Особенности обмена глюкозы по пентозофосфатному пути в эритроцитах матерей и новорожденных с герпесной патологией

УДК 612.122.1:615.155.1:616-053.31:616.523 И. А. Андриевская

ОСОБЕННОСТИ ОБМЕНА ГЛЮКОЗЫ ПО ПЕНТОЗОФОСФАТНОМУ ПУТИ В ЭРИТРОЦИТАХ МАТЕРЕЙ И НОВОРОЖДЕННЫХ С ГЕРПЕСНОЙ ПАТОЛОГИЕЙ

ГУ Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания СО РАМН

РЕЗЮМЕ

Настоящая работа посвящена изучению профиля активности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы эритроцитов матерей и новорожденных и симпласта хориона, а также показателей устойчивости к окислительному стрессу по скорости образования восстановленного НАДФН в ходе окислительновосстановительных реакций компонентов глута-тионредуктазной системы. Выявлено подавление активности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы и сопряженных с ней глутатионредуктазы и глута-тионпероксидазы во всех компонентах системы «мать-плацента-плод» в период наивысшей герпесной интоксикации (титр антител 1:64001:12800).

SUMMARY

I.A.Andrievskaya

GLUCOSE METABOLISM IN PENTOSE

PHOSPHATE MODE IN ERYTHROTHYTES IN MOTHERS AND NEWBORNS WITH HERPETIC PATHOLOGY

The purpose of the study was to investigate activity profile of glucose-6-

phosphatedehydrogenase in erythrocytes of mothers and newborns with herpetic infection, chorion symplast as well as resistance values to oxidative process determined by formation rate of recovered NADPH during redox reaction of glutationreductase system. The activity of glu-cose-6-phosphatede-hydrogenase and related enzymes glutationreductase and glutationperoxi-dase was reduced in all components of ”mother-placenta-fetus system”at the heigh herpetic intoxication (antibody titer 1:6400-1:12800).

Вирус простого герпеса - один из наиболее распространенных возбудителей, играющих важную роль в патологии беременности и структуре перинатальной смертности [3]. В последнее время актуальной становится проблема взаимосвязи хронических вирусных инфекций, в том числе герпетической, и спровоцированными ими аутоиммунными состояниями, а также целым комплексом метаболических отклонений, создающих определенный дефицит в энергообеспеченности тканей матери и плода во время беременности. Патогенез развития этих взаимоотношений не совсем ясен.

Известно, что генерализация латентно-персистирующей герпес-вирусной инфекции в организме беременной приводит к формированию дефекта

проницаемости плазматической мембраны клеточных элементов и фетоплацентарного барьера за счет выработки активных форм кислорода при усилении процессов перекисного окисления липидов [4]. Обусловленное этим нарушение мембранного транспорта тесно связано с процессами энергетического обмена, который регулируется одним из ключевых ферментов гликолитического окисления глюкозы - глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой. Выбор данного фермента не случаен и обусловлен особенностями энергообмена как в эритроцитах матерей и новорожденных, так и в тканях плаценты. Глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа входит в единый функциональный комплекс, оказывающий существенное влияние на окислительновосстановительный потенциал клетки, регулируя внутриклеточное соотношение окисленных и восстановленных форм глутатиона, определяющих резистентность организма матери и новорожденного к окислительному повреждению мембран в условиях стресса.

В доступной нам литературе имеются лишь единичные факты изучения состояния обмена глюкозы при патологической беременности и в норме, которые зачастую носят разноречивый характер [2, 6, 7]. Сведений об участии глюкозо-6-фосфатде-гидрогеназы в пентозном цикле и регуляции соотношений восстановленной и окисленной форм глу-татиона при беременности, осложненной герпесвирусной инфекцией, мы не обнаружили. Поэтому целью нашей работы явилось одновременное изучение изменений активности основных ферментов гликолиза - глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, глу-татионредуктазы и глутатионпероксидазы эритроцитов матерей и новорожденных и механизмов их регуляции, позволяющее с одной стороны оценить степень участия каждого фермента в утилизации глюкозы и с другой, выявить возможные сдвиги в их метаболической активности при герпесной патологии.

Материал и методы

Было проведено исследование лизатов эритроцитов матерей (n=40) и новорожденных (n=40) с учетом титров антител к ВПГ, а также практически здоровых матерей (n=40) и новорожденных (n=40), составивших контрольную группу. Оценку активности глюко-зо-6-фосфатдегидрогеназы, глутатионпероксидазы, глутатионредуктазы производили спектрофотометрическим методом с использованием наборов «SENTINEL DIAGNOSTICS» (Италия).

При исследовании активности плацентарной глю-козо-6-фосфатдегидрогеназы были использованы

зрелые плаценты от тех же матерей, перенесших обострение герпесной инфекции на разных сроках гестации (п=30) и практически здоровых (контрольная группа) (п=30). Все образцы были обработаны с целью выявления фермента.

Результаты исследования и их обсуждение

Глюкозо-6-фосфат - занимает важное положение в области стыковки ряда метаболических путей, таких как гликолиз, глюконеогенез, гликогенез и глю-когенолиз. Гликолитический путь превращения глюкозы начинается с ее фосфорилирования в глюкозо-6-фосфат, который в ходе гликолиза превращается во фруктозо-6-фосфат. В процессе биосинтеза гликогена (гликогенез) глюкозо-6-фосфат трансформируется в глюкозо-1-фосфат. Эта реакция обратима, поэтому из глюкозо-1-фосфата может образоваться глюкозо-6-фосфат, что и происходит при расщеплении гликогена (глюкогенолиз), а в последующем это соединение может подвергнуться действию глюкозо-6-фосфотазы для получения глюкозы (глюконеогенез) [5].

Биомедицинское значение пентозофосфатного цикла заключается не в синтезе АТФ, а, прежде всего, в образовании НАДФН для восстановительных синтезов таких веществ, как жирные кислоты, холестерин и другие стероиды [5], играющих важную роль, как в построении липидного бислоя плазматической мембраны, так и для выполнения других функций. Начальный этап альтернативного окисления глюкозы происходит под действием фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. Поскольку активность этого фермента отражает работу пентозофос-фатного пути, то и его оценка будет иметь то же значение, что и сам цикл, как в ядросодержащих (симпласт хориона), так и в безъядерных клеточных структурах (эритроциты). Отличительной особенностью обмена глюкозы в эритроцитах по сравнению с другими тканями является регуляция восстановленной и окисленной форм глутатиона на уровне глюко-зо-6-фосфатдегидрогеназной реакции. Изменение скорости этой реакции приводит к формированию дисбаланса в соотношении НАДФН/НАДФН2, нарушению течения энергопроизводящих биохимических процессов, гемолизу эритроцитов и развитию тканевой гипоксии, которая негативно сказывается на течении беременности и развитии плода.

Следует отметить, что при анализе полученных результатов исследования были выявлены изменения метаболической активности основных ферментов гликолиза: глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г-6-

ФДГ), глутатионредуктазы (ГР) и глутатионперокси-дазы (ГП) эритроцитов матерей и новорожденных, имеющие четкие различия в зависимости от степени тяжести заболевания (табл.). Наиболее демонстративными оказались показатели групп матерей и новорожденных, у которых отмечено четырехкратное нарастание титра антител к ВПГ. Так у матерей, в период разгара герпесной инфекции, выявлены существенные отклонения показателей энергетического метаболизма эритроцитов от типичных средних значений контрольной группы, что позволило говорить о биохимической дезадаптации, которая протекала с

критическим снижением активности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы на 37,6%. Что, в свою очередь, свидетельствует о блокаде, либо отсутствии стимуляции гликолитического процесса, вследствие накопления эндоперекисей и недоокисленных продуктов гликолиза (лактата), сдвигающих рН среды влево. У беременных с титром антител к ВПГ 1:3200, когда наблюдались признаки наименьшего токсического влияния на периферическое звено эритрона - эритроцит вирусных агентов, отмечалось менее значительное, по сравнению с предыдущей группой и контролем, достоверное снижение метаболической активности фермента, которое составило - 12,42%.

Подобного рода изменения в активности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы закономерны и носят мембраногенный характер, выражающийся в подавлении скорости метаболических реакций эритроцитов вследствие усиления процессов пероксидации липидов плазматической мембраны. Этот эффект может быть усилен состоянием антиоксидантной защиты, которая подавляется в связи со снижением синтеза восстановленной формы глутатиона, определяющего глутатионредуктазную и глутатионпероксидазную активность эритроцитов. Сопоставление показателей энергетического метаболизма эритроцитов матерей с герпесом выявило линейную зависимость активности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы и показателей глу-татионредуктазы и глутатионпероксидазы. Так, в период наивысшей герпетической интоксикации (титр антител к ВПГ 1:6400-1:12800) и наиболее сниженной активности глюкозо-6-

фосфатдегидрогеназы отмечалось подавление глута-тионредуктазной и глутатионпероксидазной реакций в эритроцитах матерей на 42,71% и 60,33%, соответственно. При неосложненной герпесной инфекции (титр антител к ВПГ 1:3200) имелись более «благоприятные» изменения активности НАДФН-зависимых ферментов. Отмечалось повышение глу-татионредуктазной активности на 6,45% и снижение показателей глутатионпероксидазы - на 41,24%, по сравнению с контрольной группой, позволяющее говорить о возникновении компенсаторных механизмов в регуляции антиокислительной защиты мембран эритроцитов в данный момент. Таким образом, нарушения метаболизма глутатинредуктазы и глутати-онпероксидазы оказались сопоставимыми с пиками повышенной активности нейровируса и подавлением глюкозо-6-фосфатдегидрогеназной реакции эритроцитов матерей, приводящих к развитию гипоксии, которая сама по себе стимулирует перекисное окисление липидов с повреждением клеточных мембран и выходом повреждающих факторов из клетки.

В конечном счете, последствием выявленных метаболических нарушений обмена глюкозы в эритроцитах матерей при активизации вируса герпеса будет угнетение функции клеток красной крови новорожденных. Как видно из данных, приведенных в таблице, значения глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы в момент наивысшей герпесной интоксикации (титр антител к ВПГ 1:6400-1:12800) имели критически низкие показатели активности. Снижение происходило на 53,19%, по сравнению с контролем. При титре антител к ВПГ 1:3200, когда наблюдались признаки

Таблица

Показатели активности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы в мембранах эритроцитов матерей и новорожденных при герпес-вирусной инфекции

Группы Титр антител к ВПГ Показатели

рН Г -6-ФДГ, МЕ/л 109 эритроцитов ГР, Ед/г НЬ ГП, Ед/г НЬ

Мать 1:6400-1:12800 7,29±0,013 р<0,001 35,97±1,97 р<0,001 4,48±0,22 р<0,001 5,82±0,138 р<0,001

1:3200 7,34±0,014 р<0,05 50,48±0,40 р<0,05 8,36±0,14 р<0,05 8,62±0,124 р<0,001

контроль 7,44±0,012 57,64±1,58 7,82±0,185 14,668±0,16

Новорожденный 1:6400-1:12800 7,17±0,01 р<0,001 31,97±2,1 р<0,001 4,027±0,23 р<0,001 4,92±0,23 р<0,001

1:3200 7,23±0,019 р<0,05 51,96±1,12 р<0,05 8,046±0,25 р<0,05 7,93±0,18 р<0,001

контроль 7,36±0,012 68,30±5,06 7,006±0,27 13,89±0,51

стабилизации заболевания, выявлялись более высокие показатели активности фермента по сравнению с контролем. Подавление активности плодовой глюко-зо-6-фосфатдегидрогеназы происходило на 23,92%, что в 2,2 раза ниже значений предыдущей группы.

Следует заметить, что установленный дефект в активности данного фермента, на фоне серьезных нарушений окисления глюкозы по пентозофосфат-ному пути в плодовых эритроцитах при герпесе, приводит к блокированию функционирования глутати-онредуктазного комплекса, которое выражается в подавлении активности глутатионредуктазы и глута-тионпероксидазы наиболее явное при титре антител к ВПГ 1:6400-1:12800. Снижение значений глутатион-редуктазы у данной группы новорожденных происходит на 42,62%, а глутатионпероксидазы - на 64,57%, по сравнению с показателями контрольной группы. В период наименьшего токсического влияния вируса герпеса на мембраны эритроцитов (титр антител к ВПГ 1:3200) отмечались более высокие показатели ферментативной активности системы глу-татиона по сравнению с контролем. Повышение кинетических возможностей глутатионредуктазы происходит на 14,79% и снижение активности глутати-онпероксидазы на 42,62% по сравнению с контролем. Из полученных результатов следует, что нарушенная способность регенерации глутатиона, проявляющаяся в недостаточности функционирования НАДФН-зависимых ферментов (глутатионредуктазы, глутати-онпероксидазы), приводит к гемолизу плодовых эритроцитов, происходящему из-за невозможности нейтрализовать окислительное действие больших количеств перекиси водорода, образующихся в ответ на токсическое действие вируса герпеса.

Итак, биохимические критерии гемолиза эритроцитов матерей и новорожденных и развитие признаков гипоксии в период токсического действия вируса герпеса тесно связаны с нарушениями окисления глюкозы по пентозофосфатному пути и ассоциированного с ним метаболизма глутатиона. В поддержании целостности красных клеток крови включаются три звена: глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, глутати-онредуктаза и глутатионпероксидаза. Изменение метаболической активности одного из них приводит к

повреждению мембраносвязанных и растворимых ферментных систем продуктами окислительной дегидратации липидов и появлению дефицита энергопродукции за счет подавления скорости утилизации глюкозы. Необходимо заметить, что такой подход к изучению метаболизма эритроцитов на уровне пенто-зофосфатного цикла, который является универсальной моделью в оценке интенсивности и объема мембранодестабилизирующих процессов, позволяет раскрыть закономерности, характерные для клеточных мембран различных органов и тканей организма матери и плода, как в условиях патологии, так и в норме.

В этом аспекте достаточно информативными оказались результаты оценки интенсивности глюкозо-6-фосфатдегидрогеназной реакции в плацентах беременных, инфицированных вирусом герпеса и без патологии. Так, в контрольной группе фермент очень хорошо выявлялся в основном в зоне трофобласта ворсин (рис. 1). Небольшое количество энзима определялось в эпителии сосудов ворсин и совсем незначительное в соединительной строме. В плацентах от женщин, перенесших обострение герпеса в третьем триместре беременности, наблюдалось умеренное снижение активности глюкозо-6-

фосфатдегидрогеназы (рис. 2), возрастающее до значительного в тех случаях, когда рецидив инфекции происходил незадолго до родов (титр антител в ВПГ 1:12800). Следует отметить, что в условиях токсического воздействия вируса герпеса на фетоплацентарный барьер происходит свободнорадикальная инактивация плацентарной глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. Данное предположение подтверждается не только данными литературы [8], но и результатами нашего исследования [1, 4], когда мы отмечали активизацию в симпласте хориона одного из регуляторов обменных процессов - МО-синтазы и накопление гидроперекисей жирных кислот. Последние разрушающе действовали на фетоплацентарный барьер, приводя к развитию метаболической ферментативной перестройки -подавлению активности выявляемого нами фермента.

Таким образом, полученные нами данные, позволили говорить о ведущей роли герпес-вирусной инфекции в инициации патологических механизмов регуляции обмена глюкозы по пентозофосфатному

Рис. 1. Реакция на глюкозо-6-фосфатдегидрогеназу в плаценте контрольной группы. Увеличение 20 х 10.

"_!«.-- *ггг1

Рис. 2. Реакция на глюкозо-6-фосфатдегидрогеназу в плаценте при беременности, осложненной герпесвирусной инфекцией (титр антител к ВПГ 1:12800). Увеличение 20 х 10.

пути. Снижение кинетических свойств одного из основных маркеров гликолиза - глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы эритроцитов матерей при одновременном ингибировании фермента в симпласте хориона, в условиях высокой герпесной интоксикации, отражалась на активности энзима в клетках красной крови новорожденных, что свидетельствовало о низкой степени работы пентозофосфатного цикла, и приводила к нарушению регенеративной способности НАДФН-зависимой глутатионредуктазы. Последнее сопутствовало увеличению чувствительности эритроцитов матерей и новорожденных к гемолизу и развитию состояния гипоксии, негативно сказывающейся на функционировании различных систем организма.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гистохимическая характеристика активности НАДФН-диафоразы (маркера МО-синтазы), адени-лат- и гуанилатциклаз в плаценте при беременности, осложненной герпетической инфекцией [Текст]/И.В. Довжикова//Бюл. физиол. и патол. дыхания.-2004.-Вып.15.-С.14-19.

2. Устойчивость эритроцитов разного возраста к окислению у лиц с наследственным дефицитом глю-

козо-6-фосфатдегидрогеназы [Текст]/Ермакова Т.А. [и др.]//Гематол. и трансфузиология.-1989.-№3.-С.45-48.

3. Вирусные инфекции беременных: патология

плода и новорожденных [Текст]/В.Я.Кицак.-

Кольцово, 2004.-84 с.

4. Фетоплацентарная система при герпесной инфекции [Текст]/Луценко М.Т. [и др.].-Благовещенск, 2003.-200 с.

5. Биохимия человека [Текст]/Мари Р. [и др.].-М.: Мир, 1993.-384 с.

6. Активность некоторых антиокислительных ферментов эритроцитов при анемиях у детей [Текст]/А.А.Масчан, Б.Л.Лурье, Е.В.Самочатова// Гематол. и трансфузиология.-1989.-№11.-С.53-55.

7. Метаболическая активность эритроцитов и особенности феррокинетики у детей, больных сепсисом [Текст]/Соболева М.К. [и др.]//Гематол. и транс-фузиология.-1993.-№2.-С.15-17.

8. Вількорадикальна інактивація in vitro глюкозо-6-фосфатдегідрогенази дріжджів Saccharomyces cere-vusuae [Текст]/Господарьов Д.В. [I др.]//Укр. Біохім.