Несколько уровней антиоксидантной защиты от окислительного стресса: антиоксидантные ферменты, наноматериалы с несколькими ферментоподобными активностями и низкомолекулярные антиоксиданты

Активные формы кислорода (АФК) и активные формы азота (АФА) могут оказывать на биологические системы как повреждающее, так и благоприятное действие. Дисбаланс между образованием и удалением АФК называют окислительным стрессом — критическим фактором и общим патогенетическим механизмом многих хронических заболеваний, включая рак, сердечно-сосудистые и метаболические заболевания, неврологические расстройства (болезни Альцгеймера и Паркинсона), а также другие заболевания. Для противодействия вредному воздействию АФК в организме сформировалась сложная трёхуровневая система антиоксидантной защиты. Первый, наиболее эффективный уровень обеспечивают антиоксидантные ферменты, такие как супероксиддисмутаза (SOD), каталаза (CAT) и глутатионпероксидаза (GPx). Этот уровень играет незаменимую роль в дисмутации супероксидных радикалов (O₂•⁻) и перекиси водорода (H₂O₂). Удаление супероксидных радикалов с помощью SOD предотвращает образование значительно более повреждающего пероксинитрита (ONOO⁻) (O₂•⁻ + NO• → ONOO⁻) и поддерживает физиологически значимый уровень оксида азота (NO) — важной молекулы, участвующей в нейротрансмиссии, воспалении и вазодилатации. Второй уровень антиоксидантной защиты обеспечивают экзогенные низкомолекулярные антиоксиданты, поступающие с пищей. Третий уровень включает восстановление или удаление окисленных белков и других биомолекул с помощью различных ферментных систем. В этом обзоре кратко рассмотрены эндогенные источники АФК (митохондрии, NADPH, ксантиноксидаза (XO), реакция Фентона) и экзогенные источники (например, курение, радиация, лекарственные препараты, загрязнение окружающей среды), а также супероксидный и гидроксильный радикалы, перекись водорода, пероксильный радикал, хлорноватистая кислота и пероксинитрит. Основное внимание уделено первому уровню антиоксидантной защиты, который обеспечивают SOD, CAT и GPx. Обсуждаются химические и молекулярные механизмы действия антиоксидантных ферментов, заболевания, связанные с нарушением их работы (онкологические, сердечно-сосудистые, лёгочные, метаболические и неврологические заболевания), а также роль ферментов, например GPx4, в таких клеточных процессах, как ферроптоз. Рассмотрены потенциальные терапевтические применения миметиков ферментов и последние достижения в разработке наноматериалов на основе металлов (меди, железа, кобальта, молибдена, церия) и неметаллов (углерода), обладающих ферментоподобной активностью (нанозимов). Кроме того, рассмотрены механизмы действия низкомолекулярных антиоксидантов — витамина C (аскорбата), витамина E (α-токоферола), каротиноидов (например, β-каротина, ликопина, лютеина), флавоноидов (например, кверцетина, антоцианов, эпикатехина) и глутатиона (GSH), — активация транскрипционных факторов, таких как Nrf2, и защита от хронических заболеваний. Поскольку результаты доклинических и клинических исследований расходятся, также обсуждаются подходы, способные повысить фармакологическую и клиническую эффективность терапии низкомолекулярными антиоксидантами.2222•--•-•-•