Актуальность
Марганец является важным микроэлементом, который может обладать как отрицательными (обладает свойствами цитотоксичности и генотоксичности), так и положительными эффектами. Из-за способности изменять степень окисления с Mn+2 на Mn+3, марганец может выступать кофактором определенных антиоксидантных ферментов: супероксиддисмутазы (MnСОД), пируваткарбоксилазы, различных трансфераз, гидролаз и киназ. Данные ферменты играют важную роль в метаболизме макронутриентов, а также в работе эндокринной, пищеварительной и репродуктивной систем организма [6]. Оксид и сульфат марганца – основные неорганические формы, присутствующие в пище. Другие формы Mn, включающие карбонат, цитрат, глюконат, гидроксипролинат марганца, используются как биологически активные добавки. Химическая форма (Mn органический и неорганический), степень окисления (Mn+2 и Mn+3) – факторы, влияющие на биодоступность марганца. Исследования на коровах установили, что биодоступность органического марганца выше неорганического (в сыворотке крови максимальная концентрация марганца, после приема органической формы была выше в 1,4 раза, чем после аналогичного приема неорганической соли марганца) [9]. При больших концентрациях в крови, марганец обладает токсическими свойствами: обнаруживается дисфункция митохондриального дыхания, генерация активных форм кислорода (АФК), нарушения дофаминэргической, глутаматэргической и ГАМК-эргической систем организма. Получены данные о стимулирующем действии глюконата Mn(II) на показатели гуморального и клеточного звеньев иммунной системы белых мышей [2]. В то же время получены результаты на мышах, свидетельствующие об антиканцерогенном действии этого соединения [1].
Цель исследования: оценить процесс всасывания ионов марганца и влияния его соединения с глюконовой кислотой на проантиоксидантную систему, как возможный механизм противоопухолевого действия.
Материалы и методы
Исследовательская работа проводилась на кафедре биологической химии БГМУ. Эксперимент проводился на 50-ти 2,5-месячных лабораторных мышах массой 25-30 г, которым однократно внутрибрюшинно вводился циклофосфан (50 мг/кг). Влияние синтезированного глюконата Mn (ИОХ УНЦ РАН) изучалось в сравнении с двумя группами: введение иммуностимулирующего препарата «Ликопид» (0,17 мг/кг) и глюконата Ca+2 (50 мг/кг). Контролем, относительно которого оценивали результаты, служила группа иммунодефицитных мышей «без лечения», им вводилась дистиллированная вода. Эта группа сравнивалась с группой «контроль-интактные». Пероральное введение всех препаратов начиналось через 24 часа после инъекции циклофосфана и далее ежедневно в течение 14 дней. Глюконат марганца вводился в дозе 1/10 LD50/. На 15-е сутки животные умерщвлялись методом цервикальной дислокации, и в гомогенате печени определялась активность ключевых антиоксидантных ферментов: супероксиддисмутазы, каталазы, глутатионпероксидазы (ГПО) и глутатионтрансферазы (ГТ). Интенсивность перекисного окисления липидов (ПОЛ) оценивалась по содержанию малонового диальдегида (МДА). Статистическая обработка результатов проводилась с применением программы «Microsoft Excel». Статистически значимыми принимали значения при р <0,05.
Результаты и обсуждение
Всасывание марганца начинается в проксимальном отделе тонкой кишки, здесь он абсорбируется энтероцитами в форме Mn+3 путем связывания с белком трансферрином [8]. Всасывание марганца возможно только в ионной форме, различия в абсорбционной способности глюконата и гидроксипролината марганца обусловлены разницей скорости высвобождения иона Mn+2 из комплекса под действием ферментов желудочно-кишечного тракта [12]. Происходит эндоцитоз образовавшегося комплекса Mn+3-трансферрин, после чего трансферриновый рецептор (TfR) способствует образованию эндосомы и проникновению комплекса внутрь клетки. Внутри эндосомы Mn+3 под действием фермента ферроредуктазы переходит в Mn+2. Ионы Mn+3 являются реакционноспособными, провоцируют образование АФК, вызывают оксидативный стресс, поэтому трехвалентный марганец практически не обнаруживается в цитоплазме клеток [11]. Транспортер бивалентных металлов-1 (DMT-1) является основным переносчиком марганца (80%), он входит в состав образовавшейся эндосомы и выводит ионы Mn+2 в цитозоль [7]. В цитоплазме энтероцитов ионы марганца практически не используются, а их высокая концентрация вызывает экспрессию генов, кодирующих синтез экспортеров марганца: АТФазы-13А2, SLC30A10, ферропортина и секреторной Ca2+-АТФазы-1. В клетках двенадцатиперстной кишки наибольшую активность проявляет ферропортин. При высоких концентрациях марганца повышается активность АТФазы-13А2: улавливается избыток Mn+2, который связывается в комплекс Mn+2-DMT-1 и выводится из клетки по типу экзоцитоза (защитный механизм) [7, 10, 13].
В крови марганец транспортируется в виде свободных ионов или в комплексе с β1-глобуллином и активно захватывается в печени, также возможна транспортировка с трансферрином в другие органы и ткани [5]. Проникновение ионов марганца в гепатоцит осуществляется различными белками-транспортерами: транспортер DMT-1, транспортеры цинка (ZIP8, ZIP14), дикарбоксилатный транспортер, трансферриновые рецепторы (TfR); а также через кальциевые каналы [4]. Марганец у человека входит в состав фермента митохондриальной СОД, необходимого для защиты митохондрии от действия супероксид аниона. Марганец способен катализировать работу ферментов пируваткарбоксилазы, фосфоенолпируваткарбоксикиназы и аргиназы [11]. Марганец обладает стимулирующим действием на синтез антител (IgG) [1].
При исследовании гомогената печени мышей в трех экспериментальных группах показано, что при иммунодефиците происходит резкое повышение ПОЛ – в 5,4 раза и снижение активности антиоксидантных ферментов: СОД – в 5,3, каталазы – в 1,6, ГПО – в 11,2, ГТ – в 1,7 раз. После введения глюконата марганца эта картина улучшалась: происходило снижение уровня МДА в 1,5 раз и повышение ключевого антиоксидантного фермента ГПО – в 4,4 раза.
Заключение
Таким образом, марганец в зависимости от формы (органические комплексы, неорганические соли) и способа введения, может оказывать как положительное, так и цитотоксическое, генотоксическое действие. При повышении его концентрации в клетке происходит экспрессия генов, кодирующих синтез экспортеров марганца: АТФазы-13А2, SLC30A10, ферропортина и секреторной Ca2+-АТФазы-1.
Результаты экспериментального исследования свидетельствуют о подавлении глюконатом марганца процессов перекисного окисления липидов и стимулирующем действии на глутатионпероксидазу – ключевой антиоксидантный фермент, что может явиться пусковым механизмом торможения процесса опухолевого роста клеток.