Научная работа: Биохимические механизмы гепатотоксичности ксенобиотиков

ДЛЯ ЗАМЕНЫ

Department of Pathology, University of Maryland School of Medicine, Baltimore 21201, USA.

The pathways and identification of cell injury and cell death are of key importance to the practice of diagnostic and research toxicologic pathology. Following a lethal injury, cellular reactions are initially reversible. Currently, we recognize two patterns, oncosis and apoptosis. Oncosis, derived from the Greek word "swelling," is the common pattern of change in infarcts and in zonal killing following chemical toxicity, e.g., centrilobular hepatic necrosis after CC14 toxicity. In this common reaction, the earliest changes involve cytoplasmic blebbing, dilatation of the endoplasmic reticulum (ER), swelling of the cytosol, normal or condensed mitochondria, and chromatin clumping in the nucleus. In apoptosis, the early changes involve cell shrinkage, cytosolic shrinkage, more marked chromatin clumping, cytoplasmic blebbing, swollen ER on occasion, and mitochondria that are normal or condensed. Following cell death, both types undergo postmortem changes collectively termed "necrosis." In the case of oncosis, this typically involves broad zones of cells while, in the case of apoptosis, the cells and/or the fragments are often phagocytized prior to their death by adjacent macrophages or parenchymal cells. In either case, the changes converge to a pattern that involves mitochondrial swelling, mitochondrial flocculent densities and/or calcification, karyolysis, and disruption of plasmalemmal continuity. The biochemical mechanisms of cell death are currently under intense study, particularly concerning the genes involved in the process. Pro-death genes include p53, the ced-3/ICE proteases, and the Bax family. Anti-death genes include ced-9/Bcl-2 and the adenovirus protein EIB. It is clear that ion deregulation, particularly that of [Ca2+]i plays an important role in cell death following either apoptosis or oncosis. Genetic evidence strongly indicates that activation of proteases is an important step, possibly very near to the point where cell death occurs.

PublicationTypes:

* Review

* Review, tutorial

Поражения печени ксенобиотиками имеют топографические особенности, что отображает структурную и функциональную неоднородность ацинуса печени. В первой зоне ацинуса гепатоциты прилежат к портальному тракту и получают большее количество кислорода и питательных веществ, в сравнении с гепатоцитами второй и особенно третьей зоны [Kedderis G.L., 1996; Oinonen T., Lindros K.O., 1998]. Перипортальные гепатоциты (зона 1) содержат больше митохондрий и в них более интенсивно протекают энергетические процессы, включая бета-окисление жирных кислот, обмен аминокислот и синтеза мочевины, глюконеогенез. Перивенозные гепатоциты (зона 3) содержат меньше митохондрий, но больше эндоплазматического ретикулума, и в них в большей мере, чем в гепатоцитах первой и второй зон сосредоточены процессы окисления и конъюгации ксенобиотиков. Однако в перевенозных гепатоцитах имеется дисбаланс между продукцией токсических метаболитов и их обезвреживанием, поскольку глутатионпероксидаза, ферменты конъюгации с глюкуроновой кислотой, глутатионом, сульфатом экспрессируются слабее, чем изоформы цитохрома Р450. Поэтому в гепатоцитах 3 зоны образуется большее количество реакционноспособных метаболитов ксенобиотиков и они хуже обезвреживаются. Вследствии особенностей метаболизма и кровоснабжения гепатоцитов поражения печени ксенобиотиками, как впрочем и другие виды поражений (воспалительное, ишемическое) чаще всего затрагивают гепатоциты перивенозной зоны [Mayumi T., Chan C.K., Clemens M.G., Bulkley G.B. 1996 Kedderis G.L., 1996 Nakamura Y., Takahashi T., 1998], которые морфологически расцениваются как центролобулярные поражения.

Конечно, при центролобулярных поражениях, в той или иной мере затрагиваются и гепатоциты других зон. В значительной мере распространенность поражения определяется тяжестью поражения. Так, например, в зависимости от тяжести отравления кокаин вызывает преимущественно перипортальные некрозы, при фульминантных гепатитах некрозы могут захватывать среднюю зону и даже перивенозную зону [KanelG.C., CassidyW., ShusterL., ReynoldsT.B.,1990; PowellC.J., CharlesS.J., MullervyJ., 1995].

Преимущественно центролобулярные поражения вызывают большинство классических гепатотоксинов: галогенированные углеводороды - четыреххлористый углерод, хлороформ, галотан и другие [LarsonJ.L., WolfD.C., ButterworthB.E., 1993; MizuokaH., ShikataN., YangJ., TakasuM., InoueK., TsuburaA., 1999], диметилнитрозамин, диэтилнитрозамин [MizuokaH, ShikataN., YangJ., TakasuM., InoueK., TsuburaA., 1999], бромбензол, парацетамол [LeeV.M., CameronR.G., ArcherM.C., 1998], N-метилформамид [TulipK., TimbrellJ.A.., 1988], кумарин [LakeB.G., EvansJ.G., 1993], метимазол [MizutaniT., MurakamiM., ShiraiM., TanakaM., NakanishiK., 1999], нимесулид [RoskamsT., DesmetV., 1998] и другие.

К токсинам, вызывающим преимущественно перипортальные некрозы, относят аллиловый спирт [SellS., 1997], линдан [VidelaL.A., ArisiA.C., FuzaroA.P., KochO.R., JunqueiraV.B., 2000], кокаин [RosenbergD., IlicZ., YinL., SellS., 2000], витамин А [ShintakuT., MurataT., YamaguchiK., MakitaT., 1998], железо [HouglumK., BedossaP., ChojkierM., 1994], метилэтилкетонпероксид [KarhunenP.J., OjanperaI., LaluK., VuoriE., 1990]

Одним из объяснений преимущественно перипортальных поражений печени ксенобиотиками, является то, что именно гепатоциты зоны 1, первыми контактируют с кровью воротной вены,с которой поступают ксенобиотики. Поэтому прямо действтующие токсины (не требующие метаболической активации в токсические метаболиты) будут вызывать поражение именно этой зоны. Однако эта гипотеза является малоубедительной, поскольку и типичный перипортальный гепатоксин требует превращения в токсический метаболит – акролеин, а катализируемое алкогольдегидрогеназой окисление аллилового спирта в акролеин идет одинаково интенсивно, как в гепатоцитах зоны 1, так и зоны 3 [Belinsky S.A., Matsumura T., Kauffman F.C., Thurman R.G., 1984], так же как и кокаин для проявления токсичности требует метаболической активации в токсические метаболиты цитохром Р450-зависимыми монооксигеназами.

К токсинам, вызывающим преимущественно поражение зоны 2 (среднезональные некрозы), относят конканавалин А [SatohM., KobayashiK., IshiiM., IgarashiT., ToyotaT. 1996], микробные эндотоксины в комбинации с этанолом [HorieY., KatoS., OhkiE., TamaiH., YamagishiY., IshiiH., 2000].

Токсический гепатит . Токсический гепатит развивается в результате идиосинкразической реакции на введение ксенобиотиков и сопровождается системными проявлениями гиперчувствительности – лихорадкой, лимфаденопатией, сыпью, гистологической основой которого является диффузный некроз гепатоцитов, наличие моноцитарных и еозинофильных инфильтратов при сохраненной дольковой структуре печени [Sturgill M.G., Lambert G.H., 1997].

Изониазид считается классическим примером препарата, вызывающего гепатит в результате идиосинкразии. У 15-20% получающих изониазид пациентов отмечается повышение сывороточного уровня трансаминаз, из них лишь у 1% развивается гепатит, требующий отмены лекарства [Sturgill M.G., Lambert G.H., 1997]. Факторами риска являются голодание, прием индукторов Р450 (алкоголя, рифампицина, прогестерона и др.), возрастные изменения печеночного метаболизма и индивидуальная предрасположенность [Aziz S., Agha F., Hassan R., Fairoz S.A., Hassan K., 1990; E. Muschetal., 1987; S.-J. Hwangetal., 1997; J.R. Ungo, 1998; StuartR.L., WilsonJ, GraysonM.L.., 1999]

Идиосинкратическую гепатотоксическую реакцию вызывают также ранитидин, ловастатин [DevuystO, LefebvreC., GeubelA., CocheE. 1993; S. Ramrakhianietal., 1998; M. Brugueraetal., 1998 ]. Известны эпизодические случаи острого гепатита на фоне приема ципротеронацетата, метформина, солей золота [ M.M. Babichetal., 1998; A. Lombardietal., 1998; H.K. Koryemetal., 1998]. У 2% больных принимающих гипогликемический препарат троглитазон развивается тяжелый токсический гепатит [KohlroserJ., MathaiJ., ReichheldJ., BannerB.F., BonkovskyH.L., 2000].

Применение НПВС может сопровождаться токсическим гепатитом и холестазом у некоторых чувствительных лиц, независимо от дозы. Механизмы инициации и реализации пока неизвестны, однако показано, что кислые НПВС метаболизируются до реактивных ацил-глюкуронидов, которые образуют ковалентные аддукты с белками плазмы и гепатоцитов. НПВС-измененные белки действуют как иммуногены и запускают цитотоксическую Т-клеточную или антителозависимую цитотоксичность у восприимчивых больных [BoelsterliU.A., ZimmermanH.J., Kretz-RommelA. 1995]. В литературе имеется множество данных о серьезном токсическом гепатите, вызванным диклофенаком, который сопровождался системными реакциями гиперчувствительности, имел высокий процент летальности и требовал назначения преднизолона [Helfgott S.M. et al., 1990; Rabinovitz M., Van Thiel D.H. 1992; Bjorkman D. 1998; Schattner A. et al., 2000]. Фенитоин и сульфосалазин также вызывают системные реакции гиперчувствительности с развитием токсического гепатита [Howard P.A. et al., 1989; Besnard M. et al., 1999].

В некоторых случаях идиосинкратическая реакция на лекарство может завершиться развитием тяжелого аутоиммунного гепатита, с появлением антител против печеночной ДНК, как это описано в отношении больных получавших миноциклин [Teitelbaum J.E., Perez-Atayde A.R., Cohen M., Bousvaros A., Jonas M.M., 1998].

Стеатоз . Стеатоз развивается вследствие аномальной аккумуляции триглицеридов внутри гепатоцитов и их накопления [Zimmerman H.J., Maddrey W.C.., 1993; LammertF., MaternS., 1997; FromentyB., PessayreD., 1997; Pessayre D. et al., 1999; Hegedus G., 2000]. Макровезикулярный стеатоз (при хроническом употреблении этанола) характеризуется единичными большими цитоплазменными вакуолями триглицеридов внутри гепатоцитов, которые смещают ядро к периферии. Механизм развития макровезикулярного стеатоза включает стимуляцию синтеза жирных кислот и триглицеридов из жирных кислот, замедление удаления триглицеридов из гепатоцитов.

Микровезикулярный стеатоз менее частый, но более опасный вариант гепатотоксической реакции, развивается преимущественно в результате дефицита митохондриального ß-окисления жирных кислот и характеризуется наличием множества мелких вкраплений триглицеридов внутри гепатоцитов, которые не смещают ядро [Conte D., Bolzoni P., Fraquelli M., Bodini P., Velio P.,1995; Lammert F., Matern S., 1997; Fromenty B., Pessayre D., 1997 Pessayre D., Mansouri A., Haouzi D., Fromenty B., 1999; Su G.M., Sefton R.M., Murray M., 1999]. ß-окисление жирных кислот - критический процесс, так как образующиеся в результате него молекулы ацетил-КоА, являются важнейшими источником АТФ в клетке. Прерывание этого процесса приводит к этерификации жирных кислот в цитоплазме до триглицеридов и их накоплению, лишает клетки энергии и нарушает их функцию.

Микровезикулярный стеатоз способны вызывать аспирин, тетрациклины, изониазид, гидразин, аминептин, тианептин, амиодарон, пергексилин, желчные кислоты, оротовая кислота, препараты ниацина, синтетические эстрогены, тиклопидин и многие другие лекарства [Sarich T.C. et al., 1996; Fromenty B., Pessayre D., 1997 Su G.M. et al., 1999; Remy A.J. et al., 1999].

Большую группу лекарств, способных вызвать стеатоз, составляют препараты, используемые в лечении СПИДа и вирусных гепатитов – зидовудин, ламивудин [terHofstedeH.J.etal., 1998; SulkowskiM.S. et al., 2000]. Вальпроевая кислота вызывает поражение печени примерно у 11-20% пациентов, которое сопровождается безсимптомным повышением активности сывороточных трансаминаз и морфологически проявляется микровезикулярным стеатозом. Вальпроевая кислота способна ингибировать бета-окисление жирных кислот через истощение свободного коэнзима A и карнитина (поскольку вальпроевая кислота конкурирует в митохондриях за ферменты и кофакторы бета-окисления), что приводит нередко к фатальному поражению печени [Fromenty B., Pessayre D., 1997; Konig S.A., et al., 1999]. Очевидно нарушение бета-окисления жирных кислот не единственная причина тяжелого поражения печени. Образующийся при участии цитохромов подсемейства CYP4В реакционноспособный метаболит 2-пропил-4-пентеноевая кислота, способен истощать запасы восстановленного глутатиона, КоА и также является индуктором микровезикулярного стеатоза [BaillieTA., 1992 Kassahun K etal., 1994].

Терапия амиодароном осложняется поражениями печени довольно часто, от бессимптомного снижения функции печени у 15-55% больных до выраженных нарушений (желтуха, гепатомегалия, цирроз или хронический активный гепатит), иногда с летальным исходом. Наиболее частой гистологической основой амиодароновой гепототоксичности является микро- и макровезикулярный стеатоз [Flaharty K.K. etal., 1989; Lewis J.H., et al., 1990; Sturgill M.G., Lambert G.H., 1997 Iliopoulou A. etal., 1999]. Несколько реже развивается фосфолипидоз, который характеризуется аккумулированием комплексов фосфолипид-лекарство внутри лизосом гепатоцитов, клеток желчных путей, купферовских клеток.

Основной метаболит кетоконазола дез-N-ацетилкетоконазол также индуцирует накопление фосфолипидов и способен вызвать тяжелое поражение печени [Whitehouse L.W. etal., 1994; Findor J.A. etal., 1998].

Холестаз . Индуцированный ксенобиотиками холестаз является результатом нарушения продукции желчи и ее выведения. Индуцированный лекарствами холестаз имеет разнообразные проявления и включает нарушение гепатоцелюлярной секреции желчи (чистый холестаз или холестатический гепатит), обструкцию дуктул (холангиолит) или междольковых протоков (холангит), или внепеченочную обструкцию [Erlinger S., 1997]. Чистый холестаз без гепатита индуцируется, как правило, стероидами, а в остальных случаях холестаз чаще сопровождается явлениями некроза (апоптоза), воспалительной, аутоиммуной реакции [Erlinger S., 1997].

В основе холестаза лежит повреждение ксенобиотиками каналикулярных мембран и цитоскелета, ингибирование АТФ-зависимых транспортных механизмов, нарушение функции белков-транспортеров органических анионов, желчных кислот, Р-гликопротеина и белка множественной резистентности, нарушение гомеостаза внутриклеточного кальция и глутатиона [Harada M., E.T. AL., 1994; Erlinger S., 1997; Kamisako T. et al., 1999 Suzuki H., 1999; Stieger B. et al., 2000; Bouchard G. et al., 2000]. Так, циклоспорин, рифампицин, глибенкламид, эстрогены тормозят транспорт желчных кислот транспортером Bsep, зависимый от АТФ [Kadmon M., et al., 1993; Stieger B. et al., 2000 Huang L., Smit J.W., Meijer D.K., Vore M., 2000]. Холестазу, как правило, сопутствует усиленный выход в желчь и кровь белков и ферментов каналикулярных мембран [Arrese M., Pizarro M., Solis N., Koenig C., Accatino L., 1995], что используется в диагностических целях, как например, определение активности гама-глутамилтрансферазы и щелочной фосфатазы.

Типичными индукторами холестаза являются синтетические эстрогены и 17-замещенные стероиды. В клинической практике стероидный холестаз связан с приемом пероральных контрацептивов и анаболических стероидов [Dourakis S.P., Tolis G., 1998; Habscheid W., Abele U., Dahm H.H., 1999] и проявляется каналикулярным (канальцевым) холестазом [Wang C.K. et al., 1995; Sturgill M.G., Lambert G.H., 1997; Stieger B., et al., 2000]. Признаки системной гиперчувствительности и поражения печеночных клеток отсутствуют. Билиарный стаз преимущественно выражен в канальцах, поэтому не возникает воспаления или некроза. Повреждение обычно полностью восстанавливается через 2 месяца после отмены препарата. Риск развития стероидного холестаза выше у лиц, в анамнезе у которых была желтуха во время беременности.

Гепатоканаликулярный холестаз (паренхиматозно-канальцевый холестаз), развивающийся в результате реакции гиперчувствительности, характеризуется выраженным портальным воспалением и вторичным повреждением канальцев. Такое поражение печени, например, возникает у 1-2% больных, получавших аминазин. Аминазин и его 7,8-дигидрокси и 7-гидрокси метаболиты изменяют образование желчи через повреждение каналикулярных мембран и Na⁺ /K⁺ -ATФ-азы [Wang C.K. et al., 1995]. Иммунологический механизм развития этой токсической реакции подтверждается его редкой встречаемостью в популяции (<2%), внезапным началом (обычно на первом месяце терапии) и быстрым исчезновением симптомов после отмены препарата.

Применение каптоприла, эналаприла, лизиноприла и других ингибиторов ангиотензин-превращающего фермента может осложняться холестатическим гепатитом, возможным механизмом которого, кроме идиопатической гиперчувствительности, являются изменения в метаболизме эйкозаноидов [HagleyM.T. et al., 1993; HurlimannR., et al., 1994]. Гепатото