Система антиоксидантной защиты: регуляция метаболических процессов, генетические детерминанты, методы определения

Повышение активности свободнорадикального окисления рассматривается как неспецифический процесс, характерный для патогенеза различных заболеваний, сопровождающихся антиоксидантной недостаточностью. Будучи биорегуляторами, способными повышать защитные силы, антиоксиданты являются важными звеньями в многоступенчатой системе регуляции и координации разнообразных функций организма. На структуру и функцию ферментов, задействованных в регуляции окислительного стресса, могут оказывать значимое влияние генетические полиморфизмы. На сегодняшний день в патогенезе многих заболеваний остается неизученной роль генов, кодирующих активность ферментов антиоксидантной системы, что представляет большой интерес для исследователей из различных областей. В статье представлен обзор и анализ данных современной научной литературы по исследованию роли компонентов антиоксидантной защиты в регулировании метаболических процессов, их генетических детерминант и обобщены данные по современным методам определения некоторых антиоксидантов. При написании обзора была использована база данных научной электронной библиотеки eLibrary, ключевые слова – окислительный стресс, свободнорадикальное окисление, антиоксидантная защита, антиоксиданты, антиоксидантные ферменты, гены ферментов, антиоксидант-респонсивный элемент, методы исследования; фильтры – годы публикации 2012–2022; публикации, имеющие полный текст; публикации, доступные для просмотра; а также англоязычная база данных медицинских и биологических публикаций, созданная Национальным центром биотехнологической информации (NCBI), ключевые слова – free radical oxidation, antioxidant protection, antioxidants, antioxidant enzymes, enzyme genes, oxidative stress, metabolism, methods.

1. Собакарь М.С., Ших Е.В. Антиоксидантная терапия и метаболические подходы к лечению заболеваний сердечно-сосудистой системы. Биомедицина. 2010;(3):10–21.

2. Габитова Д.М., Рыжикова В.О., Рыжикова М.А. Антиоксидантная защитная система организма. Башк. хим. ж. 2006;13(2):94–96.

3. Чанчаева Е.А., Айзман Р.И., Герасев А.Д. Современное представление об антиоксидантной системе организма человека. Экол. человека. 2013;(7):50–58.

4. Косачева К.А. Модель физиологической системы биосинтеза витаминов и витаминоподобных веществ в организме здорового человека. Междунар. студен. науч. вестн. 2017;(3):78.

5. Заболотнева А.А., Шатова О.П., Микин И.Е., Бриль Д.В., Румянцев С.А. Регуляторная роль и потенциальные антиканцерогенные свойства некоторых активных форм витаминов и витаминоподобных веществ. Вопр. питания. 2022;91(1):53–64. doi: 10.33029/0042-8833-2022-911-53-64

6. Зотова Л.В., Коваленко Е.Н., Громова Е.В., Лабзина Л.Я. Витамины. Роль в обмене веществ: учеб. пособие. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2018. 65 с.

7. Саркисян В.А., Коденцова В.М., Бессонов В.В., Кочеткова А.А. Витаминные и антиоксидантные свойства токоферолов: характеристика молекулярных механизмов действия. Вопр. питания. 2018;87(3):5–11. doi: 10/24411/0042-88332018-10025

8. Shimizu R., Yagi M., Kikuchi A. Suppression of riboflavin-sensitized singlet oxygen generation by l-ascorbic acid, 3-O-ethyl-l-ascorbic acid and Trolox. J. Photochem. Photobiol. B. 2019;191:116–122. doi: 10.1016/j.jphotobiol.2018.12.012

9. Хрипач Л.В., Михайлова Р.И., Журков В.С., Князева Т.Д., Алексеева А.В., Савостикова О.Н., Коганова З.И., Водякова М.А., Салихова Д.И., Малюгина А.В. Биохимические маркеры повреждения организма при пероральном введении крысам однослойных углеродных нанотрубок в комбинации с антиоксидантным препаратом «Аевит». Гигиена и сан. 2018;97(11):1122–1126. doi: 10.18821/00169900-2018-97-11-1122-6

10. Колесникова Л.И., Даренская М.А., Колесников С.И. Свободнорадикальное окисление: взгляд патофизиолога. Бюл. сиб. мед. 2017;16(4):16–29. doi: 10.20538/1682-0363-2017-4-16-29

11. Сабанов В.И., Джиоев И.Г., Лолаева А.Т. Активность перекисного окисления липидов, антиоксидантной защиты и состояние миокарда при экспериментальном гипери гипотиреозе. Междунар. ж. прикл. и фундам. исслед. 2017;(6– 2):241–244.

12. Луцкий М.А., Куксова Т.В., Смелянец М.А., Лушникова Ю.П. Активность эндогенной системы антиоксидантной защиты в процессе жизнедеятельности организма. Успехи соврем. естествозн. 2014;12–1:20–23.

13. Безручко Н.В., Рубцов Г.К., Ганяева Н.Б., Козлова Г.А., Садовникова Д.Г. Каталаза биологических сред организма человека и ее клинико-биохимическое значение в оценке эндотоксикоза. Вестн. ТГПУ. 2012;(7):94–98.

14. Лысенко В.И. Оксидативный стресс как неспецифический фактор патогенеза органных повреждений (обзор литературы и собственных исследований). Мед. неотлож. состояний. 2020;16(1):24–35. doi: 10.22141/22240586.16.1.2020.196926

15. Колесникова Л.И., Баирова Т.А., Первушина О.А. Гены ферментов антиоксидантной системы. Вестн. РАМН. 2013;68(12):83–88. doi: 10.15690/ vramn.v68i12.865

16. Леонов Д.В., Устинов Е.М., Деревянная В.О., Кислицкий В.М., Самсонова С.К., Алаторцева М.Е., Маркелова А.Н., Высоцкая В.В., Чурикова Т.С., Трофимкина Ю.В., … Бородин Е.А. Генетический полиморфизм. Значение. Методы исследования. Амур. мед. ж. 2017;(2):62–67. doi: 10.22448/AMJ.2017.2.62-67

17. Кочергин И.А., Шпилюкова Ю.А., Лысогорская Е.В., Абрамычева Н.Ю., Захарова М.Н., Иллариошкин С.Н. Влияние мутаций в генах SOD1 и C9ORF72 на процессы аутофагии в лимфомоноцитах при боковом амиотрофическом склерозе. Бюл. эксперим. биол. и мед. 2019;167(5):612–615.

18. Эрдман В.В., Насибуллин Т.Р., Туктарова И.А., Тимашева Я.Р., Данилко К.В., Викторова Т.В., Мустафина О.Е. Исследование ассоциаций полиморфных маркеров генов SOD1, SOD2 и SOD3 с долголетием. Генетика. 2020;56(12):1435–1443. doi: 10.31857/S0016675820120061

19. Книжникова Е.В., Евсеева Г.П., Наговицына Е.Б., Супрун С.В., Ракицкая Е.В., Лебедько О.А. Полиморфизм гена фермента антиоксидантной (SOD1 G7958A) у детей с хроническими неспецифическими заболеваниями легких. Рос. вестн. перинатол. и педиатрии. 2021;66(4):288–289.

20. Комар А.А., Шунькина Д.А., Вульф М.А., Ву Х.К., Тодосенко Н.М., Затолокин П.А., Кириенкова Е.В., Газатова Н.Д., Литвинова Л.С. Изменение печеночной экспрессии гена SOD1 в патогенезе НАЖБП при ожирении. Мед. иммунол. 2021;23(4):761-766. doi: 10.15789/1563-0625-HSG2282

21. Гафиятуллина Г.Ш., Карантыш Г.В., Фоменко М.П., Менджерицкий А.М. Влияние пинеалона на уровень экспрессии генов SOD1, GPX4, GPX6 и GSR в мозге у крыс в модели сахарного диабета. Биология ва тиббиёт муаммолари. 2018;(4–1):33.

22. Мухаммадиева Г.Ф., Каримов Д.О., Бакиров А.Б., Валова Я.В., Зиатдинова М.М., Репина Э.Ф., Тимашева Г.В., Якупова Т.Г. Изменения экспрессии гена SOD1 в печени крыс при воздействии токсикантов. Мед. труда и экол. человека. 2020;(3):108–113. doi: 10.24412/24113794-2020-10314

23. Карантыш Г.В., Фоменко М.П., Менджерицкий А.М., Гафиятуллина Г.Ш., Рыжак Г.А. Влияние пептидных биорегуляторов на свободнорадикальные процессы и уровень экспрессии генов SOD1, GPX4 и GSR в гиппокампе у крыс в модели сахарного диабета. Вестн. нов. мед. технол. 2021;28(1):50–54. doi: 10.24412/1609-21632021-1-50-54

24. Емене Ч.П., Кравченко И.Э., Айбатова Г.И., Ризванов А.А. Полиморфизм генов антиоксидантной системы у больных рожей и их роль в развитии заболевания. Гены и клетки. 2015;10(4):118–122.

25. Бисултанова З.И., Ацаева М.М., Джамбетова П.М. Роль полиморфных вариантов генов SOD2, GSTT1, GSTM1 и GSTP1 в развитии рака молочной железы у женщин чеченской популяции. Вестн. Самар. ун-та. Естественнонауч. сер. 2016;(12):85–91.

26. Гусева О.Е., Лебедько О.А., Кузнецова М.С., Наговицына Е.Б. Особенности полиморфизма ALA16VAL гена супероксиддисмутазы-2 (SOD2) у детей с бронхолегочной дисплазией. Рос. вестн. перинатол. и педиатрии. 2017;62(4):203.

27. Yang Y.M., Xie X.R., Jin A.L. Genetic polymorphisms in extracellular superoxide dismutase Leu-53Leu, Arg213Gly, and Ala40Thr and susceptibility to type 2 diabetes mellitus. Genet. Mol. Res. 2016;15(4). doi: 10.4238/gmr15048418

28. Laddha N.C., Dwivedi M., Gani A.R., Shajil E.M., Begum R. Involvement of superoxide dismutase isoenzymes and their genetic variants in progression of and higher susceptibility to vitiligo. Free Radic. Biol. Med. 2013;65:1110–1125. doi: 10.1016/j. freeradbiomed.2013.08.189

29. Крячок И.А., Амдиев А.А., Титоренко И.Б., Храновская Н.Н., Свергун Н.Н., Кадникова Т.В., Алексик Е.М., Новосад О.И., Мартынчик А.В., Филоненко К.С., … Скрипец Т.В. Полиморфизм гена глутатион-S-трансферазы (GST) как фактор прогнозирования течения и эффективности терапии пациентов с лимфомой Ходжкина. Гематол. Трансфузиол. Вост. Европа. 2016;2(4):410–417.

30. Курашова Н.А., Беляева Е.В., Ершова О.А., Иевлева К.Д., Дашиев Б.Г., Баирова Т.А., Колесникова Л.И. Ассоциация полиморфных маркеров гена GSTP1 с бесплодием у мужчин. Урология. 2019;(2):50–54. doi: 10.18565/urology.2019.2.50-54

31. Ершова О.А., Баирова Т.А. Распространенность полиморфизма –262С/Т гена каталазы (RS1001179) у русских и бурят Восточной Сибири с эссенциальной артериальной гипертензией. Бюл. Вост.-Сиб. науч. центра СО РАМН. 2015;(3):70–73.

32. Третьякова Ю.И., Щекотова А.П., Булатова И.А., Кривцов А.В. Влияние оксидативного стресса и полиморфизма гена каталазы CAT-262G/A на тяжесть течения язвенного колита. Терапия. 2019;5(3):93–98. doi: 10.18565/therapy.2019.3.93-98

33. Трофимов В.А., Власов А.П., Адамчик Р.В., Кондюрова Е.В., Прытков В.А. Полиморфизм генов антиоксидантных ферментов при хроническом пародонтите. Соврем. пробл. науки и образ. 2014;(6):1076.

34. Внуков В.В., Панина С.Б., Милютина Н.П., Кролевец И.В., Забродин М.А. Исследование взаимосвязи между полиморфизмами генов антиоксидантных ферментов и их активностью при посттравматическом остеоартрозе коленного сустава. Бюл. эксперим. биол. и мед. 2016;161(1):88–91.

35. Колесникова Л.И., Баирова Т.А., Первушина О.А. Этногенетические маркеры антиоксидантной системы (обзор литературы). Бюл. Вост.Сиб. науч. центра СО РАМН. 2013;(4):166–171.

36. Первушина О.А., Баирова Т.А., Колесникова Л.И. Полиморфизм ALA16VAL гена супероксиддисмутазы-2 (SOD2) у подростковевропеоидов с эссенциальной артериальной гипертензией, проживающих в Восточной Сибири. Бюл. Вост.-Сиб. науч. центра СО РАМН. 2014;(6):111–114.

37. Самбялова А.Ю., Баирова Т.А., Беляева Е.В., Ершова О.А., Саргаева Д.С., Колесников С.И. Полиморфизм генов CYP2C9, CYP4F2, VKORC1 в популяции бурят. Генетика. 2020;56(12):1427–1434. doi: 10.31857/S0016675820120127

38. Баирова Т.А., Ершова О.А., Колесников С.И., Колесникова Л.И. Распространенность полиморфизма Q192R гена параоксоназы-1 в разных этнических группах Восточной Сибири. Якут. мед. ж. 2020;(3):72–76. doi: 10.25789/YMJ.2020.71.19

39. Семенова Н.В., Мадаева И.М., Даренская М.А., Колесникова Л.И. Процессы липопероксидации и система антиоксидантной защиты у женщин в менопаузе в зависимости от этнической принадлежности. Экол. человека. 2019;(6):30–38. doi: 10.33396/1728-0869-2019-6-30-38

40. Колесникова Л.И., Баирова Т.А., Первушина О.А., Гребенкина Л.А. Связь полиморфизма (192) Q>R гена параоксоназы с липидным профилем и компонентами перекисного окисления липидов и антиоксидантной защиты в популяциях русских и бурят Восточной Сибири. Генетика. 2015;51(2):236– 241. doi: 10.7868/S0016675815020095

41. Колесникова Л.И., Колесников С.И., Даренская М.А., Гребенкина Л.А., Семенова Н.В., Осипова Е.В., Гнусина С.В., Бардымова Т.А. Предрасполагающие гены у больных сахарным диабетом 1-го типа разных этнических групп и показатели липидного статуса. Бюл. эксперим. биол. и мед. 2015;160(8):249–251.

42. Меньщикова Е.Б., Зенков Н.К., Кожин П.М., Чечушков А.В., Павлов В.С., Ромах Л.П., Храпова М.В., Серых А.Е., Грицык О.Б., Кандалинцева Н.В. Влияние новых водорастворимых фенольных антиоксидантов на активность Nrf2подконтрольных ферментов, систему глутатиона и транслокацию Nrf2 в ядро. Сиб. науч. мед. ж. 2020;40(6):58–69. doi: 10.15372/SSMJ20200606

43. Мартинович Г.Г., Мартинович И.В., Вчерашняя А.В., Зенков Н.К., Меньщикова Е.Б., Черенкевич С.Н. Хемосенсибилизация опухолевых клеток фенольными антиоксидантами: роль фактора транскрипции NRF2. Биофизика. 2020;65(6):1081–1092. doi: 10.31857/S000630292006006X

44. Храпов С.Е., Кожин П.М., Храпова М.В., Серых А.Е., Ромах Л.П., Павлов В.С., Чечушков А.В., Хольшин С.В., Зенков Н.К., Меньщикова Е.Б. Повышение экспрессии генов аутофагии и NRF2-завсимого сигнального пути новыми монофенольными антиоксидантами зависит от их структуры. Сиб. науч. мед. ж. 2021;41(3):25–31. doi: 10.18699/SSMJ20210303

45. Зенков Н.К., Колпаков А.Р., Меньщикова Е.Б. Редокс-чувствительная система Keap1/ Nrf2/ARE как фармакологическая мишень при сердечно-сосудистой патологии. Сиб. науч. мед. ж. 2015;35(5):5–25.

46. Павлов В.С., Серых А.Е., Ромах Л.П., Ковнер А.В., Кожин П.М., Чечушков А.В., Храпова М.В., Кандалинцева Н.В., Мартинович Г.Г., Зенков Н.К., Меньщикова Е.Б. Онколитическая активность нового синтетического монофенольного антиоксиданта. Фундаментальные аспекты компенсаторно-приспособительных процессов: сб. тр. IX Всерос. научно-практ. конф., Новосибирск, 22–24 сентября 2020 г. Новосибирск: СО РАН, 2020. 111–112.

47. Gulcin İ. Antioxidants and antioxidant methods: an updated overview. Arch. Toxicol. 2020;94(3):651–715. doi: 10.1007/s00204-020-02689-3

48. Кабанов А.В. Методы определения тиолдисульфидного равновесия и концентрации глутатиона в биологических жидкостях. Мед.: теория и практ. 2019;4(S):237.

49. Solecka-Witulska B.A., Weise C., Kannicht C. Mass spectrometry-based method for detection and identification of free thiol groups in proteins. Methods Mol. Biol. 2019;1934:179–189. doi: 10.1007/978-14939-9055-9_12

50. Duysak T., Afzal A.R., Jung C.H. Determination of glutathione-binding to proteins by fluorescence spectroscopy. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2021;11;557:329–333. doi: 10.1016/j.bbrc.2021.04.016

51. Kalyniukova A., Studenyak Y., Cziáky Z., Jekő J., Balogh J. Determination of L-glutathione by spot test and spectrophotometric methods based on its interaction with phenazine. Anal. Methods. 2021;2;13(34):3779–3784. doi: 10.1039/d1ay00581b

52. Натяганова Л.В., Гаврилова О.А., Колесникова Л.Р. Оценка системы липопероксидации – антиоксидантной защиты у детей с эссенциальной артериальной гипертензией методами спектрофотометрии и хемилюминесценции. Бюл. Вост.Сиб. науч. центра СО РАМН. 2014;(5):56–59.

53. Коленчукова О.А., Гвоздев И.И., Бирюкова Е.Н., Сутормин О.С., Степанова Л.В., Смирнова С.В. Биолюминесцентные и хемилюминесцентные маркеры слюны для оценки уровня работоспособности спортсменов. Рос. иммунол. ж. 2019;22(2-2):804–806. doi: 10.31857/ S102872210006692-6

54. Теселкин Ю.О., Бабенкова И.В., Осипов А.Н. Модифицированный хемилюминесцентный метод определения антиоксидантной способности биологических жидкостей и тканей. Биофизика. 2019;64(5):883–892. doi: 10.1134/ S0006302919050077

55. Петрова С.Н., Максимова И.А. Определение токоферолов в соевой окаре методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Техн. и технол. пищ. пр-в. 2020;50(2):194–203. doi: 10.21603/2074-9414-2020-2-194-203

56. Яшин А.Я. Определение катехинов в образцах зеленого чая методом ВЭЖХ с амперометрическим детектором. Аналитика. 2020;10(3):204–211. doi: 10.22184/2227572X.2020.10.3.204.211

57. Zhao H., Zhang Y., Xue X., Dai K., Zheng W., Ma C., Zhu J., Liu Y., Zhang F. Analysis of nine antioxidants in vegetable oils by high performance liquid chromatography. Se Pu. 2020;38(7):841–846. [In Chinese]. doi: 10.3724/SP.J.1123.2019.11023

58. Pannakal T.S., Eilstein J., Prasad A., Ekhar P., Shetty S., Peng Z., Bordier E., Boudah S., Paillat L., Marrot L., … Roy N. Comprehensive characterization of naturally occurring antioxidants from the twigs of mulberry (Morus alba) using on-line high-performance liquid chromatography coupled with chemical detection and high-resolution mass spectrometry. Phytochem. Anal. 2022;33(1):105–114. doi: 10.1002/pca.3072

59. Ходос М.Я., Казаков Я.Е., Видревич М.Б., Брайнина Х.З. Мониторинг окислительного стресса в биологических объектах. Вестн. Урал. мед. акад. науки. 2017;14(3):262–274. doi: 10.22138/2500-09182017-14-3-262-274

60. Аронбаев Д.М., Мусаева С.А., Аронбаев С.Д., Шертаева А.А. Электрохимические методы и приборы для определения антиоксидантов. Молодой ученый. 2017;(3):16–24.