Лизосомы человека: библиометрическая оценка актуальных направлений исследований

УДК 576.311.344

А.Б. Пупышев

ЛИЗОСОМЫ ЧЕЛОВЕКА: БИБЛИОМЕТРИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА АКТУАЛЬНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ ИССЛЕДОВАНИЙ

ГОУ ВПО Новосибирский государственный медицинский университет

Проведен сравнительный анализ числа публикаций по различным направлениям исследований лизосом человека, содержащихся в базе данных Medline. Максимальный объем публикаций был достигнут к 1990-1994 гг. В период 1990-2004 гг. наибольшее количество работ выполнено на материале (в порядке убывания) спермы, плазмы крови, лейкоцитов, макрофагов, моноцитов. Среди болезней и патологических процессов активно изучаются опухоли и рак, лизосомные болезни накопления, клеточная гибель в целом, апоптоз, некроз клетки, инфекции, стресс. На субклеточном и молекулярном уровне наибольшее число публикаций посвящено эндоцитозу, деградации липидов, гликозидазам, секреции. Приведены данные по большому количеству ключевых слов.

Ключевые слова: наукометрия, библиометрия, лизосомы человека .

Лизосомы человека активно изучаются прежде всего в медицинском аспекте. Этот интерес обусловлен двойственностью потенциала лизосом. В норме они выполняют разнообразные физиологические функции, но могут быть и «везикула-ми-самоубийцами», если в клетке происходит повреждение лизосомной мембраны, изолирующей лизосомные ферменты. Связь лабилизации лизосом с клеточным повреждением и гибелью установлена многочисленными исследованиями [12], однако в настоящее время уже на молекулярно-биологическом уровне демонстрируется их участие в процессах стимулируемого апоптоза [10], панкреонекроза [19] и др. патологии [9].

Сложившийся комплекс знаний о лизосомах объединяет как фундаментальные исследования их структуры, функции, регуляции, так и прикладные области, связанные с возможностью использования знаний для целенаправленного воздействия на клетку для получения новых свойств или состояний клетки/организма, а также медицинские аспекты. Результаты исследований позволили раскрыть важнейшие механизмы функционирования лизосом и лизосомно-вакуолярного аппарата, такие, как интернализация рецепторов эндоцитоза (РЭ) и их рециклирование на клеточную поверхность, сегрегация рецепторов и лигандов в компартменте разобщения рецепторов и лигандов, сортинг эндоцитированного материала в везикулы различной клеточной доставки [14], роль рецептора маннозо-6-фосфата (М-6-Ф) как внутриклеточного транспортера лизосомных ферментов [11]. Установлена лизосомная протонная помпа [22], механизмы накопления лизосомот-ропных соединений (ЛТС) [20]. Выявлены меха-

низмы индукции аутофагии, в частности уровнем отдельных аминокислот [13], микроаутофагия как инструмент селективной деградации белков, связь лизосом с убиквитин-протеасомным путем протеолиза [21]. Достигнуто понимание механизмов наследственных болезней накопления. Разработана заместительная энзимотерапия для лечения болезней накопления. Определены пути и возможности направленной доставки лекарств с использованием этапа их лизосомной локализации [18]. Дана расшифровка механизмов внутри-лизосомного процессинга антигена и его возвращения на клеточную поверхность и последующей презентации дендритными клетками [16].

В настоящее время развиваются новые направления в изучении лизосом, обусловленные технологическими достижениями последних десятилетий. Исследуются сложные клеточные системы метаболизма лизосомных субстратов с моделированием внутриклеточного микроокружения присутствием белков-транспортеров субстратов, белков-стабилизеров ферментов и конформации субстратов [3]. Анализируется протеомика лизосом [17]. Изучается структура трансмембранных РЭ с особым интересом к цитоплазматическому «хвосту», кодирующему адресную транспортировку рецептора, в том числе в лизосомы [4]. Установлены протеолитически активируемые рецепторы (ПАР, PARS) [15]. Высок интерес к эффектам повреждения / гиперэкспрессии отдельных генов в клеточных культурах, а также на уровне целостного организма, получаемым экспериментальной модификацией конкретного гена. Исследуются механизмы рецепции и генерации сигналов РЭ, включая ПАР [8]. Показана

связь лизосом с сигнальной трансдукцией (включая мессенджеры клеточного ответа белки Rab, протеин-киназу С, факторы транскрипции c-fos, c-jun и др.) [6]. Установлена связь лизосомных катепсинов с индукцией апоптоза. Изучаются и используются возможности блокирования лизо-сомного катаболизма для эффективного переноса нуклеоконструкций в ядро. Разрабатываются генотерапевтические подходы в лечении лизосом-ных болезней [5], прижизненная коррекция активного центра поврежденного фермента [7].

На сегодня накоплено огромное количество знаний по лизосомам человека. Представляло интерес оценить актуальность разнообразных исследований на человеке и человеческом материале, предпринятых за последние 15 лет.

Методика

В данной работе применен наукометричес-кий/библиометрический подход [1, 2], состоящий в определении количества публикаций по интересующей проблеме посредством поиска по ключевым словам. В качестве источника информации использована база данных «Medline» (Национальная медицинская библиотека США). Проводили поиск по ключевым словам, сопряженным со словом «лизосомы» («lysosomes»). Использованы ограничения выборок по времени (5-летние интервалы либо 15-летний срок), источнику материала (человек, в том числе материал человека, культивируемый in vitro), но без ограничений типа публикаций и языка оригинала. Методика не учитывает ранг ключевых слов (более общие или более частные), динамику публикаций по годам, поэтому полученные результаты являются оценочными и представляют интерес в сравнительном аспекте.

Результаты

Динамика публикаций по лизосомам человека, вошедших в «Medline», показывает (Таблица 1), что в период конца 60-х — начала 80-х годов количество работ резко возросло: с 464 в 1965-1969 гг. до 1190 в 1970-1974 гг. и до 1636 в 1980-1984 гг. Позднее рост числа публикаций замедлился, что, по-видимому, отражает стабилизацию количества исследований в этой области. Одновременно нами замечено, что ранние работы — 1965-1980 гг. — лишь частично включены в базу данных Medline, то есть число этих публикаций является недооцененным. С 1990 г. и по настоящее время количество публикаций стабилизировалось, находится на уровне 1700-1800 работ за пятилетие.

Количество публикаций по лизосомам (Таблица 2) в период 1990-2004 гг. (5238) сопоставимо с таковым для аппарата Гольджи (5447) и существенно выше, чем для эндосом (2153) или

Таблица 1

Динамика публикаций по лизосомам в 1965-2004 гг.

Период (годы) Количество публикаций

1965-1969 464

1970-1974 1190

1975-1979 1368

1980-1984 1636

1985-1989 1577

1990-1994 1745

1995-1999 1794

2000-2004 1685

Таблица 2

Распределение публикаций по некоторым типам органелл

Органеллы Количество публикаций в период 1990-2004 гг.

Митохондрии 15720

Аппарат Гольджи 5447

Лизосомы 5238

Эндосомы 2153

Пероксисомы 1047

пероксисом (1047), но значительно ниже, чем для митохондрий (15720).

В структуре библиографии по лизосомам прежде всего привлекает интерес распределение публикаций по источнику материала - органам, тканям, клеткам, биологическим жидкостям человека. Надо учитывать, что частота исследования биопрепаратов человека связана не только с научным интересом, но и с доступностью биопрепарата для исследования. Суммарные результаты анализа библиографии за 1990-2004 гг. приведены в таблице 3.

Первую позицию в этом списке занимает сперма человека (здесь и далее число в скобках

— количество публикаций: 765 работ), что связано с активной ролью лизосом в слиянии мужских половых клеток с женскими, ранним экзоцитозом лизосом/вакуолей, локализующихся в акросомах в ходе слияния гамет, инициирующей ролью сек-ретируемых протеаз в слиянии мембран, удобной природной моделью слияния биомембран, важностью расшифровки данного конкретного процесса, и это сочетается с доступностью исследования материала сперматозоидов.

Интенсивно изучаются плазма (733), сыворотка (337), которые являются ценным биоматериалом для разнообразных биохимических исследований и диагностической работы, а также клетки крови — лейкоциты (631) в целом, лимфоциты (341), моноциты (420), осуществляющие свои важнейшие функции с участием лизосом. Много публикаций по тканевым макрофагам (тканевым

фагоцитам) (443), богатым лизосомными ферментами, изучаемым как in vivo в биопсийном материале, так и in vitro в клеточных культурах.

Стабильным интересом исследователей пользуются висцеральные органы, такие, как печень (405), почки (283), легкие (136), яичники (116), селезенка (104), богатые макрофагальными элементами и лизосомами. Слежение за лизосомами дает информацию об осуществлении ряда клеточных функций, о ходе воспалительного процесса, о повреждении/стабилизации клеточных мембран.

Особое место в исследовании лизосом занимает головной мозг (355), поскольку патогенез многих болезней накопления связан с поражением нервной ткани, и важнейшей задачей является адресная терапия мозга, включая прохождение лекарствами и генетическими конструкциями ге-матоэнцефалического барьера.

Костный мозг (125) является распространенным объектом исследования в связи с проблемой терапии лизосомных болезней с использованием пересадки костномозговых клеток, а также внедрения в них полноценных генов дефектных лизо-сомных ферментов.

Менее выражен интерес исследователей к анализу лизосомных маркеров в моче (115), что частично обусловлено дополнительной необходимостью предварительной очистки мочи от солей для последующего определения активности лизо-сомных ферментов. Тем не менее, появление их в моче является ценным ранним диагностическим показателем повреждения почек.

Привлекают внимание проблемы, связанные с активной ролью экзоцитируемых лизосом в тромбоцитах (88). Существенная роль лизосом эндотелиальных клеток сосудов (78) в катаболизме и накоплении модифицированных липидов и формировании атеросклеротических сосудистых изменений определяет достаточно высокую долю публикаций по данной проблеме.

Изучаются лизосомы поджелудочной железы

(48), поскольку одним из механизмов формирования панкреатита является внутриклеточное освобождение пищеварительных ферментов под действием лизосомных протеиназ.

Отмечается интерес к участию лизосом дендритных клеток (77) в расщеплении и сшивке эпитопа с белками гистосовместимости и его презентации, к роли лизосомных ферментов в гидролизе соединительнотканного матрикса (62), к выраженной способности Купферовских клеток (46) к распознаванию, захвату и внутрилизосом-ному перевариванию чужеродного материала, а для макрофагов лимфоузлов (34) — к захвату детрита и поврежденных клеток. Анализируется участие лизосом в формировании желчи, (38) ос-

Таблица 3

Распределение публикаций по лизосомам в зависимости от источника материала

№ Биологический материал Количество публикаций в 1990-2004 гг.

1. Сперма Sperm 765

2. Плазма Plasma 733

3. Лейкоциты Leukocytes 631

4. Макрофаги Macrophages 443

5. Моноциты Monocytes 420

6. Печень Liver 405

7. Мозг Brain 355

8. Лимфоциты Lymphocytes 341

9. Сыворотка Serum 337

10. Почки Kidney 283

11. Мышцы Muscle 202

12. Легкие Lung 136

13. Костный мозг Bone marrow 125

14. Яичник Ovary 116

15. Моча Urine 115

16. Эндотелий Endothelium 104

17. Селезенка Spleen 104

18. Гепатоциты Hepatocytes 91

19. Тромбоциты Platelets 88

20 Сосудистый эндотелий Vascular endothelium 78

21. Дендритные клетки Dendritic cells 77

22. Соединительная ткань Connective tissue 62

23. Поджелудочная железа Pancreas 47

24. Купферовские клетки Kupffer cells 46

25. Миокард Myocardium 42

26. Лимфа Lymph 40

27. Желчь Bile 38

28. Лимфоузлы Lymph nodes 34

29. Кости Bone 31

30. Тимус Thymus 15

Таблица 4

Количество публикаций по лизосомам в зависимости от болезни/патологического состояния

№ Патология Число публикаций в 1990-2004 гг.

І. Опухоли Tumor 910

2. Рак Cancer 674

3. Лизосомные болезни накопления Storage diseases 292

4. Клеточная гибель Cell death 238

5. Апоптоз Apoptosis 196

6. Терапия лизосомных болезней Lysosomal diseases therapy 143

7. Клеточный некроз Cell necrosis 133

8. Инфекции Infections 123

9 Стресс Stress 100

І0. Болезнь Альцгеймера Alzheimer disease 92

ІІ. Цитотоксичность Cytotoxicity 90

І2. Лейкемия Leukemia 83

І3. Воспаление Inflammation 75

І4. ВИЧ (вирус иммунодефицита человека) HIV (Human immunodeficiency virus) 66

15. Инвазивный рост Invasion 66

І6. Иммунный ответ Immune response 62

17. Повреждение мембран Membrane damage 61

18. Перекисное окисление липидов Lipid peroxidation 55

19. Атеросклероз Atherosclerosis 53

20. Гемобластозы Blood cell cancer 53

21. Диабет Diabetes 45

22. Метастазирование Metastasis 43

23. Артрит Arthritis 41

24. Туберкулез Tuberculosis 40

25. Ишемия Ishemia 39

26. Регенерация Regeneration 24

27. Гепатит Hepatitis 22

28. Множественная лекарственная устойчивость MDR (multidrug resistance) 21

29. Старение клеток Cell senescence 19

30. Панкреатит Pancreatitis 18

31. Язва Ulcer 14

32. Вирусный гепатит Viral hepatitis 14

33. Гипоксия Hypoxia 13

вобождении содержимого лизосом/накопитель-ных везикул в желчь.

В целом, проведение исследования на соответствующем биологическом материале определяется, в основном, вышеперечисленными проблемами, но существуют и частные вопросы, рассмотрение которых ограничено тесными рамками данного издания.

Среди патологических состояний, ассоциированных с участием лизосом, безусловным лидером являются рак (674) и опухоли (910) (Таблица 4). Их исключительное положение обусловлено не только важностью проблемы и высоким содержанием лизосомных ферментов в трансформированных клетках, но и экзоцитозом лизосом, изменением их кислотности при онкотрансформации, их накопительными свойствами, вносящими свой вклад в феномен множественной лекарственной устойчивости. Этим исследованиям способствует и то обстоятельство, что работа с материалом удаленных опухолей не наносит ущерба пациентам.

Заметно меньше исследований по лизосом-ным болезням накопления (292), являющимся, тем не менее, важнейшей проблемой, связанной с ферментной недостаточностью лизосом. Каждая из них в отдельности является редкой или очень редкой болезнью, однако суммарно для примерно 40 болезней накопления встречаемость составляет 1 на 7000 новорожденных. Большая часть их связана с фатальным исходом и тяжелой патологией, что и обуславливает необходимость данных исследований. Большое число работ посвящено терапии лизосомных болезней (143), включающей широкий арсенал методов — от хирургического вмешательства до заместительной энзимоте-рапии, пересадки костного мозга, генотерапии.

Традиционно активно изучается роль лизосом в клеточной гибели (238), зависящей от внутриклеточного освобождения лизосомных ферментов при активации липидпероксидации. Появляются новые аспекты, связанные с ферментативной атакой митохондрий. Наблюдается резкий рост числа публикаций по апоптозу (196) благодаря участию лизосомных катепсинов (наряду с нели-зосомными протеиназами - каспазами) в проте-олитическом процессинге сигнальных трансдук-торов апоптоза и их регуляторной роли в этом процессе.

Лизосомы имеют важное значение в бактерицидной защите организма в ходе инфекций (123), но одновременно могут и терять эту способность при инфицировании возбудителями туберкулеза, бруцеллеза и ряда других инфекций. Реакция ли-зосом на стрессорные воздействия (100) состоит в активации прежде всего аутофагии и реконструктивной функции лизосом и является сущес-

твенным компонентом адаптивных изменений на клеточном уровне. Интенсивно изучается поведение лизосом при болезни Альцгеймера (92), сопровождающейся образованием амилоидных белков под действием лизосомных катепсинов и кальпаинов. Исследователей интересуют также вопросы цитотоксичности (90) освобождаемых лизосомных ферментов, участия лизосом в воспалительной реакции (75), усиливающейся утечкой лизосомных ферментов из лизосом в результате повреждения мембран (61). Эти процессы запускаются, в первую очередь, стимуляцией перекисного окисления липидов (ПОЛ) (55), хотя существует и другой механизм их повреждения активацией фосфолипазы А2 и образованием поверхностно активных продуктов. Связь ПОЛ с повреждением мембран, легко тестируемым по освобождению лизосомных ферментов, уже давно прошла стадию исследования в эксперименте и находит применение в клинике. Достаточно распространено изучение поведения лизосом при диабете (45) и слежение за уровнем лизосомных ферментов в плазме крови как показателем цито-литических осложнений. Анализируется роль локальной секреции лизосомных ферментов диссоциированных онкотрансформированных клеток в процессах метастазирования (43). Предметом постоянного интереса является туберкулез (40), сопровождающийся блоком слияния фагосом с лизосомами в макрофагах и ускользанием таким образом возбудителя от бактерицидного действия лизосом. Традиционно изучаются лизосомное участие в повреждении/восстановлении клеток после ишемии (39), реконструктивная (аутофаговая) функция лизосом при регенераторных процессах (24), что, впрочем, затруднено получением биоматериала органов человека. Огромный интерес исследователей к синдрому множественной лекарственной устойчивости (МЛУ, MDR) (21) частично распространяется и на лизосомы, поскольку они выступают накопительным компарт-ментом ряда цитостатических препаратов.

Существенное место занимает проблема клеточного старения

Лизосомам отводится важная роль в патогенезе панкреатита (18), что соответствует повышенному освобождению и уровню лизосомных ферментов в секрете поджелудочного сока. Гастрит, язва (14) желудочно-кишечного тракта отражаются повреждением лизосом клеток слизистой оболочки и вносят вклад в патогенез этих болезней, который продолжает изучаться современными методами.

Суммируя результаты, отметим наиболее высокий интерес исследователей к участию лизосом в процессах онкотрансформации клеток и опухолевому росту, к лизосомным болезням накопления и роли лизосом в клеточной гибели и апоп-тозе.

Особое место в формировании спектра исследований лизосом человека занимают проблемы, активно изучаемые первоначально на животных или на органных и клеточных культурах, и затем, в силу установления их важной роли в формировании какой-либо патологии, анализируемые и на человеке, диагностическом материале. Эти исследования на животных облегчают выбор стратегии поиска на человеке. Понятно, что общее количество работ на животных существенно превышает таковое на человеческом материале.

Среди таких субклеточных и молекулярных процессов и объектов в организме человека выделяются в первую очередь два массива работ: 1) по эндоцитозу (886) в связи с лизосомами и 2) по деградации липидов (833) (Таблица 5).

Таблица 5

Распределение публикаций по лизосомам в связке с молекулярными и клеточными процессами/ структурами

№ Объекты и процессы Количество публикаций в 1990-2004 гг.

1. Эндоцитоз Endocytosis 886

2. Деградация липидов Lipid degradation 833

3. Эндосомы Endosomes 722

4. Гликозидазы Glycosidases 703

5. Секреция Secretion 526

6. Катаболизм Catabolism 475

7. Рецепторы эндоцитоза Endocytic receptors 295

8. Сортинг Sorting 280

9. Фагоцитоз Phagocytosis 246

10. Сигнальная трансдукция Signal transduction 242

11. Катепсины Cathepsins 238

12. Индукция Induction 215

13. Экзоцитоз Exocytosis 184

14. Рецептор манноза-6-фосфата Mannose-6-phos-phate receptor 168

15. Протеолиз Proteolysis 155

16. Главный комплекс гистосовместимости MHC (major histo-compatibil-ity complex) 154

17. Внутриклеточный транспорт Traffic 127

18. Убиквитин Ubiquitin 110

19. Редокс-процессы Redox 108

20. Терапия болезней накопления Storage diseases therapy 105

21. Перенос генов Gene transfer 103

22. Биогенез лизосом Biogenesis 98

23. Везикулярный транспорт Vesicular transport 92

24. Лизосомотропные препараты (соединения) Lysosomotropic agents 89

25. Аутофагия Autophagy 86

26. Главный комплекс гистосовместимости НЬА HLA (Human leukocytes a-system) 83

27. Протонная помпа Proton pump 70

28. Рецепторы липопротеинов Lipoprotein receptors 61

29. Мишенирование лекарств Drug targeting 58

30. Экскреция Excretion 55

31. Фактор некроза опухолей TNF (Tumor Necrosis Factor) 51

32. Металлопроте- иназы Metalloproteinases 49

33. Регуляция транскрипции Regulation of transcription 48

34. Гуанозинтрифосфа-тазы ЯаЬ Rab 47

35. Эндотоксин Endotoxin 33

36. Накопительный компартмент Storage compartment 33

37. Накопительные везикулы Storage vesicles 30

38. Стабильность мембран Membrane stability 28

39. Протеасомы Proteasome 26

40. Пиноцитоз Pinocytosis 25

41. Внеклеточный протеолиз Extracellular proteolysis 24

42. Протеинкиназа С PKC (proteinkinase C) 24

43. Катионные белки Cationic proteins 20

44. Рецепторы- мусорщики Scavenger receptors 18

45. Белки теплового шока HSP (Heat Shock Proteins) 10

46. Фоточувствитель- ность Photosensitivity 10

47. Протеолитически активируемые рецепторы PARS (proteo-litically activated receptors) 8

Эндоцитоз включает жидкостный (собственно пиноцитоз), адсорбционный (в основном рецептор-опосредованный) эндоцитоз и фагоцитоз. В настоящее время наибольший интерес привлекает рецептор-опосредованный эндоцитоз (РОЭ, RME), который достаточно хорошо изучен на уровне молекулярной биологии процесса. Известны рецепторы эндоцитоза, их константы связывания, интернализации, рециклирования. Расшифрованы механизмы внутримембранной агрегации (кластеризации) комплексов лиганд-рецептор, образования клатриновой «сетки» на цитоплазматической поверхности клеточной мембраны, «моторный механизм» ее инвагинации, в значительной мере понятны процессы слияния/расхождения мембран. Известны многочисленные структуры и молекулярные участники сортинга рецепторов и лигандов в везикулы различной клеточной доставки. Показана возможность сигнализации рецепторов на стадии ранних эндосом (722), прекращающейся в поздних эндосомах. Установлена убиквитинизация рецепторов в поздних эндосомах, определяющая их последующую деградацию. Крупный пласт исследований связан с процессами сортинга лигандов для адресации их в различные клеточные компартменты и рециклирования рецепторов на клеточную поверхность. В состоянии активного изучения находятся процессы узнавания родственных везикул, предшествующие их слиянию, и возможности регуляции слияния. Относительно человека представляют интерес ключевые механизмы функционирования эндоцитозного пути транспорта веществ в лизосомы, возможности экспериментальной регуляции сортинга лигандов, рециклирования рецепторов, слияния эндосом (фагосом) с лизосомами, переваривания веществ в лизосомах, их разгрузки.

Расщепление липидов в лизосомах является чрезвычайно актуальным в связи с проблемой атеросклероза, с накоплением эфиров холестерина, окисленных липопротеидов, с опасностью мембрано-лабилизирующего действия фосфоли-паз, с внутриклеточным транспортом липидов и продуктов их расщепления.

Крупный блок исследований связан с глико-зидазами (703) не только и даже не столько по причине их катаболической роли, а прежде всего вследствие того, что их генетические дефекты приводят к формированию лизосомных болезней накопления (отметим, что болезней накопления белка не существует(!)). Кроме того, эти ферменты в силу развитых и удобных технологий их выявления оказываются востребованными в диагностической работе чаще других лизосомных ферментов.

Секреция лизосомных ферментов (526) интересна прежде всего с той стороны, что клетки лейкоцитарного ряда, клетки иммунной системы, тканевые макрофаги обладают выраженной способностью к секреции лизосомных ферментов, которые вкупе с секретируемыми окислительными ферментами выполняют бактерицидные и другие функции. Нарушения, связанные с активной конститутивной секрецией лизосомных ферментов, характерны для ревматизма и ряда других болезней. Секреция катепсинов опухолевыми клетками выступает как фактор инвазивности и малигнизации процесса.

Частое обращение исследователей к процессам катаболизма (475) связано с основным предназначением лизосом расщеплять субстраты, поступившие в них, и эти процессы протекают, безусловно, как организованная, координированная цепочка гидролитических актов во взаимодействии ферментов и с участием кофакторов, белков-стабилизеров, систем активного транспорта субстратов и продуктов.

Внимание исследователей к рецепторам эн-доцитоза (295) уже анализировалось выше при рассмотрении эндоцитоза в целом. В эту группу входят рецепторы концевых углеводов маннозы, галактозы, рецепторы сывороточных липопро-теинов разных классов, рецепторы-мусорщики, рецепторы М-6-Ф, альфа-гликанов и т.д. В настоящее время эта область является достаточно изученной с молекулярно-биологической стороны, и лишь одно перечисление молекулярных участников и событий актов рецепции и последующей сигнализации большой группы рецепторов эндо-цитоза могло бы занять слишком много места.

Подобное количество публикаций характеризует и исследования, посвященные внутриклеточному сортингу (280) везикул и молекулярных маркеров, транспортируемых ими. Как уже упоминалось, пути везикулярного транспорта весьма разнообразны и главный из них, по-видимому, транспорт эндоцитированного (плюс аутофагоцитированного, микроаутофагоцитированного, убиквитинизированного) материала. Но не менее интенсивно изучается и сортинг новосинтезиро-ванных молекул белка (ферментов, структурных белков) для включения их в строго определенные структуры и субклеточные системы. Общим принципом является запись адресации белка в его структуре в виде соответствующего фрагмента либо углеводного маркера, например М-6-Ф для транспорта лизосомных ферментов.

Фагоцитоз (246) представляется в настоящее время весьма сложно организованным процессом и, как и РОЭ, также прошел этап молекулярнобиологического рассмотрения. Актуальность его

изучения связана с существованием рецепторов фагоцитоза (к опсонинам — Fс^-фрагменту иммуноглобулина G, С3-компонента комплимента и др.), со взаимодействием эндоцитируемого партикулярного субстрата/микроорганизма с фаго-сомой, существованием незавершенного фагоцитоза, расшифровкой механизмов перемещения клеточной мембраны, окружающей партикулярный субстрат, влиянием природы микроорганизма на слияние фагосом с лизосомами.

Интерес к сигнальной трансдукции (242) в связи с лизосомами обусловлен, прежде всего, сигнализацией на уровне рецепции с клеточной поверхности и эндосом, тогда как лизосомы рассматриваются как «кладбище» и лигандов, и рецепторов. И вопрос о том, могут ли лизосомы распознавать и сигнализировать о находящихся в них субстратах и продуктах, пока остается неясным. Тем не менее, в мембране лизосом существует немало транспортных систем, включая протонную помпу, транспортеры некоторых аминокислот, и их регуляция предполагает существование рецепции из лизосом и/или механизма обратной связи.

Катепсины (238) находятся в центре внимания общего (тотального) лизосомного протеоли-за, осуществляющего полную деградацию белков до аминокислот последовательным и/или сочетанным действием отдельных ферментов. Но интенсивно изучается и их действие как агентов ограниченного протеолиза, приводящего к образованию функционально активных белков, ферментов, гормонов. Большое внимание уделяется их участию в сигнальной трансдукции апоптоза наряду с цитозольными каспазами. Вместе с ме-таллопротеиназами они рассматриваются как фактор протеолитической атаки опухолевых клеток на интерстициальный белковый каркас, что способствует росту опухоли и метастазированию.

Роль экзоцитоза (184) в физиологии лизосом человека уже частично охарактеризована при рассмотрении проблемы секреции. Важное отличие от последней состоит в разнонаправленности путей экзоцитоза (в частности регургитация, транс-цитоз), в экзоцитозе продуктов расщепления субстратов в лизосомах, среди которых могут быть физиологически активные фрагменты, в возможности стимуляции разгрузки лизосом как части накопительного компартмента, формирующего синдром лизосомной перегрузки фармакоинду-цированной или наследственной природы.

Пик интереса к рецептору маннозо-6-фос-фата (168) приходится на 80-е годы, когда были открыты механизмы созревания лизосомных ферментов и их внутриклеточного транспорта из транс-Гольджи в лизосомы. Одновременно изу-

чался эндоцитозный путь захвата лигандов рецептора. Установлена наследственная патология (муколипидозы II и III), связанная с дефектом фосфорилирования маннозы в структуре лизо-сомных ферментов.

Исследование клеточного протеолиза (155) в связи с лизосомами определяется как процессом конститутивного лизосомного протеолиза, связанного с конститутивными процессами транспорта субстратов в лизосомы (преимущественно эндоцитоз, микроаутофагоцитоз), так и индуцированным протеолизом, зависящим, в первую очередь, от индукции аутофагии собственного клеточного материала. В последнем случае активность лизосомного протеолиза может превышать активность внелизосомного расщепления белка. Для прикладной лизосомологии имеет значение возможность регуляции индуцированного про-теолиза, а также ограниченного протеолиза как источника зрелых молекул гормонов и физиологически активных веществ.

Многочисленные исследования посвящены проблеме процессинга антигена в системе главного комплекса гистосовместимости MHC (154), внутрилизосомной сшивки продукта частичной деградации антигена с молекулой гистосовместимости ткани HLA (83). Анализируются возможности экспериментального влияния на процессинг антигена. Клеточная «кухня» по приготовлению дендритными клетками антигена к презентации лимфоцитам изучается весьма активно в силу высокого медико-биологического значения проблемы.

Наблюдается повышенный интерес к вопросам внутриклеточного транспорта (127), «трэф-фика» (traffic), обусловленный не только важностью проблемы внутриклеточной адресации макромолекул, но и успехами молекулярной биологии в расшифровке олигопептидных последовательностей, кодирующих информацию о субклеточной «мишени» белка, в установлении молекулярных участников внутриклеточного транспорта.

Блестящая расшифровка проблемы селективной деградации белка, сопряженной с его сшивкой с молекулой убиквитина (110) и последующим транспортом в протеасомы, была отмечена в 2004 г. Нобелевской премией в области медицины. «Помечаются», в первую очередь, окисленные белки. Этот путь протеолиза имеет лизосом-ный аналог в виде микроаутофагии, а в связи с лизосомами участвует в деградации РЭ на уровне их локализации в мультивезикулярных тельцах (ассоциированной с деубиквитинизацией). Изучается его взаимодействие с лизосомным протеолизом.

Изменение лизосом в связи с модификацией

окислительно-восстановительных процессов

(108) имеет три важнейших аспекта: нарушение стабильности мембран при окислительном стрессе, окислительная модификация белков (в частности липопротеинов крови), отражающаяся на их захвате и внутрилизосомном расщеплении, и, наконец, накопление окисленных белков (в частности липофусцина) являющееся «хронометром» клеточного старения.

Постоянно растет интерес к терапии болезней накопления (105). Предпринимаются настойчивые попытки ускорить переход к генной терапии этих болезней, поскольку заместительная энзимотерапия оказалась весьма ограниченной в своих возможностях. Формируется целый спектр терапевтических подходов: хирургическая, метаболическая коррекция, пересадка клеток костного мозга здорового генотипа, блокировка синтеза накапливающихся субстратов, стимуляция экзо-цитоза и т.д. Однако важнейшая задача исправления генетической структуры соматических клеток, клеток нервной ткани, головного мозга, преодоления гемато-энцефалического барьера для лекарств и генетических конструкций решается крайне трудно.

Проблема переноса генов (генетических конструкций) (103) в ядро в связи с лизосомами обусловлена существованием удобного эндоцитозного пути транспорта конструкций в клетку, и задача экспериментаторов уберечь их от транспорта и деградации в лизосомах. С этой целью постоянно изучаются новые средства прижизненного освобождения нуклеоконструкций из эндосом и лизо-сом (декстран-сульфат, фотосенситизация и т.д.).

Везикулярный транспорт (92) макромолекул является в значительной мере аналогом внутриклеточного транспорта, рассмотренного ранее. Важно, что практически все процессы внутриклеточного перемещения везикул получают расшифровку в виде существования конкретных механизмов упаковки, адресации, движения, распознавания, слияния/отпочкования, рециклирования компонентов. Крайне важно найти средства для экспериментальной модификации ключевых стадий везикулярного транспорта. Именно эту задачу помогают решать лизосомотропные препараты (соединения) (ЛТС, ЦГА) (89), часть которых — слабые основания, например, хлоро-хин, накапливаясь в лизосомах/эндосомах по механизму протонной ловушки, вызывают блок рециклирования рецепторов, торможение слияния родственных лизосомам везикул, подавление внутрилизосомного катаболизма. Другие ЛТС (кроме, пожалуй, мембранотропных поверхностно активных веществ) оказывают значительно

меньший эффект на функцию лизосом, хотя на уровне организма патогенез болезней накопления, вызванных ферментной недостаточностью, в значительной мере связывают именно с синдромом лизосомной перегрузки. ЛТС являются выраженно гетерогенной группой по механизму накопления и действия на лизосомы и клетку и поэтому все реже объединяются по признаку локализации, хотя накопление лекарств в лизосо-мах изучается очень широко.

Аутофагия (86) обнаружена вскоре после открытия лизосом, однако механизмы ее стимуляции и избирательности мембранного обособления органелл (предполагается, поврежденных) становятся более понятными только в последние десятилетия. Установлено значение недостатка отдельных аминокислот для стимуляции ауто-фагии в клетках in vitro. Аутофагия продолжает активно изучаться как показатель клеточного стресса. Появляются новые аспекты, связанные с ее участием в гибели кдетки.

Высокая степень понимания работы протонной помпы (70) лизосом (Н+/К+-АТФ-азы), обеспечивающей кислый рН внутри лизосом, достигнута в 70-х годах. Найдено достаточно много препаратов, ингибирующих помпу, а также связывающих протоны в лизосомах и тем самым повышающих внутрилизосомный рН. Обнаружены отличия протонного насоса в лизосомах и эндо-сомах.

Рецепторы липопротеинов (61), осуществляя захват и интернализацию липопротеинов различных классов, играют ключевую роль в транспорте холестерина и его эфиров в клетку, в частности в гепатоциты и эндотелиоциты. Окисленные ли-попротеины захватываются преимущественно посредством рецептора-мусорщика («скэвен-джер») (18), участвующего в атерогенных процессах. Достаточно много работ устанавливают сигнальную роль рецепторов липопротеинов в инициации различных клеточных ответов.

Настойчиво изучаются возможности эндо-цитозного захвата и процессинга лекарственных препаратов в рамках глобальной междисциплинарной проблемы направленной доставки лекарств (58) в клетки-мишени. Первостепенное внимание уделяется раковым клеткам и препаратам цитостатического ряда (метатрексат, дау-номицин), мощным цитотоксинам (рицин и др.), которые в лизосомах должны гидролитически освобождаться из комплекса с носителем, проникать через лизосомную мембрану в цитозоль и действовать на субклеточную мишень.

Обнаружение лизосомных ферментов в экс-кретируемом материале (моча, желчь и др.) (55) в повышенных концентрациях является признаком

органной патологии и используется в диагностических целях.

Фактор некроза опухолей

активно изучается в связи с возможностью его активации и запуска апоптоза посредством лизосом, в частности лизосомного фермента катепсина В. Интенсивно исследуются металлопротеиназы

(49), способные расщеплять соединительнотканный матрикс. Накапливаются данные об их участии в инвазивном росте опухоли, устанавливается связь с малигнизацией, метастазированием.

Протеолитический потенциал лизосом (в первую очередь, катепсин В) обусловливает их участие в регуляции транскрипции (48) посредством ограниченного протеолиза, генерации активированных мессенджеров и/или факторов регуляции транскрипции. Изучается эффект на активацию систем ФНО, факторов транскрипции STAT, Fas и т.д.

Одним из мессенджеров клеточного ответа являются низкомолекулярные ГТФ-азы, называемые Rab (47), которые участвуют в запуске клеточной дифференцировки при онкотрансформации и связаны с активностью лизосом. Нередко Rab изучаются в связи с регуляцией внутриклеточного транспорта эндоцитозных везикул.

Цитотоксическое действие эндотоксина (33) в значительной мере ассоциировано с рецепторным захватом эндотоксина, интернализацией данного липополисахарида и ролью лизосом как мессенджера клеточного повреждения.

Исследование накопительного компартмента (33) клетки и его связь с лизосомами имеет важное значение в понимании болезней накопления, поиске механизмов рецепции накапливающегося материала, реакции клетки на накопление, включая разгрузку накопительных везикул (30).

Стабильность мембраны (28) лизосом является традиционным объектом изучения в связи с повреждением лизосом и освобождением лизо-сомных ферментов при различной патологии. С этой проблемой тесно связана возможность слежения за терапевтическими мембраностабилизирующими эффектами препаратов и воздействий.

Катаболизм белка, инициируемый убиквити-низацией, протекает в протеасомах (26), однако в плане взаимодействия с лизосомами интерес к ним существенно ниже, чем к избирательному маркированию белка убиквитином, которое распространяется также и на лизосомные белки.

Исследование пиноцитоза (25) в настоящее время трансформировалось в изучение адсорбционного эндоцитоза и жидкостного пиноцитоза, при этом интерес к последнему, все больше являющемуся синонимом пиноцитоза, сохраняется прежде всего в плане его регуляции.

Внеклеточный протеолиз (24), связанный с лизосомами, обусловлен секрецией лизосомных протеиназ (катепсинов B, D, L, коллагеназы, эла-стазы), которые ответственны за деградацию внеклеточного матрикса в процессах роста опухолей, а также ограниченный протеолиз белков плазмы крови под действием секретируемых кининогена-зы, активатора плазминогена и т.п.

Протеинкиназа С (PKC) (24) исследуется как регуляторный элемент в связи с анализом механизма слияния сперматозоида с яйцеклеткой (экзоцитоза акросом), а также с сортингом эн-доцитозных везикул, процессами слияния родственных везикул, дегрануляцией лейкоцитов.

Катионные белки (20) представляют собой бактерицидный потенциал лейкоцитов, что важно в оценке антиинфекционной защиты организма.

Интерес к рецепторам-«мусорщикам» («scavenger») (18) определяется их функцией удаления аномальных (чужеродных, денатурированных и модифицированных) белков, а также участием в захвате модифицированных липопро-теинов, являющихся атерогенными.

В последние годы в связи с успехами молекулярной биологии функционирование лизосом изучается на новом уровне, с привлечением анализа таких мессенджеров клеточного ответа, как белки теплового шока (HSP) (10), фактор регуляции транскрипции NFkB, сигнальный трансдуктор и активатор транскрипции STAT, и количество подобных публикаций будет неизбежно расти, так как молекулярная биология лизосом еще недостаточно изучена. Вместе с тем показано, что NFkB защищает клетки от лизосомозависимого пути клеточной гибели.

В качестве резюме следует отметить, что наибольший интерес привлекают такие блоки исследований, как эндоцитоз, деградация липидов, гликозидазы, секреция и катаболизм. Среди достаточно «молодых» тем актуальны РЭ, внутриклеточный сортинг, сигнальная трансдукция с участием лизосом, рецепторы М-6-Ф, перенос нуклеоконструкций в ядро с участием лизосомно-го компартмента. В последнее время активно изучаются механизм процессинга и презентации антигена в системе HLA и лизосом, участие лизосом в апоптотическом эффекте ФНО, ГТФ-азы Rab как фактор регуляции везикулярного транспорта, локализующийся в везикулярном аппарате.

Безусловно, данный подход к оценке актуальности изучаемых проблем зависит от временной динамики прироста публикаций, выступающей как аналог производной в дифференциальных уравнениях. Особенно важен прирост публикаций в последние годы, отражающий концентрацию интереса исследователей, базирующегося

на детальном молекулярно- и клеточно-биологическом знании и достижениях технологического прогресса. К таковым можно отнести молекулярные регуляторы клеточного ответа и сигнальной трансдукции, функционирующие с участием ли-зосом (NFkB, ГТФ-азы Rab, протеинкиназа С, синаптотагмин VII и др.) либо оказывающие регуляторное действие на функции лизосом (ГТФ-азы Rab, лизосомоассоциированные мембранные белки LAMP и др.), участие катепсинов в генерации апоптоза, ограниченный протеолиз ферментов, физиологически активных веществ, рецепторов (PARS) и т.д. Однако это задача уже другого аналитического исследования.

Выражаю искреннюю признательность главному библиографу СБО ГПНТБ СО РАН Т.В. Ремизовой за консультативную помощь в выборе библиометрической технологии исследования.

HUMAN LYSOSOMOLOGY:

BIBLIOMETRIC ESTIMATION OF FREQUENCY OF PUBLICATIONS IN VARIOUS RESEARCH DIRECTIONS

A.B. Pupyshev

The comparative analysis of the number of publications contained in the database Medline devoted to various aspects of human lysosomes was performed. Maximal quantity of publications was reached in to period 1990-1994. During 1990-2004 the highest number of works was made on material of (in order of reduction) sperm, blood plasma, leukocytes, macrophages, monocytes. The leaders among diseases and pathological processes are tumors and cancer, lysosomal storage diseases, cell death as whole, apoptosis, cell necrosis. At the subcellular and molecular level the most frequently published works were devoted to endocytosis, degradation of lipids, glycosidases, secretion. There are data on a large number of keywords.

Литература

1. Афанасьева Л.С., Жукова А.А. Анализ библиографических данных как метод выявления актуальности медицинской проблемы / Л.С. Афанасьева, А.А. Жукова // Сов. библиогр. — 1985. — № 6. — C. 36-38.

2. Курганов Н.А. Наукометрический анализ потока периодических изданий по кардиохирургии на базе MEDLINE / Н.А.Курганов // Новые технологии в информационно-библиотечном обеспечении научных исследований. — М., 1992. — С. 161-164.

3. AertsJ.M. Biochemistry of glycosphingolipid storage disorders: implications for therapeutic intervention / J.M. Aerts, C. Hollak, R. Boot, A. Groener // Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. — 2003. — Vol. 358. — № 1433. — P. 905-914.

4. Bonifacino J.S. Signals for sorting of transmembrane proteins to endosomes and lysosomes / J.S. Bonifacino, L.M. Traub // Annu. Rev. Biochem. — 2003. — Vol. 72.— P. 395-447.

5. Cabrera-SalazarM.A Gene therapy for the lysosomal storage disorders / M.A. Cabrera-Salazar, E. Novelli, J.A. Barranger // Curr. Opin. Mol. Ther. — 2002. — Vol. 4.

— № 4. — P. 349-358.

6. Complex mechanisms for c-fos and c-jun degradation / I. Jariel-Encontre, C. Salvat, A.M. Steff // Mol. Biol. Rep. — 1997. — Vol. 24. — № 1-2. — P. 51-56.

7. Desnick RJ. Enzyme replacement and enhancement therapies for lysosomal diseases / R.J. Desnick // J. Inherit. Metab. Dis. — 2004. — Vol. 27. — № 3. — P. 385-410.

8. Gonzalez-Gaitan M. Signal dispersal and transduction through the endocytic pathway / M.Gonzalez-Gaitan // Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. — 2003. — Vol. 4. — № 3. — P. 213-224.

9. Gozuacik D. Autophagy as a cell death and tumor suppressor mechanism / D. Gozuacik, A. Kimchi // Oncogene. — 2004. — Vol. 23. — № 16. — P. 2891-2906.

10. Guicciardi M.E. Lysosomes in cell death / M.E. Guicciardi, M. Leist, G.J. Gores // Oncogene. — 2004.

— Vol. 23. — № 16. — P. 2881-2890.

11. Hille-RehfeldA. Mannose 6-phosphate receptors in sorting and transport of lysosomal enzymes / A. Hille-Re-hfeld // Biochim Biophys Acta. — 1995. — Vol. 1241. — № 2.

— P. 177-194.

12. Holtzman E. Lysosomes / E. Holtzman. — 2nd ed.

— New York; London. — 1989.

13. Klionsky DJ. Autophagy as a regulated pathway of cellular degradation / D.J. Klionsky, S.D. Emr // Science.

— 2000. — Vol. 290. — № 5497. — P. 1717-1721.

14. Mukherjee S. Endocytosis / S. Mukherjee, R.N. Ghosh, F.R. Maxfield // Physiol. Rev.— 1997. — Vol. 77.

— № 3. — P. 759-803.

15. Ossovskaya V.S. Protease-activated receptors: contribution to physiology and disease / V.S. Ossovskaya, N.W. Bunnett // Physiol. Rev. — 2004. — Vol. 84. — № 2.

— P. 579-621.

16. Pieters J. MHC class II compartments: specialized organelles of the endocytic pathway in antigen presenting cells / J. Pieters // J. Biol. Chem. — 1997. — Vol. 378. — № 8. — P. 751-758.

17. Proteomic analysis of human lysosomes: application to monocytic and breast cancer cells / A. Journet, A. Chapel, S. Kieffer et al. // Proteomics. — 2002. — Vol. 2ro

— № 8. — P. 1026-1040.

18. Rihova B. Targeting of drugs to cell surface receptors / B. Rihova // Crit. Rev. Biotechnol. — 1997. — Vol. 17. — № 2. — P. 149-169.

19. Role of cathepsin B in intracellular trypsinogen activation and the onset of acute pancreatitis / W. Halangk, M.M. Lerch, B. Brandt-Nedelev et al. // J. Clin. Invest.

— 2000. — Vol. 106. — № 6. — P. 773-781.

20. Steinberg T.H. Cellular transport of drugs / T.H. Steinberg // Clin. Infect. Dis. — 1994. — Vol. 19. — № 5.

— P. 916-921.

21. Strous G.J. The ubiquitin-proteasome system and endocytosis / G.J. Strous, R. Govers // J. Cell Sci. — 1999.

— Vol. 112. — Pt. 10. — P. 1417-1423.

22. Van Dyke R.W. Acidification of lysosomes and endosomes / R.W. Van Dyke // Subcell. Biochem. — 1996.

— Vol. 27. — P. 331-360.