Основные группы антимутагенов и механизм их действия

Наиболее полная классификация антимутагенов в соответствии с предполагаемым механизмом их действия предложена в работе S. De Flora и C. Ramel и представлена в таблице 2 [61].

Биологические и фармакологические свойства каротиноидов Каротиноиды — природные пигменты, синтезируемые микроорганизмами и растениями, представлены во многих фруктах и овощах. На сегодня известно около 1000 представителей каротиноидных пигментов, из которых более 600 структурно идентифицированы [86]. Каротиноиды — это 40-углеродные молекулы, двучленные, с симметрично соединенными полиметилбутадиенами, чья совокупность сопряженных двойных цепей делает их исключительно эффективными при инактивации свободных радикалов и придает им антиоксидантные свойства. Некоторые каротиноиды (включая каротины) являются провитаминами — предшественниками одного из основных микронутриентов — ретинола (витамин А).

Антиоксидантные свойства каротиноидов были показаны разными способами в системах in vitro [126].

У человека уровень каротиноидов в крови зависит от их количества в пище, а концентрация ретинола — нет, поскольку витамин депонируется в печени. По концентрации каротиноидов в крови можно судить об обеспеченности ими организма, которая зависит от степени биодоступности каротиноидов. У людей обнаружены значительные индивидуальные различия в уровне бета-каротина в плазме крови, как до, так и после приема каротинсодержащих препаратов [51, 70, 34, 49, 131]. Выявлены возрастные, половые и региональные различия уровня бета-каротина в плазме крови людей, а также установлено, что этот показатель значительно ниже у курящих, алкоголиков, онкологических и кардиологических больных. [108, 128].

Антиоксидантная и провитаминная активности каротиноидов определяют такие их биологические функции и фармакологические свойства, как ингибирование канцерогенеза, возрастных изменений, предотвращение развития катаракты, радиационных поражений, сердечно — сосудистых заболеваний [23, 60, 76, 87, 99].

R.G. Culter [1984], выдвинув теорию о том, что длительность жизни различных индивидуумов может определяться теми же факторами, что и чувствительность к раку, показал, что имеется положительная корреляция между уровнем бета-каротина в плазме крови (но не ретинола) и продолжительностью жизни приматов [58].

Антимутагенные свойства каротиноидов и их влияние на повреждение и восстановление ДНК В настоящее время имеется ряд исследований, демонстрирующих антимутагенные свойства каротиноидов, главным образом, на примере изучениябета-каротина [36, 44, 45, 59, 97, 113, 119, 120, 121, 129].

Влияние каротиноидов на целостность ДНК исследовалось с применением разных тест-систем in vitro и in vivo.

|3-каротин и ликопин при концентрации 1 — 3 мМ защищали клетки НТ29 (карцинома толстой кишки человека) от ДНК — разрывов, вызываемых генерацией супероксиданиона в системе ксантин / ксантин оксидаза. При исследовании этих веществ в более высокой концентрации защиты не наблюдалось [96]. Konopacka M. [1998] использовал метод ДНК-комет, чтобы проследить воссоединение разрывов ДН^ вызванных у-лучами. В-каротин (5 мг/мл) в комбинации с витаминами С (1 мг/мл) и Е (5 мг/мл) ускорил восстановление; за 90 мин. 80% разрывов были восстановлены в сравнении с 50% в контроле [90].

Также |3-каротин снижал степень повреждения ДНК, вызванное ультрафиолетом [52] или 8-метоксипсораленом и ультрафиолетом [91].

В экспериментах in vitro было показано, что бета-каротин и кантаксантин снижают количество микроядер, индуцированных блеомицином в культуре лимфоцитов человека [46]. В том же эксперименте была показана обратная зависимость между уровнем каротиноидов в плазме крови и количеством клеток с микроядрами, индуцированными блеомицином.

Модифицирующее влияние каротиноидов на мутагенное действие ксенобиотиков было показано также в экспериментах in vivo. Так, бета-каротин снижал число хромосомных аберрации, индуцированных бензо (а) пиреном и митомицином С в клетках костного мозга мышей [110, 111], а также число микроядер, возникающих при действии бензо (а) пирена [137].

Renner et al. [1985] было показано дозозависимое влияние бета-каротина на уровень хромосомных аберраций в клетках костного мозга китайского хомячка, индуцированных мутагенами прямого действия — метилметансульфонатом, бусульфаном и тио — ТЭФ [113].

В экспериментах, проведенных Salvadori еt al. [1991, 1992], было исследовано влияние бета-каротина на цитогенетический эффект непрямого алкилирующего мутагена — циклофосфамида. Пятидневная предобработка бета-каротином приводила к снижению уровня хромосомных аберраций, индуцированных циклофосфамидом в клетках костного мозга мышей [119 120].

Имеются данные о снижении под влиянием бета-каротина и других каротиноидов канцерогенеза, хромосомных аберраций, микроядер и аберрантных крипт толстой кишки в случае кормления мышей или крыс химическими канцерогенами или облучения [68, 102].

В некоторых исследованиях у у-облученных мышей наблюдалось значительное сокращение частоты микроядер в полихромных эритроцитах костного мозга и в эпителиальных клетках мочевого пузыря на фоне введения |3-каротина до или сразу после облучения [90].

Введение

смеси (3-каротина, витаминов Е и С оказалось более эффективным [91].

S.J. Duthie et al. исследовали влияние добавочного потребления (-каротина добровольцами в течение 10 недель. Было установлено, что лимфоциты крови добровольцев, принимающих единичные, большие дозы (-каротина (25 мг) устойчивы к окислению ДНК, инициированному Н2О2.

[66].

В исследовании, проведенном P. Riso, 10 женщин добровольцев потребляли пищу, богатую томатным пюре (эквивалентную 16,5 мг ликопина в день) в одной группе, а в другой не употребляли вовсе томаты в пищу в течение 21 дня. Лимфоциты, исследуемые у первой группы добровольцев, оказались значительно более устойчивыми к нарушению окислительных процессов, вызванных Н2О2 in vitro [115].

K. Umegaki et al. изолировали лимфоциты после ежедневного потребления добровольцами 30 мг (3-каротина в течение 13 дней. Обработав клетки рентгеновским облучением, авторы обнаружили уменьшение числа микроядер по сравнению с контрольной группой. Более того, до и после приема препарата наблюдалась отрицательная корреляция между количеством микроядер и концентрацией в плазме (-каротина [132].

Прием витаминов С (100 мг) и Е (280 мг), а также |3-каротина (25 мг) ежедневно в течение 20 недель группами курящих и некурящих (мужчин в возрасте 50 -59 лет) привел к значительному снижению степени эндогенного окисления пиримидина в лимфоцитах ДНК, что доказывает антиоксидантную защиту in vivo [66].

В другом исследовании эффективность отдельных каротиноидов — лутеина, ликопина и смеси аи |3-каротина — исследовалась во время 12 — недельного эксперимента. Эффекта от дополнительного приема каротиноидов не было обнаружено при определении эндогенного повреждения ДНК в лимфоцитах, однако зафиксирована отрицательная корреляция между концентрацией каротиноидов в сыворотке крови и степенью окисления ДНК-оснований [55]. Корреляция была достаточно высокой, что позволяет предположить, что защита от повреждения ДНК осуществляется основным уровнем каротиноидов, полученных при сбалансированном питании, или же, что каротиноиды выступают просто в качестве маркеров других, действительно защитных веществ, которые встречаются в тех же продуктах питания, что и каротиноиды.

Эпидемиологические исследования биологической роли каротиноидов Многие эпидемиологические данные указывают на антиканцерогенное воздействие каротиноидов, и |3-каротина в особенности [107]. Выяснена связь между потреблением пищи, богатой каротиноидами, и относительно низкой заболеваемостью разными видами рака, включая рак легких, желудка, простаты, мочевого пузыря, пищевода и гортани [140]. Эти данные достоверны, так как подтверждены в нескольких широкомасштабных исследованиях. Например, заболеваемость раком пищевода и желудка в неблагополучных в этом отношении районах Китая заметно снизилась у добровольцев, принимавших витамин Е, |3-каротин и селен, по сравнению с другой группой, принимавших плацебо [47]. Имеется также еще целая группа эпидемиологических доказательств, свидетельствующих о благотворном влиянии каротиноидов на здоровье человека. Они обобщены в соответствующих обзорах [37, 107, 91, 68, 102, 139].

Вместе с этим, недавно появились два настораживающих сообщения. Во-первых, в Финляндии при эпидемиологическом восьмилетнем наблюдении за группой курильщиков (30 000 человек среднего возраста мужского пола), было показано, что дополнительное потребление (-каротина или витамина Е может увеличить риск развития рака легких. Подобный результат был получен при исследовании в США, во время которого курильщикам и / или рабочим асбестовой промышленности назначали ретинол и (-каротин [106]. Эксперимент прекратили преждевременно по этическим соображениям.

Другое исследование по уменьшению риска профессиональных заболеваний не обнаружило влияние (-каротина на здоровье [83].

В настоящее время описанные данные широко дискутируются, однако уже сейчас ясна необходимость тщательного исследования механизмов мутагени канцерогенмодифицирующего действия бета-каротина с акцентом на выявление возможных комутагенных и коканцерогенных эффектов.

Аспартам — антимутагенный дипептид и его фармакологические свойства Аспартам — пищевой заменитель сахара, представляет собой метиловый эфир дипептида — аспартил-фенилаланина. Аспартам почти в 200 раз слаще сахара, низкокалориен, и в рамках рекомендованного суточного поступления (до 40 мг/кг) безвреден для человека. Рекомендуется для диетического питания, прежде всего больным диабетом и ожирением. Кроме того, аспартам весьма эффективен для модификации вкуса различных лекарственных форм. Также аспартам широко применяется в пищевой промышленности при производстве детского, диетического питания, напитков, десертов и других продуктов, не требующих термической обработки [35].

Сравнивая метаболизм аспартама у людей и животных Ranney et al. [1976] показал, что в обоих случаях аспартам полностью распадается на аспартат фенилаланин и метанол в течение нескольких часов. Пик концентрации в плазме наблюдался через 4 — 7 часов [112].

Moller [1991] исследовал метаболизм аспартама у человека. Шесть взрослых мужчин получали по 0,56 г. фенилаланина (Phe) в форме 1,0 г аспартама или 12,2 г бычьего альбумина в 200 мл воды или только воду. Образцы венозной крови, собранные до эксперимента и во время последующих 4 часов, были исследованы на предмет уровня в плазме аминокислот (тирозин, триптофан, валин, изолейцин и лейцин), аспартата, инсулина и глюкозы. Кривая, показывающая концентрацию фенилаланина плазме была на 40% больше после приема аспартама по сравнению с альбумином, хотя это и не считается показательным. Указанные различия могут быть вызваны, значительным повышением инсулина под влиянием альбумина, на который аспартам не оказывает никакого действия. Наблюдалось влияние аспартама на содержание в плазме тирозина, но не триптофана, валина, изолейцина или лейцина [101].

Исследование антимутагенных свойств аспартама in vivo проводилось в лаборатории фармакогенетики НИИ Фармакологии РАМН. Были получены результаты, свидетельствующие о наличии у аспартама цитогенетической активности. Кулакова А. В. показала, что аспартам в диапазоне исследуемых доз 4−40 мг/кг обладает антимутагенными свойствами по отношению к диоксидину и циклофосфамиду. Выявленная антимутагенная активность аспартама более выражена при его пятидневном введении до использования мутагена, тогда как при совместном пятидневном введении аспартама с мутагенами подсластитель не влиял на кластогенное действие диоксидина и циклофосфамида [24].

Установленная антимутагенная активность аспартама была независимо подтверждена Creppy E.E., Baudrimont I., которые исследовали влияние аспартама на генотоксические эффекты охратоксина, А [57]. Аспартам вводился животным отдельно или в сочетании с охратоксином, А (ОТА). Анализ с помощью жидкостной хроматографии высокого давления (HPLC) показал, что от 10 до 12% аспартама распределяются в неизменном виде в крови, моче и в органах. После введения аспартама крысам в дозе 25 мг/кг уровень его составил 73+6 мкг/г, 1,8+0,1 мкг/г, 156+9 мкг/г, 34+2 мкг/г, 66+5 мкг/мл и 19+2 мкг/мл соответственно в почках, печени, мозге, яичке, моче и сыворотке крови. В присутствии ОТА в тех же органах и жидкостях уровень присутствия составил 68+5 мкг/г, 2,1+0,1 мкг/г, 105+9 мкг/г, 25+0,6 мкг/г, 45+3 мкг/мл и 11+0,2 мкг/мл. По мнению авторов это указывает на то, что аспартам связывает ОТА и тем самым препятствует его повреждающему действию [57].

Видимо, это действительно так, поскольку в дополнительных экспериментах было показано, что при совместном шестимесячном введении аспартама и микотоксина концентрация последнего в крови и почках существенно ниже, чем при введении только ОТА.

Эффективность аспартама в качестве протектора выше в тех случаях, когда он присутствует в плазме до ОТА и его количество уменьшается при возрастании концентраций токсинов, последнее также указывает в пользу описанного механизма антимутагенного действия аспартама.

Генопротекторные свойства аспартама были подтверждены также в экспериментах, направленных на исследование кариомегалии в клетках почечных тканей под действием ОТА[56]. После 6 — недельного лечения комбинацией ОТА и аспартама, кариомегалия была предотвращена у 80% животных, а у 20% животных обнаружилось несколько больших ядер в сравнении с животными, которым давался только ОТА. Отсутствие повреждения ДНК показывает наличие защитого эффекта у аспартама, которым не обладает фенилаланин.

Аспартам в неизмененном виде (что составляет от 10 до 12% от данной дозы), который имеет гораздо большую концентрацию, чем охратоксин, А в организме в случае естественной контаминации, предотвращает связывание ОТА с плазмапротеинами, ускоряет выведение ОТА из организма, ускоряет метаболизм ОТА, особенно с менее токсичными и генотоксичными метаболитами. Такой механизм подтверждается уменьшением распределения ОТА в органах, таких как почки, мозг, печень и яичники, и, наконец, уменьшением вызываемой ОТА нефротоксичности и генотоксичности.

Таким образом, обобщая вышесказанное, и каротиноиды и аспартам, обладают антимутагенными свойствами, однако механизмы защитного действия у этих соединений различны. Совместное использование в фармакологии и пищевой промышленности указанных веществ, делает актуальным исследование их комбинаций на предмет комутагенности, синергизма или антагонизма совместного действия, наличия антимутагенных свойств, что и определило направление исследований, проведенных в настоящей работе.