Введение

В завершающемся столетии, в связи с интенсивным промышленным развитием и появлением многочисленных антропогенных факторов, прежде всего химической природы, непомерно возросла экологическая нагрузка на организм за счет потоков техногенных токсических веществ (ксенобиотиков), поступающих в организм с воздухом, водой и по пищевым цепям. Одновременно резко возрос уровень радиационного и электромагнитного загрязнения среды, воздействия которых суммируется с токсическими эффектами.

С другой стороны, в этот же период и крайне неблагоприятно изменился характер питания современного человека с существенным увеличением в рационе быстро расщепляющихся углеводов, животных жиров и холестерина с одновременным катастрофическим снижением потребления пищевых волокон, природных витаминно-минеральных комплексов, пищевых антиоксидантов, антиканцерогенов и обширной группы других биологически активных веществ пищи, которые выполняют в организме регуляторные и защитные функции. Более того, появление широкого ассортимента консервированных продуктов, содержащих пищевые добавки, часто далеко не безразличных для здоровья человека (красители, консерванты, нитраты), копченостей и других продуктов технологической переработки мяса, содержащих канцерогены, образующиеся при гидролизе белковых веществ.

Существенно возросло в любой популяции число людей с избыточной массой тела, ведущих к тому же малоподвижный образ жизни, что является факторами риска не только атеросклероза и сердечнососудистой патологии, но и злокачественных новообразований.

И, наконец, во всех развитых странах, в том числе в России, наблюдается старение населения и устойчивый рост в составе популяции доли граждан старшего поколения. А это уже само по себе ведет, как подчеркивается в Ежегодном (1997г.) докладе ВОЗ, к эпидемии сердечно-сосудистых и других хронических заболеваний, в том числе рака.

Поскольку все перечисленные выше и ряд других, более специфических факторов, действуют одновременно, ситуация такова, что, по мнению медиков, в недалеком будущем рак может стать главной причиной смертности, вытеснив на второе место сердечно-сосудистые заболевания.

Эта проблема требует решения на государственном и межгосударственном уровнях. И в этом направлении во многих странах мира уже имеется ряд государственных программ, направленных не только на улучшение состояния окружающей среды, но и нормализацию питания и обеспечения организма биологически активными веществами, профилактирующими возникновение опухолей.

В России, как известно, ситуация в этом плане значительно более сложная, связанная прежде всего с состоянием окружающей среды. Эта задача государственного масштаба, тогда как проблема рационального питания для снижения риска и профилактики опухолеобразования должна стать элементом общей культуры и здорового образа жизни для каждого человека.

Важным компонентом такого подхода является грамотное и квалифицированное использование в системе питания биологически активных добавок (БАД) к пище, имеющих онкопротекторную направленность. Среди таковых особый интерес представляют БАД к пище, содержащие растительные индолы и органические изотиоцианаты, полисульфиды и биофлавоноиды и другие соединения, обладающие антиканцерогенными свойствами.

Канцерогенные свойства присущи целому ряду химических веществ. Некоторые примеры наиболее часто встречающихся соединений этой группы приведены в табл. 1.

Показано, что 80% опухолей человека вызывают именно химические вещества. Контакт с такими соединениями может быть на бытовом уровне (воздух улиц с интенсивным движением), связанным с особенностями питания (гепатоканцероген афлатоксин В, продуцируемый плесневым грибком, который часто загрязняет арахис, нитрозамины, продукты пиролиза пищевых белков и др.), образом жизни (курение), профессиональными вредностями (полупродукты и красители, бензол и т.д.)

Некоторые канцерогены непосредственно взаимодействуют с молекулами-мишенями и называются прямыми. Другие соединения (проканцерогены) для проявления опухолевой активности должны пройти ряд метаболических превращений называемых метаболической активацией. Проканцероген может быть мало активным или даже неактивным, но после метаболической активации становится высокоактивным, необратимо связываясь с компонентами клетки (например, ДНК). Примером таких канцерогенов являются бензпирен и другие полиароматические углеводороды (ПАУ), нитрозоамины и др.

Общие механизмы детоксикации ксенобиотиков

В метаболизме проканцерогенов, канцерогенов и других ксенобиотиков - с одной стороны, и в механизмах защитного действия активных компонентов биологически активных добавок - с другой, определяющую роль играет системы, называемые ферментами первой и второй фазами детоксикации ксенобиотиков и эндогенного метаболизма.

Первая фаза представлена так называемыми микросомальными монооксигеназами или цитохром Р-450-зависимой ферментной системой. Вторая фаза -ферментами конъюгации, катализирующими присоединение к веществам, прошедшим I фазу, остатки глюкуроновой, серной кислот, глутатиона и т.д., что обеспечивает окончательную детоксикацию и выведение токсикантов, в том числе канцерогенов.

Основными ферментами монооксигеназной системы (МОС) являются цитохром Р-450 (цитохром Р-448) и цитохром b₅, простетической группой которых является гем (как и в гемоглобине, миоглобине, цитохромах дыхательной цепи митохондрий). Эта ферментная система локализована в эндоплазматическом ретикулуме большинства органов, прежде всего печени и т.н. пограничных (кожа, легкие, стенка кишечника), а также митохондрий коры надпочечников и половых желез.

Функция этой ферментной системы весьма многообразна и охватывает широкий круг реакций биотрансформации как экзогенных, так и важнейших эндогенных соединений липофильной природы. Обладая индуцибильностью и образуя множественные формы, ферменты МОС, с одной стороны, являются ключевыми в превращениях обширной группы ксенобиотиков, в том числе канцерогенов - бензпирена, метилхолантрена и других ПАУ (цитохром Р-448), нитрозоаминов, афлатоксинов, диоксинов, многих лекарственных веществ.

С другой стороны, соответствующие изоформы цитохрома Р-450 принимают участие в биосинтезе и биотрансформации важнейших эндогенных компонентов метаболизма (схема 1):

1. биосинезе холестерина;
2. превращении холестерина в желчные кислоты;
3. биосинтезе кортикоидных гормонов и их предшественников (холестерин-> прегненолон-> 17-гидроксипрегненолон, прогестерон-> 17-гидроксипрогестерон, прогестерон-> 11-деоксикортикостерон-> кортикостерон, 17-гидроксипрогестерон-> 11-деоксикортизол-> кортизол);
4. активных форм витамина D (витамин D3-> 25(OH)-D3-> 1,25(OH)2-D3 и 24,25(OH)2-D3);
5. метаболизме витамина А и ретиноевой кислоты;
6. трансформации андрогенов в эстрогены, метаболизме и инактивации последних (см ниже);
7. десатурации (цитохром b₅) высших жирных кислот с образованием полиненасыщенных, являющихся предшественниками эйкозаноидов (простагландинов, простациклинов, тромбоксанов и лейкотриенов);
8. синтез из аргинина окиси азота NO - сигнальной молекулы, играющую важную роль в регуляции сосудистого тонуса и кровяного давления, иммунной защиты организма, в том числе от опухолей;
9. метаболизм катехоламинов в мозгу (патогенез болезни Паркинсона)

Таким образом, микросомальные монооксигеназы можно рассматривать как своего рода триггерную систему организма, через которую запускаются и контролируются важнейшие стороны обмена веществ (схема 1).

Детоксикация и эндогенные функции МОС находятся в конкурентных отношениях, в силу чего любая экзогенная химическая нагрузка организма немедленно сказывается на метаболизме в целом. При этом необходимо иметь в виду и то обстоятельство, что МОС реагирует и на другие стрессорные воздействия (инфекции, гипоксия, дефицит витаминов и минералов, и т.д.).

Другими словами, в ответ на воздействие на организм ксенобиотиков в печени и других органах происходит индукция биосинтеза тех изоформ цитохрома Р-450, которые метаболизируют данные токсиканты, что эквивалентно реакции иммунной системы организма на воздействие чужеродных белков. Именно поэтому система цитохрома Р-450 рассматривается в настоящее время как вторая иммунная система, часто находящаяся в реципрокных отношениях с первой. Более того, химически модифицируя ксенобиотики, цитохром Р-450 способствует их ковалентному связыванию с белками в качестве гаптенов, что стимулирует образование антител к собственным белкам, обусловливая аллергические реакции.

Такое многообразие субстратов, на которое воздействует цитохром Р-450, является отражением существования множественных форм фермента, число которых на сегодняшний день достигает сотни. Поэтому весь спектр этих ферментов обозначается как генное суперсемейство цитохрома Р-450, для которого была предложена специальная номенклатура, где после обозначения "цитохром Р-450" следует арабская цифра, обозначающая генное семейство, далее латинская буква, обозначающая генное подсемейство, и наконец, арабская цифра, отвечающая конкретному ферменту. Например, цитохромы Р-450 1А1 и 1А2, метаболизируют полиароматические углеводороды (иногда обозначается как цитохром Р-448), цитохром Р-450 3А4 - афлатоксин В, цитохром Р-450 2Е1 или цитохром Р-450 j метаболизирует нитрозамины, четыреххлористый углерод и т.д.

Система цитохрома Р-450 представляет собой электронотранспортную цепь, организованную в белково-липидный комплекс, катализирующий окислительно-восстановительную реакцию включения атома кислорода из поступающего с кровью молекулярного кислорода O₂ в молекулу гидрофобных соединений R-Н с использованием электронов, поступающих от доноров восстановительных эквивалентов НАДФН и НАДН соответственно к цитохромам Р-450 и b₅ при участии указанных по схеме редуктаз.

Это обусловливает образование в молекулах гидрофобных субстратов полярных реакционноспособных функциональных групп, вследствием чего

1. изменяется характер физиологической активности эндогенных соединений (например, при биотрансформации дезоксикортикостероидов в 11-оксикортикостероиды, инактивация эстрогенов и т.д.)
2. изменяется токсичность ксенобиотиков, чаще в сторону уменьшения (детоксикация), но в ряде случаев - и повышения, в том числе усиления канцерогенной активности, как это имеет место, например для бензпирена, афлатоксинов и др. (токсификация).
3. Появляется структурная возможность включения образующихся соединений в реакции второй фазы детоксикациию

Вторая фаза детоксикации, представляющая собой реакции глютатионовой, глюкуронидной, сульфатной конъюгации, ацетилирования и других, обеспечивает образование хорошо растворимых в воде, а потому легковыводимых из организма конъюгатов при обычно полном элиминировании токсичности и канцерогенности, даже если они оказались повышенными на I фазе. Эти системы, как и МОС, выполняет и ряд важнейших биосинтетических функций (в биосинтезе простагландинов, метаболизме гормонов, билирубина и т.д.)

Все ферменты этой фазы, как и первой являются индуцибильными и также характеризуются образованием множественных форм, обладающих суммарно широкой субстратной специфичностью и метаболизирующих обширный круг ксенобиотиков.

Процессы биотрансформации эндогенных субстратов и ксенобиотиков обеими ферментными системами тонко сбалансированы и находятся в конкурентных отношениях. Вполне понятно, что воздействие самого различного характера (влияния многих токсикантов, синтетических лекарственных препаратов, физических факторов внешней среды, при несбалансированном питании), вызывающие напряжение ферментных систем детоксикации, а тем более обладающие ингибирующей или индуцирующей активностью, оказывают глубокое воздействие на различные стороны обмена веществ.

Очень важно для процессов детоксикации (в том числе нейтрализации канцерогенов), чтобы обе фазы детоксикации функционировали согласованно, а еще лучше с некоторым доминированием реакций конъюгации (что особенно необходимо, если на первой стадии происходит токсификация).

Принципиальной особенностью функционирования цитохрома Р-450-зависимой системы является образование в этом процессе активных форм кислорода (АФК) (супероксид-радикала, перекиси водорода), как самим цитохромом,так и электронотранспортными редуктазами. Как известно, АФК при избыточном образовании вызывают деструкцию биомембран, в том числе эндоплазматического ретикулума, в которые встроены цитохром Р-450-зависимые ферменты и частично ферменты конъюгации. При повышенной субстратной нагрузке на ферменты детоксикации, либо при их индукции, продукция АФК возрастает, что может привести к нарушению структуры мембранного окружения и тем самым подавлению функции этих ферментов и даже их деструкции.

Поэтому исключительно важное значение для нормального функционирования обеих фаз детоксикации имеет соответствующий уровень эффективности антиоксидантной системы клетки, что определяется активностью антиоксидантных ферментов и уровнем низкомолекулярных антиоксидантов, прежде всего мембранных (прежде всего токоферолов), а также биофлавоноидов, витамина С и других.

Необходимо особо подчеркнуть, что антиоксидантная система функционирует как еще одна важная детоксицирующая система, обеспечивающая защиты организма от весьма агрессивных АФК, органических свободных радикалов, перекисных производных органических компонентов клетки, являющихся не менее опасными факторами канцерогенеза, чем рассмотренные выше экзогенные канцерогены. Этот большой вопрос является предметом самостоятельного рассмотрения.

Ферменты обеих фаз детоксикации могут изменять свою активность при действии широкого круга химических веществ, в том числе природных, являющихся компонентами широкого круга пищевых и лекарственных растений и практически лишенных токсичности. Механизмы их действия включает индукцию биосинтеза различных изоформ ферментов, их активацию или ингибирование (вплоть до инактивации). Спектр этих соединений чрезвычайно широк и охватывает витамины и минеральные компоненты, биофлавоноиды, катехины, растительные индолы, органические изотиоцианаты и тиогликозиды, органические сульфиды и полисульфиды, терпены, кумарины и фуранокумарины и т.д. При этом характер влияния зависит от их строения (весьма часто, даже от деталей), а также от природы изоферментов. Этот вопрос представляет самостоятельный интерес. Здесь же для илюстрации отметим, что, например, флавоноиды со свободной гидроксильной группой с кольце А являются ингибиторами цитохрома Р-450 тогда как несодержащие таковой - активаторами.

Механизмы влияния растительных индолов и других БАВ на ферменты детоксикации ксенобиотиков (канцерогенов)

В создании фиторецептур, включающих растительные индолы и изотиоцианаты, решающую роль сыграли данные, свидетельствующие о том, что между потреблением в пищу растений семейства крестоцветных (капусты брокколи, брюссельской, турнепса, репы и др.) и частотой возникновения опухолей тонкого и толстого кишечника, а также эстрогензависимых опухолей груди (у женщин) и простаты у мужчин наблюдается тесная обратная корреляция.

Эта закономерность получила подтверждение и в работах с индивидуальными веществами и экстрактами из этих растений, особенно же капусты брокколи-сырья для получения указанных выше препаратов.

В состав фракции, которая называется растительные индолы, входит группа соединений, являющихся продуктами ферментативного гидролиза (растительный фермент-мирозиназа) тиогликозидов крестоцветных, называемых глюкозинолатами: индолил-3-карбинол, индолил-3-ацетонитрил, дииндолил-метан, а также N-нуклеозид индолил-3-карбинола и аскорбиновой кислоты - аскорбиген.

Вторая группа соединений, входящих в состав перечисленных выше препаратов,- органические изотиоцианаты, которые также являются продуктами расщепления глюкозинолатов крестоцветных. Среди них выделяются фенэтилизотиоцианат и особенно сульфорафан. Обе группы соединений являются антиканцерогенами и антимутагенами, но действуют по различным механизмам, дополняющими друг друга.

Индолилсодержащие соединения функционируют как индукторы, повышающие уровень как системы цитохрома Р-450, так и глутатион-Б-трансферазы, т.е. ферментов обеих фаз детоксикации. Антиканцерогенный эффект этих соединений связывается с индуцирующим влиянием на бензпиренгидроксилазную активность печени, тонкого и толстого кишечника (индукция изоформ 1А1 и 1А2). При этом наиболее активный индолил-3-карбинол повышает уровень активности монооксигеназной системы тонкого, толстого кишечника и печени более чем на порядок, а аскорбиген, не влияя на печеночные формы фермента, в 45 раз повышает активность монооксигеназы тонкого кишечника. Следует подчеркнуть, что и второй продукт расщепления аскорбигена - аскорбиновая кислота также является эффективным регулятором функционирования монооксигеназ. Более того, отмечен синергизм в действии индолил-3-карбинола и аскорбигена по отношению к кишечной форме фермента. Следует иметь в виду и антиоксидантные свойства аскорбиновой кислоты, включая стабилизацию биомембран через синергизм с мембранным антиоксидантом - витамином Е.

Индуцирующий эффект индольных производных обусловлен повышением уровня форм матричной РНК, отвечающей цитохрому Р-450 1А1 в клетках печени и ободочной кишки, и цитохрому Р-450 1А2 в печени (регуляция на уровне транскрипции).

Индукция цитохрома Р-450 1А1 и 1А2 обусловлена связыванием индуктора с Ah-рецептором, иногда называемым диоксиновым рецептором. Тем не менее, оказалось, что индолил-3-карбинол обладает относительно невысоким сродством к этому рецептору, а наблюдаемая сильная индукция фермента связана с конденсацией самого индольного производного в кислой среде желудка в индоло [3,2-в]-карбазол, а возможно, и в другие продукты кислотной конденсации, обладающие высоким аффинитетом к Ah-рецептору. Это означает, что нормальная кислотность желудочного сока - важный фактор антиканцерогенного действия индолилсодержащих соединений.

Поскольку Ah-рецептор является рецептором, с которым связываются и диоксины, конкуренцией индольных соединений (точнее, продуктов их кислотной конденсации) с диоксинами за связывание с рецептором, может быть объяснен защитный эффект индолов от действия токсиканта. В этом случае важно создать в организме высокое концентрационное преимущество индолов (в силу конкурентного механизма связывания).

Заметим, что ряд биофлавоноидов, которые также обладают антиканцерогенным действием, индуцируют цитохром Р-450 А1А через Ah-рецептор, и это, наряду с их антиоксидантными эффектами и ингибированием протеинкиназы С, лежит в основе онкопротекторной активности некоторых их представителей.

Основные сайты действия природных антиканцерогенов (антимутагенов), включая индолы, а также некоторых антиоксидантов, представлены на схемах 2 и 3.

Однако, индукция цитохрома Р-450 1А1 и 1А2 приводит к метаболической токсификации бензпирена, афлатоксина и других соединений, являющихся проканцерогенами. Для их детоксикации важна активность второй фазы - ферментов конъюгации, прежде всего глютатионовой и глюкуронидной, уровень которых также повышается под действием индольных соединений, однако, только высоких доз.

Нам представляется, что в полной нейтрализации рассматриваемых канцерогенов важное значение имеет вторая группа соединений - органические изотиоцианаты крестоцветных (фенэтилизотиоцианат, сульфорафан). Эти соединения выступают, в противоположность индолам, как ингибиторы (суицидального действия) цитохрома Р-450 1А1, 1А2, повышающих канцерогенность указанных выше веществ, а также цитохрома Р-450 2Е1, активирующего нитрозамины, винилхпорид (мономер для производства пластмасс), и другие хпорпроизводные канцерогены. С другой стороны, изотиоцианаты весьма эффективно стимулируют активность ферментов конъюгации, а также некоторых антиоксидантных (например, НАД(Ф)Н -хинонредуктазы). Другими словами, органические изотиоцианаты обладают двойным механизмом защитного действия: с одной стороны, сдерживая токсификацию проканцерогенов, обусловленную индуцирующей активностью индолов, а с другой - индуцируя ферменты конъюгации (к тому же в сочетании с индолами), определяют окончательную детоксикацию канцерогенов.

Поэтому органические изотиоцианаты как сами по себе, так особенно в сочетании с индолами, блокируют образование опухолей печени, легких, молочной железы, пищевода и кишечника при действии поли-ароматических соединений, нитрозаминов, канцерогенов табачного дыма, продуктов пиролиза пищевых белков и других канцерогенов.

Важным аспектом действия индолов (прежде всего индолил-3-карбинола и аскорбигена) является снижения риска возникновения эстрогензависимых опухолей груди и эндометрия у женщин и простаты у мужчин.

К сожалению, это весьма распространенные заболевания у лиц обоих полов. У женщин они часто обусловлены использованием синтетических эстрогенов, например, при климаксе, а также при гиперпродукции естественных гормонов. У мужчин в силу активации фермента ароматазы (также одной из форм цитохрома Р-450), часто наблюдаемой при избыточном образовании жировой ткани, усиливается превращение тестостерона в эстрогены. Последние обуславливают гиперплазию простаты. Как в образовании эстрогенов, так и в их метаболизме и выведении из организма определяющее значение имеет цитохром Р-450 1А2 и ферменты конъюгации.

Как известно, молекула эстрогенов содержит четыре кольца А-Д и только одно из них - кольцо А-ароматическое и содержит ОН-группу в 3-ем положении. Цитохром Р-450 катализирует реакции метаболизма эстрогенов: окисление кольца. А во втором положении эстрадиола приводит к образованию 2-гидроксиэстрадиола, не обладающего эстрогенной активностью, а двойное окисление в положениях 16 или 17 дает 16-гидроксиэстрон. Последний обладает высоким сродством к эстрогеновым рецепторам, локализованных в тканях груди, матки, простаты, и связывается с ними необратимо, стимулируя неконтролируемый рост.

Таким образом, избыточное образование 16-гидроксиэстрона является метаболическим активатором канцерогенеза.

Растительные индолы индуцируют цитохром Р-450 1А2 печени, гидроксилирующий эстрадиол в положение 2 кольца А, и этот процесс 2 существенно превалирует над процессами окисления в других положениях, что и приводит к образованию неактивного 2-гидроксиэстрадиола. Последний выводится из организма после конъюгации с глюкуроновой кислотой. Этот процесс также активируется под действием индолов, а также органических изотиоцианатов, которые, как было указано выше, индуцируют биосинтез ферментов конъюгации.

Следует, однако, обратить внимание на следующее немаловажное обстоятельство. Дело в том, что в состав растений семейства крестотоцветных, наряду с рассмотренными выше соединениямии, входят и так называемые гоитрины. Это серосодержащие соединения, которые оказывают неблагоприятное влияние на функцию щитовидной железы при ее гипофунции, ингибируя включение иода в тиреоидные гормоны. Более того, по некоторым данным, один из гоитринов - 2-винилтиазолидон может оказывать и канцерогенное действие. По этим причинам фиторецептуры, содержащие индолы и изотиоцианаты, специально очищаются от гоитринов.

Рассмотренные механизмы лежат в основе действия фиторецептуры, содержащей индол-3-карбинол и других, содержащих индолы и изотиоцианаты.

Список литературы [показать]

Содержание:

• Введение в микронутриентологию. Проф. Гичев Ю.П.
• Общие представления о биологической и фармакологической активности микронутриентов. Проф. Гичев Ю.П., Гичев Ю.Ю.
• Методологические основы и лечебно-профилактическое значение использования препаратов ENRICH в программах оздоровления населения. Д-р МакКосланд К., д-р Оганова Э.
• Новые аспекты фармакологического действия оригинальных полифенольных комплексов, выделенных из растительной флоры Сибири и Алтайского края. Проф. Грек О.Р.
• Механизмы влияния микронутриентов на иммунную систему. Член-корр. РАМН Трунова Л.А.
• Биохимические механизмы онкопротективного действия растительных индолов и изотиоцианатов. Проф. Дадали В.А.
• Биохимические аспекты действия на организм минеральных компонентов пищи. Цинк, селен. Проф. В.А. Дадали