Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

FERRITIN'S ROLE IN BIOLOGICAL CIRCLES OF THE PERSON

Kuznetsov I.A. 1 Potievskaya V.I. 2 Kachanov I.V. 1 Kuraleva O.O. 3
1 Astrakhan state technical university
2 Federal State Budgetary Institutions «NMIRT» of the Russian Ministry of Health
3 Astrakhan state university of architecture and civil engineering
A large number of works in the world literature including in Russia is annually devoted to a ferritin (F). Modern data on its structure and properties at physiological and pathological conditions of the person are provided. It is shown that F a certain physiological role in a human body is inherent (depot of iron (Fe), its transport, etc.) and it is surveyed as a nonspecific marker of an acute phase of inflammation ("an ostrofazovy protein or protein"). It is shown that the molecule F consists of 2 parts: apoferritin and colloid Fe hydroxide. F takes special part in exchange of Fe (its stocks). F it was for the first time allocated from a horse lien and later it was found also in plants and microorganisms. Formed in various organs and tissues F in the minimum quantities it is allocated in blood serum. At healthy adults blood serum level F generally depends on a floor and is insignificant from age. In recent years other physiological properties F which aren't bound immediately to exchange of Fe are found. It turned out that N-izoformy F can suppress a proliferation of blood cells. The N-ferritin is capable to slow down a proliferation of myeloid and lymphoid cells, prikchy activation of its education can be bound to attempt of an organism to suppress their oncologic body height. The quantity F in blood serum also increases at some acute and chronic diseases of a liver, a myocardial infarction, at starvation and attrition and many inflammatory processes. In these cases F in blood serum death of cells and allocation of intracellular fraction is the main reason for augmentation. The data which are available in literature confirm data about F biological mediums of the person, as about a marker protein of ostrofazovy reaction or inflammation and a destruction.
ferritin
iron
proteins of an acute phase of inflammation
physiological state
diseases

В настоящее время повысился  интерес к изучению в биологических средах человека, железосодержащего протеина (белка) – ферритина (Ф), как в норме, так и при различных патологических изменениях в организме. Показано, что в организме человека Ф присущи специфические физиологические функции – это депо Fe, его транспорт и т.п. Так же Ф рассматривается как маркер-индикатор острофазовой реакции воспаления  («острофазовый белок»). В современной науке его «видят» как гуморальный фактор процессов восстановления, блокатор ПОЛ и фактор устойчивости организма к инфекционным агентам [1, 3, 5].

Ф – водорастворимый протеин,  молекулярная масса которого – 440000 Кд. Он на 1 молекулу присоединяет до 4500 атомов железа (Fe). Основная биологическая роль Ф – это накопление Fe, которое токсично для организма. Но Ф его переводит в растворимую нетоксичную форму и в физиологически доступном состоянии.

Впервые открыт был Ф при выделении его из конской селезенки [1, 3, 5, 11, 16]. Позже Ф был обнаружен не только в организме млекопитающих, но и в растениях и микроорганизмах [13, 14, 16, 18, 19]. Одна молекула Ф состоит из 2-х часте: апоферритина и коллоидного гидроксида Fe. Полностью насыщенная Fe молекула Ф может содержать его в количестве до 27 % своей молекулярной массы [9, 11]. Но для захвата Fe необходим молекулярный О2, причем Ф здесь выполняет ферроксидазную активность, т. е. способность переносить электрон с Fe2+ на О2, образуя Fe3+. Другими составляющими данного механизма являются радикалы (цитотоксические агенты), неизбежно образующиеся в результате одноэлектронного восстановления О2. Поэтому Ф считается элементом белковой природы с выраженными цитотоксическими и цитотропными эффектами. Белковая часть (оболочка) Ф – апоферритин, содержит в себе 24 субъединицы, состоящие из 2-х форм: Н (heavy) и L (light). Синтез Н- и L-субъединиц определяется разными генами. Эти субъединицы имеют разную молекулерную массу, антигенную структуру и изоэлектрическую точку. Различные количественные «альянсы» Н- и L-субъединиц создают большую гетерогенность изоферритинов, поэтому каждый имеет свою неповторимую  организацию построения Н- и L- субъединиц, т.е. «личный изоферритин». Так, Ф селезенки и печени имеет 80–90 % L- и 10 – 20 % Н-субъединиц. Сердце, плацента, плодные ткани, злокачественные в своих изоферритинах, наоборот, имеют в основном Н-форму [10], которую называют фетоплацентарной, онкофетальной и кис­лой. Полностью роль этих «неповторимых» ферритинов до конца не определена. Однако установлено, что Ф печени является «сборщиком и хранителем» Fe для всего организма человека, т.е. его депо. Ф в слизистой оболочке тонкого кишечника необходим для переноса Fe из просвета кишки к трансферрину сыворотки крови. Плацентарный Ф транспортирует Fe от материнского трансферрина к фетальному. Ф ретикуло-эндотелиальной системы поглащет Fe, освобожденное при разрушении эритроцитов, чтобы восстановить и использовать это Fe для образования гемоглобина. Вне потологии образование апоферритина стимулируется Fe-ом. При гемохроматозе и гемосидерозе, т.е. в ситуациях, связанных с перегрузкой организма Fe, уровень Ф растет, а при его недостатке, наоборот, происходит снижение образования апоферритина. Ф вырабатывается в лейкоцитах, а также в клетках многих тканей органов: в печени, селезенке, костном мозге, сердечной мышце, легких, почках, щитовидной железе, плацен­те, тонком кишечнике, поджелудочной железе [10, 14, 18].

Особое участие Ф принимает в обмене Fe (его запасы ввиде депо). Также из этого состояния Fe может вернуться и в свободную форму, но для этого нужно, чтобы внутри молекулы Ф возникло восстановление Fe3+ из гидроокиси. В форме Fe2+ только в закисленой среде выходит из Ф и попадает во временную промежуточную форму. Замечено, что в этой временной форме (транзиторный пул)  Fe может находиться в виде Fe2+, либо в составе легко расщепляющих Fe3+-комплексов. Одной из важных функций Ф является защитная, т.е. сведение до минимума количества ионизированного Fe, содержащегося во вне и внутри клеточных жидкостей организма [7, 11, 13, 14, 16, 18, 19].

Подробно изучено железонакопиптельное (депо) свойство Ф, которое позволяет биологическому обьекту, в том числе и человеку, сохранять Fe в нетоксичном, растворимом и легкодо­ступном виде, из которого, как уже упоминалось, оно может быть использовано для образования гемогло­бина и негемовых железосодержащих протеинов. Ф, образующийся в различных органах и тканях, в минимальной концентрации выделяется в сыворотку крови, причем вне патологии уровень сыворо­точного Ф коррелирует с запасами Fe в организме: 1 мкг/л СФ в норме соответствует 8 мг депонированного Fe [8-11].

К настоящему време­ни разработано большое количество лабораторных методов для определения концентрации Ф. В их основе лежат 3 принципа лабораторных анализов: радиоиммунный, иммуноферментный и флуоресцентный. У взрослого здорового человека уровень Ф сыворотки крови зависит от пола и незначительно от возраста. Так, у мужчин концентрация Ф считается в диапазоне 30–200 мкг/л (в среднем 98,2±4,8 мкг/л). У женщин детородного возраста – в диапазоне 10–90 мкг/л (в среднем 42,5±5,1 мкг/л), а в климактерическом периоде достигает средних величин, что характерно для мужчин. У детей отмечается резкий рост уровня Ф в течение первых 3-х месяцев жизни, что связано с активным процессом организации и развития органов и тканей, а далее, начиная с 6 месяцев и до периода полового созревания, концентрация Ф не меняется (34,4±4,1 мкг/л) [3, 9, 14].

В клинической практике определение сывороточного Ф стали использовать для оценки запасов Fe в организ­ме [1, 19]. Общеизвестно, что показатель Ф – это наиболее яркий, ранний и достоверный признак тканевого дефицита Fe, предшествующий развитию железодефицитной [1, 2, 11, 15]. При тканевом дефиците Fe и железодефицитной анемии уровень Ф резко падает: у женщин и детей менее 10, у мужчин менее 30 мкг/л. При купировании анемии и процессов восполнения (лечении) уровень Ф восстанавливается до общепринятой нормы, поэтому его используют в качестве метода объективной оценки эффективности ферротерапии [9].

Не только снижение, но и рост уровня Fe в организме может служить важным диагностическим признаком. Высокий уровень сывороточного Ф характерен для воспалительных и инфекционных процессов, гепатопатиях, карциномы поджелудочной железы, гепатоцеллюлярного рака, нейробластомы, острого лейкоза, рака легких, яичников и молочной железы, а также лимфопролиферативных заболеваний [1, 14]. Негликолизированная форма сывороточного Ф способна быстро увеличиваться в сотни раз в виде острой реакции организма на воспаление, что свидетельствует о хорошем уровне иммунитета у пациента [3, 14]. Рост концентрации сывороточного Ф может служить лабораторным показателем диагностики наследственного ГФС (гемофагоцитарный синдром). Ранним и достоверным лабораторным признаком начинающегося гемофагоцитарного синдрома считается повышение уровня сывороточного Ф, sCD25 и sCD163 и нарастание его концентрации в течение первых часов, предшествующих клиническому ухудшению состояния пациента [9].

В экспериментальных исследованиях Орлова Ю.П. и соавторов (2011) на животных  (при различных критических состояниях в эксперименте), показан рост уровня Ф в 4 раза в сравнении с контролем. Он возникает в результае развития недостаточности О2 и закисления на фоне недостаточного кровоснабжения тонкого кишечника со сменой валентности Ф (Fe3+ - Fe2+). В результае чего Ф может связывать свободное Fe вместо трансферрина. Предполагается, что выход Ф в систему крови является защитной мерой, так как Ф – это универсальная форма депо Fe, а концентрация Ф 1 нг/мл 8 мг (143 мкмоль) Fe в живых системах. Даже при пониженном уровне сывороточного Fe у животных, можно легко подсчитать избыток свободного Fe в сыворотке крови (при моделировании костных переломов). А повышение уровня Ф, как и любой защитный механизм в биологическом обьекте, приводит к дисбалансу систем и тем самым увеличению его сосудо-спазмолитирующих свойств. Рост уровня Ф, депонирующего Fe, связан и с бактекриальной защитой, что уменьшает уровень токсичности Fe  [8].

В последние годы обнаружены другие физиологичес­кие функции Ф, не связанные непосредственно с обменом Fe. Оказалось, что Н-изоформы Ф могут подавлять процесс пролиферации клеток кровитворной системы. Механизмы миелосупрессии активно скоррелированы с усилением активности образования Н-субъединиц на уровне генома [10]. Взаимосвязь эта не случайна, поскольку сравнительно недавно было установлено, что Н-ферритин способен тормозить процессы пролиферации клеток миелоидных и лимфоидных зон, при­чем активация его образования может быть связана с попыткой организма блокировать их злокачественный рост. Установлено, что процесс торможения пролиферативных процессов клеток напрямую связан с ферроксидазным свойством Ф, приводящим, как уже говорилось, к образованию цитотоксических радикалов активного O2. По-видимому, данный эффект Ф распространяется на многие типы клеток, но пока он обнаружен только на некоторых из них, в частности на миелоидных клетках, предшественни­ках гранулоцитов, и моноцитах. Торможение осу­ществляется на уровне S-фазы клеточного цикла. Н-ферритин блокирует (тормозит) образование  нормальных миелоидных клеток-предшественников, но не блокирует клетки-предшест­венники лейкозом. Этот механизм торможения присущ лишь Н-формам Ф. L-субъединицы Ф не имеют ферроксидазные и миелосупрессорные свойства активности, но необходимы для стабили­зации структуры Ф [2, 10].

Об участии Ф в цитотоксических процессах сообщается и в исследованиях Ю.П. Орлова и В.Т. Долгих (2007). При изучении было обнаружено, что, например, нейтрофилы способны восстанавливать Fe до Fe2+ из Ф плазмы крови. Указано, что ионы Fe, способные катализировать ПОЛ, имеются во всех биологических средах животных в эксперименте. Обычно их уровень не больше 10 мкМ. Уровень ионов Fe может быть значительно больше и составлять 30-40 мкмоль/кг массы ткани, что соответствует 1,5 мкг/г массы ткани, при условии, что ткань не подвергалась процессам, нарушающим целостность мембран клеток. Но в каком валентном состоянии находятся ионы Fe в этих процессах, вопрос остаётся пока открытым и активно обсуждается в научных кругах. Образование ионизированного Fe в объеме, большем объема трансферрина, способствует чрезмерному образованию гидроксильного и липидного радикалов. Установлено, что цитотоксическим эффектом наделены ионы Fe2+ , а не ионы Fe3+ [6].

Н-изоформа Ф тормозит Т-розеткообразование, миграцию лимфоцитов, бласттрансформацию лим­фоцитов, стимулированную фитогемагглютинином и конканавалином А. Предполагается, что все вышеперечислен­ные свойства происходят с помощью поверхностных клеточ­ных рецепторов лимфоцитов, направленных к Ф [2, 9, 11, 18]. Уровень Ф увеличивается и при инфицировании ВИЧ. Рост уров­ня суммарного Ф наблюдается и при остром вос­палении, поэтому Ф можно рассматривать как острофазный протеин (маркер) – острую реакцию на воспаление [1, 17].

Имеются работы, в которых выявлены и цитопротекторные свойства Ф. Было установлено, что панкреас содержит значительное количество Ф, а глюкоза способствует образованию апоферритина в β-клетках островков Лангерганса. Физиологический смысл этого яв­ления до конца не определен, так как в этом панкреатическом изоферритине очень мало Fe. Но Ф может быть использован для сдерживания Zn, который в достаточном объеме имеется в инсулярных клетках [9]. Zn может конкурировать с Fe за места связывания в Ф, как и трансферрине. Ф-ну присущи антиоксидантные механизмы действия, а β-клетки особенно чувствительны к свободным радикалам этих процессов. Ф тормозит цитолиз β-клеток, обусловленный радикалами О2. В этом случае Ф выполняет фи­зиологически защитную роль. Ф связан с ФНО (фактор некроза опухолей), выделяющийся определенными клетками в результате действия и вирусов и ультрафиолетового облучения и интерлейкинов и также окисли­тельного стресса. ФНО индуцирует образование Н-субъединиц Ф в клетках, что может расцениваться как цитопротекторный ход (свойство), призванный погасить реакции окислительного стресса. ФНО вызывает рост образования Н-субъединиц Ф в фибробластах [9]. результаты исследований позволяют предположить, что Ф с его уникальными иммуно- и биохимическими свойствами находится в зените определенных регуляторных механизмов, вовлеченных в широкий обменных процессов.

Также работ посвящено исследова­нию Ф при доброкачественных и новообразованиях [10, 11]. Так например, при раке яичников доказан значительный рост уровня Ф – 730 ± 64,2 мкг/л, в то время как при доброкачественных опухолях той же локализации – 253,2 ± 17,2 мкг/л, а при фибромиоме матки – 102 ± 9,3 мкг/л [10]. Высокий уровень Ф имеется и при раке молочных желез, коррелирующий со стадией процесса. Рост Ф возникает за счет Н-изоформы, связанной с онкологическим процессом. Данные  исследования по изучению онкофетальной фор­мы Ф могут быть использованы для скрининга, так как существенный рост Н-изоформы наблюдается до проявления кли­нических признаков опухоли [9].

При гепатоцеллюлярном раке тоже обнаружен зна­чительный рост концентрации сывороточного Ф [15]. И хотя Ф не является специфическим индикатором (маркером) опухоли, его диагности­ческая ценность может быть значительно повысится пу­тем комбинации и сравнения с таким общепризнаным специфическим маркером, как альфа-фетопротеин [1]. Причину роста Ф при различной гепатопатии (рак, тяжелый гепа­тит, цирроз) можно связать с освобождением Ф из гепатоцитов при их разрушении. Но не исключено, что эта изоформа Ф при раке печени может отличаться от таковой при гепатите, напрмер по концентрации онкофетального Н-ферритина.

При изучении концентрации Ф в онкологической практике обыч­но используют 2 метода: или определение его концентрации (более ста­рый) или количественный учет ферритин-связывающих лимфоцитов (FBL). Основой для разработки второго метода стали исследования, в которых показано присутствие субпопуляции Т-лимфоцитов, способных связывать именно онкофетальный Н-ферритин [9, 15]. Благодаря этому методу, появилась возможность подтвердить теорию прямого соответствия между FBL-тестом и стадией рака молочной железы, ходжкинской и неходжкинской лимфомой и раком легких.

Концентрация сывороточного Ф может также проявлять свой рост при некоторых острых и хронических гепатопатиях (например, алкогольная интоксикация, острый гепатопанкреатит), при длительном голдодании, инфаркте миокарда, легочной инфекции, остеомиелите, хронической инфекции мочеполовых путей, ревматоидном артрите, системной красной волчанке и ожогах больших размеров, с развитием ожоговой болезни. В таких случаях основной причиной роста уровня сывороточного Ф является омертвение (некроз) клеток и выход внутриклеточной фракции [9, 8, 11]. При патологических состояниях Ф определяется не только в сыворотке крови, но и в других биологических средах (плевральная жидкость, синовиальная жидкость, мокрота и даже слюна). Ф является не только показателем разрушения (деструкции) тканей при воспалении, но и объективно отражает состояние процесов воспаления в организме [1, 3, 6, 12, 18, 19]. При этом Ф отводится иммуносупрессивная роль.

Источник Ф в серозных полостях неизвестным. Молекула Ф не способна проникать через плевральную оболочку, брюшину, в то время как уровень этого протеина в серозном выпоте, независимо от причины плеврита или перитонита, всегда выше, чем в крови [1]. Вероятнее всего, образование протеина происходит in situ. Предполагается, что Ф в плевральную жидкость выделяется плевральными гистиоцитами, лимфоцитами и гранулоцитами. Причиной роста уровня Ф в этих экссудатах может быть даже небольшое внитриполостное кровотечение, стимулирующее образование Ф в макрофагах. Fe, как известно, является наиболее мощным толчком образования Ф. При туберкулезе и раке  легких отмечается увеличение концентрации Ф в тканях легкого. Рост уровня Ф в тканях выявляется при завершении стадии пролиферации воспаления и при развитии склероза легочной ткани [1, 12].

В работах Коханова А.В. (2009) показано значение изучения сывороточного Ф при черепно-мозговой травме людей различной степени тяжести в динамике. Выявленные изменения данных показателей установили, что определение уровня Ф сыворотки крови в остром периоде черепно-мозговой травмы может служить дополнительным лабораторным методом для диагностики степени тяжести травмы, мониторинга за ее течением и для раннего прогноза присоединения различных внутричерепных и внечерепных осложнений [4].

Также показано, что механизм повышения уровня Ф в полости дистрофической костной кисты подобен процессу, возникающему при ревматоидном артрите, когда возникает накопление Fe в клетках соединительной ткани с последующим выходом в синовиальную жидкость, после некротических процессов в синовиальных клетках и фагоцитах [1].

Таким образом, несмотря на значительное число публикаций, посвященных сывороточному Ф при различной патологии, в литературе недостаточно сведений о значении исследований Ф в различных биосредах организма человека при патологии. Но сведений,  подтверждающих данные о Ф как о маркере-белке острофазовой реакции и деструкции, достаточно.