Главные защитные клетки организма человека, его первая «линия обороны» – это нейтрофильные лейкоциты, эффективно уничтожающие многочисленные формы патогенных микроорганизмов. Это происходит в результате протекающих в нейтрофилах окислительно-восстановительных или редокс-реакций при участии частично восстановленных форм кислорода. Будучи хорошим окислителем, кислород и сам может выступать в качестве оружия защиты. Его использовали при лечении газовой гангрены, вызываемой анаэробными микроорганизмами, но в качестве защитного средства от любых патогенов он не может быть пригоден. Причина заключается в его кинетической инертности. Для преодоления этого его необходимо активировать, тогда диоксиген последовательно восстанавливается через супероксид-анион (О2￣) и пероксид водорода (Н2О2) до воды [1]. Частично восстановленные формы (О2￣ и Н2О2) уже более реактивны, но О2￣ реагирует с очень малым числом биомолекул [2]. Это объясняется тем, что заряженная молекула с кратким временем жизни (1/2 = 10￣6 с) быстро дисмутирует спонтанно или ферментативно до Н2О2. Последний также реактивен и является хорошим окислителем. Один он плохо реагирует с подавляющим большинством биомолекул, поскольку реакции с его участием требуют высокой энергии активации, а потому слишком медленны, чтобы быть пригодными для быстрых физиологических реакций по уничтожению патогенов. Но Н2О2 способен окислять присутствующие в организме ионы галоидов до сильных бактерицидных агентов. Это относится к ионам йода, брома и хлора. Реально в организме человека ионы галоидов окисляются не просто одним Н2О2, а его комплексной формой с пероксидазами, в частности с миелопероксидазой (МПО), главным и ключевым защитным ферментом нейтрофилов [3]. Именно активная форма МПО, то есть комплекс ее с Н2О2 или «активная» форма Н2О2, окисляет ионы галоидов и особенно наиболее физиологически распространенный хлорид-ион (Cl￣) до наиболее сильного антимикробного агента HOCl – хлорноватистой кислоты и ее ионной формы – OCl￣ [4, 5]. Это и происходит в фагосоме нейтрофила, содержащей инфекционное начало. При физиологическом рН среды порядка 7,5 образуется смесь HOCl/OCl￣, а со снижением рН образуется и молекулярный хлор (Cl2), то есть в фагосоме создается смесь окислителей с сильными бактерицидными свойствами [6–8].

Непосредственные антимикробные реакции в содержащей патогены фагосоме начинаются с их слияния с миелопероксидазосодержащими специализированными антимикробными органеллами фагоцитов – пероксидазосомами. Находящаяся в них МПО поступает в фагосому, где избирательно реагирует с молекулами бактериальных клеток и уничтожает их. Даже в наномолярной концентрации МПО усиливает бактерицидность Н2О2 в 1000 раз [9] (такова степень «активации» Н2О2, поскольку он выступает уже в форме HOCl). Для этого в нейтрофилах создаются все условия для появления в фагосомах высокой концентрации Cl￣, достигающей 0,1 М, при содержании МПО порядка 1,6 мМ и среднем объеме фагосомы 10–15 л или 1,2 фемтолитра [10]. С началом фагоцитоза Cl￣ очень быстро поступает в нарождающуюся фагосому по анионному Cl-каналу [11, 12]. Скорость его поступления должна быть очень высокой, поскольку в период так называемой «фагоцитозной дыхательной вспышки» потребления кислорода последний поступает в фагосому со скоростью 2,5 мМ/с и почти 90% его идет на образование HOCl, генерируемой системой МПО–Н2О2–Cl￣ со скоростью 2,2 мМ/с. Следовательно, и Cl￣ должен поступать в фагосому с той же или бoльшей скоростью, чтобы соответствовать всем перечисленным параметрам. Даже при субоптимальной активации нейтрофила скорость поступления Cl￣ равна 0,31 мМ/с, то есть вполне адекватна степени активации нейтрофилов и скорости образования HOCl [12]. А это вполне соответствует оптимальной при таких условиях антимикробной активности системы МПО–Н2О2–Cl￣. Действие такой системы губительно для присутствующих в фагосоме бактерий, простейших, грибков и вирусов. Так, антистафилококковая система эффективна в следующем составе: 50 нМ МПО, 150 мкМ Н2О2 и 130 мМ Cl￣ [13]. При оптимальных условиях более 50% золотистых стафилококков гибнет за первые 12,3 мин при комнатной температуре, а все погибают на 120-й минуте. Быстрая гибель бактерий наступает после наносимого HOCl повреждения бактериальной энергетической системы, расположенной на бактериальной мембране.

В фагосомах нейтрофилов человека в норме МПО содержится в количестве, достаточном для создания оптимального антимикробного эффекта, и увеличение или уменьшение ее содержания в 2 раза не сказывается на антимикробной активности нейтрофила. Бoльшее значение имеет усиление НАДФ•Н-оксидазной активности для достаточного снабжения фагосомы Н2О2. В фагосоме эта оксидаза – единственный источник Н2О2 и заменить ее экзогенным источником полностью не удается [12]. HOCl также невозможно заменить ни ее производными – хлораминами (даже при тысячекратном увеличении), ни антимикробными катионными белками и серинопротеазами, содержащимися вместе с МПО. Они могут играть роль лишь дополнительных антимикробных факторов. Следует подчеркнуть, что оптимальная антимикробная активность HOCl ограничена мембраной фагосом [14]. Именно в фагосомах создана слаженная система поступления Н2О2 и Cl￣ при достаточной для этого концентрации МПО с участием иных органелл нейтрофила. Этим обеспечивается необходимая воспалительная реакция. Экстраклеточно в плазме крови HOCl теряет свой антимикробный потенциал благодаря присутствию множества альтернативных субстратов, оказывая не бактерицидное, а напротив, цитотоксическое действие, названное «эндотелиальным ядом» [15]. Это продемонстрировано на примере многих заболеваний, сопровождаемых хроническим воспалением с участием МПО и ее системы при утечке из фагоцитов. Именно в фагосоме создается специфическая микросреда, где многие антимикробные агенты пероксидазосом оперируют в одиночку, а чаще синергично, придавая нейтрофилу способность реагировать на множество разнообразных патогенов при ключевой роли системы МПО. Даже гибнущие нейтрофилы при помощи НАДФ•Н-оксидазы с непосредственным участием МПО создают бактериостатические экстраклеточные ловушки, захватывающие и подавляющие рост патогенов [16, 17]. Такие ловушки состоят из хроматина ядра с присоединенной к нему МПО, катионных пептидов и серинопротеаз, то есть компонентов пероксидазосом. Это важно для ограничения системной инфекции и защиты от трудно фагоцитируемых гифовых форм грибков. Для построения такой ловушки необходимо продолжение оксидазной активности и наличие МПО. На первый план в такой ловушке выходят протеолитическая активность серинопротеаз и катионные (неферментативные) свойства самой МПО, совместно оказывающие бактериостатическое действие при минимальном поражении окружающей ткани.

Использование свободнорадикальных и пероксидных процессов в качестве механизма защиты является эволюционно очень древним, а галогенирующая пероксидазная система восходит по своему происхождению к очень примитивным древним организмам, поскольку придает им эволюционное преимущество перед другими, не обладающими такой системой [18].

Кратко описанная антимикробная система МПО, работающая идеально при оптимальных условиях, тем не менее дает сбои. Так, часть вирулентных штаммов микробов выживает в фагосомах нейтрофила, что неоднократно проявляется в появлении довольно опасных внутрибольничных инфекций, в частности вызываемых вирулентными и устойчивыми к антибиотику метициллину золотистыми стафилококками [13]. Такие инфекции с трудом поддаются лечению. Попадая во враждебную среду фагосомы, вирулентные штаммы «напрягают» все свои силы, чтобы «бежать» из фагосомы, выдержать действие этой среды или репарировать нанесенные структурные повреждения в ходе антимикробной атаки, а в крайнем случае нанести ответный удар – лизировать нейтрофил. У микробов (например, у стафилококков) активируется собственная защитная система, сопряженная с выработкой альфа-гемолизина, способного совместно с присутствующими пероксидазосомными серинопротеазами уничтожить сам нейтрофил [19]. Выживающая в нейтрофиле субпопуляция патогена может быть результатом повышенной микробной нагрузки на клетку, то есть в таких условиях возникает банальная нехватка системы МПО на все фагосомы, происходит сбой в адекватном снабжении Н2О2 и Cl￣. Проблема выживания субпопуляции патогена должна изучаться в целом на основе физиологии данного микроба и пероксидазосом как специфических защитных органелл, содержащих МПО, катионные пептиды и серинопротеазы [20], физиологически функционирующие в фагосомах.

Нередко инфекции возникают в виде побочных реакций на применение лекарственных средств (ксенобиотиков). Одни лекарственные средства подавляют экспрессию МПО в фагоцитах, другие, попадая внутрь нейтрофила в его фагосомы и реагируя с МПО, подавляют выработку системой МПО HOCl [21]. Статины, применяемые для подавления синтеза холестерина при лечении атеросклероза и в качестве антивоспалительного средства при других хронических заболеваниях, одновременно подавляют выработку МПО [21]. А это сопряжено с риском развития оппортунистических инфекций (например, в урогенитальном тракте), появляющихся у больных с уже ослабленным иммунитетом со стертыми воспалительными реакциями. Другие [ацетаминофен (парацетамол), салицилаты, темпол (органический нитроксид)], попадая в фагосому, снижают или подавляют образование HOCl [21, 22]. Сказанное относится к очень многим противовоспалительным лекарственным средствам. Такие и подобные средства применяют для подавления экстраклеточной активности МПО, а особенно работы системы МПО–Н2О2–Cl￣, иными словами, выработки «эндотелиального яда» – HOCl и хлораминов. К сожалению, попутно они, попадая в нейтрофилы, нарушают работу фагосомной антимикробной системы МПО. Такого рода нарушения появляются под влиянием не только лекарственных, но и окружающих ксенобиотиков, способных вызвать явление, известное как химический иммунодефицит. Поэтому необходим мониторинг содержания в крови МПО, систем МПО–Н2О2 (учитывается пероксидазная активность с образованием радикалов субстратов) и МПО–Н2О2–Cl￣ (учитывается цитотоксическая галогенирующая активность).

Таким образом, изучение действия ксенобиотиков лекарственного или промышленного происхождения на активность системы МПО носит пока фрагментарный характер, а комплексное изучение пероксидазосом в целом в контексте физиологии и патофизиологии нейтрофилов в процессе борьбы с патогенами еще не начиналось. А это чрезвычайно важно, например, в связи с угрозой биотерроризма (известны попытки применения вирулентных штаммов возбудителей туляремии и сибирской язвы, действующих на пероксидазосомные антимикробные системы, предупреждая их активацию). Достаточно всего 10 возбудителей туляремии в аэрозоле, чтобы вызвать молниеносную летальную пневмонию [23]. Кроме того, возникла проблема, связанная с эволюционированием микроорганизмов, их генотипов, устойчивых к антибиотикам. Это относится к золотистым стафилококкам, туберкулезным микобактериям. Поэтому актуально комплексное изучение МПО как ключевого защитного, антиинфекционного средства организма человека и пероксидазосом в целом, их свойств, строения, стимулирования и порядка функционирования. От этого во многом зависит выживание человека в меняющемся, к сожалению, в худшую сторону мире.