РОЛЬ ЛИЗОСОМ В МЕХАНИЗМЕ ЗАЩИТЫ И ПОВРЕЖДЕНИЯ КЛЕТОК ПРИ ДЕЙСТВИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

Украинский НИИ медицины транспорта, г. Одесса, Украина

Введение

Как известно, проблема токсикологии тяжелых металлов (ТМ), отнесенных в последние годы к числу глобальных загрязнителей внешней среды, является традиционной для украинских исследователей. Примечательно, что именно им было предложено осветить эту проблему в фундаментальном издании "Общая токсикология", вышедшем недавно под редакцией Б.А. Курляндского и В.А. Филова в издании "Медицина" [1]. В обстоятельном разделе была освещена роль тяжелых металлов в механизме возникновения токсических эффектов и развитии патологических процессов при их воздействии на организм как тиоловых ядов. Однако в разработке этой сложной проблемы еще имеется ряд пробелов, восполнение которых требует дальнейших исследований с позиции биохимической токсикологии. Так, несмотря на значительный экспериментальный и клинический материал, накопленный в предшествующие годы, продолжают оставаться нераскрытыми отдельные аспекты изучения молекулярных и клеточных механизмов в патогенезе интоксикаций тяжелыми металлами.

Анализ и обобщение накопленной информации позволяют выделить в качестве ведущих механизмов нарушения клеточного метаболизма при экспонировании биообъектов ТМ ферментотоксическое, мембранотропное действие и оксидативный стресс (рис. 1).

При этом первая позиция определяется взаимодействием данной группы ксенобиотиков с SH-группами белковых молекул, характеризующихся прежде всего высокой биологической активностью в плане осуществления биокаталитической, биосинтетической и энергетической функций [4—6]. В основе второй, наряду с изменением свойств и функциональной активности мембраносвязанных белковых молекул, лежат нарушения в работе ионных каналов, а также электродинамических характеристик возбудимых биомембран. К числу относительно недавно раскрытых закономерностей в реализации токсичности ТМ следует отнести оксидативный стресс, в механизмах развития которого ведущую роль играет нарушение баланса активности про- и антиоксидантных систем, генерирование свободных радикалов кислорода, усиление процессов перекисного окисления липидов на фоне угнетения энергопродукции митохондриями и снижения энергетического потенциала клетки. С этими исходными изменениями метаболизма клетки связаны многочисленные морфофункциональные нарушения в органах и тканях, в совокупности составляющими патогенетическую картину развивающихся интоксикаций.

Вместе с тем, далеко не все патологические признаки и симптомокомплексы могут быть удовлетворительно объяснены и взаимосвязаны с рассмотренными выше молекулярно-метаболическими нарушениями. Поэтому не случайно внимание исследователей все больше привлекает к себе вероятная роль в механизмах защиты и повреждения клеток ТМ лизосомальной системы.

Лизосомальная защитная система клетки

На протяжении последних 50 лет лизосомы находятся в фокусе всё возрастающего внимания специалистов в области клеточной биологии и патологи [7—9]. Выявлено много новых, важных для жизнедеятельности организма, свойств этих клеточных органелл. Показано, что лизосомная система является специализированным инструментом клеток, используемым для осуществления таких важных метаболических и физиологических процессов, как катаболизм белков, глико- и липопротеидов, нуклеиновых кислот, накопление, трансформация и выведение из организма чужеродных веществ, в том числе лекарств и токсикантов, везикулярный транспорт и рециклизация рецепторов, ауто-, гетерофагоцитоз и апоптоз, адаптация и реконструкция клеточных структур и др. [10—12]. Это определяется высокой функциональной активностью, мобильностью, индуцибельностью рассматриваемых клеточных органелл, обладающих громадным (до 100 представителей) набором гидролаз и оксидоредуктаз [13]. Их одновременное присутствие, а тем более синхронизированная динамика активности, представляется маловероятной, что подтверждается результатами экспериментальных исследований и этиопатогенезом наследственных лизосомных заболеваний [14, 15]. Более привлекательной является гипотеза о существовании многочисленных клонов первичных лизосом, которые содержат определенные наборы гидролаз. Предполагается не только наличие типового механизма индуктивного образования определенной клоновой популяции лизосом, но и существования в эндоплазматическом ретикулуме рецепторных участков (доменов), действующих как матрицы при формировании органеллы [16].

Лизосомы и тяжелые металлы

Предположение об участии лизосом в метаболизме тяжелых металлов было выдвинуто на основе хорошо известной способности ряда металлов (Cd²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Fe²⁺, Ni²⁺), особенно при длительном или избыточном их поступлении в организм, концентрироваться в везикулярных структурах цитоплазмы, дающих положительную гистохимическую реакцию на кислую фосфатазу или на другие лизосомные ферменты [17].

Во многочисленных работах раннего периода было показано, что эндотелиальные клетки почек, печени, костного мозга, а также другие виды клеток, особенно макрофаги, способны активно поглощать окислы и соли металлов и изолировать их в виде особых внутриклеточных везикул или гранул [18]. Ультраструктурный и биохимический анализ показал, что многие из наблюдаемых внутриклеточных частиц, обогащенных металлами, являются модифицированными или вторичными лизосомами [19, 20].

На основе способности лизосом накапливать ТМ или металлсодержащие вещества (медь, сорбит железа, коллоидное золото и др.) и изменять при этом свои седиментационные свойства были разработаны эффективные методы их избирательного выделения из гомогенатов различных тканей, что позволило более детально охарактеризовать эти органеллы [21, 22]. Использование для этих целей радиоактивных изотопов (¹¹⁰Ag) дало возможность выявить в лизосомальной мембране наличие специфических переносчиков ТМ, относящихся к классу АТФ-аз Р-типа, ответственных, в частности, за внутриклеточный транспорт ионов Cu²⁺ и Cd²⁺ [23, 24].

Было установлено, что многие металлы при длительном их поступлении в организм или в высоких концентрациях способны не только накапливаться в лизосомных везикулах различных клеток, но и индуцировать усиленное образование новых первичных лизосом и их последующее набухание [25]. Эффект индукции образования лизосом, морфологически выявляемый в виде увеличения их численности и размеров, был отчетливо продемонстрирован в гепатоцитах при циррозе печени у людей [26], в клетках почек и печени овец, отравленных медью [27], в эпителии проксимальных канальцев почек у крыс при многократном введении солей кадмия [28] и уже после однократной инъекции ацетата свинца [29], в различных участках мозга при введении крысам ацетата свинца [30], в первичных культурах астроцитов и нейронов после добавления в среду солей свинца и во множестве других исследований [31—33].

В рамках современных представлений увеличение численности и размеров лизосом, наблюдаемое при воздействии ряда металлов, можно рассматривать как одну из форм структурно-функциональной адаптации клеток, позволяющей им мобилизовать свой защитно-приспособительный потенциал, чтобы противостоять угрозе повреждения клеточных структур и нарушения гомеостаза [34]. По-существу, индукция лизосом, приводящая к повышению "емкости" лизосомного аппарата наряду с адаптивным усилением синтеза металлотионеинов и других транспортных белков, является важным компонентом общего механизма формирования резистентности клеток-мишеней к неблагоприятным воздействиям химических факторов окружающей среды и, в частности, к высоким концентрациям ТМ. Такая резистентность может реализоваться путем аккумуляции и обособления токсичного металла в лизосомных везикулах, а в случае возможного повреждения клеточных органелл токсикантом — посредством быстрой ликвидации дефектных структур с помощью лизосомного аутофагоцитоза и апоптоза [35].

Транспорт тяжелых металлов в лизосомы

Особого внимания заслуживает процесс поступления тяжелых металлов в клетки и их дальнейший транспорт в лизосомы. В настоящее время установлено, что перенос металлов через плазматическую мембрану осуществляется, главным образом, посредством эндоцитоза. Непосредственно процессу переноса предшествует образование комплекса металл-белок, в результате чего, вероятно, формируются "сигнальные" структуры, необходимые для связывания металлопротеинов с определенными мембранными белками или специфическими рецепторами. Установлено, что за перенос большинства тяжелых металлов (Cd²⁺, Cu²⁺, Pb²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺ и др.) ответственны специфические мембранные белки, способные транспортировать лишь определенные разновидности металлов [36]. В то же время поступление таких жизненно важных металлов, как железо или медь осуществляется посредством рецепторно-опосредованного (или селективного) эндоцитоза [37].

Весь процесс поступления металлов в форме металлопротеидов в лизосомы можно разделить на три стадии:
1. Адсорбция металлопротеина на поверхности клетки и образование эндоцитозных вакуолей (эндосом или пиносом),
2. Слияние эндосомы с первичной лизосомой, в результате чего образуется вторичная лизосома, содержащая гидролитические ферменты,
3. Внутрилизосомная трансформация поступивших металлопротеидов.

В настоящее время наиболее детально изучена третья стадия процесса.

Металлопротеины, транспортированные в лизосомы, подвергаются биотрансформации под влиянием катепсинов [36]. Многие металлы (кадмий, цинк, медь, серебро) связываются первоначально с металлотионеином и в такой форме транспортируются в лизосомы [38]. Железо накапливается в лизосомах в виде ферритина [9].

Для изучения особенностей трансформации металлотионеинов обычно используются бесклеточные системы, содержащие изолированные лизосомы, нагруженные различными металлотионеинами [39]. Установлено, что тионеин, не содержащий металла, подвергается очень быстрой деградации, тогда как протеoлиз нагруженных металлом (кадмий, цинк) тионеинов происходит сравнительно медленно. Различные лизосомные протеазы с различной скоростью расщепляют металлотионеины. Так, катепсин В деградирует кадмий-тионеин в 36 раз быстрее, чем катепсин С, и в 45 раз быстрее, чем катепсин Д. Основными продуктами гидролиза металлотионеинов являются аминокислоты. Однако, при деградации кадмий-тионеина было установлено, что в результате его расщепления образуются низкомолекулярные белковые фрагменты, содержащие кадмий, которые в дальнейшем транспортируются в цитозоль и там связываются с высокомолекулярными белками [40].

В последние годы особый интерес вызывают так называемые транспортные белки, отвечающие за перемещение металлов между различными компонентами клетки, в частности, между плазматической мембраной и лизосомами. Процесс переноса металлов, осуществляемый этими белками, является энергозависимым и связан с активностью особой транспортной "Р" АТФазы [41]. Транспортные белки, вероятно, специализированы, каждый из которых отвечает за перемещение и доставку определенной группы металлов. В частности, в эндотелиальных клетках почек, гепатоцитах и других клетках выявлен транспортный белок со специфичностью к кадмию, меди и серебру [27]. В эпителиальных клетках кишечника идентифицирован универсальный белок-транспортер с широкой специфичностью для железа, цинка, меди, кадмия и никеля [14].

Как теперь установлено, внутриклеточному транспорту металлов свойственна цикличность процессов. Многие авторы транспортные белки, связанные с функционированием "Р" АТФазы, рассматривают как "челночные системы", перемещающиеся в двух противоположных направлениях. В первой половине цикла они освобождаются от металлопротеина (или металла) посредством слияния с лизосомами, а затем опять движутся к плазматической мембране или к другим структурам [27].

Детальный механизм внутриклеточного транспорта металлов пока не расшифрован. Известно, что этот процесс зависит от состояния микротрубочек и микрофиламентов цитоскелета. Так, соединения, нарушавшие структуру микротрубочек и микрофиламентов (цитохалазин В и др.), подавляли процесс внутриклеточного перемещения металлов [42].

В свете важности приписываемой транспортной системе функции в накоплении металлов в лизосомах, несомненно, что нарушения в этой системе могут приводить к серьезным патологическим последствиям. Австралийские исследователи, изучая роль лизосом в патогенезе повреждения печени при хроническом отравлении медью, установили эффект неэффективного концентрирования металла. Оказалось, что на начальной стадии отравления (прегемолитический период) концентрация меди в лизосомах возрастает, и параллельно увеличивается количество электронно-плотных лизосом, содержащих этот металл. В то же время на гемолитической стадии процесса индукция лизосом ослаблена и резко снижено количество "плотных" лизосом. При этом наблюдается накопление токсичных количеств меди в цитозоле гепатоцитов, что и обусловливает их некроз. Авторы показали, что накопление меди в цитозоле клеток связано с инактивацией системы транспорта меди в лизосомы [42].

Одна из наиболее известных форм патологии медного обмена — гепатолентикулярная дегенерация (болезнь Вильсона), проявляющаяся накоплением меди в печени, как теперь установлено, также связана с некоторым типом повреждения транспортной системы [41]. При болезни Менкеса, представляющей собой наследственное дегенеративное заболевание, сочетающееся с циррозом печени, наблюдается аккумуляция меди в различных органах. При этом установлено неэффективное концентрирование меди в лизосомах, связанное с дефектом в работе транспортной системы [42].

Важная роль транспортной системы, в том числе и АТФазы Р-типа, в накоплении ряда металлов в лизосомах вполне доказана [43]. Кроме того, необходимо учитывать тот факт, что лизосомные структуры и, особенно, матрикс способствуют концентрированию и удержанию катионов металлов. Наличие в матриксе отрицательно заряженных макромолекул (таких, как гликопротеиды и фосфолипиды) создает благоприятные условия для связывания катионов металлов, высвобождавшихся при расщеплении металлопротеинов катепсинами в лизосомах. Есть основания полагать, что в популяции электронно-плотных лизосом (плотные тельца), которые обычно подвергаются выбросу из клеток путем экзоцитоза, значительная часть металлов находится не в форме металлотионеинов, а связана с макромолекулами матрикса лизосом.

Накопление и распределение тяжелых металлов в клеточных структурах

Значительная часть информации о степени накопления и содержании в лизосомах различных металлов была получена в опытах с применением метода дифференциального центрифугирования гомогенатов тканей. Так, Уэбб [44] приводит данные о внутриклеточном распределении экзогенного кадмия в печени, почках, кишечнике и поджелудочной железе у крыс, получавших перорально хлорид кадмия (10 мг/кг в день, в течение 30 дней). Автор отмечает, что, несмотря на различное содержание кадмия в разных органах, наблюдается сходное распределение метала в субклеточных фракциях ядер (4—5%), митохондрий (7—8,5%), лизосом (6—7,8%), микросом (2,5—3,0%) и цитозоля (75—81%). Другие авторы обнаружили в митохондриально-лизосомной фракции почек 8,5—11% и печени 9,6—11,3% кадмия от общего его содержания в этих органах у крыс [40]. Во многом аналогичные данные были получены в опытах по внутриклеточному распределению меди в почках и печени овец, отравленных медью [45]. Если учесть, что на долю лизосом приходится не более 2—3% общего объема клеток, а выход частиц при центрифугировании составлял не более 50%, то истинная концентрация кадмия и других металлов в лизосомах в несколько раз выше, чем в других субклеточных структурах, что согласуется с данными морфологических исследований.

Важно отметить, что интерпретация биохимических исследований по внутриклеточному распределению металлов и установлению содержания их во фракции лизосом, особенно при хроническим поступлении металлов в организм, требует более осторожного подхода и связана с несовершенством методов фракционирования субклеточных частиц и гетерогенностью лизосом [46]. Как известно, лизосомы (особенно вторичные) представляют собой крайне неоднородную популяцию органелл, которые в процессе функционирования (накопления веществ, переваривания, слияния с другими везикулами) претерпевают различные морфологические трансформации, приобретая при этом различные формы, размеры и плотности. Особым разнообразием отличаются лизосомы при патологических состояниях и воздействии различных токсикантов [3, 15]. Кроме того, в ряде случаев (например, при гормональной индукции, физической нагрузке, в том числе и при избыточном поступлении ряда металлов) лизосомы могут скапливаться вокруг клеточных ядер и прочно ассоциироваться с ядерной оболочкой [15], обогащая таким образом ядерную фракцию лизосомными компонентами.

Поэтому во многих работах по изучению внутриклеточного распределения металлов с помощью метода дифференциального центрифугирования полученная информация, вероятно, не отражает истинный уровень содержания металлов в лизосомной или лизосомно-митоходриальной фракциях, так как при поступлении металлов значительная часть лизосом (иногда даже преобладающая) может трансформироваться и изменить свои седиментационные свойства [16].

Убедительные данные, подтверждающие эту точку зрения, были получены канадскими исследователями [45]. Авторы изучали особенности внутриклеточного распределения меди в почках и печени овец при хроническом отравлении этим металлом. Было установлено, что по мере удлинения срока поступления меди в организм ее количество возрастало в тяжелых субклеточных фракциях (митохондрии, ядра) печени и почек. При этом в тяжелых фракциях пропорционально увеличивалась активность маркерного фермента лизосом — кислой фосфатазы. Ультраструктурный анализ выявил наличие в тяжелых фракциях митохондрий и ядер модифицированных и электронно-плотных лизосом, содержащих медь. Авторы делают заключение, что основной клеточной органеллой (кроме цитозоля), в которой происходит накопление меди, являются лизосомы. Во многом аналогичные результаты были получены при хроническом поступлении ртути в организм [17]. Так, после 6 месяцев введения крысам хлорида ртути наблюдается возрастание содержания металла в ядерной, митохондриальной и лизосомной фракциях почек без увеличения концентрации в цитозоле. В более поздние сроки ртуть продолжала накапливаться только в лизосомах. Существенно не отличались по внутриклеточному распределению ртути такие органы, как печень и головной мозг.

Выявленный повышенный уровень ртути в ядерной и митохондриальной фракциях в значительной мере можно объяснить наличием в этих фракциях электронно-плотных лизосом, обогащенных этим металлом. Можно утверждать, что индуцированные поступлением металлов трансформации лизосом не всегда учитывались во многих работах по изучению внутриклеточного распределения металлов в различных клетках, что приводило к получению заниженных величин содержания металлов в лизосомах и, как следствие, часто к неправильной интерпретации результатов.

Тяжелые металлы и активность лизосомальных ферментов

Во многочисленных биохимических и гистохимических исследованиях показаны изменения активности лизосомных ферментов под влиянием различных металлов [1, 17]. Наиболее часто эти изменения, вероятно, связаны с тем, что металлы, высвобождающиеся при гидролизе металлопротеинов в лизосомах или находящиеся в цитозоле в виде ионов, нередко изменяют свойства лизосомных мембран. При этом наиболее часто наблюдается лабилизация лизосом, сопровождающаяся выходом ферментов в цитозоль. Однако возможна и стабилизация мембран этих органелл.

Так, лабилизирующее действие на мембраны лизосом почек и печени, сопровождающееся увеличением свободной активности кислой фосфатазы, b-галактозидазы и b-глюкоронидазы, отмечено под влиянием неорганических соединений ртути [17], ацетата свинца [47] и хрома [48]. При этом хлорид кадмия приводит к избирательному высвобождению b-глюкоронидазы, но не кислой фосфатазы из лизосом легких у крыс [24].

Еще одна причина изменения активности лизосомных ферментов может быть связана с избирательной инактивацией определенных гидролаз тяжелыми металлами. Так, ингибирующий эффект меди установлен для кислой фосфатазы печени [49] и холинэстеразы лизосом макрофагов [50] у крыс. Кадмий избирательно инактивирует кислую фосфатазу лизосом легких [24] и катепсина Д лизосом почек [51]. Подробные сведения об особенностях модифицирующего действия различных металлов на ферменты лизосом различных органов и тканей приведены в монографии И.М. Транхтенберга и соавт. [17]. Тем не менее, появляются все новые данные, свидетельствующие о сложном характере такого рода взаимодействий и неоднозначности их биологической роли в организме.

Необходимо отметить, что если лизосомная мембрана повреждается и происходит выход гидролитических ферментов, то расположенные рядом с лизосомами структуры подвергаются ферментативной атаке. В результате может развиться выраженное повреждение клеточных структур и макромолекул [10, 46]. С другой стороны, стабилизация лизосомных мембран, наблюдаемая при введении низких доз ацетата свинца [32], как правило, приводит к ослаблению взаимодействия (слияния) лизосом с другими везикулярными структурами (эндосомы, аутофагосомы), что сопровождается нарушением транспортных процессов или аутофаговой функции клеток.

Важное значение в механизме отравления тяжелыми металлами (в частности медью или кадмием) имеет приобретенный в результате их хронического действия дефицит определенных гидролитических ферментов в виде избирательной инактивации катепсинов или эстераз [52, 53]. Развивающийся дефицит ферментов, наряду с другими токсическими эффектами, ведет к ослаблению или глубокому нарушению аутофаговой или других функций лизосом, что в итоге проявляется тяжелой клеточной патологией, нередко приводящей к дегенерации тканей или некрозу.

Тяжелые металлы и аутофагоцитоз

Один из основных механизмов цитотоксического действия многих тяжелых металлов, вероятно, связан с нарушением аутофаговой функции лизосом. В последнее время аутофагоцитоз стал привлекать пристальное внимание в связи с установлением ключевой роли этого процесса в удалении функционально неполноценных клеточных структур и замещении их на аналогичные новые, что, в итоге, имеет жизненно важное значение для адаптации и выживания клеток и организма в целом при различных экстремальных состояниях, в том числе и при воздействии токсических агентов [11, 54].

С помощью аутофагоцитоза клеточные органеллы или участки цитоплазмы (в основном изношенные или поврежденные) изолируются мембраной от остальных частей клетки (секвестрация) в виде так называемых аутофаговых вакуолей или аутофагосом. Затем происходит слияние аутофагосом с первичными лизосомами и образуются аутофаголизосомы, уже содержащие гидролитические ферменты. В функциональном аспекте формируется единая аутофагово-лизосомная система, осуществляющая переваривание секвестрированных клеточных структур, таких как набухшие митохондрии, фрагменты мембран, кластеры рибосом и др. Процесс аутофагоцитоза может быть полным иди частичным. При неполном переваривании в аутофаголизосомах обнаруживаются остатки структур, которые могут быть удалены из клеток путем экзоцитоза. Важно отметить, что при нормальных физиологических условиях аутофаговые вакуоли редко наблюдаются в клетках интактных животных, что связано с коротким (8—10 мин) периодом полужизни этих везикул и часто сравнительно небольшим количеством структур, подлежащих удалению. Кроме того, в норме лизосомы легко сливаются с аутофагосомами, и процесс переваривания секвестрированного материала происходит сравнительно быстро [11, 54]. Выраженный аутофагоцитоз обычно наблюдается при воздействии различных химических и физических факторов. Такой аутофагоцитоз получил название индуцированного. В качестве индукторов аутофагоцитоза наиболее часто используются этионин, диметилнитрозамин, а также хлористый кадмий [11].

Ряд авторов [51, 55], изучая ультраструктурные изменения в различных клетках животных после введения относительно высоких доз хлористого кадмия, обнаружили увеличенные лизосомы и аутофаговые вакуоли в эндотелиальных клетках почки. При этом увеличенные аутофаговые вакуоли содержали поврежденные митохондрии и различные фрагменты цитоплазматических структур. Вероятно, часть поврежденных митохондрий распадается в аутофаговых вакуолях, в которых обнаружена кислая фосфатаза. Авторы полагают, что при определенных условиях может происходить перераспределение кадмия из типичных "плотных" лизосом в аутофаговые вакуоли, которые далее трансформируются в "останочные" тельца, подвергающиеся экзоцитозу.

При изучении влияния сульфита двухвалентного железа на гепатоциты и культуру клеток Heia помимо увеличения лизосом было обнаружено образование множества аутофагических вакуолей [9], а при перегрузке железом (введенным либо с пищей, либо парэнтерально) в клетках печени у крыс отмечено образование аутофагических вакуолей, заключающих часть цитоплазмы, содержащей частички железа в виде ферритина [9, 10]. Повышенное количество аутофагосом в эритробластах отмечено при остром отравлении животных свинцом [17].

Несмотря на то, что феномен аутофагоцитоза, индуцированного ТМ, как и многими другими токсикантами, описан сравнительно давно, ряд аспектов механизма развития и особенности его проявления, имеющие принципиальное значение для понимания цитотоксического действия металлов, остаются еще не ясными и настоятельно требуют дальнейших исследований.

Заключение

Лизосомы являются специализированными клеточными структурами, активно участвующими в процессах клеточного связывания, накопления и элиминации ТМ из организма. Лизосомальная система реагирует путем индукции процесса образования лизосом, адаптивного синтеза ферментов, усиления аутофагоцитоза, направленного апоптоза и экзоцитоза при экспонировании клеток и организма в целом ТМ, организуя тем самым механизмы защиты от действия ксенобиотиков на клеточном уровне (рис. 2). В то же время, при массивном поступлении ТМ в организм лизосомальный аппарат клеток становится не только мишенью для данной группы химических веществ и их соединений (прежде всего в виде металлопротеиновых комплексов), но также играет важную роль в патогенетических механизмах интоксикаций. Важной вехой в развитии исследований в этом направлении явились работы де Дюва и его последователей, создавших концепцию о лизосомотропных веществах, способных избирательно накапливаться в лизосомах, к числу которых относятся тяжелые металлы. Однако, под влиянием новых данных некоторые положения концепции (в частности, об избирательном накоплении металлов в лизосомах) были несколько пересмотрены. Оказалось, что из-за постоянно протекающих процессов реорганизации структуры клетки и динамичности клеточного метаболизма нельзя достичь локализации тех или иных веществ исключительно в лизосомах. Поэтому одной из важных задач будущих исследований является изучение взаимосвязей, определяющих соотношение уровней накопления и способы детоксикации ТМ в различных компартментах клетки, выяснение кооперативных процессов, осуществляемых разными видами клеток, а также участие в них различных регуляторных и управляющих систем.

В заключение следует отметить, что исследование роли лизосом в метаболизме и выведении ТМ является важной основой для общего понимания механизма защиты и повреждения клеток при нагрузках химическими веществами экзогенного и эндогенного происхождения. Анализ литературных источников показывает, что, несмотря на актуальность проблемы, известно еще сравнительно немного о конкретных системах (клеточных и метаболических), обеспечивающих доставку металлов в лизосомы, о внутрилизосомной трансформации металлопротеинов и процессах, осуществляющих внутриклеточное перемещение и удаление металлов из лизосом в цитозоль и внеклеточную среду. В этой области существует много нерешенных задач, имеющих большое теоретическое и прикладное значение, что делает ее актуальным и перспективным направлением современной биохимической токсикологии.

Литература
1. Трахтенберг И.М., Шафран Л.М. Тиоловые яды // Общая токсикология / Под ред. Б.А. Курдляндского, В.А. Филова. —М.: Медицина, 2002. —С. 111—175.
2. Куценко С.А. Основы токсикологии. —С-Пб., 2002.
3. Sang-Oh Yoon, Chang-Hyun Yun, An-Sik Chung. Dose effect of oxidative stress on signal transduction in ageing // Mechan. Ageing a. Develop. —2002. —V. 123, N12. —P. 1597—1604.
4. Aposhian M.M., Maiorino R.M., Zhaofa Xu Z., Aposhian H.V. Sodium 2,3-dimercapto-1-propanesulfonate (DMPS) treatment does not redistribute lead or mercury to the brain of rats / Toxicology. —1996. -V. 109, Is. 1. —P. 49—55.
5. Freitas A.J., Rocha J.B., Wolosker H., Souza D.O.G. Effects of Hg²⁺ and CH₃Hg⁺ on Ca²⁺ fluxes in rat brain microsomes // Brain Research. —1996. —V. 738, Is. 2. —P. 257—264.
6. Andrews, G.K.Regulation of metallothionein gene expression by oxidative stress and metal ions // Biochem. Pharmacol. —2000. —V. 59, —N1. —P. 95—104.
7. Дин Р.Т. Методы выделения лизосом // В кн.: Лизосомы (под ред. Дж. Дингла). —М.: "Мир", 1980. —С. 9—24
8. Баррет А.Д., Xти М.Ф. Лизосомные ферменты // В кн.: Лизосомы (под ред. Дж. Дингла). —М.: "Мир", 1980. —С. 25—149.
9. Шелленс Д.ПМ., Димс В.Т., Эмейс Д.Д. Электронно-микростатическая идентификация лизосом // В кн.: Лизосомы (под ред. Дж. Дингла). —М.: "Мир", 1980. —С. 157—218.
10. Каллахана Д.В., Лоуден Д.А. Лизосомы и лизосомные болезни накопления. —М.: "Медицина", 1984. —448 с.
11. Короленко Т.А. Катаболизм белка в лизосомах. Новосибирск: "Наука", 1990. —189 с.
12. Tjelle T.E., Lovdal T., Berg T. Phagosome dynamics and function // Bioessays. —2000. —V. 22, N3. —P. 255—263.
13. Matsuoka M., Wispriyono B., Iryo Y., Igisu H. Mercury chloride activates c-Jun N-terminal kinase and induces c-jun expression in LLC-PK1 cells // Toxicol. Sci. —2000. —V. 53, N2. —P. 361—368.
14. Авцын А.П., Жаворонков А.Л., Рим А.А., Строчкова Л.С. Микроэлементозы человека, —М.: "Медицина", 1991. —496 с.
15. Asmuss, M.; Mullenders, L.H.; Eker, A.; Hartwig, A.Differential effects of toxic metal compounds on the activities of Fpg and XPA, two zinc finger proteins involved in DNA repair // Carcinogenesis. —2000. —V. 21, N11. —P. 2097—2104.
16. Эванз У.Г. Органеллы и мембраны животной клетки // В кн.: Биологические мембраны (под ред. Д. Эванза). —М.: "Мир", 1990. —С. 13—61.
17. Трахтенберг И.М., Колесников В.С., Луковенко В.П. Тяжелые металлы во внешней среде. —Минск: "Навука і Тэхніка", 1994. —285 с.
18. Soto M., Cajaraville M.P., Angulo E., Marigomez I. Autometallographic localization of protein-bound copper and zinc in the common winkle, Littorina littorea: a light microscopical study // Histochem. J. —1996. —V. 28, N10. —P. 689—701.
19. Yagi A., Hayashi H., Higuchi T., Hishida N., Sakamoto N. Three stages of copper accumulstion in hepatocellular lysosomes: x-ray microanalysis of copper-loaded golden hamsters // Int J Exp Pathol. —1992. —V 73, N1. —P. 85—94.
20. Kodama H., Abe T., Takama M., Takahashi I., Kodama M., Nishimura M. Histochemical localization of copper in the intestine and kidney of macular mice: light and electron microscopic study // J. histochem Cytochem. —1993. —V. 41, N10. —P. 1529—35.
21. Razmiafshari M., Kao J., d'Avignon A., Zawia N.H. NMR identification of heavy metal-binding sites in a synthetic zinc finger peptide: toxicological implications for the interactions of xenobiotic metals with zinc finger proteins // Toxicol. Appl. Pharmacol. —2001. —V. 172, N1. —P. 1—10.
22. Harris D. CH TAY, CHEN J., CHEN L., Nankivell B.J. Mechanisms of iron-induced proximal tubule injury in rat remnant kidney // Amer. J. Physiol. —1995. —V. 269, N2.(2). —P. 218—224.
23. Kumaratilake J.S., Howell J.M. Intravenously administreted tetra-thiomolybdate and the removal of copper from the liver of copper-loaded sheep // J Comp Pathol. —1989. —P. 177—199.
24. Giri S.N., Hollinger M.A. Effect of cadmium on lung lysosomal enzymes in vitro // Arch. Toxicol. —1995. —V. 69, N5. —P. 341—345.
25. Kurasaki M., Okabe M., Saito S., Suzuki-Kurasaki M. Copper metabolismin the kidney of rats administered copper and coper-metallothionein // Am. J. Physiol. —1998. —V. 274, N4. —P. 783—790.
26. Takeshima H., Yagi A., Yano M., Sakamoto. Hepatic copper accumulstion in patients with primary biliary cirrhosis // Nagoya J. med. Sci. —1993. —V. 55, N1-4. —P. 115—123.
27. Havelaar I., De Gast S., Snijders B. Characterization of a heavy metal ion transporter in the lysosomal membrane // FEBS Letters. —1998. —V. 436. —P. 223—227.
28. Schnider P., Korolenko T.A., Busch U. A review of drug-induced lysosomal disorders of the liver in man and laboratory animals // Microscopy research and technique. —1997. —V. 86. —P. 253—275.
29. Nakagawa K., Asami M. Lack of correlation between lysosomal enzyme activity and ascorbic acid content in brain of lead-treated animals // Toxicol. Lett. —1986. —V. 30, N3. —P. 219—222.
30. Kaji T., Suzuki M., Yamamoto C. et al. Severe damage of cultured vascular endothelial cell monolayer after simultaneous exposure to cadmium and lead // Arch. Environ. Contam. Toxicol. —1995. —V. 54, N4. —P. 501—506.
31. Revis N.W., Zinsmeister A.R., Bull R. Atherosclerosis and hyperteusion induction by lead and cadmium ions: an effect prevented by calcium ion // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. Biol. Sci. —1981. —V. 78, N10. —P. 6494—6498.
32. Orsi E.V., Bavlsik M., Petersheim M., Baturay O.F. Lysosome response and cytoskeleton alteration in cell cultures exposed to airborne lead // EXS. —1987. —V. 51. —P. 243—248.
33. Berry J.P. The role of lysosomes in the selective concentration of mineral elements. A microanalytical study // Cell. mol. Biol. —1996. —V. 42, N3. —P. 395—411.
34. Панин Л.Е., Маянская И.Н. Лизосомы: роль в адаптации и восстановлении // Новосибирск: "Наука", 1987. —198 с.
35. Gupta A.., Gupta Ai.,Shukla G.S. Development of brain free radical scavenging system and lipid peroxidation under the influence of gestational and lactational cadmium exposure // Hum. Exp. Toxicol. —1995. —V. 14, N5. —P. 428—433.
36. Mehra R.k., Bremner I. Studies on the metabolism of rat liver copper-metallothionein // Biochem. J. —1985. —V. 227, N3. —P. 903—908.
37. Morgan E., Baker E. Iron uptake and metabolism by hepatocytes // Fed. Proc. —1986. —V. 45, N12. —P. 2810—2816.
38. Ogra Y., Suzuki K.T. Nuclear trafficking of metallothionein: possible mechanisms and current knowledge//Cell Mol Biol (Noisy-le-grand). —2000. —V. 46, N2. —P. 357—365.
39. McKim J.M. Jr., Choudhuri S., Klaassen C.D. In vitro degradation of apo-, zinc-, and cadmium- metallothionein by cathepsins B, c, and D // Toxicol. Appl. Pharmacol. —1992. —V. 116, N1. —P. 117—124.
40. Min K.S., Nakatsubo T., Fujita Y., Onosaka S., Tanaka K. Degradation of cadmium metallothionein in vitro by lysosomal proteases // Toxicol. Appl. Pharmacol. —1992. —V. 113, N2. —P. 299—305.
41. Dijikstra M., van den Berg G.J., Wolters H., In't Veld G., Slooff M.J., Heymans H.S., Kuipers F., Vonk R.J. Adenosine triphosphate-dependent copper transportin human liver // J. Hepathol. —1996. —V. 25, N1. —P. 37—42.
42. Howell J.M. Lysosomes in the pathogenesis of liver injury in chronic copper poisoned sheep: an ultastructural and morphmetric studi // J. Comp. Pathol. —1989. —V. 100, N4. —P. 381—390.
43. Baba M., Osumi M., Scott S.V., Klionsky D.J., Ohsumi Y. Two distinct pathways for targeting proteins from the cytoplasm to the vacuole / lysosome // J. Cell. Biol. —1997. —V. 139, N7. —P. 1687—1695.
44. Webb M. Interactions of cadmium with cellular components // Chem. Biochem. Biol. Cadmium. —Amsterdam e.a. —1979. —P. 285—340.
45. Goonerate S.R., Howell J.M., Gawthorne J.M., Kumaratilake J.S. Subcellular distribution of copper in the kidneys of normal, copper-poisoned, and thiomolybdate-treated sheep // Inorg. Biochem. —1989. —V. 35, N1. —P. 23—36.
46. Покровский А.А. Тутельян В.А. Лизосомы. —М.: Наука, 1976. —382 с.
47. Меркурьева Р.В., Коганова З.И., Габдуллина М.Х. Сравнительные исследования метаболических реакций при различных путях поступления хрома в организм животных // Гиг. и сан. —1982. —№8. —С. 44—47.
48. Меркурьева Р.В., Литвинов Н.И., Прокопенко Ю.И. и др. Биохимические критерии гигиенической оценки различных биологических эффектов химических факторов окружающей среды // Гиг. и сан. —1981. —№9. —С. 22—25.
49. Tanaka M., Iio T., Tabata T. Cupric ion- dependent inhibition of lysosomal acid cholesteryl ester hydrolase in the presense of hydroxylamine // Lipids. —1988. —V. 23, N2. —P. 126—130.
50. Tanaka M. Effect of cupric ion on cholesteryl ester hydrolysis un rat peritoneal macrophages // Biol. Pharm. Bull. —1993. —V. 16, N2. —P. 125—127.
51. McKim J.M. Jr., Choudhuri S., Klaassen C.D. In vitro degradation of apo-, zinc-, and cadmium- metallothionein by cathepsins B, c, and D // Toxicol. Appl. Pharmacol. —1992. —V. 116, N1. —P. 117—124.
52. Zak I., Steibert E. Biochemiczne aspekty toksykologu kadmu. // Post.hig.i med.dosw. —1980. —V34, №3. —P 249—272.
53. Zhong C., Ling I., Wu Z. Distribution of lead in renal proximal convoluted tubules of lead-poisoned rats // J.Electron.Microsc.techn. —1987. —V. 7, №2. —P. 132—136.
54. Глебов Р.Н. Эндоцитоз и экзоцитоз. —М.: "Высшая школа", 1987. —95 с.
55. Kajikawa K., Nakanishi I., Kuroda K. Morphological changes of the kidney and bone of rats in chronic cadmium poisoning // Exp. Mol. Pathol. —1981. —V. 34. —P. 9—24.

| Зміст |