Повреждение лизосом и пероксисом

Роль лизосом и пероксисом в механизмах повреждения клетки трудно переоценить. В 1892 году И.И.Мечников прозорливо заметил, что: «Primum movens воспалительной реакции есть пищеварительное действие протоплазмы, проявляемое относительно вредного деятеля» и, фактически, предугадал открытие лизосом. Первооткрыватель этих органоидов Кристиан де Дюв (1951) назвал лизосомы «стартовыми площадками воспаления». Ему же принадлежит образная характеристика лизосомы как «мешка самоубийства», подчеркивающая участие лизосом в аутолизе.

При повреждении клеток первичные лизосомы участвуют в процессе аутофагии, захватывая и переваривая своими гидролазами в составе аутофагосом остатки разрушающихся органоидов. Гетерофагия представляет собой составную часть фагоцитоза и пиноцитоза и состоит в образовании из эндосом и первичных лизосом фагоцитарных вакуолей (фагосом), где подвергаются разрушению захваченные при эндоцитозе объекты.

В фагосомах (аутофагосомах) действует и окислительный механизм разрушения объектов ауто- и гетерофагии, осуществляемый при участии активных кислородных радикалов – супероксидного аниона, синглетного кислорода, гидроксильного радикала и перекиси водорода. Одним из важных источников этих радикалов, наряду с ГЭР, митохондриями и цитоплазматическими ферментами, служат оксидазы пероксисом, также участвующих в процессах, происходящих в фагосоме и аутофагосоме.

Лизосомальная мембрана весьма стабильна и не повреждается даже при наличии в лизосоме агрессивных энзимов, радикалов и кислой среды (рН в работающей лизосоме достигает 1,5-2 ед.). При обратимых повреждениях клетки, даже если они глубоки, пероксисомы и лизосомы не дают утечки агрессивного содержимого, несмотря на то, что в этих условиях может наблюдаться их значительное набухание.

Отсутствие сколько-нибудь значительных повреждений лизосом характерно для осуществления запрограммированной гибели клеток путем апоптоза. Однако гипоксия, ацидоз, радиация, голодание, избыток и недостаток витаминов А, Е и D, ряд ядов (например, эндотоксины бактерий тифо-паратифозной группы) и многие другие факторы увеличивают проницаемость лизосомальных мембран.

При глубоком необратимом повреждении некробиотические изменения в клетке всегда приводят к разрушению лизосом, что вызывает; аутолиз клетки, неизбежный при некрозе. Ведущую роль в деструкции лизосом играет так называемый эндогенный детергентный эффект.

Еще основатель учения о некробиозе Д.С.Насонов отмечал, что при начальных степенях повреждения клеток краситель нейтральрот локализуется в них компактно, в виде гранул, а при глубоком повреждении – распределяется по цитоплазме диффузно. В последующем было выяснено, что нейтральрот, как и многие слабые основания, избирательно накапливается в лизосомах в связи с кислой реакцией их содержимого, создавая впечатление «гранул». Диффузное его распределение соответствует этапу нарушения целостности лизосом. Многие слабоосновные соединения избирательно накапливаются в лизосомах благодаря сходному феномену, названному «эффектом протонной ловушки». Часть из них ингибирует лизосомальные ферменты. С этим связан противовоспалительный и противомалярийный эффект хлорохина и противоязвенное действие коррагинана.

Стабилизатором лизосомальных мембран служит антибиотик фосфамицин, в связи с чем он даже применяется для купирования нефротоксического действия других антибиотиков. Некоторые лизосомотропные соединения дестабилизируют мембраны этих органелл и являются настоящими лизосомомембранотоксинами. Их действие вызывает аутолиз и некроз клеток. Выработкой подобных токсинов отличаются некоторые грибки.

Желтый аспергилл производит так называемые афлотоксины, соединения фурокумариновой природы. Отравление афлотоксином приводит к массивному некрозу печени и острой печеночной недостаточности. Механизм действия афлотоксина связан с резкой дестабилизацией этим ядом лизосомальных мембран в клетках печени и аутолизом гепатоцитов. Помимо этого, он нарушает транскрипцию и является гепатоканцерогеном. Грибок семейства фузариум выделяет токсин спорофузарин. Этот лизосомальный яд вызывает некроз клеток миндалин, сопровождаемый их отеком и воспалением (септическая ангина), а, попадая внутрь, провоцирует некротические изменения в костном мозге, приводящие к панцитопении апластического характера в периферической крови. Спорофузариновая интоксикация известна под названием «алиментарной токсической анемии». Афлотоксикоз и алиментарная токсическая алейкия связаны с употреблением в пищу зараженного вышеназванными плесенями зерна.

Еще одна образная характеристика лизосом принадлежит Котрану и Кумару, назвавшими эти органеллы «мусорными корзинами клетки». Неперевариваемые остатки липидных мембран объектов ауто- и гетерофагии сохраняются и подвергаются перекисному окислению во вторичных лизосомах, давая коричнево-желтый стабильный пигмент липофусцин, накопление которого ассоциируется с процессами атрофии или отдаленными последствиями обратимого повреждения клеток. Этот пигмент накапливается с возрастом и маркирует процессы старения.

Помимо липофусцина, в лизосомах фагоцитов могут сохраняться (и довольно долго) различные неметаболизируемые частицы. Описаны случаи, когда в фагоцитах мокроты у бывших шахтеров, тридцать и более лет не спускавшихся под землю, продолжали обнаруживаться частицы угля. Так как срок жизни фагоцитов невелик, этот феномен свидетельствует о том, что объекты фагоцитоза персистируют внутри фагоцитов, передаваясь от одного их поколения другому путем фагоцитоза собственных стареющих или погибающих клеток.

Персистирование объектов фагоцитоза внутри вторичных лизосом возможно и для многих микроорганизмов. Такие микробы обладают веществами (например, лектинами), блокирующими слияние лизосом с фагосомами, или ингибиторами завершающей фазы фагоцитоза. Примером может служить возбудитель коклюша бордетелла. Инфекции, вызванные такими возбудителями, могут, подобно коклюшу, иметь затяжное течение или дают поздние рецидивы. Так, описаны рецидивы сыпного тифа через 50 и более лет после заболевания, в форме так называемой болезни Брилля, вызываемые активизацией риккетсий, персистировавших в макрофагах. Авторы наблюдали случай болезни Брилля у пожилого пациента, который юношей красноармейцем перенес сыпной тиф, сражаясь в Первой конной армии. Через пятьдесят лет с лишним повторились не только основные соматические симптомы болезни – даже содержание бредовых видений возвращало комсомольца двадцатых годов в эпоху Гражданской войны

Многие неорганические объекты фагоцитоза могут представлять для клетки бомбу замедленного действия, так как, попадая в лизосомы, не перевариваются, но могут сами разрушать эти органоиды изнутри. Таковы, например, двуокиси кремния и титана, алмазная пыль. Разрушая альвеолярные макрофаги, эти агенты способны запустить в легких хроническое воспаление с исходом в фиброз, что наблюдается при силикозе и близких к нему профессиональных заболеваниях.

Длительное персистирование антигенов внутри макрофагов, лизосомы которых не завершили фагоцитоз, создает условия для развития гиперергических реакций замедленного типа и формирования гранулем. Поэтому многие подобные инфекции (туберкулез, бруцеллез, сифилис) сопровождаются гранулематозным воспалением. Показано, что лизосомальные антигены могут быть объектом образования аутоантител, способствующих цитолизу. При некоторых наследственных энзимопатиях лизосомы не способны переварить те или иные субстраты (гликозаминогликаны, липиды или их комплексы, гликоген и др.). Подобные болезни характеризуются как тезаурисмозы или «болезни накопления», поскольку непереваренные субстраты образуют в лизосомах стойкие включения.

К лизосомальным болезням относятся болезни накопления липидов и гликолипидов (например, наследственные ганглиозидозы – болезнь Тея-Сакса и болезнь Зандхоффа, наследственный галактоцереброзидоз – болезнь Краббе, наследственный сфинголипидоз – болезнь Ниманна-Пика), мукополисахаридозы (например, болезни Сан-Филиппо А, В, С и D – гепарансульфатозы, болезнь Моркио – кератансульфатоз, болезнь Марото-Лами – дерматансульфатоз), гликогеноз 2 типа (болезнь Помпе или дефицит кислой мальтазы).

Клинические симптомы, как правило, касаются, главным образом, тех тканей, где в норме должен идти наиболее интенсивный лизосомальный гидролиз того или иного субстрата. Общей чертой таких заболеваний нередко является нарушение психомоторного развития и иммунитета, потому что среди загруженных субстратами клеток оказываются нейроны и макрофаги. Поражение ЦНС наиболее характерно для липидозов и глико(муко)липидозов, так как компоненты миелина и клеточных рецепторов – цереброзиды, сфинголипиды и их комплексы с углеводами наиболее широко представлены в нервной ткани. В то же время, гликогеноз Помпе протекает без задержки психического развития, за то поражаются клетки, образующие гликоген, и имеет место миокардиодистрофия, миопатия и нарушение функций печени.

Цитологи до сих пор дискутируют, являются ли пероксисомы разновидностью лизосом или же самостоятельными древними домитохондриальными окислительными органеллами. Пероксисомы выполняют в клетке ряд важных функций, включая образование и инактивацию перекиси водорода, окисление жирных кислот до ацетилкоэнзима А, окисление мочевой кислоты. Наследственный дефект, связанный с отсутствием пероксисом, абсолютно смертелен и приводит к гибели новорожденных через несколько месяцев при явлениях иммунодефицита и гипоксии. Пероксисомы обеспечивают кислородзависимый бактерицидный эффект при фагоцитозе. Во время повреждения клетки альтерация пероксисом способствует процессам образования свободных радикалов. Нарушение утилизации жирных кислот позволяет этим субстратам формировать в цитоплазме детергенты, что способствует омылению клетки и разрушению ее мембран.

При массовом разрушении клеток и их ядер, например, при синдроме длительного раздавливания, из пуриновых оснований в организме образуется значительное количество мочевой кислоты. Интенсивная работа уратоксидазы в пероксисомах приводит к освобождению значительного количества активных кислородных радикалов, что способствует вторичному повреждению клеток. Применение в этих условиях блокаторов образования мочевой кислоты, например, аллопуринола, облегчает течение травматического синдрома.