Пути образования и метаболиты АФК в нейтрофилах

Продукция АФК в нейтрофилах, как внутриклеточных, так и внеклеточных, находится под упорядоченным контролем инициирующих и ингибирующих компонентов различных рецепторно-опосредованных сигнальных путей. Разнообразные внутриклеточные компоненты координируют работу продуцирующих АФК систем и участвуют в поддержании оптимальных значений АФК.

Главным источником АФК служит реакция одноэлектронного восстановления молекулярного кислорода. В ходе такой реакции образуется первичный радикал — супероксид анион-радикал O2*. В нейтрофилах он образуется преимущественно NADPH-оксидазным комплексом внешней цитоплазматической мембраны, мембран фагосом, в небольшой степени дыхательной цепью внутренней мембраны митохондрий и эндоплазматической системой цитохрома Р-450. Еще одним первичным радикалом является монооксид азота NO, однако его образование контролируют другие ферментные системы — NO-синтетазы. Из-за высокой реактивности O2* быстро переходит в молекулярные продукты. Так, большая часть O2*спонтанно или под действием фермента супероксид дисмутазы (СОД) превращается в H2O2, малоустойчивую молекулу, которая токсична в больших концентрациях [Babior et al., 1973]:

2O2*+ 2O2* + 2H+ O2 + H2O2.

Цитотоксический эффект O2* и H2O2 связан с их способностью реагировать с продуктами других антимикробных систем и образовывать более агрессивные АФК, таких как гипохлорид HOCl, гидроксил радикал OH*, синглетный кислород 1O2, озон О3, и др.

Оксидант нерадикальной природы HOCl, который образуется из H2O2 под действием фермента миелопероксидазы, обладает самым сильным антибактериальным и фунгицидным эффектом, однако способность этого соединения самостоятельно разрушать фагоцитированные вещества однозначно не доказана [Arnhold, 2004].

В неблагоприятных для клетки условиях при участии O2* происходит восстановление трехвалентного иона железа до двухвалентного. В качестве донора электорона Fe2+ может вступать в реакцию с H2O2 (реакция Фентона) или с HOCl с образованием активного окислителя — OH*, обладающего мутагенным и канцерогенным свойствами за счет способности повреждать ДНК [Halliwell, 2007]. В то же время OH* запускает перекисное окисление липидов биологических мембран с образованием липидных радикалов, которые является хотя и не единственным, но одним из основных источников спонтанной хемилюминесценции клеток [Vladimirov and Proskurnina, 2009].

Вышеописанные представители группы АФК обладают разнообразными свойствами, функциями, и в зависимости от факторов, воздействующих на клетку, их соотношение может меняться.

В нефагоцитирующих клетках АФК являются в основном продуктами работы митохондриальных белков в составе дыхательной цепи мембраны митохондрий, которая является основным поставщиком энергии клетки в форме АТФ. В ходе транспорта электронов по дыхательной цепи 1−2% электронов «теряются» и участвуют в продукции O2*. Факторы, приводящие к нарушению окислительного потенциала мембраны митохондрий, в частности, в результате нарушения синтеза белков-переносчиков электронов в дыхательной цепи или блокировании электронно-транспортных путей, усиливают продукцию O2* [Boveris, 1984]. Поскольку нейтрофилы бедны митохондриями, этот путь генерации АФК вносит значительно мешьший вклад в общую продукцию АФК в этих клетках, по сравнению с другими источниками.

В нейтрофилах основным продуцентом АФК является мембраносвязанный мультимолекулярный ферментный комплекс NADPHоксидаза, в меньшей степени ферментные системы СОД и миелопероксидазы. Типичная структура NADPH-оксидазы в нейтрофилах включает в себя несколько субъединиц: две мембранные p22phox и gp91phox (NOX2), три цитозольные p67phox, p47phox, p40phox и низкомолекулярные Gбелки Rac2, Rap1A и Rho [Sheppard et al., 2005].

Существует несколько механизмов регуляции активности NADPHоксидазы, и эта регуляция опосредована взаимодействием различных компонентов этого фермента. В покоящихся клетках NADPH-оксидаза существует в диссоциированном состоянии, тогда как при стимуляции нейтрофилов ее компоненты образуют функционально активный комплекс, и происходит образование O2* [Sheppard et al., 2005].

Активация NADPH-оксидазы происходит при фосфорилировании составляющих фермент белков и транслокации цитозольных компонентов к мембране для полной сборки ферментного комплекса. Считается, что активированная NADPH-оксидаза находится в связанном состоянии с внешней плазматической мембраной или образованной фагосомой, однако описано существование отдельного пула NADPH-оксидазы в везикулярных структурах. Достоверно не установлено, каково происхождение этих образований: внутриклеточное или из внешней мембраны. Образование таких везикул пиноцитозом не объясняет механизм полной сборки в них цитозольных и мембранных компонентов NADPH-оксидазы [Robinson, 2008].