Апопто́з (др.-греч. ἀπόπτωσις — опадание листьев) — регулируемый процесс программируемой клеточной гибели, в результате которого клетка распадается на отдельные апоптотические тельца, ограниченные плазматической мембраной. Фрагменты погибшей клетки обычно очень быстро (в среднем за 90 минут) фагоцитируются макрофагами либо соседними клетками, минуя развитие воспалительной реакции. Морфологически регистрируемый процесс апоптоза продолжается 1—3 часа. Одной из основных функций апоптоза является уничтожение дефектных (повреждённых, мутантных, инфицированных) клеток. В многоклеточных организмах апоптоз к тому же задействован в процессах дифференциации и морфогенеза, в поддержании клеточного гомеостаза, в обеспечении важных аспектов развития и функционирования иммунной системы. Апоптоз наблюдается у всех эукариотов, начиная от одноклеточныхпростейших и вплоть до высших организмов. В программируемой смерти прокариотов участвуют функциональные аналоги эукариотических белков апоптоза.
Исследования программируемой клеточной смерти ведутся с конца 1960-х годов. Термин «апоптоз» был впервые употреблён в 1972 году в работе британских учёных — Дж. Керра, Э. Уайли и А. Керри. Одними из первых к изучению генетики и молекулярных механизмов апоптоза приступили С. Бреннер, Дж. Салстон и Р. Хорвиц, все трое в 2002 годубыли удостоены Нобелевской премии по физиологии или медицине за открытия в области генетической регуляции развития органов и за достижения в исследованиях программируемой клеточной смерти. В настоящее время установлены основные механизмы реализации апоптоза в эукариотических клетках, активно ведутся исследования регуляторов и активаторов апоптоза. Интерес учёных связан с возможностью применения знаний о программируемой клеточной смерти в медицине при лечении онкологических, аутоиммунных и нейродегенеративных заболеваний.
- Апоптоз и патологический процесс
Апоптоз, является неотъемлемой составляющей патологических процессов. Учитывая роль апоптоза в осуществлении клеточных процессов, можно полагать, что недостаточность проявлений апоптоза отражается на процессах патоморфоза, элиминации клеток с генетическими поломками, становления аутотолерантности и выражается в форме разного рода дефектов развития, аутоиммунных процессов и злокачественных опухолей. Большую группу заболеваний, к генезу которых имеет отношение подавление апоптоза, образуют злокачественные опухоли, особенно имеющие гематогенное происхождение. В этом случае ключевым событием, способствующим развитию патологии, чаще всего служат соматические мутации, затрагивающие ген р53 [39]. Выше упоминалось, что фактор р53 трансформирует сигнал о нерепарированных разрывах цепей ДНК в сигнал к развитию апоптоза. Благодаря этому элиминируются клетки с повреждениями генетического аппарата. В нормальных клетках белок р53 не выявляется, а при опухолях его мутантную форму синтезируют до 70 % трансформированных клеток. Однако большой разброс частоты мутаций р53 при различных злокачественных опухолях пока не позволяет сделать универсального заключения относительно его роли в патогенезе злокачественных процессов.
- Механизмы влияния опухоли на апоптоз
Различное по степени и длительности угнетение процесса апоптоза сопровождается развитием различных солидных и особенно гематогенных злокачественных опухолей. Особо важная роль в их развитии принадлежит соматическим мутациям или дефициту гена р53. В клетках с нерепарированными разрывами цепей ДНК при участии нормального гена р53 формируется сигнал к развитию апоптоза. В большинстве злокачественно трансформированных клеток образуется мутантная (аномальная) форма гена р53, неспособная индуцировать апоптоз. Такие клетки утрачивают нормальные связи с межклеточным матриксом и другими клетками микроокружения, не подвергаются апоптозу, а продолжают интенсивно делиться и метастазировать. В основе развития некоторых типов лимфом лежат транслокации гена bcl-2, когда он перемещается из хромосомы 18 к гену IgH хромосомы 14. Следствие этих хромосмных транслокаций — гиперэкспрессия гена bcl-2 и повышение резистентности генетически измененных клеток к индукции апоптоза. Показано, что под влиянием различных онкогенов (особенно bcl-2) опухолевые клетки становятся резистентными к действию различных физических и химических (в том числе химиотерапевтических) веществ, которые в нормальных клетках всегда индуцируют апоптоз. То есть, в опухолевых клетках процессы апоптоза обычно подавляются благодаря антиапоптозному действию некоторых генов (bcl-2, c-fos и др.). В то же время известно, что гиперэкспрессия онкогенов (например, с-тус) в зависимости от условий, приводит к активизации либо пролиферации, либо апоптозной гибели клеток. Последняя обусловлена действием различных физиологически активных компонентов цитотоксических гранул, особенно, перфоринов и гранзимов, которые при совместном действии способны активировать продукцию серинэстеразы, ответственной за индукцию фрагментации ДНК клеток-мишений и в целом за индукцию процесса их апоптоза. В гиперплазированнои (опухолевой) ткани возможен и прямой, независимый от действия цитотоксических гранул, механизм развития апоптоза клеток и регрессии опухоли через молекулы рецептора Fas, расположенные на поверхности клеток. Апоптоз в опухолевых клетках может активироваться под действием у-излучения, УФО, гипертермии, гипотермии, под влиянием цитокинов ИЛ-4, ИЛ-10, а-ФНО и др., a также под действием ряда химиотерапевтических препаратов (цисплатин, этопозид, тенипозид и др.). Однако способность опухолевых клеток к апоптозу под влиянием указанных выше средств неустойчива и ограниченна. В настоящее время считают доказанным, что и трансформация, и прогрессирующий рост клеточного клона зависят не только от онкогенных сигналов, но и от дополнительных антиапоптозных сигналов, обусловленных активностью внутриклеточных ингибиторов апоптоза. То есть апоптоз играет определённую контролирующую роль в противоопухолевой защите. Важную роль в угнетении апоптоза в опухолевых клетках играют (кроме отмеченных выше) следующие патогенетические факторы: • снижение содержания НАД+ и АТФ; • повышение образования активных форм кислорода (Н202, 02 и др.); • увеличение продукции N0 (в результате резкой активации iNOS); • уменьшение активности антиоксидантных ферментов и количества антиоксидантных витаминов и микроэлементов.
Чем выраженнее эти, главным образом, внутриклеточные сдвиги, тем более прогрессивно развивается опухоль. Одновременно отмечено, что усиленно образующиеся в опухоли Н202, 02, ОН и N0 существенно ослабляют противоопухолевый эффект цитостатиков и способствуют развитию некроза опухолевых клеток. Н202 угнетает апоптоз, препятствуя захвату макрофагами апоптотически изменённых клеток. Избыток свободных радикалов, угнетая продукцию АТФ в клетке, также сопровождается блокадой различных звеньев апоптоза (выхода на поверхность клетки молекул фосфатидилсерина, активации каспаз). Антиоксиданты не только уменьшают количество свободных радикалов, но и способны даже в присутствии Н202 поддерживать необходимый для жизнедеятельности клеток уровень АТФ. Более того, на фоне введенных в организм антиоксидантов усиливается противоопухолевый эффект цитостатиков, главным образом, за счёт активизации процесса апоптоза. Показано, что в отсутствие Н202 цитостатики проявляют максимальный противоопухолевый эффект, усиливая гибель опухолевых клеток путём активации апоптоза. Избыточно образующийся при опухолевом (оксидативном) стрессе N0 приводит у онкологических больных к выраженным как цитотоксическим, так и гипотензивным эффектам. Эти нежелательные клинические эффекты N0 можно существенно ослабить путём применения ряда препаратов: • цианкобаламина в больших дозах (10 мг/кг); • глюкокортикоидов, способных ингибировать iNOS; • аргиназы, способной разрушать предшественник N0 — L-аргинин.
В заключение следует отметить, что нарушение или блокада механизмов апоптоза способствуют развитию и ускорению роста злокачественных опухолей.
