Роль окисного стресу в патогенезі вірусної інфекції гепатиту С.

Вперше опубліковано: 16 липня 2016 р

Редакційна група: MEDICHUB MEDIA

Анотація

Значного прогресу було досягнуто в терапії гепатиту С, але багато речей досі невідомо щодо його патогенезу. На перебіг гепатиту С впливають як характеристики хазяїна, так і вірусу. Все більше досліджень підкреслюють роль окисного стресу в патогенезі гепатиту С. Основний білок відіграє ключову роль у генерації активних форм кисню. Крім того, найважливіші ускладнення інфекції, цироз та гепатоцелюлярна карцинома, схоже, пов’язані з наявністю окисного стресу. У цьому контексті антиоксиданти можуть бути корисною допоміжною терапією.

Резюме

Незважаючи на те, що було досягнуто значного прогресу у лікуванні вірусного гепатиту С, все ще існує багато розумінь щодо патогенезу. У разі зараження вірусом гепатиту С (ВГС) еволюція захворювання визначається як характеристиками хазяїна, так і вірусом. Все більше досліджень засвідчують роль окисного стресу в патогенезі ВГС-інфекції. Основний білок відіграє важливу роль у генерації активних форм кисню. Крім того, найважливіші ускладнення інфекції, цироз та гепатоцелюлярна карцинома, схоже, пов’язані з наявністю окисного стресу. У цьому контексті антиоксиданти можуть бути корисним допоміжним засобом лікування.

Вірусний гепатит С (ВГС) є основною проблемою охорони здоров'я. У світі налічується близько 130-150 мільйонів випадків хронічного ВГС. Рівень хронічної інфекції дуже високий, тому у 55-85% інфікованих розвивається хронічна інфекція. Найбільш частими ускладненнями є цироз та гепатоцелюлярна карцинома (1) .

Вірус гепатиту С (ВГС) - це оболонковий РНК-вірус, який належить до сімейства Flaviviridae. На рівні його геному закодовано 10 білків, структурні - ядро, Е1 і Е2, а неструктурні - p7, NS2, NS3, NS4A, NS4B, NS5A, NS5B (2). Основний білок утворює нуклеокапсид, а білки Е1 та Е2 - частина оболонки. Описано 6 основних генотипів. Генотипи 1-3 мають широке поширення, генотипи 4 і 5 були виявлені особливо в Африці, а генотип 6 в Азії (3). Дослідження, проведене в Румунії, показало, що 99% інфікованих ВГС інфіковані генотипом 1, з яких генотип 1b, у понад 90% випадків. Більшість випадків були у віковій групі 50-59 років, переважно серед жінок (4) .

В останні роки все більше досліджень засвідчують основну роль окисного стресу (ПС) у патогенезі багатьох захворювань. SO виникає, коли між окислювальною системою та антиоксидантною системою встановлений дисбаланс, коли перший виражається в надлишку. Це має наслідки для біологічних процесів, впливаючи таким чином на апоптоз, запальну реакцію або реплікацію вірусу (5). Вільні радикали мають неперевершені електрони в атомах, з високим ступенем реакційної здатності, з такими молекулами, як білки, ліпіди або ДНК. Основними активними видами кисню (ORS) є супероксид, гідроксил та перекис водню (6). ORS руйнують клітинні мембрани, виробляючи некроз, окислюючи ненасичені жирні кислоти в структурі мембран, процес, який називається перекисним окисленням ліпідів. Він також діє на білки, окислюючи SH-групу залишків цистеїну, в результаті чого утворюються дисульфіди, сульфоксиди або сульфокислота. На рівні ДНК і РНК призводять до структурних змін із появою мутацій (7) .

Наявність SO під час зараження вірусом гепатиту С (HCV) повідомляється з 1990-х рр. Підвищена концентрація ORS спостерігалася як у клітинах печінки, так і в лімфоцитах у пацієнтів з HCV (8). .

Було вивчено кілька механізмів, за допомогою яких ВГС призводить до вивільнення ORS. Здається, що зміни рівня мітохондрій відбуваються під час реплікації вірусу та експресії вірусного білка. Збільшення вироблення ORS, як видається, пов'язане з перерозподілом кальцію (Ca 2+) у цитоплазмі, ендоплазматичній сітці (ER) та мітохондріях. Відбувається підвищений викид ORS, явище, яке базується на пригніченні активності електронно-транспортного комплексу 1 (8). Вплив ORS на HCV до кінця не вивчений, деякі дослідження показують можливу стимулюючу роль на реплікацію вірусу (9) .

Генерація окисного стресу при ВГС-інфекції

Основним джерелом утворення вільних радикалів є мітохондрії через два основні механізми - електронно-транспортний комплекс та мітохондріальні дегідрогенази. З іншого боку, мітохондрії є місцем вибору для дії СРО. Основними екстрамітохондріальними джерелами є РЕ, пероксисоми, НАДФН-оксидази та цитохром Р 450. Клітини Купфера також беруть участь у генерації окисного стресу (10) .

Мітохондрії та ендоплазматичний ретикулум

Мітохондрії беруть участь у виробленні понад 90% кількості АТФ, необхідної клітині (11,12). Мітохондрії виконують багато функцій у проліферації, диференціації та загибелі клітин. Конструктивно він має зовнішню та внутрішню мембрани. Зовнішня мембрана асоціюється з мембраною RE, утворюючи пов'язану з мітохондріями мембрану RE (MAM), відіграючи роль у обміні між двома клітинними органами, особливо в транспорті Ca 2+ та ліпідів. Таким чином, МАМ містить білки, що беруть участь у транспорті Са 2+, найвідомішим є АТФ-аза Са 2+ ендосаркоплазматичного ретикулума (SERCA) (12) .

В даний час вважається, що існує 7 мітохондріальних ділянок, що беруть участь у виробництві ORS. На рівні внутрішньої мітохондріальної мембрани розташовані чотири білкові комплекси, що беруть участь у окисно-відновних процесах. В індукції окисного стресу, мабуть, головну роль відіграють комплекси I та III. Комплекс I вивільняє O2 на рівні матриці, а комплекс III - на рівні міжмембранного простору (13,14) .

У разі зараження HCV вірусна реплікація та надмірна експресія основного білка мають комплексну дію на рівні RE, що призводить до вивільнення Ca 2+ у цитоплазмі. Процес також посилюється інгібуванням Са 2+ АТФ-ази в ендоплазматичній/саркоплазматичній сітці (SERCA). NS5A додатково стимулює вивільнення Ca 2+ із сітки в цитоплазму (15) .

Основний механізм продукування реакційноздатних видів при зараженні ВГС заснований на взаємодії між мітохондріями та основним вірусним білком, що призводить до сенсибілізації мітохондрій до припливу Са 2+ та розкриття перехідних пір проникності мітохондрій (mPTP), маючи як кінцевий результат, що впливає на ланцюг транспорту електронів, із генерацією СРО (10,15). Слід зазначити, що у пацієнтів з ВГС спостерігаються численні порушення мітохондрій. Оскільки 2+ на рівні мітохондрій, індукуючи синтез NADPH, бере участь у формуванні ORS. Крім того, мітохондріальний Са 2+ асоціюється із збільшенням утворення оксиду азоту (16, 17). Вірусні білки накопичуються в області, де мітохондріальна мембрана контактує з такою ER, явище, яке сприяє просуванню вірусних білків через процес бічної дифузії від RE до рівня мітохондрій (11) .

НАДФН-оксидази

Сім'я NOX, що належить до оксидаз НАДФН, бере участь у генерації ОРС. Сімейство NOX складається з 7 представників, які знаходяться в різних тканинах, включаючи печінку. НАДФН-оксидаза бере участь у багатьох біологічних процесах, включаючи опосередкування реакції господаря на вірусні та бактеріальні інфекції (18). Було показано, що в неінфікованих клітинах NOX 4 знаходиться в цитоплазмі та ядрі, тоді як у заражених ВГС клітинах він надмірно експресується і міститься переважно в ядрі. Таким чином, відбувається вироблення ORS на ядерному рівні з пошкодженням клітинної ДНК. Основний білок також, здається, бере участь у цьому процесі опосередковано, стимулюючи синтез бета-TGF, який активує експресію NOX (15) .

NOX 2 міститься в клітинах Купфера, поліморфно-ядерних клітинах печінки. Білок NOX 2 у фагоцитах активується вірусним білком NS3, викликаючи таким чином апоптоз та зміну імунних клітин (LT-клітини, природний вбивця) (19) .

Дослідження, проведене Смирновою та співавторами, показало, що індукований HCV окислювальний стрес активує NOX 1 і NOX4, циклооксигеназу 2 та цитохром 450 2E1 (CYP2E1). Крім того, дослідження показують, що NOX 1, NOX4 та CYP2E1 беруть участь у процесі запалення та подальшого фіброзу печінки. CYP2E1 - це фермент, що міститься в клітинах печінки, і у пацієнтів з ВГС NS5A індукує його експресію. CYP2E1 також бере участь у каталізі етанолу (20) .

Цитокіни та запальні клітини

Крім того, SO у хворих на ВГС може бути результатом присутності прозапальних цитокінів, таких як TNF альфа, який, як було показано, підвищений у периферичних одноядерних клітинах у хворих на ВГС (21). У пацієнтів з ВГС спостерігали підвищену кількість альфа-фактора TNF. TNF альфа бере участь у виробництві ORS шляхом генерування супероксид-іону та перекису водню (22). Слід також мати на увазі, що ОРС беруть участь у протиінфекційному захисті. Наявність інфікованих клітин призводить до настання імунної відповіді та вивільнення ORS макрофагами. Дослідження на культурах клітин показали вивільнення ORS після взаємодії між вірусними структурами та клітинами (9) .

Роль вірусних компонентів

HCV індукує окислювальний стрес як за рахунок структурних білків, основного білка, так і глікопротеїдів E1 та E2, а також неструктурних компонентів NS3, NS5A та NS4B (19,23) .

Вірусні білки індукують зміни як структурно, так і функціонально в мітохондріях інфікованих клітин. Беруть участь численні білки, але головну роль відіграють основні білки та NS5A (24). Основний білок зв'язується із зовнішньою мембраною мітохондрій через кінцеву область СООН (25) .

Основний білок є найпотужнішим активатором окисного стресу. Він разом з білками NS5A та NS3 діє на мітохондріальному рівні, збільшуючи приплив Са 2+ і виробляючи окислення глутатіону, що призводить до генерації ORS в мітохондріях. Активуються ядерні фактори NF-kB та STAT 3, і в ядрі виникає окислювальний стрес (26). Надлишок 2+ надає стимулюючу дію на транспорт електронів, що лежить в основі утворення ОРС. Не відбувається активація синтази NO, з утворенням оксиду азоту та вивільненням цитохрому C. Утворюється замкнене коло із зміною функції мітохондрій та додатковим вивільненням ORS. ВГС також асоціюється з РЕ, тому реплікація вірусу може також відбуватися в цитозольній частині мембрани РЕ, що призводить до порушення функції РЕ. Цей процес призводить до активації сигнальних шляхів, що беруть участь у запаленні (27) .

NS5A та NS4B, а також глікопротеїни E1 та E2 беруть участь у генерації ORS, викликаючи стрес на рівні RE (23). NS5A індукує вивільнення Ca 2+ з ендоплазматичного ретикулума і бере участь у генерації ORS та активації NADPH оксидази (28) .

Перевантаження заліза

Збільшення відкладень заліза (Fe) спостерігалось у пацієнтів з ВГС. Збільшення відкладень заліза, як видається, є наслідком індукованої вірусом ОС, яка має інгібуючий ефект на гепсидин, молекулу, яка бере участь у метаболізмі заліза (16,29). Встановлено, що гепсидин у цих пацієнтів нижчий, ніж у тих, хто страждає гепатитом В або іншим захворюванням печінки, тому може вважатися, що гепсидин відіграє важливу роль у перевантаженні Fe HVC (30). .

Залізо у великих кількостях бере участь у зміні ДНК та в процесі перекисного окислення ліпідів за кількома механізмами (29). Наприклад, іон заліза через реакцію відновлення перетворюється на іон заліза. Іон заліза бере участь в утворенні SRO, розчиняючи H2O2 до гідроксид-іону та OH - (6). Крім того, у цих пацієнтів спостерігали позитивну кореляцію між рівнями Fe та 8-гідрокси-2 ¢ -дезоксигуанозину (8-OhdG), що означає зміну ДНК (31,32). .

Підвищений рівень Fe прискорює процес фіброзу печінки. Хіно та його колеги провели дослідження з трансгенними мишами, що експресують поліпротеїн ВГС. Їм вводили підвищений рівень Fe та виявили значний стеатоз печінки, зміни мітохондрій, підвищений рівень ліпопероксидації та 8-OhdG (30). .

Наслідки окисного стресу
на рівні печінки

HCV-інфекція є хронічною приблизно в 70-80% випадків, і з них у 20% розвинеться цироз у перші 20 років зараження (3). На прогресування фіброзу печінки впливають як хазяїн, так і вірус. Основними факторами ризику, пов’язаними з господарем, є чоловіча стать, хронічне вживання алкоголю, ожиріння та діабет типу 2. Також були згадані генетичні фактори (33). Дослідження показують, що HCV не має прямого цитопатичного ефекту, при цьому пошкодження печінки виникає в основному в результаті розвитку імунної відповіді господаря (3). Наявність хронічного запального процесу призводить до появи фіброзу, який згодом може перерости в цироз (34) .

У пацієнтів у стадії цирозу річний ризик розвитку гепатоцелюлярної карциноми становить 1-5% (33). В Європі основними факторами ризику гепатоцелюлярної карциноми є інфекція HCV та хронічне вживання алкоголю. Існує кілька механізмів, які беруть участь у процесі канцерогенезу. Вірус гепатиту змінює метаболізм ліпідів та індукує експресію певних генів, що беруть участь у злоякісній трансформації (34) .

Окислювальний стрес, як видається, відіграє важливу роль у високому рівні хронічного гепатиту С (35). Дослідження показують, що ОС бере участь у процесі фіброзу печінки, активізуючи зірчасті клітини та стимулюючи вироблення колагену (36). HCV стимулює активацію клітин Купфера, які вивільняють цитокіни, що беруть участь у розвитку фіброзу та ORS, що призводить до пошкодження клітин печінки. Пошкоджені клітини печінки генерують ORS, активуючи зірчасті клітини печінки. Крім того, виявляється, що НАДФН-оксидаза активується в клітинах Купфера і зірчастих клітинах із генерацією ORS, явища, яке сприяє утворенню фіброзу (24). Крім того, ORS індукує синтез бета-TGF, молекули, яка також бере участь у процесі фіброзу (19) .

Згідно з дослідженням, проведеним Клічічі, малоновий диальдегід є найважливішим маркером, який корелює із виникненням фіброзу при зараженні печінки ВГС (37). Дослідження Габра показало, що маркери окисного стресу можуть бути використані як неінвазивний метод для оцінки фіброзу печінки, що є найважливішим елементом початку лікування (36) .

Окислювальний стрес, як видається, бере участь у розвитку гепатоцелюлярної карциноми через зміни ДНК (19). В останні роки все більше досліджень приписують важливу роль SO в прогресуванні хронічних захворювань печінки та в процесі канцерогенезу. Дослідження in vitro показали, що клітини Купфера під впливом NS3 вивільняють цитокіни з прозапальною дією (IL1 бета, TNF альфа) та IL 10 з імунодепресивним ефектом. Крім того, вірус індукує настання запального статусу. Таким чином, у місці запалення клітини Купфера виділяють численні прозапальні молекули та ORS (38). ORS призводить до зміни ДНК та виникнення генних мутацій (19). Недавнє дослідження показало, що ORS індукує експресію 3 b-гідроксистереолу Δ 24-редуктази, яка відіграє роль у запобіганні відновленню ДНК та розвитку пухлини. Надмірна експресія цієї редуктази призводить до блокади апоптозу інфікованих клітин, їх реплікації та збереження хронічної інфекції (39) .

Антиоксиданти при ВГС-інфекції

Антиоксиданти можна розділити на дві категорії, а саме низькомолекулярні агенти (вітамін С, вітамін Е, глутатіон, каротиноїди) та ферменти з антиоксидантною роллю (супероксиддисмутаза, глутатіонпероксидаза, каталаза) (6) .

У пацієнтів із ВГС спостерігали зниження захисної здатності антиоксидантів, виявляючи низький рівень молекул антиоксидантів, таких як супероксиддисмутаза, каталаза, глутатіон та гемооксигеназа (1). Здається, існує кореляція між тяжкістю ВГС-інфекції та рівнем антиоксидантних елементів у сироватці крові (25) .

ВГС знижує рівень глутатіону як опосередковано, через ураження, які він виробляє в гепатоцитах, так і безпосередньо, через дію основного білка. Деякі дослідження показали, що неструктурні вірусні білки збільшують глутатіон. Насправді підвищення рівня глутатіону є результатом збільшення активності г-глутамілцистеїн-лігази під час тимчасової адаптації до сублетального окисного стресу (29) .

Нещодавно було показано, що баланс між окисниками та антиоксидантами різниться залежно від задіяного вірусного генотипу. Таким чином, у генотипі 1a / 1b оксидативний стрес, здається, є більш вираженим, ніж у генотипах 4, 2a/c, 2b та 3a. Таким чином, було висунуто гіпотезу про необхідність антиоксидантної терапії, особливо у пацієнтів, інфікованих генотипами, що індукують важку ОС. У той же час генотип є важливим предиктором реакції на противірусну терапію (40). Дослідження, проведене Гроенбеком та його колегами, показало, що прийом добавок з вітаміном Е та А впливав на антиоксидантний статус, але не на вірусне навантаження та ферменти цитолізу печінки (41). .

Оскільки окислювальний стрес відіграє важливу роль у патогенезі ВГС-інфекції, антиоксиданти знаходять свою роль у терапії. Таким чином, такі агенти, як вітаміни С і Е, N-ацетилцистеїн, гліциризин, фосфатидилхолін або силімарин, виявилися корисними (42) .

Кілька дослідників вивчали роль мікроелементів (Cu, Zn, Se) у патогенезі захворювань печінки в контексті ВГС-інфекції. Зміни концентрацій цих елементів, які діють як антиоксиданти, спричиняють дисбаланс, з можливістю розвитку ОС та початку запального процесу, що сприяє реплікації вірусу (43). Таким чином, було показано, що введення Zn у цих пацієнтів зменшує фіброз печінки та покращує прогноз захворювання (44) .

Окислювальний стрес відіграє важливу роль у патогенезі ВГС. Вірусні білки діють у мітохондріях, головному продуценті ORS, генеруючи низку біологічних реакцій, впливаючи на розвиток хвороби. Таким чином, SO бере участь у процесі фіброзу та канцерогенезу.

Конфлікт інтересів: Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів.