Лизоцим является старейшим универсальным ферментом белковой природы, встречающимся у всех живых форм. Он образован одной полипептидной цепью, состоящей из 127–130 аминокислотных остатков. В настоящий момент изучено множество материалов, которые свидетельствуют о регуляции иммунных и метаболических процессов лизоцимом [1]. Установлено, что он инициирует синтез лимфокинов, которые участвуют в дифференцировке и регуляции роста клеток, и обладает бактериолитическим эффектом [2]. Это подтверждается тесной анатомо-физиологической связью лизоцима с зонами, где интенсивно протекают процессы метаболизма, осуществляется активное клеточное деление. Сам лизоцим также имеет большое значение в регуляции и контроле дифференцировки тканей [3]. Учитывая его важность в работе гуморального врожденного неспецифического иммунитета, а также подверженность действию факторов внешней и внутренней среды, мы провели исследование и обобщили современные данные по изменению активности лизоцима в различных условиях.
Цель исследования: научный поиск роли лизоцима как компонента врожденного иммунитета и диагностикума различных патологий.
Лизоцим (муромидаза) — гуморальный фактор врожденного иммунитета, фермент лизосомального происхождения лейкоцитов крови (рис. 1).
Рис. 1. Молекула лизоцима
Молекула лизоцима обладает бактериолитическим эффектом за счет расщепления β-1,4-гликозидной связи между N-ацетилглюкозамином (рис. 2) и N-ацетилмурамовой кислотой (рис. 3), которые являются основными компонентами клеточной стенки бактерий. В результате расщепления этой связи изменяется проницаемость клеточной стенки [1, 4]. В первую очередь лизоцим обнаруживается в слюне, грудном молоке, слизи носоглотки, слёзной жидкости, слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта и т.д. Лизоцим в большом количестве содержится в слюне, это объясняет ее антибактериальные свойства. Его основной источник — макрофаги/моноциты, нейтрофилы, поэтому он постоянно присутствует в организме. В плазме крови концентрация лизоцима обычно составляет от 4 до 13 мг/л, а в моче у здоровых лиц обнаруживаются только следы. Концентрация лизоцима также весьма высока в грудном молоке человека (около 400 мг/л). В сутки у здорового человека синтезируется около 500 мг лизоцима, однако в плазме крови он находится непродолжительное время, так как выводится почками на 75% в течение 1 ч. Превышение уровня лизоцима в плазме и моче может наблюдаться при ряде патологических состояний и находится под мониторингом в течение нескольких лет, так как может быть возможным маркером моноцитарного лейкоза. Превышение концентрации также может иметь место у людей, страдающих миелопролиферативными расстройствами: так, при нормальной функции почек у них производство лизоцима увеличивается до 4 раз [4].
Рис. 2. N-ацетилглюкозамин
Рис. 3. N-ацетилмурамовая кислота
Кроме оказания бактерицидного и бактериостатического эффекта, лизоцим усиливает хемотаксис, обладает противовоспалительным действием, сорбционными свойствами в отношении микрофлоры, способствует репарации тканей, способен нейтрализовать некоторые микробные токсины, повышает фагоцитарную активность лейкоцитов, активирует комплемент и стимулирует антителогенез.
Лизоцим впервые был открыт П.Н. Лащенковым (рис. 4) в белке куриного яйца в 1909 г. В 1921 г. Александр Флеминг (рис. 5) обнаружил эффективность лизоцима против бактерий. Через четыре дня после того, как у него получилось вывести колонию грамположительных кокков «AF coccus», он решил проверить утверждение Феликса д’Эрелля о роли бактериофагов в формировании приобретенного иммунитета. Александр Флеминг добавил носовую слизь в чашку с выращенными штаммами бактерий «AF coccus», стафилококков и пневмококков. В ходе этого эксперимента выяснилось, что росту бактерий препятствовал не вирус, а фермент, вызывавший их лизис, который содержался в выделенной культуре клеток из носовой жидкости. После А. Флеминг обнаружил этот фермент и в других биологических жидкостях [5]. Однако после открытия пенициллина интерес к лизоциму снизился, пока он не был выделен и очищен из яичного белка курицы (HEWL).
Рис. 4. П.Н. Лащенков
Рис. 5. А. Флеминг
В 1965 г. Дэвид Чилтон Филлипс методом рентгеновской кристаллографии получил первую модель лизоцима. Он стал вторым белком и первой ферментной структурой, которая была установлена с помощью рентгеновской кристаллографии. Также лизоцим стал первым изученным ферментом, который содержал все 20 стандартных аминокислот [6].
О.В. Чахов в 1965 г. обнаружил, что у здорового человека концентрация лизоцима находится в постоянстве [7]. В 1968 г. Н.А. Жуковской установил, что за счет распада клеток-продуцентов происходит поддержание базального уровня лизоцима [8]. А.Н. Маянский в своей работе в 1983 г. описал, что поддержание уровня лизоцима связано не только с высвобождением лизоцима из разрушенных клеток, но и с продукцией и выделением его из неповрежденных клеток [9].
D. Donaldson в 1974 г. вместе с соавторами доказал, что если удалить лизоцим из крови, то это снизит ее бактерицидные свойства на 49% [10]. О.В. Бухарин в своих исследованиях показал, что уровень лизоцима наглядно отображает состояние врожденного иммунитета у человека [2].
Callewaert L. и соавторы в 2010 г. на основе аминокислотной последовательности и биохимических свойств описали 3 типа лизоцима: C-тип (куриный), G-тип (гусиный), и I-тип (беспозвоночных). Лизоцимы C-типа преимущественно присутствуют у хордовых и у разных классов членистоногих. Лизоцимы G-типа обнаружены у представителей хордовых и у некоторых двустворчатых моллюсков. Беспозвоночные, как известно, продуцируют лизоцимы I-типа. Лизоцим у млекопитающих был обнаружен в изобилии в крови и печени, в секретах, включая слёзы, мочу, слюну и молоко, на поверхностях слизистой оболочки (где он может достигать концентраций до 1 мг/мл) и в фагоцитах, в том числе в макрофагах, нейтрофилах и дендритных клетках [11].
В настоящее время лизоцим имеет большое значение в стоматологии, так как он используется для лечения и оценки эффективности лечения, являясь интегральным показателем неспецифической резистентности организма. Пародонтологическое лечение зависит от состояния неспецифической защиты полости рта [12, 13, 14]. У пациентов с общесоматической патологией, имеющих благоприятное состояние интегрального показателя неспецифической резистентности организма, отмечена более высокая эффективность комплексного лечения пародонтита и лечения инфекционно-воспалительных заболеваний слизистой оболочки полости рта, десен и гортани: стоматита, афтозных изъязвлений, катаральных явлений верхних отделов дыхательных путей, эрозии слизистой оболочки полости рта различной этиологии, гингивита, герпетических поражений слизистой оболочки полости рта [15, 16].
Созданы зубные пасты для лечения острого очагового пульпита, в состав которых входит лизоцим. Они имеют высокую проникающую способность и стимулируют репаративные процессы пульпы зуба, а также обладают обезболивающим, выраженным противовоспалительным и антисептическим действием [17-19].
Разработаны пасты, в состав которых входят, помимо лизоцима, лизаты бактерий. Они увеличивают содержание лизоцима слюны и количество иммунокомпетентных клеток в ней, активируют фагоцитоз [20].
Клинико-лабораторные исследования препарата «Имудон®», содержавшего в своем составе лизоцим, показали, что при сублингвальном применении он способствовал восстановлению баланса факторов местного иммунитета ротовой полости и стабилизировал микрофлору полости рта детей и подростков в течение 1,5 лет [21].
Созданы ополаскиватели для рта с лизоцимом для больных, находящихся в критическом состоянии в отделениях реанимации и интенсивной терапии в условиях искусственной вентиляции легких. Такие пациенты входят в зону риска развития внутрибольничной пневмонии. А ополаскиватели с лизоцимом предотвращают развитие инфекции [22, 23].
Лизоцим может быть диагностическим показателем в слюне, изменяемым под действием патогенных факторов окружающей среды. Он служит критерием реактивности организма, который показывает угнетение тканевых бактерицидных субстанций и напряжение адаптационных и гомеостатических резервов, является отражением состояния здоровья [24].
Доказано, что совместное применение лизоцима и антибактериальных препаратов усиливает терапевтический эффект у детей с диагнозом «острая пневмония» [25].
По результатам исследований ученых Университета Лимерика лизоцим обладает пьезоэлектрической активностью в моноклинной и тетрагональной фазах. Она в несколько раз выше, чем у основного пьезоэлектрика кварца, что позволяет использовать лизоцим в генерации электрических зарядов в клетках. Это означает, что лизоцим можно применять в качестве батареи в работе кардиостимуляторов и для генерации электрических сигналов при стимуляции нервных окончаний непосредственно в организме [26].
Лизоцим активно используется в современной пищевой промышленности, поскольку является натуральным консервантом. Благодаря своей эффективности в устранении маслянокислых бактерий наиболее часто он применяется при изготовлении сыров, технология производства которых требует длительного созревания [27-29].
Кроме того, производятся лечебно-профилактические сыры. Они содержат, помимо лизоцима, бифидобактерии и пребиотик из лактулозы. Эти сыры используют при лечении дисбактериоза у детей с гастродуоденитами и дисфункциями кишечника, а также у детей с острым миелобластным и лимфобластным лейкозом в стадии ремиссии.
В сочетании с химиотерапией лизоцим предотвращает резкое снижение содержания бифидобактерий и способствует элиминации условно-патогенной микрофлоры кишечника [30].
Лизоцим способен инактивировать изоантигены, которые имеют в составе гликопротеины и гликозаминогликаны. Изоантигенами в естественных условиях являются все виды опухолей. Их инактивация происходит путем расщепления полисахаридной цепи мурамина клеточных мембран, включая цитолемму [31]. Снижение уровня лизоцима, который способен инактивировать изоантигены, способствует развитию опухолевого процесса. При онкологических заболеваниях дефицит эндогенного фермента определяется в сыворотке крови при дифференциальной диагностике пигментных новообразований глаза. В эксперименте на крысах при лимфосаркоме наблюдалось снижение уровня лизоцима в периферической крови, а у большинства онкологических больных отмечается снижение всех показателей фагоцитарной активности [32]. Дефицит эндогенного лизоцима, несмотря на многофакторность развития онкологического процесса, служит одним из условий, способствующих возникновению и прогрессированию опухолевого образования.
Исследовано влияние острой соматической боли на уровень лизоцима у взрослых крыс. После нанесения раздражителя уже через 2 минуты увеличивается активность лизоцима в периферической крови, а через 3 часа после начала эксперимента наблюдается медленное снижение. Это можно объяснить всплеском активности лизоцима как ответной реакцией на болевое раздражение, а впоследствии наступают стадия рефрактерности клеток-продуцентов и катаболизм лизоцима, находящегося в крови [33, 34].
Выводы. В ходе анализа литературы и исследований, проведенных на базе кафедры патологической физиологии Ростовского государственного медицинского университета, были рассмотрены историческая направленность изучений лизоцима, а также современные векторы научного поиска роли лизоцима как компонента врожденного иммунитета и диагностикума различных патологий.
Библиографическая ссылка
Овсянников В.Г., Торопкина Ю.Е., Краскевич В.В., Алексеев В.В., Бойченко А.Е., Алексеева Н.С., Краскевич Д.А. ЛИЗОЦИМ – ГРАНИ ВОЗМОЖНОГО // Современные проблемы науки и образования. – 2020. – № 3. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=29903 (дата обращения: 23.04.2024).