Воздействие тиоловых ядов на головной мозг. Роль глутатиона в обезвреживании тиоловых ядов
При длительных воздействиях развивается функциональная недостаточность защитной системы, в тканях мозга накапливаются продукты, которые окисляют поверхностно расположенные и структурно замаскированные белковые SH-группы, что лежит в основе структурно-функциональных нарушений, прежде всего в тканях мозга.
Введение белым мышам подкожно диэтилмалеата (0,43—1,29 г/кг) вызывают быстрое истощение уровня Г-SH в печени и мозге. Уровень ингибиторного действия зависит от дозы и времени после введения препарата. В печени уровень Г-SH восстанавливается до контрольных значений через 6 ч после инъекции, а в мозге остается значительно сниженным и через 12 ч после нее. При инъекции диметилмалеата истощение Г-SH наблюдается только в мозге, но не в печени. Введение ингибитора синтеза Г-SH бутионинсульфоксимина (1 ммоль/кг) значительно снижает уровень Г-SH в различных отделах мозга. Его содержание остается пониженным в течение 24 ч после введения, затем постепенно возрастает и через 60 ч достигает контрольных значений.
Чувствительность различных отделов мозга к истощению Г-SH в этих условиях снижается в ряду: ствол мозга > мозжечок > стриатум > кора > гиппокамп. Предварительное снижение в мозге уровня Г-SH под влиянием обоих препаратов значительно усиливает нейротоксичность акриламида.
Необходимо подчеркнуть, что функциональная активность Г-SH проявляется как самостоятельно, так и в сочетании с белковыми системами. При этом наряду с ГАОС фигурируют такие защитные формирования, как глутатион-8-трансферазы, металлотионеины и др., хотя их влияния могут реализоваться и независимо. Например, при остром экспериментальном отравлении ацетатом свинца (100 мг/кг) снижалась активность глутатион-трансферазы вслед за уменьшением содержания Г-SH с задержкой более чем на 1 день. Кроме того, предварительное введение L-метионина (250 мг/кг) не препятствовало снижению содержания Г-SH, вызванного Рb В противоположность метионину диметилмалеат — агент, вызывающий истощение Г-SH, приводит к увеличению активности глутатион-S-трансферазы.
Таким образом, введение Рb снижает интенсивность второй фазы метаболизма ксенобиотиков, хотя истощение Г-SH не является обязательным фактором, участвующим в изменении функциональной активности глутатиoH-S-трансферазы per se. Дисульфид глутатиона участвует в регуляции белкового синтеза, а также в окислительном фосфорилировании. Превращения глутатиона тесно связаны с метаболизмом СоА. Имеются данные об участии Г-SH и глутатион-8-трансферазы в синтезе простагландинов и лейкотриена С4.
Важная физиологическая функция глутатиона состоит в обезвреживании чужеродных органических соединений, что имеет прямое отношение к биотрансформации металлорганических соединений, т.е. и тиоловых ядов.
Глутатион вступает в реакции сочетания с теми соединениями, которые содержат электрофильные атомы, способные реагировать с SH-группой. Эти реакции катализируются глутатион-8-трансферазами, представляют начальный этап образования меркаптуровых кислот. Образование конъюгатов с Г-SH является в то же время одним из путей активации ксенобиотиков, возникновения цитотоксичных, генотоксичных или мутагенных соединений. Образование конъюгатов с Г-SH — преобладающий путь биотрансформации галогенированных алкенов и активации других токсикантов, что рассматривается как типичный альтернативный путь функционирования Г-SH.
В результате метаболизма глутатионовых конъюгатов ксенобиотиков образуются реактивные интермедиаты, способные ковалентно связываться с клеточными макромолекулами и, таким образом, оказывать цитотоксичес-кое действие. Это наиболее четко прослежено в экспериментальных исследованиях. Так, при инкубации со срезами легочной ткани хомяков СоС12 (1 ммоль) отмечены резкое окисление внутриклеточного Г-SH , увеличение уровня ГS-SГ и последующее развитие дисфункции клеток. Одновременное действие СоС12 и Н202 (250 мкмоль) или СоС12 и ингибитора глутатионредуктазы (1,3-5мс-[2-хлорэтил]-1-нитрозомочевины) усиливало окислительные эффекты СоС12 и снижало соотношение уровней Г-SH/ГS-SГ. Однако значительного усиления клеточной дисфункции, стимулируемой СоС12, в этих условиях не наблюдалось. При инкубации срезов с трет-бутилгидроперекисью (100 мкмоль) увеличение внутриклеточного уровня ГS-SГ достигало таких же значений, как при действии СоС12 и Н202, но без значительного ослабления клеточной функции.
Сочетанное действие СоС12 и Н202, а также других использованных маркерных соединений не оказывало существенного влияния на уровни белковых SH-фупп.
Полученные данные показали, что токсический эффект СоС12 на клетки легочной ткани не связан с изменениями тиодисульфидного статуса клетки. Он может быть опосредован, в частности, интенсивным синтезом металлотионеина. Последнее подтверждено, например, в опытах с введением голодавшим крысам внутрижелудочно CdCl2 в дозе 75 мг/кг. Содержание металлотионеина в печени у голодавших и неголодавших крыс через 24 ч после введения CdCl2 составило 360 и 280 мкг/г печени соответственно. Голодание не влияло на активность ГП и ГР. Морфологические изменения в печени были более выражены у голодавших крыс. Сделан вывод, что печеночный Г-SH играет важную роль в защите от токсического действия, Cd и синтезе металлотионеина, высокий уровень которого может усиливать токсические эффекты CdCl2.
Реакционноспособность SH-групп даже в нативных белках варьирует в широких пределах (легко реагирующие, вяло реагирующие и замаскированнве, или скрытые). Неодинаково реагируют на связывание SH-групп и тиоловые ферменты. Сукцинатдегидрогеназа и 3-ФГАДГ томозятся уже при связывании легко реагирующих SH-групп, уреаза, альдолаза МДГ — после блокирования медленно реагирующих и замаскированных групп. Резких фаней между различными типами SH-фупп не существует. В белках реакционная способность SH-фупп ниже, чем в простых тиолах, и возрастает при денатурации. Но из этого правила есть исключения.
Так папаин (КФ 3.4.4.10) и фицин (КФ 3.4.4.12) реагируют с хлорацетамидом в 15—20 раз, а с 2-бромацетамид-4-нифофенолом — в 3000 раз активнее чем цистеин; 3-ФГАДГ, алкогольдегидрогеназа , фосфорилаза мышц — в 9, фосфофруктокиназа—в 10—13 раз выше, хотя в последних SH-фуппы не в каталитическом центре.