Автореферат и диссертация по медицине (14.00.14) на тему:Нарушения метаболизма тирозина и процессов свободнорадикального перекисного окисления липидов при опухолях у детей и пути их коррекции

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ МЕДИЦИНСКИХ НАУК ОНКОЛОГИЧЕСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР им. H.H. БЛОХИНА

На правах рукописи

БАЙКОВА Валентина Николаевна

НАРУШЕНИЯ МЕТАБОЛИЗМА ТИРОЗИНА И ПРОЦЕССОВ СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОГО ПЕРЕКИСНОГО ОКИСЛЕНИЯ ЛИПИДОВ ПРИ ОПУХОЛЯХ У ДЕТЕЙ И ПУТИ ИХ КОРРЕКЦИИ

14.00.14- онкология

Диссертация

на соискание ученой степени доктора биологических наук

Научные консультанты:

Чл.-корр. РАМН, профессор ДУРНОВ Л.А. дмн, профессор ГОРОЖАНСКАЯ Э.Г.

Москва - 1998

/

/ •• ? s

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ................4

ВВЕДЕНИЕ...............................................................................................5

ГЛАВА 1.Обзор литературы...................................................................14

1.1. Клинико-эпидемиологические исследования опухолей у детей ... 14

1.2. Этиология опухолей у детей раннего возраста..........................18

1.3.Возникновение злокачественных новообразований у детей в

результате воздействия факторов окружающей среды.....................21

1.4.Значение нарушений метаболизма тирозина в развитии

опухолей у детей...................................................................24

1.5.Общие представления об образовании и детоксикации

СРК в живой клетке...............................................................28

1.6.Основные группы синтетических и природных

антиоксидантов - акцепторов свободных радикалов........................36

1.7.СПОЛ в норме и при злокачественном росте............................48

ГЛАВА 11. Материалы и методы............................................................52

2.1. Характеристика исследуемых групп больных.................................52

2.2. Методы исследования........................................................55

Глава 111. Результаты исследований..................................................71

3.1 .Сравнительные показатели метаболизма тирозина, процессов СПОЛ и состояния АОС у детей в норме и при различных опухолях..71

3.2 Нарушения метаболизма тирозина и процессов СПОЛ

при нефробластоме у детей......................................................80

3.3 Нарушения метаболизма тирозина и процессов СПОЛ

у больных нейробластомой.......................................................87

3.4. Нарушения метаболизма тирозина, состояния АОС и процессов СПОЛ у больных пигментным невусом и меланомой......99

3.5. Состояние метаболизма тирозина, процессов СПОЛ, АОС у

детей с опухолями печени.........................................................111

3.6 Коррекция нарушений метаболизма тирозина, процессов

СПОЛ, состояния АОС у детей с помощью препаратов,

обладающих антиоксидантным действием.....................................120

3.6.¡.Изучение биодоступности водорастворимого препарата

(3-каротина - Веторон...............................................................120

3.6.2..Влияние антиоксидантного комплекса на процессы СПОЛ

у детей с поллинозом.................................................................123

3.6.3.Влияние витаминов-антиоксидантов на некоторые показатели метаболизма тирозина, системы СПОЛ, состояния АОС

при комплексном лечении детей с ретинобластомой..........................129

3.6.4.Нарушения метаболизма тирозина и процессов СПОЛ у детей, страдающих гемобластозами и их коррекция

препаратами, обладающими антиоксидантным действием..................139

3.7.Показатели системы перекисного окисления липидов у детей, проживающих на территории, загрязненной после аварии на ЧАЭС......153

3.8. Сравнительные показатели обмена тирозина в норме и у родителей детей, больных различными опухолями...........................169

3.9. Значение нарушений метаболизма тирозина, интенсификации процессов СПОЛ и недостаточности АОС

в развитии опухолей у детей.............................................................170

ОБСУЖДЕНИЕ.............................................................................182

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ...........................................201

ВЫВОДЫ....................................................................................................202

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.........................................205

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ

АК - аскорбиновая кислота АО - антиоксиданты АОС - антиоксидантная система АОА - антиоксидантная активность ВМК - ванилминдальная кислота ВМолК - ванилмолочная кислота ГГК - гомогентизиновая кислота ГП - глутатионпероксидаза ГР - глутатион редуктаза ГВК - гомованилиновая кислота TSH - глутатион восстановленный rSSr - глутатион окисленный

Д - ПОФУК - дейтерированная п-оксифенилуксусная кислота

ДОФА - 3.4-диоксифенилаланин

КА - катехоламины

МДА - малоновый диальдегид

HXJI- неходжкинские лимфомы

ОЛЛ - острый лимфобластный лейкоз

ОМЛ - острый миелобластный лейкоз

ПНЖК - полиненасыщенные жирные кислоты

ПОФМК - п-оксифенилмолочная кислота

ПОФГЖ - п-оксифенилпировиноградная кислота

СИТ - специфическая иммунотерапия

СОД - супероксиддисмутаза

СПОЛ - свободнорадикальное перекисное окисление липидов

СР - свободные радикалы

СРК - свободные радикалы кислорода

Т - тирозин

Тз -трийодтиронин

Т4 - тироксин

ТГ - тиреоглобулин

ТТГ - тиреотропный гормон

ВВЕДЕНИЕ АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

От злокачественных опухолей в мире ежегодно умирает 6 миллионов человек, из них около 200.000 детей [30,31,32,33,2,3,95,96,404,405].

Своеобразие и особенности опухолевого процесса в детском возрасте требуют тщательного изучения причин развития опухолей у детей. Клинико-эпидемиологические наблюдения и результаты математического анализа динамики роста опухолей позволяют заключить, что индукция опухолевого роста у ребенка обычно происходит еще в период эмбриогенеза [103, 9,107, 108, 344].

В последнее время интенсивно развиваются экспериментальные исследования о возможности и закономерностях влияния на плод канцерогенов внешней среды. Доказано, что возможными факторами онкологического риска у детей раннего возраста могут быть: наследственная отягощенность, медикаментозное лечение, возраст, профессиональные вредности и "вредные" привычки родителей [6,89,59,344,430,248]. Но до сих пор отсутствуют работы, посвященные комплексному воздействию эндогенных и экзогенных канцерогенных факторов на ребенка раннего возраста при развитии опухолевого процесса. Поэтому представляется важным проследить сопряженное влияние именно таких факторов, возможная канцерогенность которых подтверждена экспериментально, а патологическое воздействие на организм доступно клиническим наблюдениям. Такими представляются нарушения метаболизма тирозина и интенсификация процессов свободнорадикального перекисного окисления липидов (СПОЛ).

Тирозин занимает ключевое положение во многих биохимических реакциях организма, являясь субстратом в синтезе катехоламинов, пигмента меланина, гормонов щитовидной железы, дофамина, тирамина,

входит в состав многих тканевых белков и ряда ферментов [229]. Накопление в тканях тирозина и его метаболитов вызывает расстройство функций отдельных органов и систем и тем самым играет роль вторичного патогенетического фактора в развитии ряда наследственных заболеваний у детей: алкаптонурии, охроноза, альбинизма, наследственной тирозинемии, тирозиноза, фенилкетонурии и др. [138, 139, 141, 179, 197, 207, 226, 240, 254, 255, 256, 282, 293, 294]. Гистохимические исследования показали, что при злокачественном перерождении тканей в них накапливается тирозин [1]. Промежуточные продукты окисления, метаболиты тирозина, накапливаясь в биологических жидкостях организма, оказывают влияние на синтез адреналина, гормонов щитовидной железы, меланина, обмен триптофана, тормозя превращение последнего в серотонин, оказывают цитотоксическое действие [106,138]. Обнаружены метаболиты тирозина, обладающие весьма сильными канцерогенными свойствами: п-оксифенилмолочная (ПОФМК) и п-оксифенилвиноградная (ПОФПК) [79,80,369,370], малеилацетоуксусная, фумарилацетоуксусная кислоты [282, 293]. Канцерогенная активность ПОФМК была показана на 3-х видах экспериментальных животных при подкожном и трансплацентарном воздействиях. Клинико-эпидемиологические наблюдения подтверждают канцерогенную активность метаболитов тирозина [207,240,440]. В экспериментальных исследованиях лаборатории эндогенных канцерогенов ОНЦ РАМН, руководимой профессором М.О. Раушенбахом, было показано, что канцерогенный метаболит тирозина - ПОМФК обладает нарушающим или дезорганизующим митотический аппарат клеток свойством; активизирует ключевой фермент окислительного распада тирозина -тирозинаминотрансферазу (КФ 2.6.1.5), снижает концентрацию аскорбиновой кислоты в крови и печени экспериментальных животных,

индуцирует процессы СПОЛ; оказывает иммунодепрессивное действие [46, 53, 54, 55, 79, 80, 85, 86].

Многими авторами отмечается интенсификация СПОЛ при злокачественных новообразованиях [16, 17, 69, 70, 71, 72, 122, 164, 189, 194 и др.]. Исследования процессов СПОЛ у детей с онкологической патологией немногочисленны [313]. Известно, что витамины-антиоксиданты регулируют активность ферментных систем, участвующих в метаболизме тирозина. Они также влияют на интенсивность СПОЛ. Поэтому при дефиците антиоксидантов могут наблюдаться как нарушения метаболизма тирозина, так и интенсификация СПОЛ. Витамины-антиоксиданты показали ярко выраженные профилактические свойства при развитии опухолевого процесса [12, 13, 38, 71 и др.]. В литературе широко обсуждается вопрос об антиканцерогенных, антирадикальных и иммуномодулирующих свойствах антиоксидантов [13, 24, 35, 38, 41, 42, 52, 59, 60, 61, 66, 74, 77, 78, 81, 84, 85, 86, 90, 98, 102, 104, 155, 208, 214, 416, 436]. Имеются лишь единичные работы по применению антиоксидантов в детской онкологии.

Несмотря на то, что интенсификация процессов СПОЛ наблюдается при многих патологических состояниях, в том числе и при злокачественном росте, в литературе нет однозначного мнения о механизме нарушения свободнорадикального окисления и усилении процессов пероксидации органических субстратов клетки.

Исследование состояния антиоксидантной системы (АОС), метаболизма тирозина и процессов СПОЛ при предопухолевой патологии, злокачественном росте и при противоопухолевом лечении даст возможность оценить степень и глубину изменения их функции при этих процессах. Результаты исследования позволят определить новые возможности в регуляции СПОЛ и биохимических процессов образования канцерогенных метаболитов тирозина, раскрыть молекулярные

механизмы их действия и могут способствовать разработке мероприятий, направленных на повышение противоопухолевой резистентности организма, что может иметь значение для первичной и вторичной профилактики опухолей у детей.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ Цель настоящего исследования - определить особенности нарушений метаболизма тирозина, состояние АОС и процессов СПОЛ у детей со злокачественными опухолями, а также в группах сравнения и контроля, установить возможную роль этих нарушений в развитии опухолей у детей, разработать пути их коррекции.

Задачи исследования:

1. Провести сравнительное исследование метаболизма тирозина у детей, страдающих злокачественными опухолями и в группах практически здоровых детей. Для этого изучить количественные показатели содержания тирозина в крови и моче, а также экскрецию его метаболитов: п-оксифенилпировиноградной (ПОФПК), п-оксифенилмолочной (ПОФМК), гомованилиновой (ГВК), гомогентизиновой (ГГК), ванилминдальной (ВМК), ванилмолочной (ВМолК) кислот у детей при -остром лимфобластном лейкозе (ОЛЛ), нефробластоме, нейробластоме, ретинобластоме, гепатобластоме, меланоме, опухолях щитовидной железы; в группах сравнения и контроля - у детей с пигментными невусами и у детей, проживающих в районах, загрязненных радионуклидами после аварии на ЧАЭС, и у практически здоровых детей.

2. На основании математического анализа выявленных нарушений в метаболизме тирозина установить основные факторы повышенного образования метаболитов тирозина при опухолях у детей, сопоставить нарушения метаболизма тирозина с патофизиологическими особенностями изучаемых заболеваний

3. Определить интенсивность процессов СПОЛ и состояние АОС : содержание малонового диальдегида (МДА), глутатиона, активность глутатионзависимых ферментов: глутатионредуктазы (ГР) (КФ 1.6.4.2) и глутатионпероксидазы (ГП) (КФ 1.11.1.9), активность каталазы (КФ 1.11.1.6) и супероксиддисмутазы (СОД) (КФ 1.15.1.1.), содержание ретинола и сс-токоферола в плазме и форменных элементах периферической крови у больных и практически здоровых детей.

4. Провести корреляционный и факторный регрессионный анализы и оценить взаимосвязь нарушений метаболизма тирозина и процессов СПОЛ с изменением состояния АОС у детей с различными опухолями.

5. Изучить влияние витаминов-антиоксидантов (АК, а-токоферола, |3-каротина) на показатели процессов СПОЛ, метаболизм тирозина и АОС в крови детей с ОЛЛ, ОМЛ, НХЛ, ретинобластомой и у повторно беременных женщин, имеющих ребенка с онкологическим заболеванием.

6. Выявить возможные корреляционные взаимосвязи нарушений метаболизма тирозина с показателями СПОЛ, состоянием АОС и другими клинико-биохимическими показателями (гормонами щитовидной железы, опухолевыми маркерами) у детей, проживающих в условиях низкоинтенсивного радиационного облучения в результате аварии на ЧАЭС.

7. Изучить в динамике показатели метаболизма тирозина, процессов СПОЛ и состояние АОС при интенсивной противоопухолевой терапии с применением антиоксидантного (АО) комплекса у детей при ретинобластоме, ОЛЛ, неходжкинских лимфомах (НХЛ).

8. Определить оптимальные дозы и схемы применения антиоксидантов для коррекции нарушений метаболизма тирозина, состояния АОС и процессов СПОЛ у детей с опухолью.

НОВИЗНА НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

У детей, страдающих различными опухолями впервые проведено комплексное изучение метаболизма тирозина с оценкой экскреции метаболитов тирозина по основным биохимическим путям его превращений и интенсивности процессов СПОЛ, с определением ферментативного и неферментативного звена антиоксидантной защиты. Это позволило установить значение нарушений метаболизма тирозина в механизмах возникновения пероксидного стресса у детей.

Использованная новая методология обработки результатов с применением компьютерных систем анализа для исследования системных процессов позволила установить наличие тесных корреляционных взаимосвязей между метаболизмом тирозина, интенсивностью процессов СПОЛ и состоянием АОС у детей в группах контроля и при развитии опухолевого процесса.

Впервые показана взаимосвязь нарушений метаболизма тирозина по основному окислительному пути с системой глутатиона и глутатионзависимых ферментов при развитии опухолевого процесса в

__V/ _

группе детей с пигментным невусом.

Впервые показана взаимосвязь понижения содержания витамина Е с повышением содержания тирозина в крови, активности СОД, нарушением метаболизма глутатиона и глутатионзависимых ферментов у детей, проживающих в условиях низкоинтенсивного радиационного облучения в результате аварии на ЧАЭС.

Отмечены изменения различных биохимических показателей: тиреоидных гормонов, опухолевых маркеров, коррелирующие с состоянием АОС, метаболизмом тирозина и глутатиона и глутатионзависимых ферментов в группах детей, проживающих в условиях низкоинтенсивного радиационного облучения в результате аварии на ЧАЭС.

и

Впервые выявлены нарушения метаболизма тирозина, интенсификация СПОЛ и недостаточность АОС у повторно беременных женщин, имеющих в анамнезе ребенка с опухолью.

Установлена возможность предотвращения образования канцерогенных метаболитов тирозина и нормализации процессов СПОЛ витаминами-антиоксидантами в группах детей с онкологической патологией и в группе беременных женщин, имеющих ребенка с опухолью.

Впервые в отечественной и зарубежной практике предложен комплексный тест для оценки устойчивости организма ребенка к действию повреждающих агентов окружающей среды, основанный на определении тирозина, процессов СПОЛ и состояния АОС, для формирования групп «повышенного риска» развития опухолевых процессов у детей, разработаны основные биохимические критерии и установлены математические корреляции для диспансерного наблюдения за этим контингентом.

Впервые использован комплексный подход с широким применением биохимических методов для возможного прогнозирования течения онкологического заболевания у ребенка, оценки эффективности проводимого лечения. Оценена эффективность, диагностическая значимость, определена весовая функция используемых маркерных тестов. Проведен факторный регрессионный анализ влияния этих параметров на возможное развитие предопухолевой патологии у детей.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ Результаты исследований имеют существенное прикладное значение как информативные патогенетические маркеры при оценке эффективности лечения и при наблюдении за течением опухолевого процесса, для выявления субклинического метастазирования и для прогноза заболевания. Результаты исследования указывают на

возможность применения их при формировании "групп риска" развития опухолей у детей, на принципиальную возможность разработки методов предупреждения образования эндогенных канцерогенов и создают реальные предпосылки для организации профилактики и раннего выявления опухо