II.8.2 SkQ спасает организм от внезапной смерти после перенесенного кризиса
В качестве модели для проверки возможности участия митохондриальных АФК во внезапной смерти после кризиса Д.Б. Зоров и его коллеги в нашей группе выбрали инфаркт почки крысы. У животного удаляли одну почку, а другую лишали кровоснабжения в течение 90 минут. Такая операция приводила к тяжелой почечной недостаточности: резко повышались уровни креатинина и мочевины в крови, уменьшалась клубочковая фильтрация и ресорбция ионов кальция. К седьмому дню эти параметры нормализовались у крыс, оставшихся в живых. Но таких было только 30 %. Большинство животных гибло, причем 50 % всех погибших приходилось на 2–4 день после операции, когда маркеры почечной недостаточности уже снижались и, казалось бы, организм шел на поправку. Однократная инъекция SkQ1 или его родаминового аналога SkQR1 (1 мкмоль SkQ на кг веса) накануне операции полностью предотвращала смертность (рис. II.8.2.1) [264,410,328,263,418]. Следует отметить, что в эксперименте, показанном на этом рисунке, SkQR1 снижал маркеры почечной недостаточности, а SkQ1 — практически не влиял на эти параметры [418]. Создавалось впечатление, что оперированные крысы умирали не от почечной недостаточности как таковой, а по какой-то другой, отставленной во времени причине, появившейся в результате этой недостаточности.
Рис. II.8.2.1
Дальнейшие опыты группы Д.Б. Зорова, Е.Ю. Плотникова и их коллег показали благоприятное действие SkQR1 на течение таких почечных патологий, как пиелонефрит, рабдомиолиз и отравление антибиотиком гентамицином [263,433,453,265]. При этом выяснилось, что в определенных условиях SkQR1 можно заменить на C12R1, не содержащий пластохиноновой группировки (см. выше, рис. II.7.2.1). Как мы уже отмечали, исследование механизма антиоксидантного действия SkQ1 обнаружило, что в малых количествах он действует как гаситель свободно-радикальных интермедиатов перекисного окисления кардиолипина, а в несколько б0льших количествах — как мягкий разобщитель, стимулирующий жирно-кислотный протонофорный цикл на стадии переноса через мембрану аниона жирной кислоты [301]. В дальнейшем выяснилось, что децилродамин-19, входящий в состав SkQR1 и его аналог C12R1 служат катионными протонофорами даже в отсутствие жирных кислот [4]. Это навело на мысль, что в случаях, когда терапевтическим действием обладает C12R1, его можно заменить на обычный протонофор, применив его в небольших концентрациях. Опыты подтвердили такое предположение (в качестве разобщителя был взят динитрофенол) [433]. В этой связи следует упомянуть о продлении жизни дрозофилы [431] и мыши [39] малыми дозами динитрофенола.
В опытах групп О.И. Писаренко и Н.К. Исаева[328,432,315,370] были исследованы и другие модели ишемии/реперфузии, не имеющие отношения к почечной патологии, а именно экспериментальные инфаркт миокарда и инсульт у крыс. Как в том, так и в другом случае был отмечен благоприятный эффект SkQ1 или SkQR1. Подобные эффекты не имели отношения к старению, т. к. были получены на молодых животных. Можно предположить, что SkQ в этих случаях блокировал острый феноптоз, индуцированный общим кризисом организма.
Замечено, что кратковременная гипоксия опасна не столько сама по себе, сколько из-за наступающей затем реоксигенации тканей. Именно в момент начала реоксигенации наблюдается всплеск образования наиболее опасных активных форм кислорода — радикалов ОН· (см. Приложение 4). Пока нет кислорода, АФК не генерируется, но зато происходит восстановление ионов Fe3+ до Fe2+ и Cu2+ до Cu+, необходимых для неферментативного образования ОН· из Н2О2. В свою очередь, предшественником Н2О2 служит О2, которого при гипоксии очень мало, а при аноксии просто нет. При реоксигенации, т. е. при появлении О2, начинается образование Н2О2 дыхательной цепью митохондрий и другими ферментными системами, а в присутствии Fe2+ и Cu+ перекись водорода тотчас превращается в ОН·. В наступивших аэробных условиях запасы Fe2+ и Cu+ вскоре иссякают, и через несколько минут реоксигенации опасность окислительного стресса резко падает. Важно продержаться эти минуты, когда О2уже появился, а восстановленные ионы железа и меди еще есть в наличии.
Красивый опыт поставили совсем недавно М.Мерфи и сотрудники, исследовавшие переход от гипоксии к реоксигенации [54]. За несколько минут до реоксигенации авторы ввели животному проникающий катион трифениламилфосфония, соединенный с одним из обратимых модификаторов SH-групп белков. Эта процедура резко уменьшила зону инфаркта миокарда, затормозив активность комплекса I в первые минуты реоксигенации. Торможение активности исчезало через 30 минут реоксигенации, поскольку введенная доза модификатора к этому времени уже успевала разложиться. Однако ее хватило, чтобы уменьшить продукцию Н2О2 митохондриями в начале реоксигенации, что и обусловило благоприятный терапевтический эффект. Помимо прочего, этот опыт прямо показал, что инфаркт вызывается митохондриальным окислительным стрессом, повидимому, опосредованным обратным переносом электронов через комплекс I. Сказанное означает, что не только медленный феноптоз при старении (см. раздел 6.5), но и острый феноптоз в условиях инфаркта миокарда требует участия митохондриальных АФК.
По мнению Ф.Ф. Северина, диабет также относится к категории острого феноптоза. В соответствии с этим предположением В.Н. Попов, Т.Н. Попова и А.А. Андреев-Андреевский в нашем проекте показали, что SkQ 1 предотвращает повышение сахара в крови у животных при диабете.
Своеобразный благоприятный эффект SkQR1 был обнаружен в совместных опытах группы В.Г. Скребицкого в Институте мозга и группы Н.К. Исаева в нашем институте [429,419]. Известно, что ?-амилоид (пептид, участвующий в старении мозга, в частности, патогенезе болезни Альцгеймера) нарушает механизмы памяти на уровне гиппокампа. Этот эффект можно смоделировать на срезах гиппокампа, возбуждение клеток которого пачкой электрических импульсов ведет к стойкому повышению ?? на мембране клеток гиппокампа, которое держится десятки минут (явление «длительной потенциации»). Инкубация срезов с ?-амилойдом в течение всего 15 минут предотвращает длительную потенциацию. Оказалось, что однократная инъекция SkQR1 за день до опыта способна полностью снять неблагоприятное действие ?-амилойда. Так же влияют SkQ1 [419] или MitoQ [205], добавленные прямо к срезам гиппокампа. В настоящее время мы изучаем механизмы этого нового действия SkQ и возможность его применения при лечении болезни Альцгеймера[39].
