О роли липофусцина в инволютивных и патологических процессах

Современный ^ровень понимания возрастных изменений, происходящих в ор^анизме, треб^ет разра-бот^и и внедрения ^оличественных методов систем-но^о и ^омпле^сно^о анализа для объе^тивно^о осмысления инволюционных процессов, происходящих в т^анях, ор^анах и системах челове^а. Достаточно из^ченные ф^н^циональные инволютивные изменения ор^анов и систем ор^анизма челове^а с ^лини-чес^их позиций постепенно треб^ют морфоло^ичес-^о^о обоснования происходящих при этом изменений.

На протяжении мно^их лет одним из проявлений старения челове^а считалось на^опление в цитоплазме ^лето^ ^ран^л липоф^сцина. Этот липидо^енный пи^мент, впервые описанный Р.Вирховым еще в 1847 ^од^, до настояще^о времени привле^ает внимание мно^очисленных исследований, та^ ^а^ однозначной тра^тов^и ф^н^циональной роли липоф^сцина в процессах вн^три^леточно^о обмена не сложилось.

Большинство авторов считают липоф^сцин пи^-ментом старения, связывая ^величение ^оличества ^ран^л в ^лет^ах толь^о с возрастом [6, 16, 18, 19, 22, 26, 35, 36, 37, 44, 45]. Др^^ие исследователи объясняют на^опление это^о пи^мента патоло^ичес^ими процессами, развивающимися в ор^анизме [4, 14, 22, 29, 30, 47]. Кроме это^о, имеются п^бли^ации, по^а-зывающие, что на^опление липоф^сцина в ^лет^ах наблюдается ^а^ при старении, та^ и при патоло^и-чес^их процессах [4, 9, 32, 38].

Гран^лы липоф^сцина были обнар^жены еще в позапрошлом ве^е в виде пи^ментных телец в неде-лящихся постмиотичес^их ^лет^ах. Р. Вирхов (1847) определил эти вн^три^леточные в^лючения и обозначил их ^а^ липопи^менты, по^азав их отличие от ^емосидерина и желчных пи^ментов, а O. Lubarsch (1902) на материале а^топсий обнар^жил липоф^с- цин во всех ор^анах и т^анях челове^а. В 1912 ^од^ пи^ментные ^ран^лы W. Hueck (1912) назвал “липо-ф^сцином” (от ^реч. lipo – жир и лат. fuscus – темный) с тем, чтобы отличать их от меланиновых пи^-ментных стр^^т^р. Др^^ие авторы исходно пользовались термином “цероид” для обозначения подобных ^ран^л, образ^ющихся в ^епатоцитах при э^сперимен-тальном циррозе печени [4].

В номен^лат^ре ^енно^о ^ареотипирования чело-ве^а при про^рессир^ющих энцефалопатиях ^ детей использ^ется специальный термин – “нейрональный цероид – липоф^сциноз”, ^оторым обозначается с^оп-ление цитосом в ^лет^ах ^оловно^о моз^а, ^оторые по своем^ химичес^ом^ состав^ и строению являются ничем иным ^а^ липоф^сцином. А.Б. Татарюнас (1999) обозначает липоф^сцин ^а^ цероид липоф^с-циновые цитосомы.

Термин “липоф^сцин” в настоящее время ^пот-ребляется в дв^х значениях. Первое значение более ^з^ое: этим термином называют пи^мент ^орич-нево^о цвета, связанный с липидами, появляющийся в виде зерен и ^лыбо^ при физиоло^ичес^их и пато-ло^ичес^их состояниях во мно^их ор^анах и т^анях челове^а, известный та^же под названием “^орич-невый пи^мент изнашивания”. Второе значение термина “липоф^сцин” широ^ое, им обозначают ^ласс пи^ментов, известный под названием “хромолипоиды”, “липопи^менты”, ^ нем^, ^роме липоф^сцина, относят ^емоф^сцин и цероид. Каждый из этих пи^-ментов невозможно идентифицировать вследствие сходства их физичес^их и ^истохимичес^их свойств; разница лишь в том, что липоф^сцин в одном сл^чае встречается в ^лет^ах паренхимы (паренхиматозные пи^менты), а в др^^ом – он обнар^живается в ма^ро-фа^ах и обозначается ^а^ ^емоф^сцин и цероид (мезенхимальные пи^менты). Термин “^емоф^сцин” ряд авторов вообще считают неправомочным [6, 8, 24], та^ ^а^ ми^рохимичес^и он ничем не отличается от липофусцина и может появляться независимо от гемолиза эритроцитов.

Противоречивость даже в названиях, не говоря уже о значении липопигмента в биологических процессах, обусловило появление значительного количества исследований с использованием электронной микроскопии, в результате которых были получены новые сведения о липофусцине в клетках печени, почек, сердечной мышце, головного мозга, поперечно-полосатой мускулатуры [4, 6, 13, 31,32, 42].

Ультрастр^^т^рные хара^теристи^и липоф^сцина подвергались анализу многими исследователями [13, 14, 39, 40]. Было обнаружено, что диаметр гранул варьирует от 0,5 до 1,5 мкм, но иногда встречаются включения и большего размера. Важной характеристикой пигмента, по мнению этих авторов, является его высокая осмиофильность, что свидетельствует, главным образом, о большом содержании в них липидов.

Установлено, что липофусцин состоит из глико-липопротеидного матрикса, в котором на долю жиров приходится 20-50 %, белков - 30-60 %, 9-20 % составляет не поддающийся гидролизу остаток черного цвета. Жиры на 75-80% представлены фосфолипидами (кефалин, лецитин, сфингомиелин), обнаружены также холестерин и его эстеры, триглицериды, продукты оксидации и полимеризации жирных кислот [22, 33]. В составе липофусцина обнаружены все известные аминокислоты;количественное соотношение которых может меняться в зависимости от органа, в котором изучался липофусцин. Однако во всех органах в наибольшем количестве обнаружены: глицин, валин, аланин и пролин. Часть протеинов липофусцина относится к белкам-ферментам: с наибольшим постоянством определяются кислая фосфатаза и неспецифические эстеразы, имеются данные о наличии моноаминоксидазы, ци-тохромоксидазы, АТФ-зы, сукцинат-, лактат- и глю-козо-6-фосфат-дегидрогеназы [12]. В составе липофусцина найдены также азотистые основания, дериваты бензола, феноловые соединения, а из неорганических компонентов - в значительном количестве углерод, азот, фосфор, сера, магний и алюминий [3, 8, 20, 21].

В рез^льтате э^спериментально^о исследования на тканях млекопитающих (крупного рогатого скота, кроликов, сусликов, крыс), моллюсках, рабочих термитов, разных возрастных групп А.Б. Татарюнас (1999) установил, что липофусциновые гранулы могут быть определены как светящиеся в темном поле и обладающие собственной флюоресценцией желтоватокоричневые органеллы, содержащие ретиноидкара-тиноиды, липиды и белки, окруженные двуслойной мембранной. Они не являются “гетерогенным” полимером белков с перекисями липидов, как это считалось ранее, а представляют собой образующиеся из эндоплазматического ретикулума тельца, накапливающиеся не только в терминально дифференцированных, но и делящихся клетках.

Формальный ^енез липопи^ментов в настоящее время можно считать в какой-то мере выясненным только в отношении мезенхимальных липопигмен-тов, так как стадии их образования и динамика свойств прослежены in vivo в гладкомышечной мускулатуры при синдроме “коричневой кишки” [15], при системных липоидозах, в эксперименте при подкожном введении животным смеси эстеров ненасыщенных жирных кислот, а также in vitro при длительном выдерживании эстеров ненасыщенных жирных ^ислот в смеси с сывороточным альб^мином в прис^тствии кислорода воздуха [20]. Считается, что мезенхимальные липопигменты являются продуктами аутооксидации и пероксидации фагоцитированных жиров, и все физичес^ие и ^истохимичес^ие свойства пи^ментов связаны с их липидным компонентом.

Значение белкового компонента в образовании паренхиматозных липопи^ментов до сих пор остается окончательно не определенным. Нет однозначного мнения также и о механизме их образования. Несмотря на то, что стадии образования липофусцина прослежены в эксперименте с применением гистохи-мичес^их и эле^торонноми^рос^опичес^о^о методов - в мышечной ткани при недостатке витамина Е, в печени, почках и коже [12], остается непонятным, с какими ультрастуктурными компонентами клеток связано образование пигментов в клетках паренхимы. Учитывая частое наличие ^ислой фосфатазы в этом классе липофусцинов, есть мнение, что они происходят из лизосом и представляют собой “резидуальные тельца” - продукты оксидации и пероксидации липидов, не поддающихся гидролитическому действию лизосомальных ферментов. Однако сложный химический состав липофусцина, наличие в гранулах пигмента митохондриальных ферментов на ранних стадиях его образования, а также обнаружение в них фрагментов митохондрий и эндоплазматического ретикулума позволяют некоторым авторам указывать на возможность поисхождения липофусцина из митохондрий, эндоплазматического ретикулума, аппарата Гольджи или вообще из жиро-белковых комплексов клеточных мембран, подвергшихся разрушению и аутооксидации [9,12, 33].

Многие исследователи полагают, что пигменты липидной природы образуются в результате аутоокисления ненасыщенных жирных кислот и последующей полимеризацией продуктов окисления, при этом наблюдается появление гидроперекисей, которые могут циклизоваться с образованием полимеров [9, 12, 19]. В экспериментах in vivo было показано, что в этот процесс включаются белки, а непосредственной причиной образования липоф^сцина считают повреждение липидной пероксидацией мембран клеточных органелл. Железосодержащие соединения - гемоглобин, гемин, цитохром С и миоглобин рассматриваются как неспецифические катализаторы этого процесса [1,41].

В рассуждениях о природе липофусцина заслуживает внимание единая теория S.E. Toth (1968), со-^ласно ^оторой процесс образования и на^опления липоф^сцина в ^лет^ах об^словлен превращением ферментов, находящихся в мембранах митохондрий и эндоплазматического ретикулума, где они связаны с липопротеидными комплексами. При необычных ^словиях обмена мембраны ор^анелл подвер^аются разрушению, что сопровождается активацией ферментов в целях сохранения внутриклеточного гомеостаза. Затем продукты распада мембран поступают в аппарат Гольджи, в котором происходит окончательная трансформация пигмента (возможно, только его липидного компонента), гранулы которого из перинуклеарной области поступают в периферические отделы клетки, где абсорбируют лизосомальные ферменты. Из изложенного видно, что теория S.E. Toch дает возможность объяснить существование противоречивых фактов, касающихся вопроса о формальном генезе липофусцина, а именно о том, с какими структурными компонентами клетки связано образование пигмента. Ряд исследователей [2, 20] считают эт^ точ^^ зрения необоснованной и несостоятельной в генетическом смысле. Принимая во внимание наличие липофусцина во всех животных клетках (начиная от простейших и кончая млекопитающими), они считают невозможным, чтобы в процессе эволюции сохранилась способность живых клеток к накоплению нерастворимого, функционально неактивного продукта.

Неясным остается вопрос, почему образование ли-попигментов (мезенхимальных и паренхиматозных) сопровождается выраженными процессами аутооксидации и пероксидации. В связи с этим существует мнение, что липофусцин - это продукт жизнедеятельности клеток, появляющийся лишь при особых усло- виях обмена (например, уменьшение эффективности протеолитических систем), а проявление его не-бла^оприятно^о действия в этой сит^ации принято считать критерием повреждения клетки [27].

А.Б. Татарюнас (1999), исследовав собственную флюоресценцию липоф^сцина с использованием микроспектрометра в широком эволюционном диапазоне видов животных, выяснил химическую природу собственного флюорофора и определил эндоплазматический ретикулум как внутриклеточную структуру, ответственную за образование липофусцина. Было обнаружено необычное действие на липофусцин возбуждающего флуоресценцию длинноволнового УФ-излучения 365 (нм), выражающееся в возгорании их собственной флуоресценции, и выяснен механизм данного явления. Показано, что этот эффект присутствует в разных тканях человека и других млекопитающих, моллюсков и насекомых, и в основе его лежит гидролитический фотораспад ретиноидов. Этот феномен был смоделирован in vitro при обл^чении синтетичес^о^о и э^стра^ированно^о из печени старой крысы ретинилпальмитата. Он подтвержден в модельных исследованиях старения и культурах клеток, а также на липофусциновых гранулах, выделенных из клеток миокарда крупного рогатого скота [17]. В результате этих исследований было установлено, что липофусцин образуется из эндоплазматического ретикулума, имеет в своем составе ретиноид-каратиноиды, липиды, белки и принимает активное участие в метаболизме клетки, а не является балластным веществом, представляющим собой агрегат метаболитов, которые должны быть выведены из клетки [9].

В последние годы, при сложившемся мнении, что липофусцин продолжает считаться “пигментом старения”, “свидетелем старения клеточных мембран”, исследователей начинают больше интересовать е^о количественные изменения при патологических процессах.

Ф^н^циональное значение липоф^сцина было предметом многочисленных дискуссий [10, 11,14, 16, 22, 25]. В.Н. Карнаухов (1971) в результате произведенного сравнительного исследования свойств липофусциновых гранул теплокровных животных и каротиноидосодержащих гранул нейронов моллюсков показал их идентичность и обнаружил наличие каротиноидов в составе липофусциновых гранул. Он предположил, что каротиноиды совместно с миоглобином выполняют в этих гранулах функции внутриклеточного депо кислорода, а сами липофусциновые гранулы благодаря наличию в них дыхательных ферментов способны к производству энергии в гипоксических условиях, в связи с чем накопление липофусцина можно рассматривать как результат адаптации клеток с высокой метаболической активностью к уменьшению скорости поступления кислорода в ткани.

В э^спериментальных исследованиях на ^лет^ах центральной нервной системы [5, 9, 11, 31, 33, 40, 42, 47] наглядно показано, что количество пигмента в ор^анах и т^анях зависит от их ф^н^циональной активности. Повышенное количество пигмента отмечается в поперечнополосатых мышечных волокнах у людей с хорошо развитой мускулатурой, в клетках юкста-гломерулярного аппарата почек при гипертонической болезни, в эпителии придатков яичек по мере ^силения пиноцитарной а^тивности ^лето^ [21, 20]. Экспериментальное изучение накопления липофусцина в печени, почках и коже при длительном употреблении лекарственных веществ свидетельствует о том, что пигмент накапливается в органах, несущих основную нагрузку по детоксикации и выделению этих веществ.

Следует отметить, что изучение липофусцина в основном проводилось на ^леточных стр^^т^рах из различных органов и тканей, которые служили удобными экспериментальными системами для геронтологических исследований [9, 12, 13, 17, 19,

39, 40]. С этой же целью использовались различные органотипические [7, 37, 13, 40] и клеточные культуры [5, 27]. Было установлено, что во многих постмиотических клетках различных органов и тканей млекопитающих накапливаются богатые липидами цитоплазматические включения, называемые липофусциновыми гранулами (липофусцин), являющиеся характерным признаком старения [16, 19, 22, 25, 36, 45].

Т^ани челове^а та^же подвер^ались анализ^ с морфологических позиций в возрастном аспекте. Так, при из^чении особенностей на^опления пи^мента в сердечной мышце и печени отмечено, что наибольшее его количество наблюдается в возрасте от 10 до 20 лет, отсутствие бурой окраски органов в этом возрасте объясняется тем, что в молодом возрасте ли-поф^сцин обладает свойствами ранне^о пи^мента (пропигментгранул), а следовательно, менее окрашен [1, 6]. Известно, что значительное количество липофусцина часто обнаруживают при внезапной (травматической) смерти здорового человека. Кроме того, пигмент найден у плодов, новорожденных и младенцев трех месяцев жизни в клетках центральной нервной системы, печени и сердечной мышце [18]. Старчес^ие изменения со стороны ^лето^ сетчат^и глаза сопровождаются увеличением количества пигмента [26, 35, 37], что позволяет трактовать это как явный признак старения. Все это объясняет точку зрения мно^их исследователей на липоф^сцин ^а^ на внутриклеточный маркер старения.

Однако открытие в структуре липофусцина фла-вопротеидов и каротиноидов, веществ, активно участвующих в метаболизме клеток, позволило несколько пересмотреть его роль и значение. В настоящее время ряд авторов относят липофусцин к нормальным компонентам клеток, участвующим в метаболизме, в процессе которого изменяется не только его количество, но и качественные показатели пигмента [6]. При этом отмечено его накопление в клетках различных органов при развитии различных патологических процессов [4, 23, 29, 38].

Изучены особенности накопления липофусцина при заболеваниях различных органов человека (сердца, печени, почек, сетчатки глаза, коры головного мозга) [4, 14, 22, 29, 30, 47]. Так, количество пигмента в клетках печени обратно пропор -ционально степени выраженности жировой дист-рофии и воспалительных изменений [4, 32, 38], в поперечнополосатой мускулатуре при нейроген -ной атрофии обнаруживают значительное количе-ство пигмента [14, 22]. При заболеваниях сетчатки глаза также отмечалось накопление липофус-цина в клетках [14, 22, 30, 34, 36, 44, 47].

В связи с указанной неоднозначностью трактов-^и роли липоф^сцина в инволютивных процессах и при патологии вполне корректно высказаться о существовании дв^х противоположных точе^ зрения по этому вопросу. С одной точки зрения, происходит позиционирование липоф^сцина ^а^ пи^мента старения, отстаивая его прямую связь, т.е. зависимость количества гранул только от возраста, с другой - липофусцин считается показателем патологического процесса, который протекает независимо от возраста. Этот подход отражает тенденцию делить биологические явления на патологические и физиологические. Однако И.В. Давыдовский (1966) считал, что они принципиально неделимы, “ибо и те и другие - явления естественно исторические, “законные” по своей сущности”, и с этой точкой зрения нельзя не согласиться.

Мы считаем, что одна из причин неоднозначности тра^тов^и значения липоф^сцина в патоло^ии и в процессе старения обусловлена терминологической путаницей. Что имеют в виду авторы, применяя термин “старение”: “старение отдельных клеток” или “старение организма” в целом? Старение целостно^о ор^анизма и отдельных е^о систем

– процесс асинхронный, поэтом^ нельзя ис^лючить, что при том или ином патоло^ичес^ом процессе происходит ^с^оренное “старение” тех или иных ^лето^. По^азателем та^о^о старения ^лет^и и является на^опление в ней липоф^сцина. Одна^о это не свидетельств^ет о старении целостно^о ор^аниз-ма челове^а. Нельзя ис^лючить, что на^опление ли-поф^сцина в ^лет^е является мар^ером предше-ств^юще^о апоптоза.

При анализе весьма незначительно^о ^оличества исследований, проведенных на т^анях челове^а, необходимо отметить однообразие материала в возрастном аспе^те, отс^тствие чет^ой систематизации по возрастным периодам. Ка^ правило, предметом исследования являлся а^топсийный материал ^мер-ших в пожилом возрасте без ^чета соп^тств^ющей патоло^ии. Все это оставляет в настоящее время от^рытым вопрос о приоритетном значении степени выраженности липоф^сциноза в ^лет^ах ор^а-нов и т^аней челове^а в реализации возрастных изменений ор^анизма челове^а или при патоло^и-чес^их процессах.

Та^им образом, разноречивость данных о значении липоф^сцина и е^о роли в процессах вн^три^ле-точно^о обмена, в частности – е^о месте в инволютивных процессах и при патоло^ии, отс^тствие в из^-ченной литерат^ре сведений морфоло^ичес^о^о ха-ра^тера, позволяющих объе^тивно (в цифровом э^-виваленте) подойти ^ решению это^о вопроса, об^с-ловливают необходимость проведения дальнейших исследований в данном направлении.