SYNTHETIC DIRECT ANTIOXIDANT IONOL AS A PROMISING MEANS OF ANTI-CATARACT TREATMENT

Full Text

Катаракта является наиболее частой причиной снижения зрения у лиц пожилого возраста. Существующие в настоящее время средства консервативного лечения катаракты были разработаны с целью коррекции отдельных метаболических нарушений в хрусталике и эффективность их не достаточно высока. Были предложены многочисленные теории патогенеза катаракты, но наиболее обоснованной в настоящее время признается свободнорадикальная, в основу которой заложен тезис о первичности нарушений структуры и функции мембран вследствие патологической активации свободнорадикального окисления биополимеров хрусталика, т.е. роль пускового механизма в катарактоге-незе отводится, прежде всего, перекисно-му окислению липидов [1, 11, 28]. При старческой катаракте в хрусталике обнаружено существенное снижение активности антиоксидантных ферментов и истощение уровня биоантиоксидантов [3, 9]. Таким образом, в соответствии со сказанным, наиболее перспективным представляется исследование в качестве антиката-рактальных препаратов средств с высокой антиоксидантной активностью, к которым относится синтетический прямой антиоксидант ионол. Он используется в различных отраслях медицины для предотвращения нарушений, вызванных развитием окислительного стресса, однако, в офтальмологической практике ионол не применяется, в связи с чем, актуальным и перспективным является изучение ионола в качестве возможного антикатарактального средства Физико-химическая характеристика ионола. 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол (ионол, дибунол) - синтетический пространственно затрудненный фенол, производное 2,6-ди-трет-бутифенола, как химическое вещество известен с 1921 г. и по основному биологическому эффекту относится к прямым антиоксидантам [6]. Особенности антиоксидантных свойств этого 158 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, №3, 2012 г. соединения связаны с экранированием ароматической ОН-группы трет-бутильными заместителями в ортоположении. Природных соединений аналогичного строения нет, что связано с отсутствием в живых организмах трансфераз, способных перенести трет-бутильные группы на бензольное кольцо [15]. Ионол - классический синтетический фенольный жирорастворимый антиоксидант - обладает ярко выраженной антирадикальной активностью и в большинстве модельных систем превосходит по эффективности другие пространственно затрудненные фенолы. По своей антирадикальной активности ионол существенно уступает а-токоферолу: константа k1 для трихлорме-тильного пероксирадикала (СС13О^2) составляет 2,9*104М-1с-1 , что на два порядка меньше, чем у токоферола. В биологических системах in vitro ионол способен ингибировать активность процессов ПОЛ в концентрации 35 мкг/мл [7]. В модельных системах (при повышенных температурах, в мицеллярных системах), ионол превосходит токоферол по противоокислитель-ным свойствам. Основное преимущество ионола перед а-токоферолом и другими орто-метилзамещенными фенолами состоит в том, что ионол образует устойчивые радикалы, в то время как феноксилы метилированных фенолов менее стабильны и могут участвовать в реакциях продолжения цепей окисления. Ионол эффективно ингибирует окисление липидов в гомогенатах мозга крыс, индуцированное ионами железа с аскорбатом (IC50 = 3,5 мкМ) или железоаммонийными квасцами (IC50 = 13 мкМ), одновременно он снижает в гомогенатах окислительную модификацию белков, которая определялась по активности креа-тинкиназы. Вызванное пероксинитритом окисление миелина также подавлялось ионолом, что проявлялось в снижении образования малонового диальдегида и изопростанов. В культуре тимоцитов крыс ионол угнетал апоптоз, индуцированный пероксинитритом. Одноэлектронный ре-докс-потенциал ионола составляет 600- 700 мВ, соответственно, он уступает по восстановительной активности аскорбату (300 мВ), тролоксу (480 мВ) и цистеину (650 мВ), но превосходит триптофан (990 мВ) [24]. Поэтому в биологических системах ионол может действовать синергично с другими антиоксидантами: аскор-батом, цистеином, токоферолами. Биологическое действие. 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол относится к классу малотоксичных соединений, не обладает тератогенным и мутагенным свойствами, не влияет на размножение животных. После длительного приема ионола не обнаруживается нарушений гемопоэза и морфологических изменений в органах животных [6]. Антиоксидантная и антирадикальная активность дибунола исследована на разных моделях в условиях in vitro и in vivo. В концентрации 10 мкМ ионол значительно увеличивал лаг-фазу (с 80 до 500 минут) окисления липопротеинов низкой плотности, индуцированного ионами Cu2+ или 2,2-азобис (2-амидинопропан) дигидрохлоридом, в концентрации 100 мкМ -полностью ингибировал вызванное гипохлоритом окисление липидов в составе липопротеинов очень низкой плотности и липосом [22]. В концентрациях около 20 мкМ 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол не только угнетал окисление липопротеинов, но и предотвращал апоптоз эндотелиальных клеток аорты и эндокарда, а также вызванный окисленными липопротеинами апоптоз макрофагов [21], снижал синтез коллагена в гладкомышечных клетках свиньи при их инкубации с окисленными липопротеинами [26]. Си-индуцированое окисление липопротеинов высокой плотности, приводящее к снижению вывода холестерина из клеток, также ингибируется ионолом. Ионол обладает высокой растворимостью и подвижностью в липидной фазе, что определяет возможность инактивации радикала внутри липопротеиновой частицы и миграции на границу фаз, где возможно его восстановление аскорбатом, глутатионом или токоферолами. С высокой липофильностью связан мембрано- 159 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, №3, 2012 г. тропный эффект ионола. В митохондриальных и эритроцитарных мембранах ио-нол индуцировал структурные изменения, что усиливало окисление полиненасы-щенных жирных кислот 15-липоксигеназой [16]. Развитие процессов ПОЛ сопровождается образованием токсичных альдегидов, в частности 4-гидроксиноненаля, который in vivo может индуцировать различные повреждения, и в частности, развитие катаракты. В условиях эксперимента in vitro показано, что предварительное инкубирование хрусталиков крыс с ионолом (10 мкМ) в течение 24 часов снижало катарактогенное действие 4-гидроксиноненаля (промежуточный продукт ПОЛ), при этом в эпителиоцитах хрусталика наблюдалась индукция глутатион^-трансферазы [17]. Добавление в рацион ионола повышает уровень глутатиона в хрусталике, сетчатке и роговице глаз крыс . Как правило, канцерогенные или токсические свойства ионола и его анизо-нального аналога 2,6-ди трет-бутил-4-метокси-фенола проявляются при состояниях напряжения физиологических, в том числе антиоксидантных, механизмов защиты тканей и органов, что указывает на возможность неоднозначного эффекта применения антиоксидантной терапии при патологических процессах, сопровождающихся развитием окислительного стресса, в связи с чем, во многих экспериментальных системах ионол не только проявляет антиоксидантные свойства, но и может вызывать нежелательные последствия, особенно, при хроническом применении в относительно высоких дозах. На модели ишемии/реперфузии изолированного сердца крыс показано, что введение ионола в составе однослойных липосом из яичных фосфолипидов в пер-фузат за 10 минут до начала ишемии в концентрациях 1,3 и 10 мкМ оказывает защитный эффект в постишемическом периоде; позитивный эффект ионола наблюдается также при введении его на стадии реперфузии, но в более в высоких концентрациях (3 и 10 мкМ) [10]. Будучи применен в больших количествах (3 и 10 мкМ), препарат оказывал токсическое действие, реализирующееся, по-видимому, путем нарушения функции расслабления кардиомиоцитов [10]. В экспериментальных исследованиях ионол снижал эффект многих токсинов и предотвращал развитие острых ишемических повреждений органов и постише-мических расстройств. Введение крысам ионола (30мг/кг массы) на 1-й, 3-й, 6-й и 9-й день после затравки окисленной олеиновой кислотой более чем в 5 раз уменьшало образование малонового диальдегида в печени и предотвращало гибель животных. На модели острой интоксикации крыс тетрахлорметаном внутрибрюшин-ное введение дибунола (25 мг/кг) за 12 часов до затравки СС14 и через 12 часов после затравки снижало площадь некроза в 3 раза, при этом удельная площадь, занятая гепатоцитами в состоянии паранекроза, снижалась с 40,5% до 14,3% . Внут-рижелудочное введение крысам ионола (600 мг/кг массы в день) в течение 2 дней оказывало защитное действие при введении тиофенолов, при этом в клетках повышалось содержание глутатион-S-трансферазы и глутатионредуктазы, снижалась активность процессов ПОЛ в эритроцитарных мембранах и сыворотке крови, однако, значительно возрастал уровень ТБК-реактивных продуктов в микросомах печени. На модели острого отравления фосфорорганическим пестицидом у кошек, однократное внутрижелу-дочное введение ионола в дозе 50 мг/кг массы за 2 часа до индукции отравления на 75% увеличивало продолжительность жизни животных. In vitro ионол ингибировал агрегацию тромбоцитов; индуцированный ÀDP процесс на 50% подавлялся при концентрации фенола 7,4*10-4 М для тромбоцитов человека и 1,3 10-3М для тромбоцитов кролика [5]. Вместе с тем слипание выделенных из необработанной и обработанной ионолом сыворотки (500 мкмоль/л) тромбоцитов, вызванное 5'- дифосфатом, арахидоновой кислотой или форболмири-статацетатом, не различалась. Введение внутрижелудочно крысам ионола (60 160 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, №3, 2012 г. мкмоль/кг массы) в течение 3 дней снижало коагуляционный потенциал крови: время коагуляции удлинялось на 43,9%, максимальная агрегация тромбоцитов и скорость образования агрегатов снижались на 37,4% и 48%, соответственно (4). В эритроцитах человека ионол предотвращал снижение активности Na+,K+-ATФазы под действием гидропероксида и третбутилгидропероксида кумола. При моделировании у крыс инфаркта миокарда предварительное введение ионола в течение 4 суток (per os по 60 мг/кг массы тела в день) оказывало анти-аритмическое действие и устраняло нарушения электрической стабильности сердца [8]. На аналогичной модели инфаркта миокарда у собак внутривенное назначение дибунола (0,2 мг/кг массы в час) снижало повреждение миоцитов и предотвращало выход в кровь высокомолекулярных белков: миоглобина и креа-тинкиназы. По данным гистологических исследований ионол уменьшает зону некроза миокарда, при этом в крови отмечаются положительные сдвиги биохимических показателей, в частности ,увеличивается уровень естественного антиоксиданта а-токоферола в мембранах эритроцитов и плазме. Внутрибрюшинное применение ио-нола в течение 3 дней (20 мг/кг массы тела, ежедневно) оказывало положительный эффект на работу сердца крыс при интенсивной физической нагрузке (оценку сердечной деятельности проводили посредством измерения сократительной функции изолированного сердца и выхода в перфузат креатинкиназы). На модели атеросклеротического поражения сосудов у мышей линии С57ВL/6, 15 недель содержащихся на гиперхолестериновой диете (1% холестерина и 0,5% холевой кислоты), добавление в корм животным ио-нола (1%) увеличивало размеры жировых отложений в стенках сосудов. На различных моделях язвы желудка (внутрижелудочное введение гистамина, серотонина, 10% уксусной кислоты или перевязка привратника) показало, что препарат, вводимый в желудок в виде 10% масляного раствора ионола, уменьшает частоту образования язв и сокращает сроки заживления язвенных поражений, при этом на первых двух моделях защитная эффективность дибунола была в среднем в 2 раза выше, чем а-токоферола. Беременность крыс с индуцированным диабетом сопровождается большим количеством врожденных пороков развития (выявляются у 19% родившихся), а содержание беременных самок на рационе, обогащенным ионолом (1% сухого веса корма), повышало вес плода и снижало частоту врожденных пороков до 2,3%. Совместное действие ионола и ß-каротина повышало выживаемость мышей при острой алкогольной интоксикации (внутрибрюшин-ное введение 10-процентного раствора CaCI2) . Ионол ингибировал рост в культуре клеток человека, полученных из челюстной опухоли (1С50 =74 мкг/мл) или опухоли языка (1С 50=38 мкг/мл) [23]. Антиканцерогенная эффективность препарата показана на моделях развития рака кожи у животных под действием коротковолнового УФ-излучения и химических канцерогенов [18]. На различных перевиваемых новообразованиях у мышей выявлен существенный противоопухолевый эффект применения ионола совместно с цитоста-тиками. Токсический эффект высоких доз ионола (200 мг/кг, внутрибрюшинно) сопровождался быстрым (40 минут) снижением содержания в легких протеинкиназы С и кальцийзависимых протеаз, изменение содержания ферментов наблюдалось в течение 6 суток и коррелировало с развитием отека легких. В качестве одной из причин цитотоксического и проканцеро-генного действия соединения может выступать образование при микросомальном окислении высокотоксичных метаболитов, которые обнаруживаются при инкубации ионола с микросомами из разных органов мышей и крыс, однако, гидрокси-лирование трет-бутильной группы преимущественно наблюдается в микросомах легких. Предполагается, что ионол вызывает повреждение в легких, инициирую 161 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, №3, 2012 г. щее воспалительный процесс, который в свою очередь вызывает развитие опухолей [19]. Появлению росту опухолей способствует также то, что ионол ингибирует наработку фактора некроза опухолей резистентными и стимулированными липо-полисахаридом альвеолярными макрофагами и индуцирует апоптоз эпителиальных клеток легких, которые значительно более чувствительны к токсическому действию метаболитов препарата, чем опухолевые клетки [20]. Токсический эффект ионола проявляется также в отношении печени. Длительное содержание крыс (от 6 до 24 недель) на обогащенном препаратом рационе (0,2, 0,4 или 0,8% от сухого веса корма) приводит к увеличению веса печени и морфологическим изменениям гепатоцитов (дезинтеграция и вакуолизация цитоплазмы, агрегация хроматина вблизи ядерной мембраны, уменьшение размеров и аутолизис митохондрий, увеличение липидных включений и снижение содержания гликогена и др.), сходным с наблюдаемыми при действии канцерогенов, в частности, 7, 12- де-митилбенз[а] антрацена. После 30-дневного содержания крыс на диете с ионолом (0,2%) наблюдалось не только увеличение веса печени, но и усиление окисления микросомальных липидов при индукции ионами железа, в сыворотке повышалось содержание ТБК-реактивных продуктов. Гепатотоксиче-ский эффект ионола, по-видимому, также связан с образованием его метаболитов при микросомальном окислении. Как всякий антиоксидант, ионол может влиять на содержание в клетках естественных анти-оксидантных ферментов, уровень которых регулируется продукцией О, или Н2О2. Одноразовое внутрибрюшинное введение мышам препарата (100 мг/кг) приводило к снижению активности Мп-СОД в митохондриях печени, в результате чего значительно (в 3-6 раз) возрастала концентрация супероксид-аниона в митохондриальной и ядерной фракциях. В исследовании на культуре человеческих клеток U 937 было показано, что в отличие от других антиоксидантов (тролокс, а-токоферол и ^№-дифенил-1,4-фенилендиамин) ионол индуцирует апоптоз, что не было связано с образованием его метаболитов при мик-росомальном окислении, однако, для развития запрограммированной гибели важное значение имела перекись водорода [27]. Анализ повреждающего действия метаболитов ионола на ДНК и процессы репарации, а также индукцию апоптоза в клеточных культурах выявил важную роль гидроперекиси ионола, что позволило предложить другую схему канцерогенного и апоптогенного действия . По-видимому, и метаболиты микро-сомального окисления, и продукты взаимодействия ионола с АКМ могут быть вовлечены в канцерогенное и токсическое действие данного соединения в отношении клеток легких, печени и других тканей. На модели ишемии/реперфузии мозга у монгольских песчанок было показано, что ионол вводимый 3 раза внутрибрю-шинно в дозе 30мг/кг за 12-14 часов до ишемии, а также через 2-3 и 6-8 часов после начала реперфузии, значительно снижает образование ТБК-реактивных продуктов при кратковременной (3 мин), но повышает при длительной (24 ч) ишемии, что может быть связано с действием продуктов его метаболизма, накапливающихся в ткани мозга при нарушении кровообращения [14]. Как правило, канцерогенные или токсические свойства ионола проявляются при состояниях напряжения физиологических, в том числе антиокси-дантных, механизмов защиты тканей и органов, что указывает на возможность неоднозначного эффекта применения ан-тиоксидантной терапии при патологических процессах, сопровождающихся развитием окислительного стресса. Таким образом, во многих экспериментальных системах ионол не только проявляет ан-тиоксидантные свойства, но и может вызывать нежелательные последствия, особенно, при хроническом применении в относительно высоких дозах [5]. В связи с токсическими эффектами ионола, Европейский научный комитет по питанию (Scientific Committee on Food) ввел ограничения на суточное потребле 162 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, №3, 2012 г. ние ионола - не более 0,05 мг на кг веса тела [25]. Рекомендованная суточная доза потребления ионола в 10 раз ниже таковой для бутилоксианизола (3(2)-трет-бутил-4-метоксифенола), пропилгаллата, октил-галлата или додецилгаллата (0,5мг/кг), при этом можно отметить, что ограничений на потребление разных изоформ витаминов Б и С нет. Применение ионола в медицине. Ио-нол в качестве лекарственного препарата под названием дибунол используется в нашей стране с 50-х годов ХХ века для предотвращения нарушений, вызванных развитием окислительного стресса при различных патологических процессах. Дибунол высокоэффективен при лечении онкологических заболеваний, он замедляет синтез нуклеиновых кислот и белка в злокачественных клетках и проявляет цито-статический эффект в отношении раковых клеток слизистой оболочки мочевого пузыря, а также повышает чувствительность опухолевых клеток к ионизирующему облучению, что позволяет уменьшить терапевтическую дозу облучения. Ионол снижает интенсивность ПОЛ крови и развитие постишемических повреждений миокарда у больных ишемической болезнью сердца [2]. Прием больными дибунола в дозах 10-30 мг/кг массы тела начиная с ранней фазы развития инфаркта миокарда (3-5 часов после начала болевого синдрома) в течение 20 дней нивелирует ишемическое повреждение и ограничивает область развития некроза в миокарде. Ионол улучшает микроциркуляцию коронарных сосудов, снижает агрегацию тромбоцитов и устраняет повышенную гемокоагуляцию. Положительный эффект применения дибунола отмечен при лечении дерматозов и пневмоний, осложненных гриппом [12]. Хороший терапевтический эффект применения дибунола показан при гастродуоденальных язвах. Назначение больным язвенной болезнью наряду с традиционной терапией (Н2-блокаторы, антибиотики, холинолитики, антациды) 800 мг ди-бунола в день (в мягких желатиновых капсулах 20% раствор препарата в подсолнечном масле) уменьшало сроки наступления клинической и морфологической ремиссии, наблюдалось увеличение суммарной антиокислительной активности сыворотки крови, отмечался большой процент рубцевания язв, чаще наступало заживление без формирования глубокого рубца, в течение года реже наблюдались рецидивы заболевания [13]. Ионол (дибунол) обладает выраженной защитной активностью при различных видах стресса: эмоциональных и эмоционально-болевых, вызванных оперативным вмешательством, травмами или инфекциями. Это обусловлено не столько антирадикальной активностью дибунола, сколько активацией биосинтеза катехоламинов и сопряженным увеличением накопления дофамина, который может играть важную роль в лимитировании стресс-реакции и ограничении стрессорных повреждений. . Таким образом, ионол (6-ди-трет-бутил-4-метилфенол) является синтетическим прямым антиоксидантом и относится к малотоксичным соединениям. Учитывая патогенетическую обоснованность применения антиоксидантов при лечении катаракты, которая представляет собой классический пример свободнорадикальной патологии, и отсутствие в настоящее время в арсенале антикатарактальных средств препаратов с прямой доказанной антиоксидантной активностью, исследование ионола в качестве возможного антикатарактального средства является обоснованным и перспективным для клиники.

References

Supplementary files