Первые работы, показавшие возможность снизить мутагенное повреждение генома относятся к 50-м годам 20 века. Вещества, снижающие уровень индуцированных мутаций назвали антимутагенами. Достаточно быстро обнаружили, что антимутагены предохраняют геном от разрушения на различных уровнях – генном, геномном и хромосомном у всех организмов от микроорганизмов до человека.. В настоящее время известно более 300 антимутагенов. По механизму действия их можно условно подразделить на 4 группы.
1. Десмутагены. Вещества, инактивирующие мутагены в химических реакциях
Очевидно, что в случае непреднамеренного, случайного контакта человека с мутагенами, одним из действенных средств защиты генетических структур является применение десмутагенов, т.е. веществ, способных инактивировать мутагенный агент или предупреждать его образование в химических реакциях in vivo.
Известно, что активированные макрофаги и бактерии могут продуцировать опасные канцерогены (нитрозосоединения) в результате реакции между амидами, аминами и нитратами. Процесс нитрозирования может происходить в желудочно-кишечном тракте, куда с пищей поступают необходимые компоненты реакции, а так же в тех местах где имеется воспаление (например, в мочевом пузыре, почках, кости и т.д.). Ингибиторы нитрозирования разрушают компоненты реакции, действуя как конкуренты за субстрат. Таким ингибитором является аскорбиновая кислота. Экзогенный глутатион может инактивировать мутагенные электрофилы. Аналогичное действие оказывает витамин Е, ряд природных и синтетических фенолов. Гуминовая кислота способна адсорбировать бенз(а)пирен, 3-аминоантрацен.
Особенно интенсивно поиском десмутагенов занимаются японские ученые. Они например обнаружили, что свойствами десмутагенов обладают многие овощные соки (капусты, редиса, сельдерея и т.д.). Было выделено действующее начало из соков, которое оказалось белком, обладающее свойством антиокислительных ферментов. Белок разлагается при повышении температуры и полностью теряет активность. В соках найден и другой антимутагенный фактор, который в отличии от первого оказался термостабильным.
Мутагены могут образовывать неактивные комплексы с пищевыми волокнами, которые представляют собой сложные углеводы двух типов – водо-растворимые и водо-нерастворимые. Первые присутствуют в овощах, фруктах, некоторых злаков (овсе). Они ингибируют канцерогенез в кишечнике, вызываемый канцерогенами пищи сдвигая метаболизм кишечника в сторону детоксикации. Напротив, нерастворимые в воде пищевые волокна, присутствующие в пшенице, рисе, не метаболизируются ферментами кишечной флоры, а действуют через другие механизмы, в частности путём задержки воды, “разводя” подобным образом канцерогены и снижая тем самым частоту возникновения рака кишечника. Пищевые волокна снижают частоту рака молочной железы у животных и людей. Таким образом применение злаков, фруктов может предупреждать возникновение опухолей у человека, о чём свидетельствуют эпидемиологические данные.
2. Вещества, влияющие на метаболизм и транспорт мутагенов.
Неоднократно демонстрировалось, что влияние на системы метаболизма мутагенных ксенобиотиков, может модифицировать их повреждающее действие. Под влиянием индукторов метаболических систем снижаются эффекты прямых мутагенов, а ингибиторы метаболизма ослабляют повреждающее действие веществ, требующих для проявления мутагенных эффектов метаболической активации.
Например, снижение уровней хромосомных аберраций, индуцированных прямым мутагеном фотрином у мышей, было показано на фоне индукции микросомальных ферментов фенобарбиталом. В то же время было установлено, что в ряде случаев в результате интенсификации метаболизма прямых мутагенов их повреждающее действие может усиливаться за счёт образования метаболитов, более активных в генетическом отношении, чем исходное соединение. Такие эффекты были продемонстрированы при исследовании различных форм нитрозомочевины на клетках китайского хомячка в присутствии микросомальной фракции S-9, индуцированной фенобарбиталом.
Эффект непрямого мутагена циклофосфамида, как и следовало ожидать, усиливался в результате химической индукции ферментных систем у мышей, дрозофилы, в тестах на микроорганизмах с метаболической активацией. Аналогичный эффект наблюдали в отношении нитрозоморфолина, 2-аминоантрацена и бенз(а)пирена, тогда как селен, ингибирующий метаболизм последнего ксенобиотика, одновременно снижал его мутагенное действие [ Дурнёв А.Д., Середенин С.Б., 1994].
3. Вещества, влияющие на процессы репарации и репликации.
В результате многолетних фундаментальных исследований показано, что нативный и рекомбинативный интерфероны стимулируют эксцизионную репарацию ДНК и, таким образом, защищают генетические структуры культивируемых клеток человека от радиационного и химически индуцированного (4-нитрохинолин-1-оксид) мутагенеза, регистрируемого методом учёта хромосомных аберраций.
Репарагеном является также пара-аминобензойная кислота (предшественник витамина В), оказавшая ингибирующее влияние на мутагенные эффекты нитрозопроизводных мочевины и ряда других мутагенов в экспериментах на E. coli. Дальнейшее изучение показало, что ПАБК снимает мутагенный эффект гипербарической оксигенации, снижает уровень аберраций, индуцированных N-нитрозоэтилмочевиной у мышей одной линии, но достоверно увеличивает количество клеток, повреждённых использованным мутагеном, у мышей другой линии и не влияет на частоту генных мутаций в меланоцитах мышей [Алекперов У.К., 1984].
Анализ литературы показал, что эффективными антимутагенами являются мексамин, активирующий синтез лигаз (ферментов, участвующих в эксцизионной репарации), интерферона, ванилина, хлорида кобальта и других соединений усиливающие процессы репарации повреждений ДНК. Так двухвалентный кобальт, в большом количестве содержащийся в плаценте человека и млекопитающих обуславливает высокую антимутагенную активность экстрактов плаценты.
4. Вещества с антиокислительной активностью.
В современной литературе всё более утверждается мнение о том, что свободно-радикальные механизмы лежат в основе повреждающего действия большинства мутагенов, что делает изучение антимутагенных свойств антиоксидантов весьма перспективным с практической точки зрения. Немаловажно также отметить, что сведения, полученные в ходе фундаментального изучения свободно-радикальных процессов в биологических системах, позволяют проводить направленный поиск фармакологических средств защиты генетических структур на основе изучения свободно-радикальных механизмов индуцированного мутагенеза.
Наиболее хорошо исследованные на сегодняшний день естественные компоненты антиоксидантной защиты: глутатион, аскорбиновая кислота, токоферол, витамин А.
Глутатион в микробиологических тестах продемонстрировал мутагенное действие опосредованное процессами автоокисления и образованием АФК. В эукариотических тест-системах (V79-E клетки) было показано, что L-цистеин в совокупности с глутатионом образует систему, способную трансформировать гидропероксид водорода в гидропероксидный радикал, который и обусловливает наблюдаемый мутагенный эффект.
Витамин С вне связи с другими элементами антирадикальной цепи способен к перехвату супероксидного анион-радикала в водной фазе клетки. Однако в этом случае в качестве промежуточного продукта инактивации супероксидного анион-радикала кислорода возникает ещё более высокореакционный радикал HOO.
Хорошо зарекомендовал себя в качестве “ловушек” свободных радикалов витамин Е. Отмечено, что применение витамина Е у мышей увеличивает продолжительность жизни.
Соединения группы витамина А и его предшественники каротиноиды рассматриваются как важные элементы антиокислительной системы. Они являются ловушками СРК, взаимодействуют с радикалами органических молекул.
Необходимо отметить, что больше всего антиоксидантов содержится в овощах и фруктах. Употребление их значительно снижает угрозу повреждения генетического аппарата клетки [Дурнёв А.Д., Середенин С.Б., 1994].