность продукции АФК возрастает. (Рис. 4.)

Рис.3. Межштаммовые различия временной динамики продукции (а) и суммарного количества АФК (б) в суспензии H.pylori

Рис. 3. Межштаммовые различия временной динамики продукции (а) и суммарного количества АФК (б) в суспензии H.pylori

Рис.4. Временная динамика продукции АФК в культуре H.pylori различного возраста (клинический изолят 189)

Рис. 4. Временная динамика продукции АФК в культуре H.pylori различного возраста (клинический изолят 189)

При сопоставлении уровня продукции АФК с морфологией бактерий в культуре, было обнаружено, что при старении культуры НР в ней резко уменьшается количество вегетативных форм МО и возрастает количество кокковых форм, которые считаются нежизнеспособными, некультивируемыми. Однако, даже у кокковых форм НР активность окислительных ферментов очень высока [23]. Более того, самого высокого уровня продукция АФК in vitro достигается в ходе бациллярно-кокковой трансформации, когда в культуре НР в равных количествах представлены бациллярные и кокковые формы микроорганизма (Рис. 5.). Процесс бациллярно-кокковой трасформации in vitro инициируется истощением питательной среды и ухудшением в связи с этим условий микроокружения в растущей культуре. Как известно, реакции бактериальных популяций на неблагоприятные воздействия весьма стереотипны. Поэтому можно полагать, что популяции НР, присутствующие в организме хозяина in vivo будут реагировать также – т.е. трансформируясь в кокковые формы. Уже доказано, что количество кокковых форм возрастает и в ходе антибактериальной терапии [3, 4]. Это весьма существенно, так как любое ухудшение условий обитания НР в желудке (неудачная попытка эрадикации или прием антибиотиков по поводу интеркурентных заболеваний) создает опасность активации окислительных ферментов микроорганизма с усилением генерации АФК в СОЖ. По данным японских авторов кокковые формы НР значительно чаще и в большем количестве встречаются при раке желудка, чем при язвенной болезни [10].

Рис.5.Высокая активность окислительного метаболизма в кокковых формах клинического изолята №189 H.pylori

Рис. 5. Высокая активность окислительного метаболизма в кокковых формах клинического изолята №189 H.pylori: а)суммарная продукция АФК в культуре различного возраста. б)соотношение бациллярных (□) и кокковых (■) форм в культуре различного возраста

Интересна взаимосвязь окислительно-восстановительных ферментов НР с уреазой – одним из основных конституциональных ферментов НР, с помощью которой он противостоит кислотно-пептическому фактору желудочного сока. Метаболизируя мочевину, этот фермент приводит к повышению уровня рН в микроокружении НР. Взаимодействие двух ферментных систем может заключаться в совместной регуляции электрохимического градиента для оптимизации физиологических процессов в микроорганизмах и повышения их адаптационных свойств. Было доказано, что продукты взаимодействия двух этих ферментных систем – соединения типа монохлорамина (NH2Cl), в большей степени, чем их предшественники (NH3 и HOCl), обладают свойством повреждать ДНК [42]. Высокая токсичность хлорамина обусловлена его способностью вызывать пероксидацию и растворение мембран. Взаимодействие этих ферментных систем позволяет микроорганизму перекрывать большой диапазон изменений рН в своем микроокружении. В условиях кислой среды работает уреаза, ощелачивая среду, тогда как оксидазы не работают. Но щелочные значения рН губительны для НР, поэтому при значениях рН > 6, включаются в работу оксидазные ферменты микроорганизма. Результатом их работы является генерация свободного протона, закисляющего микросреду (НР пытает удержать рН в области оптимальных для себя значений), но, с другой стороны, при этом продуцируются АФК – которые могут повреждать окружающие ткани, нарушать процессы их обновления, нарушать генетическую целостность, вызывая перестройки в ДНК соматических клеток, и таким образом индуцировать карциногенез. Повышенный риск развития рака желудка при увеличении внутрижелудочного рН > 4 обусловлен также и менее эффективным в таких условиях функционированием антиоксидантных систем и более активным накоплением в СОЖ пероксинитритов, образование которых катализируется бактериальными ферментами НР [49].

Окислительное повреждение тканей можно выявить, определяя с помощью иммуно-гистохимического метода содержание нитротирозина (индуцированного пероксинитритом) – маркера окислительного повреждения тканей. Оказалось, что при хеликобактерном гастрите окислительное повреждение выявляется в поверхностном эпителии, в собственной пластинке и главное -в шеечном эпителии желудочных желез [33]. Шеечный эпителий это камбиальная зона – зона локализации стволовых клеток – источник клеточного обновления СОЖ. Так вот именно оно является местом выраженного окислительного повреждения при хроническом хеликобактерном гастрите. Известно также, что это излюбленное место адгезии НР. После успешной эрадикации нитротирозин в шеечном эпителии СОЖ не определяется.

Присутствие НР в СОЖ при хеликобактерном гастрите приводит к разбалансировке процессов апоптоза и пролиферации эпителиальных клеток. Было установлено, что совместное культивирование эпителиальных клеток желудка и НР in vitro приводит к замедлению роста клеток, фрагментации ДНК и усилению апоптоза [45]. Усиление пролиферативной активности СОЖ под действием НР опосредовано через повышение уровня сывороточного гастрина, а непосредственным следствием действия НР на СОЖ является усиление в ней процессов апоптоза [34]. В апоптоз, как известно, в первую очередь уходят клетки с необратимыми повреждениями ДНК. Существенно, что усиление апоптоза эпителиальных клеток желудка наблюдается не только in vivo, но и на культуре эпителиальных клеток желудка in vitro, (то есть в отсутствие воспалительной реакции и нейтрофилов, способных генерировать АФК). Следовательно, в этом процессе задействованы АФК, продуцируемые самим микроорганизмом.

Усиление процессов апоптоза в В-лимфоцитах СОЖ, показывает, что лимфоидные клетки также являются объектом мутагенной активности продуктов жизнедеятельности НР. Следствием этого является известная способность НР провоцировать развитие лимфом в СОЖ [35]. Своевременно проведенная антихеликобактерная терапия приводит к их обратному развитию.

Клиническое значение окислительно-восстановительного метаболизма НР пока не осознается в полной мере [19]. Между тем, оно весьма существенно и включает в себя два аспекта. В настоящее время установлена несомненная взаимосвязь между статусом резистентности штаммов НР к метронидазолу и уровнем активности в них НАДФН оксидазы [41]. Последние данные свидетельствуют о том, что это не просто случайное выпадение функции одного фермента, а результат мутации гена rdxA, регулирующего экспрессию целого ряда дегидрогеназных ферментов в НР [11].

Другой аспект связан с высокой мутагенной активностью АФК. Образование даже небольших количеств супроксидного аниона, гидроксильного радикала, гипохлоритов и пероксинитритов вблизи камбиальной зоны СОЖ создает микроокружение, способствующее канцерогенезу. Не исключено, что с различиями в способности штаммов НР генерировать АФК связаны и различия в их способности индуцировать канцерогенез. Если перефразировать известное высказывание американского хеликобактериолога Давида Грехема о том, что «хороший НР это только мертвый НР», то с учетом уровня активности окислительных ферментов все же есть «хороший» НР (где их мало) и есть «плохой» НР – с высоким уровнем продукции АФК. Соответственно и риск развития рака желудка при инфицировании различными штаммами также будет различным.

Такие природные антиоксиданты, как аскорбиновая кислота, витамин Е, витамин К и другие обладают свойством предотвращать или снижать образование, либо связывать уже образовавшиеся АФК в СОЖ. Интересно, что антиоксидантным действием обладают также некоторые лекарственные средства, которые традиционно имеют совершенно другое клиническое применение. Так представители всех поколений селективных блокаторов Н2-рецепторов гистамина в той или иной степени подавляют продукцию АФК не только в эукариотических клетках, но и у прокариотов [5]. Поэтому при проведении эрадикационной терапии при наличии штаммов НР с высокой продукцией АФК, следует считать целесообразным (вопреки Маастрихтским рекомендациям) использование в схемах лечения Н2-блокаторов, а не ингибиторов протонной помпы, так как последние не обладают антиоксидантным действием. Включение в лечебные схемы эрадикационной терапии природных антиоксидантов и препаратов с антиоксидантным действием позволяет не только ускорить процесс заживления язвенного дефекта, но и предупреждает окислительное повреждение ДНК, а, следовательно, является и профилактикой развития рака желудка при хеликобактерном гастрите [15].

Таким образом, новые данные, полученные при изучении физиологических и биохимических свойств НР, указывают на появление в СОЖ при хеликобактерной инфекции дополнительного источника АФК в результате активации собственных окислительно-восстановительных ферментов микроорганизма. При длительной персистенции НР в СОЖ и нарастании его биомассы, он становится основным источником АФК, которые способны усиливать перекисное окисление липидов и вызывать повреждение мембранных структур и ДНК клеток эпителия желудка.

Литература

  1. Ланкин В.З., Тихадзе А.К., Коновалова Г.Г., Козаченко А.И. /Концентрационная инверсия антиоксидантного и прооксидантного действия бета-каротина в тканях in vivo //Бюлл.экспер.биол.мед. -1999. –т.128. -№9. –С.314-316
  2. Махакова Г.Ч., Орлов В.А., Николаев С.М. Фармакологическая регуляция свободнорадикальных процессов при язвенной болезни.- Улан-Удэ. Изд. БНЦ СО РАН, 2001.-193 с.
  3. Морозов И.А., Лукина Е.В., Лопатина И.В., Гринберг А.А. /Зависимость темпа репарации кровоточащих язвенных дефектов двенадцатиперстной кишки от эрадикации Helicobacter pylori. //Диагностика и лечение заболеваний, ассоциированных с Helicobacter pylori. Мат.II междунар.симпозиума. Москва. -1999. – С.43-47.
  4. Хомерики С.Г., Морозов И.А. /Роль кокковых форм Helicobacter pylori в патогенетических мехенизмах и персистенции хеликобактерной инфекции. //Рос.ж.гастроэнтерол.гепатол.колопрокт. -2001. –Т.11. -№2. –Прил.№13. –С.99-102.
  5. Хомерики С.Г., Хомерики Н.М. /Скрытые аспекты клинического применения Н2-блокаторов. //Фарматека. -2002. -№9. –С.9-16.
  6. Циммерман Я.С., Михайловская Л.В. /Нарушение регионального кровотока и активность перекисного окисления липидов при рецидиве язвенной болезни и возможности их медикаментозной коррекции // Клиническая медицина. -1996. -№4. –С.31-34
  7. Bagchi D, Bhattacharya G, Stohs SJ . Production of reactive oxygen species by gastric cells in association with Helicobacter pylori.// Free Radic Res.- 1996.-v.24(6)- p.439-50
  8. Berrino F., Capocaccia R., Esteve J et al. Survival of cancer patients in Europe: the EUROCARE-2 Study. IARC Scientific Publications No. 151 Lyon: International Agency for Research on Cancer; 1999
  9. Bonham MJ, Abu-Zidan FM, Simovic MO, Sluis KB, Wilkinson A, Winterbourn CC, Windsor JA /Early ascorbic acid depletion is related to the severity of acute pancreatitis.//Br J Surg 1999.-v.86.-N.10.-p.1296-301
  10. Chan WY, Hui PK Leung KM, Chow J Kwok F, Ng C-S. /Coccoid forms of Helicobacter pylori in the human stomach. //Am J Clin Pathol. –1994. –v.102. –p.503-7.
  11. Comtois SL, Hughes NJ, Kelly DJ. Pleiotropic loss of numerous NAD(P)H oxidising activities in metronidazole resistant strains of H.pylori.// Gut.-1999.-v.45.-Suppl.111.-A20
  12. Cook NC, Samman S /Flavonoids: chemistry, metabolism, cardioprotective effects and dietary sources. //J.Nutr.Biochem. – 1996. –v.7. –p. 66-76
  13. Davies GR, Simmonds NJ, Stevens TR, Sheaff MT, Banatvala N, Laurenson IF, Blake DR, Rampton DS. Helicobacter pylori stimulates antral mucosal reactive oxygen metabolite production in vivo.// Gut.-1994.-v.35.-p.179-185.
  14. Dianzani MU Biochemical effects of saturated and unsaturated aldehydes. //Free Radicals, Lipid Peroxidation and Cancer (Ed.by McBrien DCH and Slater TF) –London, 1982. –p.129-166
  15. Drake I M, Mapstone N P, Schorah C J, White K L M, Chalmers D M, Dixon M F, Axon A T R. Reactive oxygen species activity and lipid peroxidation in Helicobacter pylori associated gastritis: relation to gastric mucosal ascorbic acid concentrations and effect of H pylori eradication.// Gut.-1998.-v.42.-p.768-771
  16. Hughes NJ, Chalk PA, Clayton CL, Kelly DJ /Identification of carboxylation enzymes and characteri-zartion of a novel four-subunit pyruvate: flavodoxin oxidoreductase from Helicobacter pylori. //J. Bacte-riol. -1995. –v.177. –p.3953-9
  17. IARC Monographs of the evaluation of cancerogenic risks. –vol.61., Lyon, 1994
  18. Jenks P.J. and Kusters J.G. / Pathogenesis and virulence factors of Helicobacter pylori //Curr.Opin. Gastroenterol. –2000. –v.16 (Suppl.1). –S11-S18.
  19. Khomeriki SG, Khomeriki NM / Clinical significance of oxygen free radicals produced by Helicobacter pylori. // Gut. -2001. -v.49.-Suppl III. –A2101.
  20. Khomeriki SG, Khomeriki NM, Morozov IA, Telegin GB / Helicobacter pylori as a source of oxygen free radicals in the gastric mucosa // New aspects in hepatology and gastroenterology. Falk Symposium. -1998. May 29-30. Tbilisi. А137
  21. Khomeriki SG, Khomeriki NM, Telegin GB, Morozov IA / Localization of NADH-oxidase in the surface of Helicobacter pylori by an electron microscopic cytochemistry//Gut. -1998. -Vol.43. Suppl.2. A60.
  22. Khomeriki SG, Zhukhovitsky VG /Emission of oxygen free radicals from bacteria: Difference between Campylobacter and Helicobacter. //Int.J.Med.Microbiol. -2001. –V.291. –Suppl.31. –p.98
  23. Khomeriki SG, Zhukhovitsky VG, Khomeriki NM, Kubatiev AA / Activation of oxidative metabolism in different strains of Helicobacter pylori: Dynamics with aging and morphology. // Gut. -2001. -V.49. -Suppl.11. –A3.
  24. Khomeriki SG, Zhukhovitsky VG, Khomeriki NM, Kubatiev AA /Detection of oxygen free radicals in the bacterial suspension of H.pylori. Mechanisms of activation and suppression. // Gut. -2000. - v.47. -Suppl.1. –A7.
  25. Khomeriki SG, Zhukhovitsky VG, Khomeriki NM, Kubatiev AA /Helicobacter pylori as a source of oxygen free radicals.// 4th International Workshop on pathogenesis and Host Response in Helicobacter infections. -2000. Lo-Skolen, Helsingor, Danmark -H56.
  26. Mannervik B., Danielson UH /Glutathione transferase – structure and catalytic activity //CRC Crit.Rev.Biochem. – 1988. –v.23. –p. 283-337
  27. Mooney C, Keenan J, Munster D, Wilson I, Allardyce R, Bagshaw P, Chapman B, Chadwick V Neutrophil activation by Helicobacter pylori.// Gut.- 1991.-v.32(8)- p.853-7
  28. Nagata K.,Yu H., Nishikawa M. et al. /Helicobacter pylori generates superoxide radicals and modulates nitric oxide metabolism. //J.Biological Chemistry. -1998. –v.273. –No.23. –p.14071-73
  29. Nielsen H, Andersen LP./Activation of human phagocyte oxidative metabolism by Helicobacter pylori. //Gastroenterology 1992.-v.103.-N.6.-p.1747-53
  30. Norgaard A, Andersen LP, Elsborg L, Holck S, Nielsen H Specific neutrophil hyporesponsiveness in chronic Helicobacter pylori infection.// J Infect Dis.-1996.-v.174(3).-p.544-51
  31. Ohno YI, Hirai KI, Kanoh T. et al. /Subcellular localization of hydrogen peroxide production in human polymorphonuclear leukocytes stimulated with lectins, phorbol myristate acetate and digitonin: an electron microscopic study using CeCl3 . //Blood. -1982. –V.60. –No.5. –P.1195-1202
  32. Packer L., Rimbach G., Virgili F. //Antioxidant activity and biologic properties of a procyanidin-rich extract from pine (Pinus maritime) bark, pycnogenol. //Free Radic.Biol.Med. – 1999. –V.27. –p. 704-724
  33. Paoluzi P., Iacopini F., Consolazio A. et al. /Oxidative damage in intestinal metaplasia is related to Helicobacter pylori infection but not to intestinal metaplasia types. //Gut. -2001. –v.49. –Suppl.III. –A2495.
  34. Peek, R. M. Jr., Wirth, H.-P., Moss, S. F., Yang, M., Abdalla, A. M., Tham, K. T., Zhang, T., Tang, L. H., Modlin, I. M., Blaser, M. J./ Helicobacter pylori Alters Gastric Epithelial Cell Cycle Events and Gastrin Secretion in Mongolian Gerbils // Gastroenterology.- 2000.-v. 118.-p. 48-59.
  35. Reinacher-Schick A, Petrasch S, Burger A, Suerbaum S, Kunstmann E, Schmiegel W Helicobacter pylori induces apoptosis in mucosal lymphocytes in patients with gastritis.// Z Gastroenterol.- 1998.-v.36(12).- p.1021-6
  36. Rokkas T., Ladas S., Raptis S. / Gastric cancer// Curr.Opin. Gastroenterol. –2000. –v.16 (Suppl.1). –S19-S22
  37. Ruiz B., Carlton Rood J., Fontham ETH et al. /Vitamin C concentration in gastric juice before and after anti-Helicobacter pylori treatment. //Am.J.Gastroenterol. -1994. –v.89. –p.533-9
  38. Santra A, Chowdhury A, Chaudhuri S, Gupta JD, Banerjee PK, Mazumder DN Oxidative stress in gastric mucosa in Helicobacter pylori infection.// Indian J Gastroenterol.-2000.-v.19(1).-p.21-3.
  39. Sies H., Sharov VS., Klotz LO., Briviba K. /Glutathione peroxidase protects against peroxynitrite-mediated oxidations //J.Biol.Chem. – 1997. –v.272. – p. 27812-17
  40. Smith MA, Edward DI /Redox potential and oxygen concentration as factors in the susceptibility of Helicobacter pylori to nitroheterocyclic drugs. //J.Antimicrob Chemother. -1995. –v.35. –p.751-64
  41. Smith MA, Edwards DI. Oxygen scavenging, NADH-oxidase and metronidazole resistance in Helicobacter pylori.// J Antimicrob Chemother.-1997.-v.39(3)-p.347-53
  42. Suzuki H, Mori M, Suzuki M, Sakurai K, Miura S, Ishii H Extensive DNA damage induced by monochloramine in gastric cells.// Cancer Lett.-1997.-v.115(2).-p.243-8.
  43. Suzuki H, Suzuki M, Mori M, Kitahora T, Yokoyama H, Miura S, Hibi T, Ishii H Augmented levels of gastric mucosal leukocyte activation by infection with cagA gene-positive Helicobacter pylori.// J Gastroenterol Hepatol.-1998.-v.13(3)-p.294-300
  44. Tankovic J., Jenks PJ., Lamarque D. et al. /Mechanism of metronidazole resistance in clinical isolates of Helicobacter pylori. //Gut. -1999. –V.45. –Suppl.III. –A19.
  45. Wagner S., Beil W., Westermann J. et al. Regulation of gastric epithelial cell growth by Helicobacter pylori: evidence for a major role of apoptosis. //Gastroenterology. -1997. –v.113. –p.1836-47
  46. Wereszczynska-Siemiatkowska A, Dabrowski A, Jedynak M, Gabryelewicz A / Oxidative stress as an early prognostic factor in acute pancreatitis: its correlation with serum phospholipase A2 and plasma polymorphonuclear elastase in different-severity forms of human AP. //Pancreas 1998.-v.17.-N.2.-p.163-8
  47. Zhang QB, Dawodu JB, Erolhi G, Husain A, Gemmell CG, Russel RI. Relationship between the mucosal production of reactive oxygen radicals and density of Helicobacter pylori in patients with duodenal ulcer.//Eur.J.Gastroenterol.Hepatol.-1997.-v.9(3).-p.261-5.
  48. Zhang QB, Nakshabendi IM, Mokhashi MS, Dawodu JB, Gemmell CG, Russell RI. Association of cytotoxin production and neurtophil activation by strains of Helicobacter pylori isolated from patients with peptic ulceration and chronic gastritis.// Gut.-1996.-v.38(6).-p.841-5.
  49. Zhang ZW, Farthing MJG Helicobacter pylori in gastric malignancy: role of oxidants, antioxidants and other co-factors. In: «Helicobacter pylori. Basic mechanisms to clinical cure 2000.» Ed.by Hunt RH and Tytgat GNJ. Kluwer Academic Publishers.-2000. p.513-524
  50. Zhang ZW, Farthing MJG Molecular mechanisms of H.pylori-associated gastric carcinogenesis. World J Gastroenterol. -1999. –V.5. –p.369-74



Назад в раздел
Популярно о болезнях ЖКТ читайте в разделе "Пациентам"
Лекарства, применяемые при заболеваниях ЖКТ
Адреса клиник

Индекс цитирования
Логотип Исток-Системы

Информация на сайте www.gastroscan.ru предназначена для образовательных и научных целей. Условия использования.