Вездесущие гормоны
Шрифт:
История поисков источников мелатонина, в которой автор и его учитель - крупный советский гистохимик профессор Н. Райхлин принимали непосредственное участие (именно профессору Н. Райхлину и принадлежала идея этих поисков), может служить примером того, как выяснение частного факта стало началом новых широких исследований, результаты которых создали основу принципиально новых положений, расширивших существовавшие представления о регуляции гомеостаза в норме и патологии.
Какая погода была в Нью-Йорке в тот день, когда А. Лернер читал статью К. Мак Корда и Ф. Аллена, послужившую отправной точкой первой разгадки эпифиза, мы не знаем. А вот летом 1973 года в Закарпатье, недалеко от Черновиц, шли проливные дожди. Профессор I. Райхлин, отдыхая там, вынужден был вместо прогулок дышать воздухом на веранде и при этом читал все, что попадалось под руку. Господин случай в тот день не прошел мимо (как это часто бывает с научными открытиями: вспомним Ньютона с падающим яблоком, Ф. Крика и Дж. Уотсона с их открытием структуры ДНК и т. п.) и вложил профессору в руки номер "Известий", в котором было напечатано интервью с академиком Е. Чазовым. В нем
Выяснение этого вопроса было поручено автору книги. Ответ мог звучать двояко: да, синтез возможен, или - нет, серотонин является конечным продуктом деятельности ЕС-клеток. Как ответить на этот вопрос? С чего начать? Гистохимических методов определения мелатонина не существует. Каким образом его можно обнаружить, если он есть в ЕС-клетках? После долгих раздумий решили "не изобретать велосипед", а повторить эксперимент Лернера и Аксельрода, только не с эпифизом, а с… червеобразным отростком. "Почему, - спросит недоумевающий читатель, - какое отношение имеет аппендикс к мелатонину? Это же лишний, ненужный орган!" Как бы не так! Оказывается, природа ничего лишнего, а тем более ненужного в организме не держит. И червеобразный отросток имеет к мелатонину самое прямое отношение.
Зачем человеку аппендикс?
Дело в том, что в червеобразном отростке содержится наибольшее число всех ЕС-клеток желудочно-кишечного тракта - 75-80 процентов. Прикинули, что для получения минимального количества очищенного экстракта слизистой оболочки червеобразного отростка, в котором можно было попытаться обнаружить мелатонин, необходимо 300-500 аппендиксов. Где их взять? Как сохранить в них гормон в неизмененном виде, если он там есть? Обратились к хирургам. В больницах, дежуривших по оказанию экстренной хирургической помощи, были оставлены контейнеры с жидким азотом, позволяющим замораживать ткань до температуры минус 190 градусов. В них врачи помещали удаленные червеобразные отростки. 350 аппендиксов (можно было бы собрать и больше, но не хватало терпения для оценки нашей идеи) послужили материалом для первой проверки предположения о синтезе мелатонина в ЕС-клетках. Путем соответствующих специальных процедур получили несколько миллилитров экстракта, в котором, на наш взгляд, должен был содержаться мелатонин. А дальше повторили классический опыт Лернера и Аксельрода: взяли двух лягушек, одна служила контролем, а второй в лимфатический мешок ввели заранее простерилизованный экстракт. Результат превзошел все ожидания - через пять часов после введения кожа лягушки заметно посветлела. Повторили опыт - тот же результат. Сделали хроматографический анализ экстракта - получили ответ: в экстракте содержатся мелатонин и серотонин. Но это в экстракте… Осталось доказать, что мелатонин синтезируется именно в ЕС-клетках. На помощь пришел уже упоминавшийся нами иммуногистохимический метод. В лаборатории клинической иммунологии Всесоюзного онкологического научного центра АМН СССР под руководством профессора 3. Кадагидзе кандидат медицинских наук А. Соколов, проиммунизировав мелатонином кроликов, впервые в СССР получил специфическую антисыворотку к мелатонину. С ее помощью нам и удалось доказать, что активный синтез мелатонина происходит именно в ЕС-клетках.
Недаром "арреndiх" переводится с английского как "приложение, дополнение". Оказывается, это не лишний, ненужный орган, а очень существенное, нужное приложение, осуществляющее жизненно важные функции. Так что отношение к нему стоит пересмотреть: всегда ли необходимо решительно удалять его из организма? (Хотя теперь известно, что ЕС-клетки есть и в других отделах желудочно-кишечного тракта и они берут на себя функцию удаленных при аппендэктомиях запасов мелатонина.) Сберечь труднее, чем разрушить. Это общеизвестная истина. И хирургия исцеляющая должна быть в то же время хирургией щадящей.
В 1975 году в английском журнале "Nature" ("Природа"), в котором по традиции публикуются сведения о новых научных открытиях, появилось сообщение о том, что в Советском Союзе открыт новый источник синтеза мелатонина - ЕС-клетки желудочно-кишечного тракта. После выхода этой статьи авторы получили около тысячи писем от зарубежных ученых с просьбой прислать оттиски работы и сообщить подробности описанных опытов. Основоположник теории АПУД-системы А. Пирс прислал поздравление с проведением "замечательных экспериментов" и пожелал успехов в дальнейшей разработке этой проблемы. Традиции настоящих ученых - доверять данным своих коллег, но тем не менее проверять их. Наша история не явилась исключением из этого правила. Однако конец ее был счастливым: авторитетные специалисты по мелатонину канадский гистолог Г. Бубеник и американский биохимик М. Прозалеч в специальных статьях подтвердили приоритет советских ученых в данном открытии. Теперь сведения об этом вошли в руководства и справочники по физиологии и другим медико-биологическим дисциплинам в разных странах, а мелатонин, принесший Аксельроду Нобелевскую премию, оказался счастливым и для автара книги - за открытие внеэпифизарных источников синтеза мелатонина ему в 1981 году была присуждена премия Ленинского
Где еще есть мелатонин?
Последующие исследования, проведенные в нашей лаборатории, показали, что мелатонинпродуцирующие клетки есть и в других органах: печени, почках, поджелудочной железе, надпочечниках, вилочковой железе, симпатических ганглиях и т. п. Интересные данные были получены В. Гуляевым и Р. Манохиной. Они установили присутствие мелатонина и некоторых других гормонов (серотонина, гистамина, инсулина, катехоламинов) в эндотелиальных клетках сосудов. Обнаружение мелатонина и других химически активных веществ в стенке сосудов является отражением существования местного механизма непосредственного изменения концентрации гормонов в кровеносном русле конкретного органа. Такой механизм физиологически оправдан. Посредством его обеспечивается необходимое биологическое действие гормонов в кратчайший срок именно на те функциональные звенья, включение которых необходимо в определенной сложившейся ситуации. Особое значение имеет исследование физиологической роли гормонов, синтезирующихся в клетках сосудов в условиях воздействия ионизирующей радиации и развития в организме опухолей. И в том и в другом случаях сосуды являются тем звеном, которое играет далеко не последнюю роль и в реализации лучевого воздействия, и в развитии опухолевого процесса. Раджи биологам и онкологам хорошо известно, что именно нарушение сосудистой проницаемости значительно отягощает течение лучевой болезни, а распространение клеток первичной опухоли по сосудам вместе с током крови (метастазирование) приводит к смертельному исходу у значительной части онкологических больных. Проведенная нашими сотрудниками оценка поведения эндотелиальных клеток, вырабатывающих мелатонин и другие гормоны при лучевом поражении и опухолевом росте, дает основы для разработки возможных способов повышения эффективности лучевой и химиотерапии злокачественных новообразований.
Использование современных методов исследования позволило установить еще ряд положений, интересных с позиций дальнейшего изучения их в онкологий и радиологии. Так, В. Южаков установил присутствие мелатонина в так называемых тучных клетках. Эти клетки известны давно. Они были названы П. Эрлихом по их внешнему виду, поскольку очень похожи на набухшие шары. Электронная микроскопия показала, что их форма обусловлена большим количеством секреторных гранул, изнутри распирающих клетку. Тучные клетки определяются практически в каждом органе. В содержащихся в них гранулах находят разнообразные химические вещества. После описанных исследований теперь известно, что в них синтезируется и мелатонин. Дальнейшие эксперименты показали: введенные извне серотонин и мелатонин очень быстро накапливаются именно в тучных клетках, которые в дальнейшем разносят их по организму. Таким образом, роль тучных клеток заключается в захвате гормонов и других биологически активных веществ из окружающей ткани для последующего транспорта к месту назначения в зависимости от сложившейся конкретной ситуации. Учитывая, что серотонин и мелатонин обладают радиозащитными свойствами, дальнейшее изучение гормональной функции тучных клеток открывает определенные перспективы для оценки возможности целенаправленного управления радиочувствительностью органов через эти клеточные элементы.
Уже упоминавшийся нами канадский ученый Г. Бубеник не только подтвердил наши данные о синтезе мелатонина в желудочно-кишечном тракте, но и провел серию тонких экспериментов, которые позволили ему впервые определить наличие мелатонина в сетчатке глаза. Эти данные представляют довольно большой интерес, потому что ритм образования мелатонина неодинаков ночью и днем и зависит от освещенности. Ночью и в условиях искусственной темноты его синтезируется гораздо больше, чем днем и на свету. Кроме того, оказывается, если в сетчатке мелатонин не вырабатывается, глаз не способен различать цвета. Работы Бубеника подтвердили наличие функциональных связей между сетчаткой глаза и эпифизом.
Это тем более значимо и интересно, если учесть, что аминокислота триптофан, служащая сырьем для образования серотонина и мелатонина, при расщеплении у насекомых образует полуфабрикаты для синтеза пигментов глаза. Кроме того, палеонтологические и сравнительно-биологические исследования доказали, что эпифиз аналогичен непарному теменному глазу, присутствующему и сейчас у некоторых круглоротых и пресмыкающихся. Ученые установили, что первоначально на ранних этапах эволюции теменные глаза появились тоже парой, как и обычные боковые. В дальнейшем по мере изменения условий существования и возникновения у млекопитающих более сложных движений, боковое расположение глаз становилось более удобным, и примитивные теменные глаза, оказавшись лишними, видоизменились. Один из них и превратился в эпифиз, который и поныне является обязательной частью организма высших млекопитающих и человека. Возможно, способность теменного глаза (то есть эпифиза) к синтезу триптофана, из которого в одном случае образуется мелатонин, а в другом пигменты зрения, лежит в основе происхождения, эволюции и функции эпифиза (в определенных случаях как органа свето- и цветоощущения, в других - как гормональной железы).
Неожиданное подтверждение роли мелатонина, вырабатываемого сетчаткой глаза, в формировании цветоощущения принесли исследования канадского ученого Г. Вохлфарта. Он установил, что цвет и освещение одинаково действуют как на зрячих, так и на слепых (!) людей. Красный цвет возбуждает, голубой успокаивает. Это действие проявляется у тех и других однотипными изменениями кровяного давления и частоты дыхания. В одной из школ в Эдмонтоне по просьбе Вохлфарта перекрасили стены из оранжевого в голубой цвет и заменили люминесцентное освещение обычными лампами накаливания. Спустя некоторое время и у зрячих, и у слепых учащихся кровяное давление снизилось на 17 процентов. Опыты на крысах показали, что электромагнитная энергия света через мелатонин сетчатки глаза действует на синтез нейропептидов в головном мозге, усиливая выработку веществ, снижающих артериальное давление.