Вирусные инфекции: механизм повышения уровеня АФК
В списке патологий, резко повышающих уровень АФК, числятся вирусные инфекции [ Akaike, ea 1998 ]. При этом показано, что дело не ограничивается возникновением дисбаланса паразитных реакций, образующих АФК, и процессов дезактивации АФК. По данным Маеды и сотрудников [ Akaike, ea 1998 , Akaike, ea 1990 , Маеда, ea 1998 ], инфицирование мышей вирусом гриппа вызывает мощную активацию ксантиноксидазы в легких (скорость ксантиноксидазной реакции возрастает на 2-3 порядка). Подобный эффект был обнаружен также при инфицировании цитомегаловирусом .
Ксантиноксидаза - фермент, окисляющий ксантин и гипоксантин молекулярным кислородом. В отличие от подавляющего большинства ферментов оксидаз, образующих из О2 воду, ксантиноксидаза превращает О2 в O2- и Н2О2 . Этим она похожа на NADPH-оксидазу внешней мембраны фагоцитов , восставливающую кислород до супероксида [ Henderson, ea 1996 ]. Для фагоцита O2 - это <биологическое оружие>, используемое в борьбе с патогенными бактериями. Роль АФК в вирусной инфекции, по- видимому, иная. Во всяком случае показано, что сам по себе резкий всплеск активности ксантиноксидазы не подавляет продукцию вирусов [ Akaike, ea 1998 , Akaike, ea 1996 ]. Тем не менее вирус рассматривает рост концентрации АФК как нечто нежелательное. Некоторые вирусы предпринимают специальные меры, чтобы предотвратить увеличение уровня АФК при инфекции. Так, Т-лимфотропный вирус человека стимулирует образование в клетке тиоредоксина - важного компонента антиоксидантной защиты [ Nakanura, ea 1995 ].
Показано, что геном вируса герпеса кодирует специальный белок ICP-4 , блокирующий апоптоз - запрограммированную смерть клетки [ Leopardi, ea 1996 ]. Подобная ситуация описана для вируса Сендай [ Kato, ea 1997 ]. С другой стороны, известно, что АФК - активные индукторы апоптоза [ Skulachev, ea 1996 , Skulachev, ea 1997 ], а апоптоз - один из способов борьбы с вирусной инфекцией: зараженные вирусом клетки кончают самоубийством и увлекают за собой в небытие и сами вирусы [ Skulachev, ea 1998 ].
Приняв во внимание все сказанное, мы могли бы следующим образом объяснить роль активации ксантиноксидазы и увеличения уровня АФК при вирусной инфекции. Представляется вероятным, что первоначальные соотношения между АФК и вирусной инфекцией (инфекция -> разбаланс антиоксидантной системы -> рост [АФК] -> выбраковка зараженных клеток АФК-индуцированным апоптозом) были усовершенствованы в процессе эволюции таким образом, что клетка стала воспринимать само появление вируса в цитоплазме как сигнал к продукции АФК. Это приводит к росту [АФК] задолго до того, когда такой рост оказывается неизбежным следствием клеточной патологии, возникающей в результате бурного размножения вируса внутри клетки. Увеличение [АФК] должно иметь следствием уход зараженной клетки в апоптоз прежде, чем она стала источником массированной инфекции для соседей. Другое важнейшее следствие включения предполагаемого механизма будет состоять в том, что появляется возможность послать в апоптоз также и соседние клетки, непосредственно контактирующие с зараженной и, стало быть, подвергающиеся наибольшей опасности заразиться. Такой результат может достигаться за счет диффузии одной из АФК, а именно перекиси водорода. Н2О2 - маленькая нейтральная молекула, легко проникающая подобно Н2О через биологические мембраны. Очевидно, что фронт повышенной концентрации Н2О2 вокруг зараженной клетки будет распространяться гораздо быстрее, чем фронт вирусных частиц, также образующихся в этой клетке. Итогом событий, перечисленных выше, явится создание апоптической зоны вокруг клетки - потенциального источника вирусной инфекции. Таким образом можно было бы объяснить феномен свидетелей (bystanders) - клеток не зараженных вирусом, но находящихся рядом с инфицированной клеткой и погибающих вместе с ней. При бурном развитии инфекции вероятны переход апоптоза в некроз и появление некротических бляшек, служащих, например, у растений характерным признаком заражения вирусом табачной мозаики. У человека и животных ответ на интенсивную вирусную инфекцию в виде суперпродукции Н2О2 ксантиноксидазой может оказаться столь мощным, что сам по себе спровоцирует патологию, где вирус играет триггерную роль. В этих условиях введение аллопуринола - специфического ингибитора ксантиноксидазы - позволяет преодолеть кризис [ Akaike, ea 1998 , Akaike, ea 1990 , Маеда, ea 1998 ], в то время как введение аденозина - предшественника ксантина - усугубляет болезнь [ Маеда, ea 1998 ].
Предположение о том, что клетка детектирует вирус и отвечает на его появление всплеском ферментативного образования АФК, базируется, в частности, на работе Фальциани и сотрудников [ Falciani, ea 1992 ], описавших индукцию а-интерфероном транскрипции ксантиндегидрогеназы - фермента, превращающегося в ксантиноксидазу при вирусной инфекции [ Akaike, ea 1998 ].
Подобный эффект представляется еще одним механизмом антивирусной защиты с участием интерферона. Интересно, что здоровая, незараженная клетка стремится поддерживать скорость ксантиноксидазной реакции на небольшом, но постоянном уровне. Так, например, эта активность должна была бы упасть при уменьшении концентрации кислорода. Однако, по данным Терады и сотрудников [ Terada, ea 1997 ], такого эффекта не наблюдается, так как гипоксия включает какие-то регуляторные механизмы, действие которых ведет к шестикратному увеличению активности ксантиноксидазы. Согласно тем же авторам гипероксия снижает эту мощность в десятки раз. Зависящие от O2- вариации мощности ксантиноксидазы оказались следствием изменения как активности фермента, так и его количества. Таким образом, клетка всегда держит наготове свой ксантиноксидазный механизм.
Помимо ксантиноксидазы в генерации АФК при вирусной инфекции могла бы участвовать также внутриклеточная NADPH-оксидаза -фермент родственный, но не идентичный NADPH-оксидазе фагоцитов . Его главное функциональное отличие от фермента фагоцитов состоит в том, что образуемый в результате реакции супероксид возникает внутри клетки, а не снаружи [ Bhunia, ea 1997 ]. Не исключено также участие внутриклеточной NADH-оксидазной активности, образующей супероксид . К сожалению, природа этой активности остается невыясненной. С другой стороны, паразитные реакции образования О2- дыхательной цепью митохондрий или цитохромом P450 вряд ли подходят для роли генератора АФК при вирусной инфекции, поскольку в этих случаях АФК являются побочным продуктом процессов, уже несущих другую и притом весьма важную функциональную нагрузку.
