БИОАКТИВНЫЕ  ЛИПИДЫ  СЕМЕЙСТВА  АЦИЛДОФАМИНОВ  КАК  КОМПОНЕНТ  СИСТЕМЫ  ПРОТИВОРАКОВОЙ  ЗАЩИТЫ  ОРГАНИЗМА

Акимов  Михаил  Геннадьевич

канд.  хим.  наук,  научный  сотрудник  лаборатории  оксилипинов  ФГУБН  Институт  биоорганической  химии  им.  акад.  М.М.  Шемякина  и  Ю.А.  Овчинникова  РАН,  г.  Москва

E-mail:  akimovmike@yandex.ru

Безуглов  Владимир  Виленович

д-р  хим.  наук,  заведующий  лабораторией  оксилипинов  ФГУБН  Институт  биоорганической  химии  им.  акад.  М.М.  Шемякина  и  Ю.А.  Овчинникова  РАН,  г.  Москва

E-mail: 

BIOACTIVE  LIPIDS  OF  THE  ACYL  DOPAMINE  FAMILY  AS  A  COMPONENT  OF  THE  ORGANISM’S  CANCER  DEFENCE  SYSTEM

Akimov  Mikhail

Candidate  of  Science,  Researcher  of  oxylipin  laboratory  of  Shemyakin-Ovchinnikov  Institute  of  Bioorganic  Chemistry,  Moscow

Bezuglov  Vladimir

Doctor  of  Science,  laboratory  head  of  oxylipin  laboratory  of  Shemyakin-Ovchinnikov  Institute  of  Bioorganic  Chemistry,  Moscow

Работа  частично  поддержана  грантами  РФФИ  12-04-00608а  и  Президента  РФ  МК-4679.2021.4.

АННОТАЦИЯ

Ацилдофамины  —  это  семейство  сигнальных  липидов,  которые  представляют  собой  амиды  длинноцепочечных  жирных  кислот  и  дофамина.  Они  защищают  нормальные  клетки,  находящиеся  в  стрессовых  условиях,  но  токсичны  для  раковых  (независимо  от  ткани).  Нами  сформулирована  гипотеза  о  существовании  липидного  компонента  противораковой  защитной  системы  организма.  Данная  подсистема  использует  в  качестве  эффекторов  липиды  семейства  ацилдофаминов,  обеспечивает  подавление  трансформированных  клеток  за  счет  действия  на  их  измененный  метаболизм  и  защиту  окружающих  тканей  от  повреждающего  действия  опухоли.

ABSTRACT

N-Acyl  dopamines  are  a  family  of  signal  lipids  that  encompass  amides  of  long  chain  fatty  acids  and  dopamine.  They  protect  normal  cells  against  stressful  conditions,  but  are  toxic  for  cancer  ones  (tissue-type  independent).  We  propose  a  hypothesis  about  the  existence  of  a  lipid  component  of  the  organism’s  cancer  defense  system.  This  subsystem  uses  acyl  dopamines  as  effectors,  suppresses  transformed  cells  affecting  their  altered  metabolism  and  protects  surrounding  tissues  against  damaging  influence  of  a  tumor.

Ключевые  слова:  рак;  онкология;  липиды;  ацилдофамины;  эндованилоиды;  эндоканнабиноиды.

Keywords:  cancer;  lipids;  acyl  dopamines;  endovanilloids;  endocannabinoids.

Ацилдофамины  —  это  семейство  сигнальных  липидов,  выделяемых  по  структурному  и  функциональному  признаку.  Все  они  являются  амидами  длинноцепочечных  жирных  кислот  и  дофамина  и  считаются  эндогенными  лигандами  ванилоидных  рецепторов  (эндованилоидами),  способными  связываться  и  с  каннабиноидными  рецепторами,  то  есть  участвуют  в  процессах  памяти  и  болевой  чувствительности.

Исследования  последних  лет  свидетельствуют  о  том,  что,  помимо  вышеизложенных  функций,  ацилдофамины  могут  оказывать  защитное  действие  на  находящиеся  в  условиях  стресса  нормальные  клетки,  но  индуцируют  клеточную  смерть  в  трансформированных.  Эти  данные  позволили  нам  сформулировать  гипотезу  о  существовании  в  организме  дополняющей  иммунную  липидной  противораковой  системы,  основанными  активными  компонентами  которой,  по  данным  на  сегодняшний  день,  являются  ацилдофамины.  Настоящая  работа  посвящена  теоретическому  обоснованию  данной  гипотезы.

N-ацилдофамины  были  открыты  в  середине  90-х  —  начале  2000-х  годов  в  ходе  исследований  нашей  лаборатории  и  группы  Di  Marzo  [3,  4,  6,  10].  Первоначально  данные  молекулы  рассматривались  в  качестве  аналогов  эндоканнабиноида  анандамида  или  лигандов  ванилоидного  рецептора  TRPV1.  Затем  нами  было  показано,  что  ацилдофамины  в  концентрациях  от  1  до  50  мкМ  способны  увеличивать  выживание  нейронов  в  стрессовых  условиях  (гипоксия,  глутаматная  токсичность,  калиевая  депривация),  то  есть  проявляют  защитное  действие,  но  не  оказывают  влияния  на  контрольные  клетки  (без  воздействия  стрессовых  факторов)  [3,  5].  С  другой  стороны,  добавление  данных  веществ  в  тех  же  или  меньших  концентрациях  к  культивируемым  клеткам  глиомы  крысы  С6  вызывало  гибель  последних  по  пути  апоптоза  [3]. 

Способность  одного  и  того  же  вещества  столь  разнонаправлено  действовать  на  нормальные  и  трансформированные  клетки  привела  нас  к  гипотезе  о  том,  что  они  могут  быть  компонентом  ранее  не  известной  системы  противораковой  защиты  организма,  дополняющей  уже  известные. 

Предполагается,  что  данная  система  состоит  из  эндокринных  органов  или  клеток-эффекторов,  способных  в  ответ  на  неустановленный  пока  сигнал  синтезировать  действующие  молекулы  —  эндованилоиды,  точнее,  ацилдофамины,  а  возможно  и  другие  биоактивные  амиды  жирных  кислот,  которые  в  составе  липид-белковых  комплексов  или  липидных  везикул  (возможно,  липопротеинов)  транспортируются  с  кровью  и  тканевой  жидкостью  по  всему  организму  и  взаимодействуют  с  клетками-мишенями  за  счет  специфических  рецепторов  каннабиноидно-ванилоидной  системы,  а  также  с  внутриклеточными  мишенями  —  митохондриями,  ферментами  и  компонентами  сигнальных  путей.  Преимущественная  доставка  эндованилоидов  в  раковые  клетки  может  происходить  за  счет  изменений  состава  клеточной  мембраны,  характерных  для  трансформированных  клеток.  Действие  эффекторов  противораковой  системы  зависит  от  типа  клетки-мишени.  Оно  может  быть  токсическим/проапоптотическим  для  раковых  клеток,  подавляющим  для  ассоциированных  с  опухолью  клеток  иммунной  системы  или  фибробластов,  но  защитным  для  нормальных  клеток.  Предполагается,  что  действие  эффекторных  молекул  эндогенной  липидной  противораковой  системы  не  зависит  от  тканевого  происхождения  трансформированных  клеток,  однако  чувствительность  клеток  к  ним  может  варьировать  в  зависимости  от  стадии  ракового  процесса.

Рассматриваемая  гипотеза  находится  на  ранней  стадии  экспериментальной  проверки,  однако,  нам  удалось  получить  собственные  данные  и  найти  в  литературе  ряд  сведений,  поддерживающих  гипотезу,  или  согласующихся  с  ней.  Прежде  всего,  это  упомянутые  выше  данные  о  способности  ацилдофаминов  защищать  нормальные  клетки  от  действия  стрессовых  факторов,  но  быть  токсичными  для  трансформированных  клеток.  Согласно  нашим  предварительным  данным,  ацилдофамины,  по-видимому,  могут  снижать  уровень  индуцированного  воспалительного  ответа  клеток  и  тем  самым  противодействовать  хроническому  асептическому  воспалению,  которое  способствует  онкотрансформации.  Защита  нормальных  клеток  от  оксидативного  стресса,  длительная  подверженность  которому  может  индуцировать  малигнизацию  [17],  также  может  частично  осуществляться  с  помощью  ацилдофаминов.  Так,  нами  было  показано,  что  арахидоноилдофамин  обладает  выраженным  антиоксидантным  действием  как  in  vitro,  так  и  на  клеточных  культурах  [7].  Также  было  показано,  что  арахидоноилдофамин  проявляет  антиоксидативное  действие  на  клетки  микроглии  [13].

На  сегодняшний  день  мы  протестировали  ацилдофамины  на  линиях  раковых  клеток,  происходящих  практически  из  всех  тканей  организма,  кроме  половых  клеток  (глиомы  C6  и  U251,  нейробластома  IMR-32,  саркома  HOS,  лимфома  Namalwa,  лейкемия  K-562,  карцинома  MCF-7),  и  на  всех  линиях  ацилдофамины  проявляли  цитотоксическую  активность  со  значением  LD₅₀  от  0,5  до  50  мкМ  при  инкубации  24  ч  [2].  Далее,  как  было  указано  выше,  ацилдофамины  нетоксичны  и  защищают  нормальные  клетки,  находящиеся  в  стрессовых  условиях.  Наконец,  группой  Sancho  было  установлено,  что  как  минимум  два  представителя  данного  семейства,  N-арахидоноилдофамин  и  N-олеоилдофамин,  ингибируют  активацию  Т  лимфоцитов  человека  [18].  Дополнительным  фактом,  говорящим  в  пользу  гипотезы,  является  установленная  нами  способность  ацилдофаминов  взаимодейстовать  с  ключевой  оксидазой  плазмалеммы  pmNOX,  поддерживающей  баланс  NADH/NAD⁺  в  клетке  [12],  функционирование  которой  критично  для  выживания  раковых  клеток  [1].

Для  полного  подтверждения  гипотезы  необходимо  получить  данные  о  статусе  системы  ацилдофаминов  у  больных  онкологическими  заболеваниями  в  сравнении  со  здоровыми  людьми,  выяснить  транспортную  форму  ацилдофаминов  в  крови  и  способ  их  доставки  к  тканям,  а  также  установить  способность  ацилдофаминов  замедлять  рост  или  ликвидировать  опухоли  in  vivo.  В  последнем  случае  имеются  предварительные  данные  о  значимом  замедлении  роста  перевитых  опухолей  у  мышей  после  пятикратного  введения  N-арахидоноилдофамиа  [М.Ю.  Бобров,  личное  сообщение].

Наличие  дополнительной  системы  в  организме  подразумевает,  что  она  решает  какие-то  задачи,  с  которыми  другие  системы  не  справляются  или  справляются  не  полностью.

Согласно  современным  представлениям  о  системе  противораковой  защиты  организма,  у  нее  существуют  два  уровня:  клеточный  и  тканевой.  Основой  клеточного  уровня  являются  разнообразные  системы  самоконтроля  клеток,  дополненные  несколькими  механизмами  запуска  программируемой  смерти  клетки  —  апоптоза  и  родственных  явлений.  Контролируемыми  параметрами  для  клетки  являются,  прежде  всего,  целостность  генетического  материала  (система  белка  p53)  и  наличие  контактов  с  соседними  клетками  или  межклеточным  матриксом.  При  возникновении  нерепарируемых  повреждений  ДНК  запускается  апоптоз  по  внутреннему  пути  активации  [11],  а  при  потере  межклеточных  контактов  —  аноикис  [16].

Основной  угрозой  для  функционирования  внутриклеточных  механизмов  самоконтроля  являются  мутации  (точнее,  скорость  их  возникновения)  и  уровень  внешних  сигналов,  стимулирующих  деление  клеток.  При  достаточно  высоких  значениях  данных  параметров  системы  запуска  программируемой  смерти  могут  быть  повреждены  или  заблокированы,  например,  за  счет  повреждения  генов  белка  p53  или  избыточной  липидной  модификации  ряда  киназ  с  их  последующей  конститутивной  активацией.  Дополнительной  трудностью  для  противораковой  системы  организма  является  детектирование  нарушенного  межклеточного  контакта,  поскольку  для  раковых  клеток  характерен  шеддинг  крупных  (до  10  мкм)  везикул,  несущих  на  поверхности  соответствующие  рецепторы  и  способных  таким  образом  имитировать  другие  клетки  [15].

В  том  случае,  если  клетка  по  каким-то  причинам  не  может  принять  и  претворить  в  жизнь  решение  о  самоуничтожении,  подключаются  внешние  системы  контроля,  представленные  в  первую  очередь  иммунной  системой,  а  точнее,  CD8+  Т-лимфоцитами  и  NK-клетками.  Для  обнаружения  трансформированных  клеток  используется  система  MHC  рецепторов  I  класса,  в  составе  которых  каждая  клетка  непрерывно  презентирует  иммунной  системе  фрагменты  своих  белков.  При  появлении  нестандартных  пептидов  в  составе  рецептора  или  при  отсутствии  его  на  поверхности  клетка  считается  поврежденной  и  уничтожается  путем  индукции  апоптоза  через  внешний  (опосредованный  рецепторами)  путь  или  с  помощью  системы  перфоринов  и  гранзимов  (первые  делают  пору  в  мембране  клетки-мишени,  а  вторые  —  активируют  каспазы  —  эффекторные  белки  апоптоза)  [9].

Известные  проблемы  данной  «линии  обороны»  можно  разделить  на  три  группы:  проблемы  детектирования,  индукции  и  ингибирования  иммунного  ответа.  Прежде  всего,  типичной  чертой  опухолевых  клеток  является  увеличение  везикулярного  шеддинга  —  сброса  в  окружающее  пространство  фрагментов  плазмалеммы  размером  от  100  нм  до  10  мкм  [19].  Данные  фрагменты  содержат  в  своем  составе  большой  набор  мембранных  и  примембранных  белков,  и  потому  могут  отвлекать  на  себя  лимфоциты  [20].  Далее,  рецепторная  индукция  апоптоза  может  быть  заблокирована  мутациями  в  трансформированной  клетке.  Наконец,  для  крупных  опухолей  характерно  наличие  ассоциированных  макрофагов  и  B  лимфоцитов,  которые  секретируют  сигнальные  молекулы,  ингибирующие  Т  лимфоциты  [14].  Точный  механизм  и  причины  возникновения  данного  явления  пока  не  установлены,  однако,  можно  предположить,  что  в  его  основе  лежит  гипоксия,  возникающая  в  центре  достигшей  размеров  нескольких  мм  солидной  опухоли  и  стимулирующая  макрофаги  действовать  так,  как  если  бы  в  данном  месте  происходила  обычная  регенерация  тканей.

Итак,  современная  концепция  противораковой  защиты  организма  предполагает,  что  ключевым  звеном  данного  процесса  являются  обеспечивающие  идентификацию  трансформированных  клеток  белки-сенсоры,  которые  локализуются  либо  в  цитоплазме  этих  клеток,  либо  на  поверхности  клеток  иммунной  системы.  Устранение  раковой  клетки,  таким  образом,  требует  сохранности  этих  сенсоров  и  прямого  контакта  с  лимфоцитом.

Ацилдофамины  могут  дополнять  описанную  выше  систему  в  качестве  неспецифического  гуморального  звена,  ориентированного  не  на  особые  рецепторы,  а  на  метаболические  изменения,  происходящие  в  трансформированных  клетках.  В  дополнение  к  этому,  задачей  ацилдофаминов  может  быть  компенсация  повреждающих  эффектов,  оказываемых  опухолью  на  окружающие  ткани  и  защита  от  оксидативного  стресса.

Таким  образом,  нами  сформулирована  гипотеза  о  существовании  липидного  компонента  противораковой  защитной  системы  организма.  Данная  подсистема  использует  в  качестве  эффекторов  липиды  семейства  ацилдофаминов,  обеспечивает  подавление  трансформированных  клеток  за  счет  действия  на  их  измененный  метаболизм  и  защиту  окружающих  тканей  от  повреждающего  действия  опухоли.  В  настоящее  время  проверка  гипотезы  продолжается.

Список  литературы:

1. Акимов  М.Г.,  Грецкая  Н.М.,  Шевченко  К.В.  и  др.  Новые  аспекты  биосинтеза  и  метаболизма  N-ацилдофаминов  в  тканях  крысы  //  Биоорг.  Хим.  —  2007.  Т.  33,  №  6.  —  С.  648—652.
2. Акимов  М.Г.,  Грецкая  Н.М.,  Зинченко  Г.Н.  и  др.  N-Ацилдофамины  —  ключевой  компонент  липидной  системы  противораковой  защиты  //  Медицинский  Академический  Журнал.  —  2012.  Приложение  —  С.  246—248.
3. Андрианова  Е.Л.,  Бобров  М.Ю.,  Грецкая  Н.М.  и  др.  Действие  нейролипинов  и  их  синтетических  аналогов  на  нормальные  и  трансформированные  глиальные  клетки  //  Нейрохимия.  —  2010.  Т.  27,  №  1.  —  С.  53—62.
4. Безуглов  В.В.,  Маневич  Е.М.,  Арчаков  А.В.  и  др.  Искусственно  функционализированные  полиеновые  жирные  кислоты  —  новые  липидные  биорегуляторы  //  Биоорг.  Хим.  —  1997.  Т.  33,  №  3.  —  С.  211—220.
5. Бобров  М.Ю.,  Лыжин  А.А.,  Андрианова  Е.Л.  и  др.  Антиоксидантные  и  нейропротекторные  свойства  N-докозагексаеноилдофамина  //  Бюлл.  Эксп.  Биол.  Мед.  —  2006.  Т.  142,  №  10.  —  С.  406—408.
6. Bisogno  T.,  Melck  D.,  Bobrov  M.Y.u.,  et  al.  N-acyl-dopamines:  novel  synthetic  CB(1)  cannabinoid-receptor  ligands  and  inhibitors  of  anandamide  inactivation  with  cannabimimetic  activity  in  vitro  and  in  vivo  //  Biochem.  J.  —  2000.  Vol.  351  Pt  3  —  P.  817—24.
7. Bobrov  M.Y.,  Lizhin  A.A.,  Andrianova  E.L.,  et  al.  Antioxidant  and  neuroprotective  properties  of  N-arachidonoyldopamine.  //  Neurosci.  Lett.  —  2008.  Vol.  431,  №  1.  —  P.  6—11.
8. Chu  C.J.,  Huang  S.M.,  De  Petrocellis  L.,  et  al.  N-oleoyldopamine,  a  novel  endogenous  capsaicin-like  lipid  that  produces  hyperalgesia  //  J.  Biol.  Chem.  —  2003.  Vol.  278,  №  16.  —  P.  13633—13639.
9. Delves  P.J.,  Martin  S.J.,  Burton  D.R.,  et  al.  Roitt's  essential  immunology.  Hoboken:  John  Wiley  &  Sons,  2011.  —  560  p.
10. Huang  S.M.,  Bisogno  T.,  Trevisani  M.,  et  al.  An  endogenous  capsaicin-like  substance  with  high  potency  at  recombinant  and  native  vanilloid  VR1  receptors  //  Proc.  Natl.  Acad.  Sci.  U.  S.  A.  —  2002.  Т.  99,  №  12.  —  С.  8400—5.
11. Lowe  S.W.,  Cepero  E.,  Evan  G.  Intrinsic  tumour  suppression.  //  Nature.  —  2004.  Vol.  432,  №  7015.  —  P.  307—15.
12. Morre  D.J.,  Morre  D.M.  Cell  surface  NADH  oxidases  (ECTO-NOX  proteins)  with  roles  in  cancer,  cellular  time-keeping,  growth,  aging  and  neurodegenerative  diseases  //  Free.  Radic.  Res.  —  2003.  Т.  37,  №  8.  —  С.  795—808.
13. Navarrete  C.M.,  Fiebich  B.L.,  de  Vinuesa  A.G.,  et  al.  Opposite  effects  of  anandamide  and  N-arachidonoyl  dopamine  in  the  regulation  of  prostaglandin  E  and  8-iso-PGF  formation  in  primary  glial  cells.  //  J.  Neurochem.  —  2009.  Vol.  109,  №  2.  —  P.  452—64.
14. Olkhanud  P.B.,  Damdinsuren  B.,  Bodogai  M.,  et  al.  Tumor-evoked  regulatory  B  cells  promote  breast  cancer  metastasis  by  converting  resting  CD4+  T  cells  to  T-regulatory  cells.  //  Cancer.  Res.  —  2011.  Vol.  71,  №  10.  —  P.  3505—15.
15. Ratajczak  J.,  Wysoczynski  M.,  Hayek  F.,  et  al.  Membrane-derived  microvesicles:  important  and  underappreciated  mediators  of  cell-to-cell  communication.  //  Leukemia.  —  2006.  Vol.  20,  №  9.  —  P.  1487—95.
16. Reddig  P.J.,  Juliano  R.L.  Clinging  to  life:  cell  to  matrix  adhesion  and  cell  survival  //  Cancer.  Metastasis.  Rev.  —  2005.  Т.  24,  №  3.  —  С.  425—39.
17. Reuter  S.,  Gupta  S.C.,  Chaturvedi  M.M.,  et  al.  Oxidative  stress,  inflammation,  and  cancer:  how  are  they  linked?  //  Free.  Radic.  Biol.  Med.  —  2010.  Vol.  49,  №  11.  —  P.  1603—16.
18. Sancho  R.,  Macho  A.,  de  La  Vega  L.,  et  al.  Immunosuppressive  activity  of  endovanilloids:  N-arachidonoyl-dopamine  inhibits  activation  of  the  NF-kappa  B,  NFAT,  and  activator  protein  1  signaling  pathways.  //  J.  Immunol.  —  2004.  Vol.  172,  №  4.  —  P.  2341—2351.
19. Shedden  K.,  Xie  X.T.,  Chandaroy  P.,  et  al.  Expulsion  of  small  molecules  in  vesicles  shed  by  cancer  cells:  association  with  gene  expression  and  chemosensitivity  profiles.  //  Cancer.  Res.  —  2003.  Т.  63,  №  15.  —  С.  4331—7.
20. Taylor  D.D.,  Gercel-Taylor  C.  Tumour-derived  exosomes  and  their  role  in  cancer-associated  T-cell  signalling  defects.  //  Br.  J.  Cancer.  —  2005.  Т.  92,  №  2.  —  С.  305—11.