Лектины: Друзья или враги?
Бесконечный поиск самого коварного ингредиента нашего ежедневного питания, при исключении которого мы сразу восстановим свой нормальный вес, станем здоровыми и счастливыми, нашёл своего очередного виновника: лектины. Если вы никогда не слышали о лектинах, представляющих собой углевод-связывающие гликопротеины, обнаруженные во многих продуктах питания, приготовьтесь познакомиться с тем, что некоторые называют «новой клейковиной».
И, как и в случае безглютеновых диет, во многих источниках можно встретить информацию о режимах питания, исключающих лектины, которые, по мнению экспертов, весьма редко подкреплены научными доказательствами.
Данная статья предназначена для новичков в этой развивающейся диетической тенденции, которая поможет понять, являются ли эти вещества друзьями, врагами или чем-то более интересным.
Маловероятный антагонист
Но это свойство никоим образом не относится ко всем лектинам, разнообразие которых весьма значительно. Большинство лектинов не обладают какой-либо биологической активностью, тогда как другие, как полагают учёные, имеют преимущества для здоровья, а некоторые, такие как рицин, могут быть смертельным ядом при их потреблении в пищу. Присваивать всем видам лектинов одни и те же свойства довольно бессмысленно.
Главные аргументы против лектинов основаны на их биологической активности. Лектины прочно и специфическим путём связываются с углеводами. Этот аффинитет к сахарам указывается даже в самом слове «лектин», которое происходит от латинского слова «legere» или «выбирать». Такие химические соединения часто сравниваются с ключом, который может разблокировать определенный углевод, что, в свою очередь, может привести к разрушению клетки, в которой он содержится, и вызывать воспалительную реакцию.
Если человек потребляет определенные лектины, но не обладает ферментами для их полного переваривания, они могут беспрепятственно пройти через пищеварительный тракт, что, в свою очередь, связано с возникновением дефицита питательных веществ, нарушений процессов пищеварения и серьезных повреждений кишечника. Существуют также определённые риски, связанные с попаданием лектинов в кровеносную систему. Обзор статей, основанных главным образом на исследованиях животных, показал, что поглощённые лектины могут повысить проницаемость кишечника, пройти через стенку пищеварительного тракта и начать скапливаться в отдаленных органах, вызывая воспалительные состояния, такие как ревматоидный артрит и сахарный диабет.
Разоблачение безлектиновых диет
В отличие от других режимов диетического питания, происхождение которых очень сложно отследить, нарастающая популярность безлектиновых диет является достижением одного человека – доктора Стивена Гандри, кардиолога и кардиохирурга из Калифорнии, который описывает своё собственное улучшение состояния здоровья как результат соблюдения такой диеты. Доктор Гандри объяснил своё отношение к вредному воздействию лектинов в своей книге «Парадокс Растений: скрытые опасности «здоровых» продуктов питания, которые вызывают различные заболевания и увеличение веса», опубликованной в 2017 году. В этой книге выдвигается теория автора о том, что потребление лектинов вызывает воспалительный процесс, который может привести к увеличению веса и серьезным нарушениям здоровья, таким как аутоиммунные заболевания.
Однако, многие осудили доктора Гандри за «напрасную панику», спровоцированную сравнением приёма в пищу лектин-содержащих продуктов с началом химической войны в организме, а также за использование своей теории в коммерческих целях, предлагая нутрицевтический продукт под названием «Lectin Shield» на собственном веб-сайте за 80 долларов за бутылку. Но книга, тем не менее, остаётся бестселлером, а его теории о лектинах распространяются через различные средства массовой информации и популярных сторонников.
Критики утверждают, что главная проблема подобной теории заключается в том, что она, похоже, не подкрепляется никакими убедительными клиническими исследованиями и даже не проходит базовую логическую проверку. Как отмечают многие, мировые популяции с самой длинной продолжительностью жизни и наилучшими показателями здоровья придерживаются питания, богатого лектинами, тогда как Соединенные Штаты этого не делают. Они совершенно справедливо спрашивают: если лектины действительно являются источником наших проблем со здоровьем, разве американцы, потребляющие их в гораздо меньших количествах, в таком случае, не должны быть в лучшей форме, чем другие сообщества?
Именно такое отсутствие логической связи между популярностью диеты и здравым смыслом привело к тому, что знаменитые издания, такие как «The Atlantic» и «Washington Post», охарактеризовали безлектиновую диету как «лженауку» и способ «дезинформации» населения.
Избавление от фантазий
Исключение лектина из питания кажется достойным способом сбалансировать жизненный цикл в большинстве диетических направлений, сопровождаемым заметным повышением интереса, неизбежно ведущим к падению с пьедестала при появлении очередной «модной» диеты. Тем не менее, первые реакции на подобный режим питания от диетологов и других экспертов являются довольно категоричными и описывают его как научно необоснованные корректировки питания, и такое мнение может привести к серьёзному снижению энтузиазма.
Интересно отметить, что те же самые свойства, которые привели к исключению лектинов из рациона, также привлекают к себе активный клинический интерес. Для исследователей в области лектинологии, прочно связывающиеся белки с токсическими качествами, которые могут выдержать все пищеварительные процессы, пройти через кишечник и остаться активными в организме, не являются причиной страха, а скорее чем-то, что можно правильно использовать. Они исследуют возможности применения терапевтического соединения лектинов в лечении онкологических заболеваний, ВИЧ, ревматических поражений сердца, сахарного диабета, глазных заболеваний и т. д.
Несмотря на то, что данные исследования всё ещё находятся на ранней стадии, если они окажутся плодотворными, то наступит день, когда лектины будут восприниматься не как опасность для нашего здоровья, а в качестве средства противостояния более серьёзным угрозам для нашего организма.
Лектины – белки, специализирующиеся на распознавании углеводов
Жизнь любого организма — от бактерии до человека включительно — во многом зависит от способности к различению и узнаванию (идентификации) разнообразнейших внешних и внутренних сигналов, которые могут иметь самую разную природу — от химической до социальной. На уровне отдельных клеток важнейшую роль играет химическое распознавание, основанное на способности специализированных молекул (белков и РНК) безошибочно узнавать другие молекулы и «связывать» их (то есть прикрепляться к ним). Одни белки специализируются на распознавании строго определенных последовательностей нуклеотидов в молекулах ДНК или РНК, другие — на узнавании опять-таки строго определенных белков или их фрагментов, третьи стали специалистами по всевозможным малым молекулам. Если подумать, ни один биологический процесс в клетке не может обойтись без механизмов «персональной индентификации» молекул. Центральные, ключевые процессы, на которых держится жизнь — удвоение ДНК (репликация), прочтение генов (транскрипция), синтез белка (трансляция) — тоже целиком основаны на взаимном узнавании молекул и молекулярных комплексов.
Обзорная статья Ф.М.Шакировой и М.В.Безруковой, опубликованная во втором номере Журнала общей биологии за 2007 год, посвящена функциям лектинов растений. Функции эти во многих случаях гипотетические, то есть не подвержденные прямыми экспериментальными данными. Роль большинства белков сегодня определяют по их аминокислотной последовательности, на основе сходства с другими белками, которые были изучены экспериментально, и по иным косвенным данным.
Лектины растений играют большую роль в межклеточных взаимодействиях, причем речь идет не только о клетках самого растения, но и о взаимодействии с другими организмами. Поскольку лектины высоко избирательны, они «замечают» малейшие различия в строении углеводов, входящих в состав клеточной стенки многих микробов. В частности, они безошибочно «узнают» азотфиксирующих бактерий — ризобий (см.: «От биохимического сотрудничества — к общему геному») и активно участвуют в формировании и регуляции симбиотических взаимоотношений с ними. Необходимо пояснить, что многие белки содержат не один, а несколько функциональных «доменов» или активных центров. Например, на одном конце белковой молекулы может находиться «лектиновый» домен, служаший для узнавания и связывания определенного углевода, а на другом — какой-нибудь иной домен, выполняющий другую функцию. Поэтому лектины могут не просто прикрепляться к бактерии, но и определенным образом воздействовать на нее. Например, показано, что некоторые лектины усиливают азотфиксирующую функцию бактерий-симбионтов. Эти бактерии, со своей стороны, тоже имеют свои лектины, участвующие в их взаимодействии с корнями растений.
Лектины растений выполняют также функции «иммунологического» характера, то есть служат для защиты от разнообразных патогенов, в том числе бактерий и грибов. Такие лектины часто входят в состав клеточной стенки и работают как рецепторы, «узнающие» возбудителя и включающие цепь защитных реакций в клетках растения. Другие защитные лектины располагаются на клеточной мембране или в цитоплазме, где они могут связываться с патогенными микроорганизмами и подавлять их рост и размножение. В защите растения от грибов, насекомых и клещей, по-видимому, участвуют особые хитинсвязывающие лектины (хитин — углевод, присутствующий в клеточной стенке грибов и составляющий основу наружного скелета членистоногих). Некоторые лектины сами по себе проявляют фунгицидную и инсектицидную активность, другие для этого кооперируются с ферментами (например, хитиназами).
Лектины каким-то образом участвуют в реакции растения на стресс. Гены лектинов активируются при неблагоприятной температуре, засухе, засолении среды и др. Показано, что некоторые лектины предохраняют мембраны растительных клеток от повреждений, вызванных промораживанием.
У многих лектинов, помимо углеводсвязывающих доменов, имеются так называемые «гидрофобные сайты связывания», благодаря которым лектины могут взаимодействовать, например, с растительными гормонами и участвовать в гормональной регуляции. Другие лектины при помощи гидрофобных сайтов, по-видимому, взаимодействуют с различными белками, что позволяет им участвовать, например, в упаковке и накоплении запасных белков и в регуляции деятельности ферментов. Некоторые лектины взаимодействуют с белками цитоскелета (такими как актин) и могут влиять на деление, рост и дифференциацию клеток. Могут они выполнять и транспортные функции. По всей видимости, они активно участвуют в транспорте различных молекул, в том числе гормонов, белков и РНК, в проводящих тканях растения, особенно во флоэме.
Представляют интерес так называемые RIPs (ribosome-inactivating proteins) — белковые комплексы, спосбоные атаковать рибосомы и выводить их из строя. Среди них встречаются высоко токсичные, причем некоторые RIPs портят только рибосомы животных, но не растений и не бактерий. Возможно, некоторые из них служат для защиты от растительноядных животных. В состав RIPs, кроме белков с ферментативными свойствами, входят и лектины, которые, вероятно, способствуют проникновению всего комплекса сквозь липидные мембраны.
В статье рассмотрен целый ряд других возможных функций растительных лектинов. Помимо чисто теоретического значения, исследование растительных лектинов имеет и прикладной аспект. Лектины — весьма полезные инструменты для биохимических исследований, в том числе для экспериментального изучения разнообразных углеводов и их комплексов с другими молекулами (гликопротеидов и др.)., поэтому в изучении растительных лектинов заинтересованы не только ботаники, но и биохимики, гистологи и иммунологи.
В целом по набору и огромному разнообразию функций растительные лектины сопоставимы с другим большим классом «распознающих» белков, а именно с белками надсемейства иммуноглобулинов, распространенными в мире животных.
Правда и мифы об антинутриентах (2020-12-21 16:53:41)
Правда и мифы об антинутриентах
Про антинутриенты, соединения, которые задерживают всасывание полезных веществ и минералов из нашей пищи, говорят и пишут много. Что из этого есть правда и что – миф?
Нутриенты – это такие важные вещества для жизнедеятельности нашего тела, которое оно само не может производить, или производит недостаточно. Для человека выделяют шесть групп нутриентов: протеины, углеводы, липиды (жиры), витамины, минералы и вода.
Антинутриентов должны бояться только вегетарианцы.
Реальность: Да, природные антинутриенты в основном содержатся в растительной пище, и часто защищают растения от паразитов. Но бояться надо вовсе не бобов, орехов и растительной пищи. Ведь самые сильные антинутриенты другого происхождения.
Так, по современным исследованиям, каждый из нас потребляет максимальное количество антинутриентов из рафинированного сахара, кофеина и алкоголя, а вовсе не из обычных продуктов Курение также является невероятно мощным антинутриентом.
Антинутриенты есть и в кофе, зеленом чае, ягодах и листьях салата. Так, оксалаты, которые содержатся не только в сое, но и в сыром шпинате, капусте кале и брокколи, блокируют усвоение кальция. Танины в чае, вине и шоколаде, а также некоторых фруктах, могут сделать неактивными некоторые энзимы, которые отвечают за усвоение протеинов.
Фитиновая кислота, которая есть в бобовых, семенах и орехах, задерживает впитывание минералов, но вот лектины в перце, баклажане и помидорах могут вызвать различные негативные реакции в организме, например, повреждение клеток тонкого кишечника[2]. А сапонины в луке, чесноке, овсе и чае виновны в повреждении кровяных телец, подавлении энзимов и вмешательстве в работу щитовидной железы.
Мало того, например, анти-тиаминовые соединения, которые разрушают наиважнейший витамин в нашем теле, В1 (его нехватка ведет к анорексии и даже болезни бери-бери), содержатся в рыбе, морепродуктах, устрицах, а также чернике, черной смородине и свекле.
То есть антинутриенты употребляют как вегетарианцы, так и всеядные.
От антинутриентов можно спастись, исключив из диеты бобы и орехи
Реальность: все антинутриенты почти невозможно полностью исключить из рациона. Их существует столько видов и содержатся они в таком количестве продуктов, что полностью убрать их из диеты означает нанести большой вред организму.
Так, в бобовых ( соя, чечевица, бобы, турецкий горох, маш и так далее) содержатся как фитиновая кислота, о которой все наслышаны, так и сапонины, танины, оксалаты, ингибиторы трипсина и цианид.
В зерновых есть оксалаты и фитиновая кислота, а в киноа, гречке и пшенице есть также и лектины, сапонины и гойтрогены (вещества, которые нарушают выработку гормонов щитовидной железы). В орехах и семечках есть также похожий набор из трех видов антинутриентов.
Мало того, такие ежедневные продукты северных широт, как морковь, картошка, помидоры, перцы, и баклажаны также богаты танинами, оксалатами, фитиновой кислотой, сапонинами и даже цианидами.
Кстати, это не весь список антинутриентов. Например, газированные напитки, вроде кока-кол и прочих содержат огромные дозы фосфора, который задерживает всасывание кальция. А закуски и фаст-фуд с высоким содержанием сахара, добавок и гидрогенизированных жиров, наносят огромный вред организму, нарушая работу сердечно-сосудистой и нервной систем, а также деятельность мозга.
Любые антинутриенты можно убрать замачиванием
Реальность: Да, замачивание, как например, бобовых и орехов, снижает уровень антинутриентов в бобах, но его эффективность зависит от типа бобовых. Количество лектинов, которые содержатся в зерновых, бобовых, орехах и семечках, уменьшается не только замачиванием, но и термической обработкой.
Кроме замачивания, ферментация, как при приготовлении теста на закваске, проращивание (зерна, маш) и термическая обработка, значительно снижают уровень многих антинутриентов в продуктах.
Однако, помните, что, например, лектины в основном содержатся в кожуре. Это значит, что эффективно снизить их содержание можно, например, употребляя не бурый и неочищенный, а белый рис, такой, как рис басмати, о котором мы уже говорили по ссылке синим цветом выше.
Также, орехи хорошо замачивать на ночь, очищать от шкурки, и жарить. Однако, конечно же, не всегда это целесообразно: например, в случае с грецким орехом.
Ни один способ сам по себе стопроцентно не убирает все антинутриенты, поэтому используйте комбинацию вариантов по ситуации.
Антинутриенты вредны и опасны
Реальность: в то время, как у некоторых людей действительно есть повышенная чувствительность к антинутриентам, существует точка зрения, что эти «анти-вещества» нам жизненно необходимы для здоровья.
Есть мнение современных специалистов, что, полностью исключив антинутриенты из пищи, наша иммунная система, не укрепляется, а, наоборот, подрывается и становится слабой.
То есть, даже для тех, у кого наблюдаются симптомы проблем с усваиванием пищи, просто «уничтожить» бобы, орехи, семечки, зерновые и фрукты в своем рационе равносильно задвиганию сундучка с проблемами подальше от глаз, в угол.
По современным исследованиям, в умеренных количествах антинутриенты, такие как фитиновая кислота, лектины, феноловые соединения, сапонины и ингибиторы (подавители) энзимов – полезны для нашего иммунитета и здоровья!
Так, ученые нашли, что в умеренных количествах эти антинутриенты снижают глюкозу в крови и уровень холестерина. А про сапонины современные исследования говорят, что эти вещества поддерживают эффективную работу печени и предупреждают развитие остеопороза и агглютинацию (склеивание и выпадение в осадок) тромбоцитов].
А фитиновая кислота в продуктах, которой все боятся из-за того, что она задерживает всасывание кальция, железа, цинка и фосфора из пищи, также может быть полезна для других целей в организме. Так, она может снизить уровень холестерина, уменьшить риск проблем с почками, а также помочь телу в производстве масляной кислоты, который отвечает за здоровье желудочно-кишечного тракта. Кстати, отличный продукт, который также помогает поддерживать уровень этой кислоты в пищеварительном тракте – это масло гхи.
Кроме того, по исследованиям, феноловые соединения в растениях, а также сапонины, лигнаны и фитоэстрогены снижали риск заболеваний раком. А танины, как вы знаете из наших статей о многих растениях и специях, обладают мощным антивирусным, антибактериальным и антипаразитическим действием.
Существует мнение, что в процессе эволюции наш желудочно-кишечный тракт приобрел иммунитет и стойкость именно из-за того, что в пище присутствовали антинутриенты, которые стимулировали его.
Именно поэтому не стоит делить свою диету и слепо следовать новомодным тенденциям по исключению всех продуктов с антинутриентами. Вместо этого необходимо просто внимательно подойти к рациону, следовать принципам сочетаемости продуктов, готовить на хороших жирах и с правильными специями, которые нейтрализуют негативные эффекты, обязательно максимально термически обрабатывать пищу, и следить за тем, что, как и когда вы едите.
Лектины — новые инструменты в диагностике и терапии злокачественных опухолей
Лектины — новые инструменты в диагностике и терапии злокачественных опухолей
Опухолевая клетка — «коварный предатель» человеческого организма. Любая нормально функционирующая клетка способна стать раковой, приобретая способность к неограниченному делению и распространению (метастазированию).
Автор
Редакторы
Статья на конкурс «био/мол/текст»: История борьбы человечества с различными заболеваниями имеет совершенно драматический характер. Она включает в себя примеры и ужасающих поражений, таких как свирепствовавшая на территории Европы XIV века чума, и потрясающих побед, таких как открытие вакцины против оспы или использование пенициллина во время Второй Мировой войны. На современном этапе развития этой истории человек вступил в схватку с ещё одним коварным врагом — онкологическими заболеваниями. Человечество разработало впечатляющий набор средств по борьбе с этим противником, но вооружение постоянно теряет эффективность. Среди всего разнообразия современного антиопухолевого арсенала отдельного внимания заслуживают углеводсвязывающие белки — лектины.
Конкурс «био/мол/текст»-2014
Эта статья представлена на конкурс научно-популярных работ «био/мол/текст»-2014 в номинации «Лучший обзор».
Главный спонсор конкурса — дальновидная компания «Генотек».
Конкурс поддержан ОАО «РВК».
Спонсором номинации «Биоинформатика» является Институт биоинформатики.
Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма Helicon.
Свой приз также вручает Фонд поддержки передовых биотехнологий.
О лектинах, клеточных поверхностях и их взаимоотношениях
Лектины — общее название гликопротеинов, а также белков не иммунного происхождения, способных избирательно и обратимо связываться с углеводами [1], [2]. Подобные углевод-белковые взаимодействия составляют основу многих физиологических процессов, протекающих в организме. С их помощью происходит адгезия отдельных клеток и микроорганизмов к тканям, они участвуют в неспецифическом иммунном ответе на различные патогены, а также обеспечивают межклеточные контакты посредством хеморецепторного «узнавания» клетками друг друга [3]. Существуют и другие виды активности лектинов, однако три вышеперечисленных — наиболее интересны, если говорить об их отношении к появлению и развитию злокачественных опухолей. И в первую очередь это связано с изменениями поверхности клеток при их малигнизации (приобретении свойств злокачественной опухоли).
Как известно, клеточная поверхность представляет собой довольно сложную «мозаику» [4], состоящую из двойного слоя фосфолипидов, различных белков, гликопротеинов и гликолипидов (рис. 1). Последние два класса соединений содержат в своём составе гетероолигосахариды, которые состоят из разных моносахаридных звеньев, таких как галактоза, глюкоза, фукоза, манноза, сиаловая кислота и нескольких других. Многочисленными исследованиями, проводимыми с 50-х годов XX века, установлено, что изменения этих структур неизменно сопровождают процессы злокачественного роста опухолей. В частности, существует несколько характерных путей перегликозилирования поверхности клетки при их трансформации:
Рисунок 1. Строение клеточной мембраны. Углеводные цепи гликопротеинов и гликолипидов в совокупности образуют на поверхности клетки гликокаликс — особый примембранный слой, обеспечивающий рецепторную функцию и избирательный транспорт веществ в клетку.
И все эти изменения можно отследить при помощи лектинов. В этом и заключается первая слабость опухолевой клетки: она даёт «обнаружить» себя углеводсвязывающим белкам.
Почему же так происходит? Отчасти, дело состоит в том, что малигнизированная клетка так же, как и нормальная, активно использует лектины для обеспечения своих «потребностей» к передвижению, а главное — к делению. Наиболее ярким примером такого «пособничества» является развитие опухоли при участии галектина-3 — углеводсвязывающего белка из семейства галектинов [6]. Этот лектин способствует опухолевой трансформации клеток, стимулирует их пролиферацию (деление), опосредствует адгезию трансформированных клеток к нормальным тканям и метастазирование опухоли. Более того, галектин-3 может влиять на иммунный ответ организма, тем самым уводя опухолевые клетки из-под иммунного надзора. В случаях некоторых онкологических заболеваний, например, при злокачественных образованиях щитовидной железы, наличие галектина-3 является практически подтверждением развития болезни [7].
Приказ — обнаружить врага!
Praemonitus praemunitus! или, в переводе с латыни, «Предупреждён — значит вооружён!» — слова, как нельзя лучше описывающие использование лектинов в ранней диагностике злокачественных новообразований, поскольку «следы», которые оставляют малигнизированные клетки, становятся заметными для углеводсвязывающих белков ещё на ранних стадиях развития опухоли. Что же это за «улики»?
Во-первых, как уже было сказано, сиалирование углеводных цепей различных гликопротеинов — общий признак злокачественной прогрессии [5]. Именно этот фактор был взят за основу мексикано-португальской группой учёных, которые попытались создать биосенсорную систему на основе лектина SNA из чёрной бузины Sambucus nigra [8]. Им удалось разработать метод, основанный на связывании STn-антигена (сиалированного гликопротеина, экспрессируемого при различных онкопатологиях) с SNA. Потрясающие особенности данного метода — высокая точность определения уровня антигена, практически полное отсутствие влияния других гликопротеинов в сыворотке, а также большая универсальность применения, поскольку STn-антиген обнаруживается при многих видах заболеваний.
Во-вторых, для разного рода онкопатологий удобно исследовать изменения разных гликопротеинов, поскольку особенности их перегликозилирования не определяются обычными способами и сложным образом зависят от конкретного заболевания [9]. Одними из таких маркеров являются онкофетальные антигены (ОФА) — опухолеассоциированные антигены, которые в норме появляются лишь при эмбриональном развитии плода. Экспрессируясь на клетках взрослого организма, эти антигены расцениваются как «чужие» и вызывают иммунный ответ. Наиболее хорошо изученными являются альфа-фетопротеин (АФП), раково-эмбриональный антиген (РЭА) и трофобласт-специфический-бета-1 гликопротеин (ТБГ). На основе этих и нескольких других специфичных антигенов создаются разнообразные лектин-ферментные методы анализа для диагностики онкопатологий; в том числе, подобные работы ведутся и в России.
Например, группа учёных Тихоокеанского института биоорганической химии разработала метод лектин-иммуноферментного анализа для выявления различий гликозилирования РЭА при доброкачественных и злокачественных патологиях шейки матки. Лектин MBL-AJ, выделенный из дальневосточного трепанга Apostichopus japonicus, показал большую чувствительность и высокую точность прогноза диагноза (87,8% — положительный прогноз, 95,2% — отрицательный) [1]. Ещё одной отличительной стороной метода является его невысокая стоимость относительно существующих коммерческих тест-систем. При условии одинаково высокой чувствительности и специфичности этот критерий может стать решающим в выборе метода, который получит широкое использование в дифференциальной диагностике раковых заболеваний.
Рисунок 2. Структура некоторых опухолевых антигенов. а — Поверхность 54T онкофетального трофобласт-специфичного гликопротеина, активно экспрессируемого при карциномах почек, молочной железы, толстой кишки и яичников. б — Простат-специфический антиген (PSA) — важный маркер для диагностики и терапии рака простаты.
Киллер с доставкой на дом
Интересно, что одной «разведывательной» функцией лектины не ограничиваются. Их свойства позволяют использовать их также и в терапии злокачественных новообразований. Уникальная идея — использовать углеводсвязывающие взаимодействия как путь доставки антиопухолевых препаратов — это колоссальное увеличение шансов, что агент, стимулирующий гибель клеток, будет «атаковать» именно опухолевые клетки, а не здоровые. На настоящий момент существует огромное количество антиопухолевых препаратов — это всевозможные ингибиторы синтеза ДНК и различных жизненно важных ферментов, регуляторы транскрипции ДНК и другие противоопухолевые агенты. Но проблема точной и специфичной доставки этих лекарств к опухоли остаётся актуальнейшей задачей современных исследований.
Наверняка, каждому, кто хоть раз смотрел в кино триллер или детектив, знаком следующий популярный образ — заказчик, оставляющий фотографию «жертвы» наёмному убийце. Если проводить аналогию между антиопухолевым препаратом и образом киноэкранного киллера, то специфичный лектин как раз и будет тем самым «заказчиком», но с одним отличием — он не просто отдаёт киллеру «фотографию» опухолевой клетки, но и доставляет его непосредственно к «жертве». Именно такой механизм лёг в основу исследований американских учёных, которые попытались кардинально улучшить процесс нейтрализации опухолевых клеток в кровеносной системе при метастазировании опухоли. В настоящее время, в тех случаях, когда у пациентов обнаруживаются метастазы, смертность, к сожалению, может превышать 90%. Однако, их быстрая и эффективная нейтрализация, может существенно увеличить продолжительность жизни пациента. Исходя из специфичности некоторых лектинов — Е-селектинов — к лигандам на поверхности опухолевых клеток кровеносной системы, учёные предположили, что сочетание особой формы доставки антиопухолевых лекарств в виде липосом и специальных углеводных векторов (Е-селектинов) может существенно повысить точность адресной доставки препарата к злокачественным клеткам (рис. 3) [12]. И действительно, подобный метод показал лучшие результаты, по сравнению с методами без участия лектинов.
Рисунок 3. Схема доставки липосом, нагруженных лекарством, к опухолевым клеткам кровеносной системы. а — Включение в липосому антиопухолевого препарата доксорубицина (DOX) и «пришивание» к её поверхности углеводных векторов — E-селектинов. б — Взаимодействие модернизированных липосом (ES) с рецепторами (Selectin ligands) на поверхности опухолевых клетках. Клетки движутся вместе с током крови, присоединяя к себе ES-липосомы, которые располагаются на поверхности галлуазитовых нанотрубок (HNT) для увеличения площади связывания Е-селектина.
Несколько иная схема была разработана учёными из Института биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова в Москве при сотрудничестве с коллегами из Российского онкологического центра им. Н.Н. Блохина. Они предложили использовать селектины уже не в качестве «системы наведения», а в роли самой «мишени». Дело в том, что при процессах малигнизации клеток, на поверхности кровеносных сосудов опухоли экспрессируют селектины, которые являются отличным «ориентиром» для липосом, содержащих лиганды этих лектинов. Таким образом, липосомы, связываясь с клетками кровеносных сосудов опухоли, вызывают их разрушение, что, в свою очередь, приводит к ухудшению тока кислорода и питательных веществ к опухоли и, в конечном итоге, к её гибели. Подобная форма доставки противоопухолевых препаратов показала увеличение жизни мышей с опухолями молочных желёз в два раза по сравнению с липосомами, не несущими углеводных лигандов, и в 4 раза — по сравнению с исходным препаратом [11]. Вероятно, что в обозримом будущем подобные альтернативные формы противоопухолевых лекарств заменят стандартные методы химиотерапии.
Лицензия на убийство
В последние десятилетия активно развивающаяся гликобиология произвела ряд потрясающих открытий. Например, выяснилось, что большую роль в жизнеобеспечении клетки играет углевод-белковый путь передачи химического сигнала. Остатки сахаров, связываясь со специальными белковыми рецепторами на поверхности клетки, способны запускать в ней целые каскады химических превращений. Одним из таких явлений является запуск программы контролируемой клеточной смерти — апоптоза. В норме у всех клеток организма существует определенный срок жизни, по истечении которого данная программа запускается одним или несколькими апоптотическими факторами, что приводит к гибели клетки. У раковых клеток этот процесс нарушается — отсюда и проявляется их способность к неограниченному делению и распространению в организме. Чтобы избавиться от опухолевых клеток, необходимо вернуть в норму процесс апоптоза. И среди множества веществ, проявляющих апоптотическую активность, лектины находят своё законное место.
Пожалуй, наиболее известным и хорошо изученным лектином является конканавалин А (Con A), выделенный из мечевидной канавалии Canavalia ensiformis. За почти столетие его исследований (впервые он был получен ещё в 1919 году) была полностью установлена его структура, углеводная специфичность и многие другие характеристики. Однако совсем не так давно появились работы, показывающие наличие антиопухолевой активности у этого лектина. Коллектив учёных из Китая резюмировал данные, полученные в многочисленных экспериментах, и пришёл к выводу, что Con A способен запускать апоптоз в опухолевых клетках при некоторых онкопатологиях, причём делать это он может разными путями [15].
Первый путь включает в себя индукцию апоптоза путём изменения трансмембранного потенциала митохондрий в клетке. Из-за подобной перемены потенциала в клетке начинает запускаться сложный каскад химических реакций, приводящий к образованию таких ферментов, как каспазы. Каспазы — это ферменты, выносящие клетке «смертный приговор» и приводящие его в исполнение. Они расщепляют белковые компоненты цитоскелета клетки, и клетка буквально распадается на множество маленьких фрагментов (апоптотических телец).
Второй путь стимуляции клеточной смерти — увеличение в ней активных форм кислорода (АФК), вызываемое Con A. АФК включают в себя ионы, свободные радикалы и разнообразные перикисные соединения, которые являются продуктами различных процессов метаболизма кислорода. В норме они присутствуют в клетке лишь в небольшом количестве, поскольку специальная антиоксидантная система защиты клетки препятствует накоплению этих, вообще говоря, токсичных веществ. Однако при воздействии на клетку Con A число АФК может резко увеличиться, что приводит к сильному окислительному стрессу. При достаточно больших повреждениях в клетке начинают образовываться различные медиаторные белки, которые опосредствуют деградацию ДНК и активацию каспаз, т.е. приводят к апоптозу.
Подобные эффекты были выявлены в экспериментах с клетками человеческой меланомы A375 и человеческой гепатоцеллюлярной карциномой печени HepG2. Помимо индукции апоптоза у лектина была выявлена способность к стимуляции в клетках аутофагии [14] — процесса, в котором отдельные фрагменты клетки или большая её часть подвергается деградации в специальных органеллах — лизосомах. Это явление приводило к смерти клеток только гепатоцеллюлярной карциномы. Также Con A способствовал уменьшению опухоли путём ингибирования её ангиогенеза — процесса образования новых кровеносных сосудов, питающих клетки (рис. 4).
Рисунок 4. Механизм взаимодействия Con A с опухолевой клеткой. Лектин оказывает на клетку разные типы влияния, в зависимости от рецептора, с которым он связывается. Есть рецепторы, которые в результате снижают образование кровеносных сосудов в районе опухоли (антиангиогенез), но они также ингибируют и апоптоз. При взаимодействии Con A с углеводспецифичным рецептором запускается аутофагия или апоптоз, причём, последний протекает по одному из возможных путей: 1) трансмембранное изменение электрического потенциала митохондрии или 2) образование активных форм кислорода.
Использование лектинов — «От слова к делу» или наоборот?
Лектины пришли в онкологию сравнительно недавно, и прежде чем их использование в диагностике и терапии станет повсеместным, они должны пройти испытание временем и клиническими исследованиями на предмет безопасности и эффективности использования.
Уже сейчас на основе углеводсвязывающих белков созданы коммерческие тест-системы некоторых окнопатологий, например AFP-L3-% тест на гепатоцеллюлярную карциному компании Wako Diagnostics. GP Biosciences Ltd. выпускает микрочипы, включающие панель из 41 лектина для диагностики биомаркеров. Лектины используются для отчистки крови и удаления незрелых форм клеток лимфы при остром лейкозе [1]. Всё новые и новые методы гистохимических, иммуноферментных и других видов анализа на основе лектинов используются в медицинской практике. Большой потенциал к применению лектинов в диагностике и терапии раковых опухолей постепенно начинает реализоваться, однако они по-прежнему остаются классом соединений, требующим к себе более пристального внимания. Возможно, уже в ближайшее десятилетие нам предстоит стать свидетелями крупных побед над раковыми опухолями. Надеемся, что не последнюю роль в этих победах сыграют лектины.