Научный центр клинической и экспериментальной медицины СО РАМН, Новосибирск

Эта работа опубликована в сборнике научных трудов «Естествознание и гуманизм» (2006 год, Том 3, выпуск 3), под редакцией проф., д.б.н. Ильинских Н.Н. Посмотреть титульный лист сборника

Актуальность исследований, включающих идентификацию и регистрацию клеток, имеющих в своем составе микроядра объясняется тем, что данные структуры часто встречаются при различных заболеваниях [2; 19], и в результате изменения условий существования организма [8; 27; 37]. Поскольку обнаружение таких образований позволяет использовать их в качестве своеобразного маркера патологических изменений в организме, то проведение исследований, касающихся изучения процессов формирования микроядер следует считать одним из важных вопросов биологии и медицины.
Выявление микроядер в клетках широко используются при различного рода цитологических [2; 27] и гистологических [27; 31;40] исследованиях. Является информативным методом индикации влияния неблагоприятных факторов окружающей среды [12; 21], включая действие химических соединений [8; 37] и радиации [22; 40]. Микроядерный тест с успехом используется в клинической практике для выявления и прогнозирования течения ряда заболеваний [2; 19], а так же при проведении экспериментальных исследований [6; 7; 14; 32; 34].
Известно, что микроядра представляют собой небольшие образования, состоящие из фрагментов хромосом [19]. На стадии телофазы эти фрагменты могут включаться в ядра дочерних клеток или образовывать одиночные или множественные микроядра в цитоплазме [19]. Крупные микроядра формируются при патологических митозах, что обусловлено отставанием отдельных хромосом в метафазе и в анафазе, в то время как мелкие микроядра встречаются преимущественно при структурных аберрациях хромосом [1]. Кроме того, микроядра могут появляться в следствие апоптоза [40].
Указанные процессы, лежащие в основе образования микроядер, несомненно, свидетельствуют о снижении жизнеспособности таких клеток, что является маркером не стабильности их функционирования, активизации процессов воспаления [2] и апоптоза [40].
Было показано, что уровень повышения концентрации цитокинов и степень активности макрофагов коррелировал с увеличением показателя количества клеток, содержащих микроядра [11]. Это, возможно, объясняет появление подобных клеток при воспалении [11]. Клетки в воспалительных инфильтратах продуцируют цитокины, которые, как индуцируют, так и ингибируют апоптоз [30; 41]. В целом можно отметить, что вещества вызывающие апоптоз клеток в инфильтрате характеризуются противовоспалительным действием [28; 29], а ингибирующие играют диаметрально противоположную роль [28].
Согласно литературным данным регуляция иммунных процессов тесно связана с феноменом апоптоза иммунокомпетентных клеток [4; 10; 38], включая макрофаги [13;18] и лимфоциты [9]. Участие апоптоза в воспалительном процессе считается доказанным [3; 5; 15; 24; 25], а его значение в лимитировании выраженности реакции воспаления на ранних сроках наблюдения не вызывает сомнения. Однако образование микроядер свидетельствует не только об активации апоптоза [26], но и о наличии повреждений хромосом [2; 17; 35].
Поскольку апоптоз, играющий важную роль в воспалительном процессе [5; 33] проявляется, в том числе и формированием микроядер [11; 40], то указанный морфологический признак целесообразно учитывать при диагностики воспалительных заболеваний.
Было предложено применять показатель численности клеток, содержащих микроядра для ранней диагностики воспалительных заболеваний в качестве дополнительного критерия [2]. Авторы обосновывали свое предложение повышением количества эпителиальных клеток с микроядрами при воспалительном процессе [2]. Это объясняется тем, что нарушение митотического деления при неблагоприятных условиях влечет за собой потерю части генетического материала, и морфологически выражается в формировании микроядер [2].
Наиболее важными показателями, определяющими степень влияния различных факторов на изменение структурно-функциональных характеристик клеток, считаются: результаты микроядерного теста, хромосомный анализ и уровень митотической активности [17]. Показана прямая зависимость между увеличением числа хромосомных аберраций и активностью процесса митоза, что вызывает появление микроядер [17].
Микроядерный тест можно считать косвенным методом оценки наличия хромосомных повреждений. Например, определение микроядер в лейкоцитах зарекомендовало себя в качестве специфичного и высокоинформативного способа идентификации разрывов хромосом [35]. На основании данных, полученных при исследованиях in vivo и in vitro, было установлено, что показатель, характеризующий появление микроядер более информативен, чем регистрация хромосомных аберраций [31; 32].
Блокада цитокинеза, которая обусловливает образование микроядер, является маркером генетической нестабильности [19]. Количество клеток с микроядрами зависит от генотипа организма, а сами микроядра могут формироваться при генетической аномалии [1].
Повреждение хромосом, и формирование микроядер часто наблюдается при новообразованиях, что дает возможность применения микроядерного теста для прогнозирования онкологических заболеваний [19].
Клетки, содержащие микроядра часто образуются в результате воздействия токсических веществ [7; 27; 37] и влияния физических факторов [22].
Численность клеток с микроядрами возрастает при воздействии радиации [22; 23]. Авторы отмечают наличие генетически предопределенного характера устойчивости по отношению к факторам химической и физической природы, что обусловливает разное соотношение не измененных клеток и содержащих микроядра, при этом был установлен дозозависимый эффект воздействия указанных факторов на образование микроядер [22].
Появление микроядер может быть индуцировано действием радионуклидов, причем выявлено, что в различных типах клеток отмечается разная интенсивность формирования микроядер в ответ на воздействие радионуклидов [40].
Поскольку радиоактивное излучение индуцирует появление клеток, содержащих микроядра, то микроядерный тест может быть с успехом использован для контроля эффективности радиопротекторов, особенно в экспериментальной практике [23].
Использование микроядерного теста весьма информативно для контроля влияния факторов окружающей среды на организм человека [27]. Исследователями был установлен факт увеличения числа клеток с микроядрами в мокроте и буккальном эпителии лиц, проживающих в крупных городах [27]. Не случайный характер таких результатов связан, в том числе, с непосредственным воздействием загрязненного воздуха на клетки респираторного тракта и ротовой полости.
Регистрация микроядер в альвеолярных макрофагах представляет собой простой и в то же время эффективный метод оценки воздействия газообразных веществ, попадающих в организм ингаляционным путем [16; 37]. Экспериментально доказано, что токсические вещества, содержащиеся в табачном дыме, индуцируют формирование микроядер в клетках красного костного мозга, лейкоцитах крови и клетках бронхоальвеолярного лаважа [7].
Соотношение жизнеспособных клеток и клеток, содержащих микроядра, является важным показателем при цитологических исследованиях [36].
Большие размеры альвеолярных макрофагов позволяют точно и безошибочно проводить идентификацию содержащихся в них микроядер. Авторы показали обоснованность и эффективность данного метода [37], который, вероятно, имеет и не которые ограничения, связанные с трудностью определения размеров микроядер при плохом распластывании цитоплазмы. Логично предположить, что для повышения информативности некоторых цитологических исследований целесообразно использовать метод предварительной инкубации, позволяющий клеткам хорошо распластаться по подложке, и тем самым облегчить задачу идентификации микроядер.
Поскольку микроядерный тест достаточно информативен в плане определения влияния мутагенов на эпителиальные клетки, непосредственно контактирующие с факторами окружающей среды, то его целесообразно использовать для определения степени риска развития заболеваний у контингента, работающего во вредных условиях [8]. При этом, изменение количества клеток с микроядрами полезно учитывать при исследованиях эффективности воздействия протекторов, защищающих организм от влияния токсических веществ [6; 20].
Соотношение количества активно пролиферирующих клеток, имеющих в своем составе микроядра целесообразно применять при тестировании различных химических соединений [34]. Вероятно, поэтому исследование ряда веществ включает в себя идентификацию микроядер в клетках красного костного мозга [14].
На основании вышеизложенного представляется возможным сделать ряд обобщений. Прежде всего, необходимо подчеркнуть особую значимость идентификации клеток с микроядрами для различных областей практической медицины и исследований теоретического и прикладного характера.
Не менее важным представляется вопрос происхождения микроядер. Анализ литературных источников ясно показывает, что формирование крупных микроядер является следствием патологии митотического деления клеток, в процессе которого происходит отставание некоторых хромосом в метафазе и в анафазе. Структурные аберрации хромосом влекут за собой образование мелких микроядер. В то же время при апоптозе могут встречаться микроядра различного размера, что связано с фрагментацией ядра клетки, подверженной этому процессу.
Исходя из этого, не трудно предположить, что крупные микроядра будут образовываться при действии на организм различных мутагенов, а мелкие, в то же время, свидетельствовать о наличии хромосомных аберраций, например при старении организма, и указывать на снижение потенциальной возможности клеток к регенерации и репарации.
Регистрация структурно-функциональных изменений, при которых в клетках выявляется наличие микроядер, представляет собой высокоинформативный и вместе с тем простой в техническом отношении метод оценки влияния на организм различного рода факторов.
Размеры микроядер показывают наличие причин, лежащих в основе их образования. При этом такие явления, как хромосомные аберрации и апоптоз в свою очередь являются результатом других, предшествующих им процессов. Именно по этому такой морфологический признак, как наличие микроядер в клетках дает возможность хотя и косвенно, но при этом точно и объективно оценить целый комплекс явлений, индуцирующих их формирование.
Связь между образованием микроядер и апоптозом наглядно демонстрирует их появление при воспалении, и отражает начало смены клеточных элементов при данном процессе.
Не менее важным следует считать феномен формирования микроядер при малигнезации клеток, вызванный повреждением хромосом.
Не возможно оставить без должного внимания и появление подобных структур при воздействии на организм физических и химических факторов окружающей среды, что следует считать одним из элементов мониторинга влияния не благоприятных составляющих, которые контролируют развитие целого ряда заболеваний.
Иными словами, многие патологические процессы, лежащие в основе достаточно большого количества заболеваний сопровождаются формированием микроядер. Кроме того, экспериментальная практика, начиная от разработки моделей ряда заболеваний и заканчивая тестированием фармакологических препаратов и других химических соединений, не обходится без микроядерного анализа.
В заключении следует отметить, что регистрация клеток, имеющих в своем составе микроядра, является практически значимым и высоко информативным диагностическим показателем многих заболеваний, позволяющим с достаточной вероятностью прогнозировать их течение, и дающий возможность осуществлять контроль их коррекции. Экспериментальная практика считается ещё одной областью применения микроядерного теста для определения эффективности действия факторов, используемых с лечебной целью.
Решение фундаментальных вопросов, касающихся образования микроядер, вероятно, позволит более точно определить место индуцирующих их процессов в возникновении целого ряда заболеваний.

Список литературы:
1. Захидов С.Т., Гопко А.В., Семенова М.Л., Михалева Я.Ю., Макаров А.А., Кулибин А.Ю Карнозин как фактор, модифицирующий частоту встречаемости генетически аномальных половых клеток в семенниках ускоренно стареющих мышей SAM // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2002. - Т. 134. - № 7.- С. 89.
2. Калаев В.Н., Буторина А.К., Кудрявцева О.Л. Частота встречаемости клеток с микроядрами в плоском эпителии, полученном из соскобов с шейки матки женщин детородного возраста при различных физиологических состояниях, в норме и при воспалении // Естествознание и гуманизм - 2006. - Т. 3. - № 2. - С. 22 - 23.
3. Фильченков А.А., Абраменко И.В. Апоптоз в патогенезе заболеваний человека - К.: ДИА, 2001. - 324 с.
4. Ярилин А.А. Апоптоз и его место в иммунных процессах // Иммунология - 1996. - Т. 6. - С . 10- 23.
5. Agostini C., Perin A., Semenzato G. Cell apoptosis and granulomatous lung diseases. // Curr. Opin. Pulm. Med. - 1998. - V. 4. - № 5. - Р. 261 - 266.
6. Balansky R.B., D'Agostini F., Zanacchi P., De Flora S. Protection by N-acetylcysteine of the histopathological and cytogenetical damage produced by exposure of rats to cigarette smoke // Cancer. Lett. - 1992. - V. 64. - № 2. - Р. 123 - 131.
7. Balansky R.M., D' Agostini F., De Flora S. Induction, persistence and modulation of cytogenetic alterations in cells of smoke-exposed mice // Carcinogenesis. - 1999. - № 8. - Р. 1491 - 1497.
8. Benites C.I., Amado L.L., Vianna R.A., Martino-Roth Mda G. Micronucleus test on gas station attendants // Genet. Mol. Res. - 2006. - V. 5. - № 1. - Р. 45-54.
9. Bommhardt U., Chang K.S., Swanson P.E., Wagner T.N., Tinsley K.W., Karl I.E., Hotchkiss R.S. //Akt decreases lymphocyte apoptosis and improves survival in sepsis // J. Immunol. - 2004. - V. 172. - № 12. - Р. 7583-7591.
10. Brodbeck W.G., Shive M.S., Colton E., Ziats N.P., Anderson J.M. Interleukin-4 inhibits tumor necrosis factor-alpha-induced and spontaneous apoptosis of biomaterial-adherent macrophages // J. Lab. Clin. Med. - 2002. - V. 139. - № 2. - Р. 90 - 100.
11. Calveley V.L., Khan M.A., Yeung I.W., Vandyk J., Hill R.P. Partial volume rat lung irradiation: temporal fluctuations of in-field and out-of-field DNA damage and inflammatory cytokines following irradiation // Int. J. Radiat. Biol. - 2005. - V. 81. - № 12. - Р. 887-899. 
12. Canimoglu S., Rencuzogullari E. The cytogenetic effects of food sweetener maltitol in human peripheral lymphocytes // Drug. Chem. Toxicol. - 2006. - V. 29. - № 3. - Р. 269-278.
13. Chang C.S., Song G.Y., Lomas J., Simms H.H., Chaudry I.H., Ayala A. Ingibition of Fas/Fas ligand signaling improves septic survival: differential effects on macrophage apoptotic and functional capacity // J. Leukoc. Biol. - 2003. - V. 74. - № 3. - Р. 344-351.
14. Chinnasamy N., Rafferty J.A., Hickson I., Ashby J., Tinwell H., Margison G.P., Dexter T.M., Fairbairn L.J. O6-benzylguanine potentiates the in vivo toxicity and clastogenicity of temozolomide and BCNU in mouse bone marrow // Blood. - 1997. - V. 89. - № 5. - Р. 1566-1573.
15. Cohen J. and Duke R. Apoptosis and programmed cell death in immunity // Annu. Rev. Immunol. - 1992. - № 10. - Р. 267-293.
16. D'Agostini F., Scatolini L., Maggiani M., Balansky R.Chemoprevention of genotoxic damage in lung cells of rats exposed to cigarette smoke // Boll. Soc. Ital. Biol. Sper. - 1992. - V. 68. - № 2. - Р. 137-142.
17. Das R.K., Sahu K., Dash B.C. Induction of chromosome aberrations and micronuclei in pulmonary alveolar macrophages of rats following inhalation of mosquito coil smoke // Mutat. Res. - 1994. - V. 320. - № 4. - Р. 285-292.
18. Dockrell D.H., Marriott H.M., Prince L.R., Ridger V.C., Ince P.G., Hellewell P.G., Whyte M.K. Alveolar macrophage apoptosis contributes to pneumococcal clearance in a resolving model of pulmonary infection // J. Immunol. - 2003. - V. 171. - № 10. - Р. 5380-5388.
19. El-Zein R.A., Schabath M.B., Etzel .CJ., Lopez M.S., Franklin J.D., Spitz M.R. Cytokinesis-blocked micronucleus assay as a novel biomarker for lung cancer risk // Cancer. Res. - 2006. - V. 66. - № 12. - Р. 6449-6456.
20. Fabre T., Belloc F., Dupuy B., Schappacher M., Soum A., Bertrand-Barat J., Baquey C., Durandeau A. Polymorphonuclear cell apoptosis in exudates generated by polymers // J. Biomed. Mater. Res. - 1999. - V. 44. - № 4. - Р. 429-435.
21. Fadok V. A., Savill J. S., Haslett C., Bratton D. L., Doherty D. E., Campbell P. A., Henson P. M. Different populations of macrophages use either the vitronectin receptor or the phosphatidylserine receptor to recognize and remove apoptotic cells // J. Immunol. - 1992. - V. 149. - Р. 4029.
22. Godderis L., Aka P., Mateuca R., Kirsch-Volders M., Lison D., Veulemans H. Dose-dependent influence of genetic polymorphisms on DNA damage induced by styrene oxide, ethylene oxide and gamma-radiation // Toxicology. - 2006. - V. 219. - № 1-3. - Р. 220-229.
23. Goel H.C., Agrawala P.K., Pathania V., Malhotra N. Immunomodulatory and cytoprotective role of RP-1 in gamma-irradiated mice // Mol. Cell. Biochem. - 2003. - V. 254. - № 1-2. - Р. 73-81.
24. Haslett C., Savill J., Whyte M., Stern M., Dransfield I., Meagher L. Granulocyte apoptosis in the control of inflammation // Philos. Trans. R. Soc. Lond. Ser. - 1994. - V. 345. - Р. 327-333.
25. Honma T., Hamasaki T. Ultrastructure of multinucleated giant cell apoptosis in foreign-body granuloma // Virchows. Arch. - 1996. - V. 428. - № 3. - Р. 165 - 176.
26. Kerr J., Wyllie A., Currie A.. Apoptosis: basic biologic phenomenon with wide ranging implications in tissue kinetics // Br. J. Cancer. - 1972. - V. 26. - Р. 239-257.
27. Lahiri T., Roy S., Basu C., Ganguly S., Ray M.R., Lahiri P. Air pollution in Calcutta elicits adverse pulmonary reaction in children // Indian. J. Med. Res. - 2000. - V. 112. - Р. 21-26.
28. Lavitka J.R . Genetic toxicity of cytokines // Mutat. Res. - 1996. - Vol. 361. - № 2-3. - P. 95-105.
29. Mangan D., Robertson B., Wahl S. IL-4 enhances programmed cell death (apoptosis) in stimulated human monocytes // J. Immunol. - 1992. - V. 148. - Р. 1812-1816.
30. Matsuki Y., Yamamoto T., Hara K. Localization of interleukin-1 (IL-1) mRNA expressing macrophages in human inflamed gingiva and IL-1 activity in gingival crevicular fluid // J. Periodontal Res. - 1993. - Р. 28- 35.
31. Moore F.R., Urda G.A., Krishna G., Theiss J.C. An in vivo/in vitro method for assessing micronucleus and chromosome aberration induction in rat bone marrow and spleen. 1. Studies with cyclophosphamide // Mutat. Res. - 1995. - V. 335. - № 2. - Р. 191-199.
32. Moore F.R., Urda G.A., Krishna G., Theiss J.C. An in vivo/in vitro method for assessing micronucleus and chromosome aberration induction in rat bone marrow and spleen. 2. Studies with chlorambucil and mitomycin C // Mutat. Res. - 1995. - V. 335. - № 2. - Р. 201-206.
33. Murphy F.J., Hayes I., Cotter T.G. Targeting inflammatory diseases via apoptotic mechanisms // Curr. Opin. Pharmacol. - 2003. - V. 3. - № - 4- Р. 412-419.
34. Nishikawa A., Furukawa F., Kasahara K., Ikezaki S., Itoh T., Suzuki T., Uchida K., Kurihara M., Hayashi M., Miyata N., Hirose M.Trans-4-hydroxy-2-nonenal, an aldehydic lipid peroxidation product, lacks genotoxicity in lacI transgenic mice // Cancer Lett. - 2000. - V. 148. - № 1. - Р. 81-86.
35. Pawitan J.A., Suryono I.A. Sensitivity and specificity of the micronucleus test in hypotonic-swollen mononuclear leukocytes compared to the micronucleus test in binucleated lymphocytes to assess chromosomal breaks // Anal. Quant. Cytol. Histol. - 2006. - № 3. - Р. 175-180.
36. Poma A., Limongi T., Pisani C., Granato V., Picozzi P. Genotoxicity induced by fine urban air particulate matter in the macrophages cell line RAW 264.7 // Toxicol. In Vitro. - 2006. - V. 20. - № 6. - Р. 1023-1029.
37. Sahu K., Das R.K. Micronucleus assay in pulmonary alveolar macrophages, a simple model to detect genotoxicity of environmental agents entering through the inhalation route // Mutat. Res. - 1995. - V. 347. - № 2. - Р. 61-65.
38. Saito T., Kuss I., Dworacki G., Gooding W., Johnson J. T., Whiteside T. L. Spontanous ex vivo apoptosis of peripheral blood mononuclear cells in patients with head and neck cancer // Clin. Cancer Res. - 1999. - № 5. - Р. 1263-1273.
39. Vaux D. Toward an understanding of the molecular mechanisms of physiological cell death // Proc. Natl. Acad. Sci. USA - 1993. - V. 90. - Р. 786-789.
40. Voitovich A.M., Afonin V.Y., Krupnova E.V., Trusova V.D., Dromashko E.S. The level of aberrant cells in various tissues of bank vole depending on doses and radionuclide balance in organism // Tsitol. Genet. - 2003. - V. 37. - № 4. - Р.10-15.
41. Wahl S.M., Costa G.L., Mizel D.E., Allen J.B., Skaleric U., Mangan D.F. Role of transforming growth factor beta in the pathophysiology of chronic inflammation // J. Periodontol. - 1993. - V. 64. - Р. 450-455.