Влияние противоопухолевых антиметаболитов на систему глутатиона

Сибирский медииинский журнал. 2006. № 7 © КОЛЕСНИЧЕНКО Л.С., ЛАЛЕТИН B.C.

ВЛИЯНИЕ ПРОТИВООПУХОЛЕВЫХ АНТИМЕТАБОЛИТОВ НА СИСТЕМУ ГЛУТАТИОНА

Л.С. Колесниченко. В.С. Лалетин

Резюме. Представлена сравнительная характеристика влияния противоопухолевых антиметаболитов метотрексата и 5-фторурацила на систему глутатиона. Выявлены как защитные, так и неблагоприятные реакции. Обсуждаются возможные механизмы дестабилизации системы глутатиона.

Ключевые слова. Система глутатиона, метотрексат, 5-фторурацил, оксидативный стресс.

Одно из центральных мест в лечении опухолей занимают цитостатики, среди которых выделяют алкилирующие средства, антиметаболиты и цито-статические антибиотики [3]. Эти препараты обладают рядом существенных недостатков, основными из которых являются малая избирательность действия и высокая токсичность. Применение ци-тостатиков сопровождается накоплением активных форм кислорода и снижением антиоксидант-ной защиты [5, 7, 9-11]. Как следствие развивается оксидативный стресс (ОС). Это привело к гипотезе об обусловленности возникновения побочных эффектов ряда химиопрепаратов развитием ОС [4, 6]. В связи с малой избирательностью действия цитостатиков ОС развивается не только в опухоли, но и в интактных тканях. Защиту тканей от ОС осуществляют эндогенные антиоксиданты и в первую очередь система глутатиона [2]. Целью данной статьи является сравнительная характеристика влияния на систему глутатиона антиметаболитов: метотрексата (МТ) и 5-фторурацила (5-ФУ). Эти препараты, являясь антагонистами естественных метаболитов, вызывают нарушения обмена веществ, проявляющиеся подавлением синтеза ДНК. МТ угнетает дегидрофолатредуктазу и ти-мидилатсинтазу, нарушая образование пуринов и тимидина. 5-ФУ в клетках превращается в 5-фтор-2-дезоксиуридин-5-монофосфат — ингибитор ти-мидилатсинтетазы [3].

Материалы и методы

Эксперименты проведены на 90 мышах самцах. Первой группе однократно внутрибрюшинно вводили МТ в дозе 150 мг/кг, второй — 5-ФУ 40 мг/кг, третья группа — контрольная. Концентрацию восстановленного глутатиона (вБН) и активность трех главных ферментов его метаболизма: глу-татионтрансферазы (ГТ), глутатионпероксидазы (ГПО), и глутатионредуктазы (ГР) определяли стандартными спектрофотометрическими методами [1]. Измерения проводили через 3, 12, 24 и 72 ч. Результаты статистически обработаны с использованием критериев Б, 1 Стьюдента и 1 Велча. Описаны только значимые изменения (р < 0,05).

Результаты и обсуждение

Как МТ, так и 5-ФУ через 12-72 ч устойчиво и умеренно (на 14-22%) снижали концентрацию вБН в печени (табл. 1-2). На уровень вБН в почке так же влиял МТ, а 5-ФУ уменьшал только через 3 ч. Через 12 ч в сердце оба антиметаболита снижа-

ли вБН, через 24 ч в селезенке — только МТ (в 2 раза).

На активность ГТ печени оба антиметаболита влияли идентично: вначале происходило резкое увеличение с максимумом через 12 ч (на 156 и 167%), затем активность постепенно снижалась до уровня контроля (5-ФУ) или даже ниже (МТ). Через 3 ч 5-ФУ умеренно увеличивал активность ГПО, через 12 ч оба антиметаболита вызывали резкий противоположный сдвиг (на 67 и 47%), через 24 ч происходила нормализация, через 72 ч 5-ФУ снова снижал активность ГПО. Динамика активности ГР печени при введении МТ была наиболее сложной: двукратные подъемы через 3 и особенно 24 ч (на 35 и 66%) и снижения к 12 и 72 ч (на « 30%). 5-ФУ вызывал только снижение через 12 ч.

Наибольшие количество и выраженность сдвигов в системе глутатиона характерны для 12-24 ч, что свидетельствует об изменении не активности ферментов, а их индукции или репрессии. Предлагается метаболическая интерпретация обнаруженных сдвигов. Динамика концентрации вБН и активности ГТ печени очень различна, но оба антиметаболита на эти показатели влияют совершенно синхронно. Первичной реакцией, очевидно, является экспрессия ГТ с максимумом к 12 ч, индуцированная введением в организм ксенобиотиков. Это вызывает усиленное использование вБН, превышаюшее его синтез, и в результате снижение вБН. Последующее сохранение такой же концентрации вБН, несмотря на снижение активности ГТ (24-72 ч), может объясняться умеренной, но длительной репрессией ключевого фермента синтеза глутатиона гамма-глутамилци-стеинсинтетазы [5, 8]. Снижение активности ГПО и ГР происходит одновременно через 12 ч, для ГПО оно более выраженно. Но в целом реакции этих ферментов на антиметаболиты различны; на активность ГПО чаще влиял 5-ФУ а на ГР — МТ. Сдвиги в концентрации вБН наиболее стабильны в печени, для МТ — и в почках. Последнее, очевидно, объясняется развитием ОС и выраженной не-фротоксичностью МТ [7, 10]. В сердце и селезенке уменьшение вБН обнаружено только в один срок, но в последней сдвиг был особенно выражен.

С теоретической точки зрения возрастание активности ГТ, а через 24 ч и ГР — благоприятная защитная реакция против ОС, но отсутствие увеличения активности ГПО и в большинстве сроков ГР и устойчивое снижение вБН через 24-72 ч ухудшает антиоксидантную защиту. При введении МТ этому может способствовать ингибирование глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы [5], поставляю-

щей НАДФН для ГР. В целом выявленный нами комплекс разнонаправленных изменений можно оценить как дестабилизацию системы глутатиона. Через 72 ч она снижена, но еще не преодолена.

Таблица 1

Влияние метотрексата на концентрацию глутатиона в органах и активность ферментов его метаболизма в печени

Контроль МТ 3 ч МТ 12 ч МТ 24 ч МТ 72 ч

mo 67,4 ± 1,95 62,6 ± 11,80 22,5 ± 3,91" 63,5 ± 6,92 78,1 ± 7,50

печень

ГТ 1000 ± 44,8 1551 ± 197е 2561 ± 268" 1527±142" 813 ± 66,6а

печень

ГР 28,7 ± 0,75 38,7 ± 2,07" 19,9 ± 2,49е 47,5 ± 3,02" 20,8 ± 1,65"

печень

GSH 5,36 ± 0,12 5,91 ± 0,28 4,58 ± 0,20е 4,68 ± 0,22а 4,74 ± 0,14а

печень

GSH 2,72 ± 0,23 2,83 ± 0,37 2,60 ± 0,08 1,24 ± 0,20" 2,30 ± 0,41

селезенка

GSH 3,52 ± 0,13 3,62 ± 0,26 3,20 ± 0,08 2,94 ± 0,10е 2,78 ± 0,26а

почки п II 7) п N 0) п N 0) п N 0) п II 0)

GSH 1,44 ± 0,05 1,52 ± 0,08 1,10 ± 0,03" 1,33 ± 0,04 1,39 ± 0,05

сеРДЦе п II 7) п N 0)

Примечание: в таблицах 1 и 2 приняты следующие обозначения: а — р < 0,05, б — р < 0,01, в — р < 0,001; активность ферментов выражена в нмоль/мин на 1 мг белка; концентрация глутатиона выражена в мкмоль на грамм ткани.

Сибирский медицинский журнал. 2006. № 7

Таблица 2

Влияние 5-фторурацила на концентрацию глутатиона в органах и активность ферментов его метаболизма в печени

КонтРоль 5-ФУ 3 ч 5-ФУ 12 ч 5-ФУ 24 ч 5-ФУ 72 ч

ГПО 67,4 ± 1,95 86,47 ± 8,93а 36,63 ± 3,04" 74,06 ± 15,46 43,6 ± 5,20"

печень

ГТ 1000 ± 44,8 1455±115" 2671 ± 377" 1368±112е 872±126

печень

ГР 28,7 ± 0,75 30,4 ± 1,27 21,2 ± 1,50" 32,6 ± 4,72 29,8 ± 3,32

печень

GSH 5,36 ± 0,12 5,44 ± 0,30 4,37 ± 0,47а 4,60 ± 0,35а 4,17 ± 0,36е

печень

GSH селе- зенка 2,72 ± 0,23

GSH 3,52 ± 0,13 2,99 ± 0,08а 3,37 ± 0,17 3,71 ± 0,30 3,30 ± 0,14

почки

GSH 1,44 ± 0,05 1,43 ± 0,03 1,17 ± 0,03е 1,41 ± 0,10 2,17 ± 0,61

сеРДЦе

ЛИТЕРАТУРА

1. Колесниченко Л.С., Кулинский В.И., Сотникова Г.В., Ковтун В. Ю. Влияние направленного изменения концентрации глутатиона на температуру тела и толерантность к ишемии головного мозга. // Биохимия. — 2003. — Т. 68, №5. — С. 656-663.

2. Кулинский В.И., Колесниченко Л.С. Биологическая роль глутатиона. // Успехи современной биологии. — 1990. — Т. 110, № 1(4). — С. 20-33.

3. Харкевич Д.А. Фармакология. — М.: ГЭОТАР-МЕД, изд. 8, 2005.

4. Alexandre J., Nicco C., Chereau C. et al. Improvement of the therapeutic index of anticancer drugs by the superoxide dismutase mimic mangafodipir // J. Natl. Cancer Inst. — 2006. — Vol. 98, No. 4. — P. 236-244.

5. Babiak R.M., Campello A.P., Carnieri E.G., Oliveira M.B. Methotrexate: pentose cycle and oxidative stress // Cell Biochem. Funct. — 1998. — Vol.16, No. 4. — P. 283-293.

6. CetinerM., Sener G., Sehirli A.O. et al. Taurine protects against methotrexate-induced toxicity and inhibits leukocyte death // Toxicol. Appl Pharmacol. — 2005. -Vol. 209, No. 1. — P. 39-50.

7. Devrim E., Cetin R., Kilicoglu B. et al. Methotrexate causes oxidative stress in rat kidney tissues // Renal Failure. — 2005. — Vol. 27, No. 6. — P. 771-773.

8. Fujishima H., Nakano S., Masumoto N. et al. Inhibition by 5-fluorouracil of ERCC1 and gamma-glutamylcysteine synthetase messenger RNA expression in a cisplatin-resist-ant HST-1 human squamous carcinoma cell line // Oncol. Res. -1997. — Vol. 9, No. 4. — P. 167-172.

9. Ichikawa W., Ooyama A., Toda E. et al. Gene expression of ferredoxin reductase predicts outcome in patients with metastatic colorectal cancer treated by 5-fluorouracil plus leucovorin // Cancer Chemother. Pharmacol. — 2006. — Vol.58, No. 6. — P. 794-801.

10. Jahovic N., Cevik H., Sehirli A. O. et al. Melatonin prevents methotrexate-induced hepatorenal oxidative injury in rats // J. Pineal. Res. — 2003. -Vol. 34, No. 4. — P. 282-287.

11. Mantovani G., Maccio A., Madeddu C. et al. Reactive oxygen species, antioxidant mechanisms and serum cytokine levels in cancer patients: impact of an antioxidant treatment // J. Cell. Mol. Med. — 2002. — Vol. 6, No. 4. — P. 570-582.

THE INFLUENCE OF ANTITUMORAL ANTIMETABOLITES ON GLUTATHIONE SYSTEM

L.S. Kolesnitchenko, V.G. Laletin

The comparative characteristic of the antitumoral antimetabolites (methotrexate and 5-fluorouracil) influence on glutathione system is presented. Both protecting and unfavorable reactions are revealed, ^e possible mechanisms of glutathione system destabilization are discussed.