Toksyczne działanie dioksyn

A C T A U N I V E R S I T A T I S L O D Z I E N S I S

F O L IA B IO C H IM IC A E T B IO P H Y S IC A 14, 1999

Bożena B ukow ska, W irgiliusz Duda

T O K S Y C Z N E D Z IA Ł A N IE D IO K S Y N

D ioksyny aktu a ln ie stały się zw iązkam i pow szechnie zanieczyszczającym i śro d o w is­ ko. Są przy tym akum ulow ane przez żywe organizm y i ja k o toksyny m ogą p o w odow ać z ab u rz en ia w n o rm aln y m ich fu n k cjo n o w an iu . A rty k u ł je s t przeg ląd o w y m o p ra c o ­ w aniem d otyczącym p ro b lem u toksycznego w pływu d io k sy n n a żywe o rganizm y, szczególnie zaś n a k o m ó rk i i ich b łony. W a rty k u le o p isan o głów nie d ziałan ie 2,3,7,8- -tetrach lo ro d ib en zo -p -d io k sy n y n a o rg an izm y zw ierząt.

W S T Ę P

N a przestrzeni o statnich 15-20 lat do w ykazu ekologicznych zagrożeń cywilizacji ludzkiej doszła jeszcze m ożliw ość globalnego za tru cia śro d o w isk a d io k sy n ą i jej zw iązkam i pochodnym i. W świetle p ro w ad zo n y ch ak tu aln ie b a d a ń nauko w ych okazuje się, że em itow ane są d o atm osfery, w ód śró d ­ lądow ych i do gleby grupy zw iązków , k tó ry ch stężenie w emisji je st b ard zo m ałe - nierzad k o praw ie niezm ierzalne - ale ze względu n a ich niezw ykle silne właściwości toksyczne, są bardzo niebezpieczne dla zdro w ia ludzi i zw ierząt [8], N iek tó re z tych zw iązków chem icznych nie są trucizn am i o działan iu natychm iastow ym i nie pow o d u ją zatem p o w stan ia d o raźn y ch dolegliwości. Toksyczne działanie tych związków polega głównie n a pow olnym , ale b ard zo skutecznym uszkadzaniu n arząd ó w w ew nętrznych u stro ju . S kutki tych uszkodzeń często pojaw iają się d o p iero po kilku latac h od n arażen ia, tj. przyjęcia niewielkich daw ek tych trucizn. D o tak ich zw iązków należą m . in. dibenzo-p-dioksyny. Pod pojęciem „d io k sy n y ” rozum ie się najczęściej g ru p ę zw iązków , w skład której w chodzą polichloro- i p o lib ro m o p o ch o d n e d ib en zo -p -d io k sy n y i d ib en zo fu ran y . N a jb ard ziej to ksy czny m izom erem P C D D s je st 2,3,7,8-tetrachlorod ib en zo -p -d io k sy n a (T C D D ) o poniższym wzorze:

C 1 2 H 4 C I 4 O 2

R ys. 1. T C D D

Ź R Ó D Ł A D IO K S Y N

D io ksyny d o stają się do środow iska zaró w n o w w yniku działalności technicznej człow ieka, ja k i w sposób n atu raln y , w w yniku p o żaró w lasów i innego ro d zaju skupisk roślinnych. O cenia się, że w U S A w w yniku p o ża ró w lasów pow staje ok. 20 kg dioksyn rocznie. P ożary u p ra w rolnych m a ją rów nież swój udział w ogólnym bilansie, w nosząc d o d a tk o w o ok. 10 kg rocznie om aw ianych zw iązków. C ałkow itą roczną „p ro d u k cję” dioksyn szacuje się w U SA n a blisko 400 kg. W większości jest to efekt działalności ludzkiej [70]. M iędzy 1920 r. a 1940 r. prędkość o d k ła d a n ia się d iok syn była sto su n k o w o stała, później od 1950 r. do 1970 r. w zrosła o rząd wielkości. P rzyczyną tego dużego w zrostu była w ielka eksplozja użycia chlorków w przem yśle [39], M iędzy rokiem 1970 a 1983 szyb kość sed ym entacji dioksyn obniżyła się o 30% , co wiązało się ze zmniejszeniem antropogenicznej produkcji zw iązków - chlorow anych fenoli. Próbki gleb pochodzące z regionu W ielkich Jezior i z E u ro p y w ykazują analogie co do zaw artości om aw ianych tu zw iązków [33]. E m ito w an e do w ód d io ksy ny m o g ą k u m u lo w a ć się w tk a n k a c h zw ierząt w odnych, które- n astępnie (jako p o k a rm ) sam e stają się źródłem T C D D dla innych organizm ów . B ad ania zależności pom iędzy ilością spożyw anych k rab ó w , a w innym p rz y p ad k u m o rśw in ów (narażo n y ch n a T C D D w ystępującą w wodzie), a ilością ku m ulow an ych d io ksy n w o r­ ganizm ie, w pełni potw ierdziły tę zależność [57, 74],

Człowiek jest narażony na działanie dioksyn poprzez k o n ta k t ze skażonym środow iskiem , skażonym i p ro d u k ta m i o raz poprzez spożyw anie skażonej żywności. Stwierdzono, że od 90 d o 95% ładunku dioksyn pochodzi z żyw noś­ ci. G łów nym źródłem dioksyn w pożyw ieniu są tłuszcze. B ad an ia p rz ep ro w a­ dzo n e w N iem czech w ykazały, że m leko, m ięso i p ro d u k ty m ięsne, ryby i p ro d u k ty rybne zaw ierają największe ilości dioksyn, np. m lek o krów p o c h o ­ dzących z delty R enu w H olandii zawiera od 0,0014 do 0,0022 /ig/kg tłuszczu [30]. D zienna d aw k a ak c ep to w an a przez człow ieka, nie w yw ołująca objaw ów choro b o w y ch , w ynosi od 1 d o 10 p g /k g wagi ciała.

W C H Ł A N IA N IE I R O Z M IE S Z C Z E N IE T C D D W O R G A N IZ M IE

D ecydującą rolę we w chłanianiu T C D D przez układ p o k arm o w y i skórę, odgryw a rozpuszczalnik. T C D D jest bardzo d o b rze w ch łan ian a z przew odu pokarm ow ego, jeśli jest całkowicie rozpuszczalna w użytym nośniku. U szczu­ rów S-D poziom w chłaniania sięga od 70 d o 85% daw ki p odanej d ou stn ie [51, 58], Z do ln ość w chłaniania nie zależy tu taj od wieku zw ierząt. W arto ść rzędu 77% zastosow anej daw ki nierozcieńczonej T C D D w nika przez skórę szczura w ciągu 4 dni. Jeśli rozcieńczy się T C D D w acetonie, to w ciągu 3 dni w chłonięte zostanie m aksym alnie tylko 40% toksyny. W tym układzie w chłanianie zależy rów nież od w ieku szczurów i jest większe u oso b n ik ó w m łodociany ch (m aleje z wiekiem) [7].

W chłanianie T C D D s n a drodze dootrzew now ej i po d sk ó rn ej o d b y w a się p raw d o p o d o b n ie ta k efektyw nie, ja k w p rzy p ad k u p o d a n ia zw iązku doustnie.

P o w chłonięciu T C D D s lub T C D F s jest tra n sp o rto w a n a przez krew i limfę w połączeniu z lipoprotcinam i i chylom ikro nam i. G łów nym m iejscem koncentracji u szczura, m yszy, ch o m ik a i św inki m orskiej jest w ą tro b a i tk a n k a tłuszczow a [52], W h epatocytach T C D D ko n cen tru je się przede w szystkim we frakcji m ikrosom alnej, w ilości 46 ± 8 % pochłoniętej daw ki przez 3 dni po ekspozycji i sp ad a następnie sto p n io w o w czasie [43], Z a w a rto ść ww. zw iązków w tk a n k a c h Ictalurus p u n cta tu s p rz e d sta w ia tab . 1 [68],

T a b e l a 1 Z aw arto ść T C D F s w tk an k a ch Ictalurus p u nctatus

T k a n k a L ipidy (% ) D zień p o p o d a n iu T C D F s 3 7 14 W ą tro b a 3,78 ± 0,23 151“ 13,1 _1,11 N e rk a 5,26 ± 0,41 116 18,6 1,98 K rew 1,31 ± 0, l l - 31,9 9,21 1,82 T k a n k a tłuszczow a S i ^ i 1,55 2,38 0,85 0,21 M ięśnie 0 ,8 6 + 0,05 19,3 5,85 3,56 T k a n k i m artw e (carcass) 5 ,3 5 + 0,54 2,95 0,89 0,93 n g T C D F s /g tłuszczu.

B IO T R A N S K O R M A C JA I W Y D A L A N IE

B io transform acja T C D D w w ą tro b ie ssaków przebiega znacznie wolniej w p o ró w n a n iu z innym i, bardziej p o larn y m i m e ta b o lita m i. U szczu ra w y kryto co najm niej 8 m etabolitów , z k tó ry ch w iększość jest w yd alan a w postaci g lukuronidów [55], S tw ierdzono, że głów nym szlakiem m e ta b o li­ cznym jest hydroksylacja bocznych pozycji. R ów nie w ażną reak cją u szczu­ ra jest rozszczepienie jedn ego z w iązań eterow ych [54, 61]. G łów nie m e ta ­ bolizm T C D D , in d u k u ją c ak ty w n o ść m o n o o k sy g en az , u w a żan y je s t za proces detoksykacji. M ożliw e, iż za toksyczność T C D D odpo w iedzialn y jest sam zw iązek wyjściowy. W iad o m o bow iem , że niem etabo lizow any T C D D p o jaw ia się w żółci lub m oczu szczurów , chom ików , m yszy, św inek i psów [34, 47],

U w iększości zw ierząt la b o ra to ry jn y c h d o m in u ją c ą d ro g ą elim inacji T C D D jest w ydalanie jej z kałem . O kres połow icznego w y d alan ia (z całego ciała) po p odanej pojedynczej daw ce kształtuje się następująco: d la różnych szczepów szczurów od 16 d o 31 dni, d la chom ików 11-15 d ni, d la świnek ok. 94 dni, d la m yszy zależnie od szczepu (C 57B L/6 - 11 dni, a dla D B A /2 - 24 dni). U naczelnych n ato m iast, opierając się na w stępnych doniesieniach tyczących rezusów , sugeruje się, że pó ło k res w yd alan ia m o że być znacznie dłuższy niż jeden rok.

U w aża się, że w ysoko chlorow ane P C D D s/F s, p o d o b n ie ja k T C D D , są w ysoce stabilne u ludzi, z czasem p ó łtrw an ia w ahającym się m iędzy 4 a 12 latam i [23],

T O K S Y C Z N O Ś Ć T C D D

T C D D jest jednym z najbardziej toksycznych zw iązków zagrażających człow iekow i. Z asad y o b chodzenia się z P C D D s/P C D F s są p o d o b n e, ja k w p rz y p a d k u p re p a ra tó w b akteryjnych lub radio ak tyw ny ch. O szacow anie toksyczności analizow anej p ró b k i d o k o n u je się przez określenie tzw. w spó ł­ cz ynnik a rów now ażnego toksyczności I-T E Q . W artości w spółczynników I-T E Q są w artościam i w spółczynników w agow ych w yrażających toksyczność poszczególnych P C D D s i P C D F s. W odniesieniu d o najbardziej toksycznego izom eru 2,3,7,8-T C D D , T E Q przyjęto za 1, a d la najm niej toksycznego O C D D 1 x 10“ 3 [65],

Jed n ą z najbardziej intrygujących i zadziwiających cech charakteryzujących T C D D jest p o siad an ie odpow iedniego re cep to ra w e w n ątrzk om ó rko w eg o

(A hR ). W ykazuje on zm ienność gatu nko w ą. Jego ro la fizjologiczna nie jest jeszcze p ozn an a. R eceptor ten co najm niej częściowo pośredniczy w działaniu T C D D . Najlepiej poznanym efektem n a poziom ic m olekularnym jest indukcja cyto ch ro m ó w CY1A1 i C Y P 1A 2 w w ątrobie. Jeśli chodzi o w rażliw ość n a ten zw iązek, to w aha się o n a naw et dla szczepów tego sam ego g atu n k u (tab. 2). T a b e l a 2 O s tra letalność d la T C D D [54] G a tu n e k , szczep, płeć D ro g a p o d a n ia D L 50 [/Jg/kg] Czas, po którym n a stą p ił zgon (dzień) S tra ta m asy ciała (% ) Ś w inka m o rsk a d .u . 2,0 > 5 50 c? 0,6-2,1 5 -4 2 -N o rk a ( ¿ ) d .u . 4,2 7 -1 7 31 K u rczak d .u . < 2 5 12-21 -B a ż a n t (cJ) d.o. ~ 25 2 1 -4 9 25-4 0 R ezu s (<J) d .u . - 7 0 14-34 13-38 S zczu r/L -E (¿J) d .u . 17,7 13-35 35 9 d .u . 9,8 13-34 26 <J d .o . ~ 1 0 15-23 39

S zczur/S zerm an, S p a rtan

(<?) d .u . 22 9 -2 7 _

( ? ) 45 13-43

-S zczur/-S -D ( J ) d .o . 60 - —

9 25 -

-O so b n ik i m ło d o cian e 25 -

-Szczur/F iszer, H o rla n

(<?) d .u . 340 28 43 S zczu r/H /W (cJ) d .u . > 7 2 0 0 29,37 46 9 d .u . > 7 2 0 0 17-42 34 3 d .o . > 3 0 0 0 23-3 4 46 M y sz/C 57B L /6 (<J) d .u . 182 24 25 D B A /2 (<J) 2570 21 33 B 6 D 2 F ! (<?) 296 25 34 M y sz/C 57B L /6 d .o . 132 “* — D B A /2 620 B 6 D 2 F ,

K ró lik (now ozelandzki)

300 — d .u . 115 6 -3 9 B iały (m ieszaniec) p.s. 275 12-22 — Biały d .o . ~ 50 7 -1 0 11 C h o m ik syryjski d .u . 1157 2 -4 7 1 $ d .u . 5051 9 -4 3 -M ieszańce d .o . > 3 0 0 0 1-32 -d .o . - p o -d a n ie -do o trzew n e, -d .u . - p o -d an ie -d o u stn e , p.s. p o -d a n ie p o -d sk ó rn e , - b ra k -dan y ch .

In n ą właściw ością T C D D jest opóźnienie elektów śm iertelnych, przy czym niezależnie od daw ki śm ierć n astępuje co najm niej w tydzień po ekspozycji. Przed śm iercią zw ierzęta p o d d an e działaniu T C D D gw ałtow nie tra c ą n a m asie ciała, co jest określane ja k o „niszczący s y n d ro m ” . Z jaw isko to generalnie o dnotow u je się niezwykle rzad k o przy zatru ciach ostrych innym i zw iązkam i toksycznym i. Jednym z do b itn y ch arg um entów p rz em a­ w iających za toksycznością T C D D jest im m u no sup resja [42]. Zw iązek ten w ykazuje duże zdolności d o specyficznego oddziały w an ia z lim focytam i B i T . Stw ierdzono rów nież, że w niskich d aw k ach T C D D w zm acnia odpow iedź im m unologiczną kom ó rk i, a w wyższych ham u je tę funkcję im m unologiczną. N ato m iast jeśli chodzi o odpow iedź h u m o raln ą zan o to w an o w zrost IgG , zależny od daw ki podanej dioksyny [22], T C D D w ykazuje d ziałanie odległe. R ozum ie się przez to działanie przesunięte w czasie, przew lekłe, rozw ijające się na skutek kum ulacji trucizny w organizm ie, lub też w w yniku n ag ro m a d zan ia się niewielkich uszkodzeń m orfologicznych lub biochem icznych w obrębie n arząd ó w [63].

U osób n arażo n y ch n a działanie dioksyn zaob serw ow an o w iększą za­ ch orow alność na now otw ory sk óry, żołąd k a o raz w ystępow anie m ięsaków tk an ek m iękkich bądź chłoniaków [18, 24, 62], O tt i Z ob er zbadali w 1993 r. gru p ę p ra co w n ik ó w , k tó rzy 20 la t wcześniej praco w ali przy p ro d u k c ji trich lo ro fen o lu w Ludw igshafen w Niem czech. B adacze ci stw ierdzili, iż efekty kancerogenne (chtorakne) w ystępują u praco w n ik ów , gdy d aw k a pochłoniętej diksyny była > 1 /ig/kg m asy ciała [48]. R ó w nież b a d a n ia epidem iologiczne (z 1997 r.) zachorow alności n a ra k a w śród p racow nikó w eksp on o w an y ch na dioksyny, p ro w ad zo n e w 12 k rajach , potw ierdziły w zrost w sto su n k u do grupy k o n tro ln ej liczby osób ze specyficznym i zm ianam i now otw orow ym i [35],

Stw ierdzono, że om aw ian a d ioksyn a jest tera to g en n a, szczególnie d la m ysz, u k tó ry ch pow oduje zaburzen ia w rozw oju podniebienia, prow adzące d o p o w stan ia rozszczepu - szczeliny, ja k rów nież jest przyczyną po w staw ania w o d onercza [16, 32, 46],

W dośw iadczeniu na szczurach (S-D ) stw ierdzono, że T C D D łączy się z b iałkam i jądrow ym i w w arto ściach przedstaw ionych w tab . 3 [26].

P o za tym om aw iany związek m oże po w o do w ać jed no niciow e pęknięcia D N A [5, 75], stym ulację protoonkog enó w z grupy C -ras [71] oraz wywoływać zaburzen ia w funkcji czynników w zrostu E G F (naskórkow y czynnik w zrostu) i T G F a (transform ujący czynnik w zrostu) [14, 62], W p rz y p ad k u gdy d aw k a T C D D była p o w tarzan a, T C D D w pływ ała na syntezę i deg rad ację hem u, prow adzącą do w zrostu bilirubiny w m oczu i ostatecznie d o porfirii i żółtaczki [53, 73], T C D D zab u rza n o rm a ln ą hom eostazę i rów no w ag ę h o rm o n a ln ą ustroju. T C D D m oże pow odow ać albo obniżenie, albo podwyższenie poziom u cyrkulacji tyroksyny. P odob ny efekt jest obserw ow any dla g lu k o k o rty k o id ó w

Ł ączenie T C D D z T a b e l a 3 białkami jąd ro w y m i F ra k c ja jąd ro w a T C D D p rzy łączo n a [ng/m g białka] O to c zk a ją d ro w a 6,2 B łona 0,5

K o m p lek s p o ro w y + lam ina 0,08

E x tra k t ją d ro w y 0,04 C h ro m a ty n a 0,76 H isto n y 0,02 B iałka niehistonow e 0,82 Ją d e rk o 0,92 D N A 0,0055 Ją d ro w y R N A 0

[12]. Jeżeli oboje rodzice zostali p o d d an i wysokiej ekspozycji n a T C D D , to m o g ą w ystąpić zm iany w p ro p o rcji płci n o w o ro d k ó w na ko rzy ść płci żeńskiej. B adaniam i objęto dzieci urodzone w latach 1977-1984 w Seveso (W łochy), k tóry ch rodzice pochodzili ze strefy A - o najwyższej ekspozycji n a T C D D po aw arii zakładów chem icznych. Czas b a d a n ia obejm ow ał, ja k się przypuszcza, w przybliżeniu 1 okres połow icznego ro z p ad u I C D D [40], Powyższy opis d ziałania toksycznego dioksyn nie w yczerpuje w pełni jej potencjału, a intensyw ne b a d a n ia nad tym związkiem d o starc zają wciąż now ych danych.

W P Ł Y W T C D D N A M E T A B O L IZ M W E W N Ą T R Z K O M Ó R K O W Y

W ęglowodany

O kazuje się, że T C D D osłabia glukoneogenezę alan iny [28], D zieje się to p ra w d o p o d o b n ie przez inhibicję kluczow ych enzym ów : k a rb o k s y la z fo sfopirogronianow ych ((E.C . 4.1.1.3.1.); (E.C . 4.1.1.32)) i k arbo k sy lazy pirogronianow ej (E.C . 6.4.1.1.) [66, 67, 78], Innym zaobserw ow anym efektem je st inhib icja glikogenolizy w w ą tro b ie , co o b jaw ia się grom ad zen iem glikogen u w tym o rg an ie [15], W procesie tym stw ierd zo n o o b n iżen ie aktyw ności (E C 2 .4 .1 1 .) fosforylazy glikogenowej. P otw ierdzeniem zab u rzeń w glukoneogenezie m o g ą być dośw iadczenia, w k tó ry ch sp raw d zan o wpływ diety n a śm iertelność; okazało się, że dieta w ysokow ęglow odanow a p rzedłuza życie bad an y m zw ierzętom w p o ró w n an iu z d ietą w ysokotłuszczow ą. T C D D w pływ a rów nież na tra n sp o rt błonow y glukozy [25, 79]. Jest to efekt

tk a n k o w o specyficzny. Poziom tra n s p o rtu obniża się w tk an ce tłuszczow ej i w trzustce, a rośnie w w ątrobie. N a jp raw d o p o d o b n iej zw iązane jest to z b u d o w ą tran sp o rte ró w , k tórych określony typ d om in uje w poszczególnych org an ach . G lut-4 w ydaje się fo rm ą najbardziej p o d a tn ą na d ziałan ie T C D D . T ra n sp o rte r ten występuje właśnie w tkance tłuszczowej. P o n ad to stw ierdzono, iż w iększe je st oddziaływ anie T C D D n a tra n sp o rt glukozy w obecności insuliny, niż podczas jej b ra k u [20, 21, 37]. D ioksyny zab u rzając g o sp o d ark ę c u k ro w ą organizm u m o g ą d o prow adzić d o p o w stan ia cukrzycy, co wiąże się z odpow iednim w ysokim poziom em glukozy we krw i. P o tw ierd zają to b a d a n ia p rzeprow adzone na w eteranach w ojennych biorących udział w akcji „A g en t O ra n g e” [31].

Lipidy

Ja k ju ż w spom niano, T C D D wywołuje gw ałtow ny sp ad e k m asy ciała, co je st w głów nej m ierze re zu ltatem u tra ty tłuszczów . Z w iązki te są prefero w an e ja k o surow ce energetyczne w okresie po ekspozycji n a T C D D . N astępnym obserw ow anym zjawiskiem jest hipertriglicerydem ia, k tó rą stw ier­ d zo n o zarów no in vivo, ja k i in vitro [37], N ależy tu taj jeszcze w spom nieć o obniżeniu aktyw ności kluczow ego enzym u w syntezie kw asów tłuszczowych, k arb o k sy la zy acety lo -C o A (E .C .6 .4 .I.2 .), o ok. 6 5 % , i inhibicji lipazy lipoproteinow ej [44],

Białka

M etab o lizm białkow y w ydaje się być m niej n a ra ż o n y n a d ziała n ie T C D D w p o ró w n a n iu z tłuszczam i i w ęglow odanam i. Z a n o to w a n o sta ty s­ tyczne zm iany (przeważał wzrost), odnoszące się do n ag ro m ad zan ia w plazm ie różnych am inokw asów [15, 53], Sugeruje się także, iż w zrost ilości w olnego try p lo fan u w plazm ie, w zrost poziom u serotoniny w m ó zgu, ja k rów nież sp adek wolnej album iny w plazm ie po ekspozycji n a T C D D w iążą się ściśle z m echanizm em d ziałania dioksyn [73].

Z M IA N Y B IO C H E M IC Z N E W B Ł O N A C H K O M Ó R K O W Y C H

T C D D w yw ołuje liczne zm iany w b ło n ach k o m ó re k w ą tro b o w y ch . P ow oduje zw iększenie ich przepuszczalności, zab u rza tra n s p o rt i funkcje

Toksyczne działanie dioksyn 221

enzymatyczne. Wywołuje również pewne zmiany fizykochemiczne, ja k obniżenie płynności błon m ikro so m aln y ch , m ito ch o n d rialn y ch i p lazm atycznych [17, 33]. T e efekty w ydają się być zw iązane z uszkodzeniem oksydacyjnym , k tó re - ja k się su g eru je - p rz y czy n ia się d o w pływ u w a p n ia d o k o m ó rk i. P roblem em jest tu taj stw ierdzenie, czy efekty te są pierw otne, czy w tórne

[4, 6 9],

T C D D a białka integralne błon kom órkowych

D ziałając dioksyną n a błony hepatocytarne zwierząt stw ierdzono obniżenie zdolności d o łączenia egzogennych lipoprotein o niskiej gęstości. T łu m aczo n o ten efekt obniżeniem aktyw ności ich receptorów [11], T C D D za ap lik o w an a in vivo wywołuje głęboki w zrost aktyw ności kinaz w b ło nach plazm atycznych hepatocytów . A ktyw acja k in az obejm uje kinazę C i p o d o b n e kin azy ty ro - zynow e [ 1 0 , 4 5 ].

Peroksydacja lipidów

W iele p rz ep ro w a d zo n y ch b a d a ń p o tw ierd z a nasilenie tego p ro cesu , chociaż nie w szystkie jego w skaźniki przybierają identyczne w artości. N a j­ w yraźniej peroksydacje lipidów obserw uje się w w ątro b ie, chociaż w ystępuje rów nież w innych o rganach, tj. sercu, ją d ra c h , grasicy, m ó zgu , n ad nerczach i n erk ach o raz w surow icy [6, 9 , 2 7 , 4 1 ].

Peroksydacje lipidów m ikrosom alnych w ątroby wywołuje n ajp raw d o p o d o b ­ niej n ad tlen ek w o d o ru , chociaż w superoksydacji m o g ą być zaan g ażo w an e rów nież ro d n ik hydroksylow y i tlen singletow y [3],

O d k ry to , że p eroksydacja lipidów in d u k o w an a przez TC D D jest zależna o d żelaza. Z m iany w w ew nątrzkom órkow ej dystrybucji żelaza, ja k rów nież innych k atio n ó w , tak ich jak: m iedź, m agnez i w apń są zgodne i p ra w ­ d o p o d o b n ie p rzyczyniają się d o tego p ro cesu [ 1 9 , 6 9 , 7 5 —7 7 ] , T C D D wyw ołuje peroksydację lipidów także przez inhibicję najw ażniejszego enzym u ochronnego, a m ianowicie (E.C. 1 .1 1 .1 .9 .) peroksydazy glutationow ej. D ioksyna w pew nym stopniu m oże także obniżać aktyw ność dysm utazy ponadtlenkow ej (E .C 1 . 1 5 . 1 . 1 . ) [52].

R E C E P T O R Y W Ę G L O W O D O R Ó W A R O M A T Y C Z N Y C H

R ece p to ry te nazyw a się rów nież re cep to ra m i d io k sy n . T C D D , ja k uprzednio w spom niano, jest najefektyw niejszym syntetycznym ligandem d la A h R . Z tym receptorem m o g ą łączyć się rów nież i inne w ęglow odory aro m atyczn e, chociaż w ykazują m niejsze pow inow actw o, należą do nich m . in.: w ielocykliczne w ęglow odory arom atyczne, heterocykliczne am iny aro m atyczn e, roślinne flaw onoidy, indolo karbazole, P C B s (po lichlorofenole), P C D F s [64], R eceptor ten jest białkiem cytoplazm atycznym , chociaż nie wyklucza się możliwości występowania wolnych A hR w jądrze [1]. Przypuszcza się, że A h R należy do grupy czynników tran skry pcy jnych z ch a rak tery sty c z­ nym N -term inalnym m otyw em . Efekty w yw ołane za pośrednictw em A h R o k reśla się m ianem efektów dioksyno p o d o b n y ch . Przyjm uje się, że system w zm acniacz - receptor A h R reguluje liczne geny. Najlepiej u d o k u m en to w an a jest in d u k cja ekspresji genu C Y P1A 1, kodującego cy to chro m P-450 o raz zależnych od niego enzym ów [2, 49, 50, 72]. Ilość całk ow ita w olnego A h R w kom órce sp ad a ze w zrostem daw ki (1-1000 pm ola), ja k i z czasem (1 -24 godz.) d ziałan ia T C D D . K orelu je to z. rów noczesnym w zrostem ilości b iałka P450 1A1 [56]. P oza tym m o żn a jeszcze nadm ienić o indukcji innych enzym ów zależnych od powyższego systemu reakcji, tj. gliceroaldehydo-3-fosfo- -d e h y d ro g en azy [38] czy U D P -g lu k u ro n o z y lo tra n sfe ra z y [36]. W iad o m o rów nież, że dioksyny p o d o b n ie ja k tlen („ h ip o k sja” ) reg ulu ją ekspresję

genów (np. kodujących białka odpow iedzialne za tra n sp o rt glukozy i różnych glikolitycznych enzym ów ) w k o m ó rk ac h w ątro b y m yszy [25, 79].

R eceptor A hR w form ie nieaktyw nej m a postać stabilnego h etero d im eru ze stab iln ą term icznie p ro tein ą MSP 90 (być m oże kom pleks zaw iera jeszcze inne białka). K om pleks A hR /H S P 9 0 pośredniczy w połączeniu z d iok syn ą, n astępnie H S P 90 jest uw alniany, a A h R z d io ksy ną przem ieszcza się d o w nętrza ją d ra . Po przem ieszczeniu d o ją d ra tw orzy się heterodim er pom iędzy A h R receptorow ym a A R N T jądrow ym przenośnikiem , k tó ry aktyw uje ekspresję genów X R E (CYP4501A1). N astępnie A h R łączy się z pow ierzchnią boczną D N A od końca 5’ genu C Y P1A 1. O bszary te odczytyw ane są w przeciw nym kieru n k u do m iejsca rozpoczęcia transk ry pcji genu C Y P1A 1 i k o d u ją w zm acniacze transkrypcyjn e reakcji n a dioksyny. W zm acniacze są w aru n k o w o n iedostępne d la białek łączących się z D N A podczas b ra k u aktyw acji. R eceptor w połączeniu z ligandem wiąże się z w nętrzem głównej bruzdy i p ozostaje w ko n tak cie z rdzeniem rozpoznanej sekwencji. Sugeruje się udział białek kinazo-zależnych, a tym sam ym i fosforylację, w tych procesach, ale jest to jeszcze kw estionow ane. P o n a d to za k ła d a się istnienie nietrw ałych białkow ych inhibitorów , k tó re m o d u lu ją d ziałanie T C D D .

W p o d o b n y sposób regulow ane są geny (H R E ), k o d u jące enzym y (np. enzym y glikolityczne) w odpow iedzi n a niski poziom tlenu („ h ip o k sja ” ). T utaj receptor transkrypcyjny (IlIF -1) jest stym ulow any przez tlen, a kom pleks H IF - la /A R N T w ją d rz e d o d a tk o w o w spom ag any je s t przez czynniki A T F -1 i C R E B -1.

Z pow o d u b ra k u d anych odnośnie d o toksyczności (szczególnie d any ch określających działanie odległe trucizn), stopień pow inow actw a d o A h R służy ja k o środek zastępczy do określania toksyczności in vitro p o śró d zw iązków d io ksy nopodobnych. U zyskane d ane w ykorzystuje się d o w n io s­ k o w a n ia odnośnie do stru k tu ry m iejsca w iązania się d ioksyn z A h R [53, 60].

P R Z Y C Z Y N A Ś M IE R C I

Ja k do ty ch czas nie m o ż n a jed n o zn a czn ie określić przyczyn śm ierci wyw ołanej przez T C D D . O bserw ow any „niszczący sy n d ro m ” , p ow odujący zgon, w ydaje się być tzw. czynnikiem energetycznym . O bjaw ten p ow od uje bow iem w yczerpyw anie się zasobów energetycznych o rg an izm u, a w szcze­ gólności tłuszczu.

Przejściowe zm iany w funkcjonow aniu serca również w skazują n a obecność krytycznego czynnika, choć w tym w ypadku odkrycia nie są zbyt spójne. Przyczynę tych zm ian up atru je się raczej w zaburzeniu m etab o lizm u w ap nia [13].

K o lejn ą z pro p o n o w an y ch przyczyn śmierci jest w strząs end oto ksy czn y [59], w yw ołany przez dioksynę. W tych rozw ażaniach bierze się rów nież pod uw agę peroksydację lipidów ja k o czynnik krytyczny. Z asto so w an e tu taj an ty p ero k sy d an ty zm niejszały śm iertelność i/lub przedłużały życie bad an y m zwierzętom . Czasam i w takich w ypadkach nie w ystępow ał objaw „niszczącego sy n d ro m u ” [29]. Isto tn y m d o o d n o to w an ia jest też fak t, że o dn alezione zm iany patologiczne w organach i tkankach zwykle nie umożliwiają znalezienia przyczyny wysokiej śm iertelności. W yjątek m o g ą stanow ić zd arzające się groźne m artw ice w ątroby, obserw ow ane np. u królików .

P odsum ow ując m o żn a powiedzieć, że stw ierdzone zm iany patologiczne są często nieadekw atne do skali śm iertelności.

L IT E R A T U R A

[1] A b o t t B. D , P e r d e w G. H , B i r n b a u m L. S. (1994), T oxicol. A ppl. P h a r m a c o l,

126, 16-25.

[2] A h l b o r g U. G. , L i p w o r t h L , E r n s t o f f L. T , H s i e h C .- C , H a n b e rg A , B a r o n J , T r i c h o p o u l o s D , A d a m i H .-O . (1995), C ritical R ev. T o x ic o l, 25 (6), 4 63-531. [3] A l - T u r k W. A , S h a r a M. A , M o h a m m a d p o u r H , S t o h s S. J. (1988), D ru g . C hem . T o x ic o l, 11, 55-70. [4] A l s h a r i f N. Z , G r a n d j e a n C. J , M u r r a y W. J , S t o h s S. J. (1990), X en o b io tica, 20, 979-988. [5] A l s h a r i f N. Z , S c h l u e t e r W. J , S t o h s J. (1994), A rch . E n v iro n . C o n tam . T o x ic o l, 26, 392-397. [6] B a g c h i D , S h a r a M. A , B a g e h i M , H a s s o u n E. A , S t o h s S. J. (1993), T oxicol. A ppl. P h a rm a c o l, 123, 8 3 -8 8 , 1993. [7] B a n k s Y. B , B r e w s t e r D. W , B r i n b a u m L. S. (1990), F u n d a m . A p p l. T o x ic o l, 15, 163-173. [8] B e s t e r v e l t L. L , P i p e r D. W , P i t t J. A , P i p e r W . N . (1994), T o x ico l. L e t t , 70, 139-145. [9] B o m b i c k D. W , M a t s u m u r a F . (1987), Life S e i, 41, 429-436. [10] B o m b i c k D. W , M a t s u m u r a F , M a d h u k a r B. V. (1984), B iochem . B iophys. Res. C o m m u n , 118, 548-554.

[11] B r i n b a u m L. S. (1995), E n v iro n m e n ta l H e alth Perspectives, 103 (Suppl. 7), 89-94. [12] C a n g a L , P a r d i L , B l a n c k T. J. J , S i l v e r R. B , R i f k i n g A . B. (1993), M ol. P h a rm a c o l, 44, 1142-1151. [13] C h o i E. J , T o s c a n o D . G . (1991), J. Biol. C h e m , 266, 9591-9597. [14] C h r i s t i a n B. J , M e n a h a n L. A , P e t e r s o n R . E. (1986), T oxicol. A p p l. P h a rm a c o l, 83, 360-378. [15] C o u t u r e L. A , H a r r i s M. W , B r i n b a u m L. S. (1990), F u n d a m . A ppl. T o x ic o l, 15, 142-150. [16] D a v i d s o n M. D , F u j i m o t o J. M . (1987), T oxicol. A p p l. P h a r m a c o l, 87, 57-66. [17] D e S t e f a n o F . (1995), Q u e stio n s an d A nsw ers, 273, N r 19, 1494. [18] E l s e n h a n s B , F o r t h W , R i c h t e r E . (1991), A rch . T o x ic o l, 65, 4 2 9 -4 3 2 . [19] E n a n E „ L i u P. C. C „ M a t s u m u r a F . (1992a), J. Biol. C h e m , 267, 19785-19791.

[20] E n a n E ., L i u P. C. C ., M a t s u m u r a F. (1992b), J. E nviron. Sei. H ealth B., 27, 495-510. [21] F a n F ., W i e r d a D. , R o z m a n K. K. (1996), T o xicology, 106, 221-228.

[22] F l e s c h - J a n y s D. , B e c h e r M. , G u m P., J u n g 1)., K o n i e t z k o , M a n t z A., P a p k e O. (1996), J. T oxicol. E n v iro n . H e alth , 47, 363-378.

[23] G a i d o K. W. , M a n e s S. C. (1995), T oxicol. A p p . P h arm ac o l., 133, 34-42.

[24] G a s s m a n n M. , K v i c t i k o v a I., R o l f s A. , W e n g e r R. H. (1997), K id n ey In te rn a t., 51, 567-574.

[25] G l i t z E., B u f f K . (1996), B iochim . B iophys. A c ta, 1291, 3 5-39.

[26] G o e l M. R. , S h a r a M. A. , S t o h s S. J. (1988), Bull. E n v iro n . C o n tam . T o x ico l., 4, 255-262. [27] G o r s k i J. R. , W e b e r L. W. D. , R o z m a n K. (1990), A rch . T o x ico l., 64, 66-71. [28] H a s s a n M. Q. , M o h a m m a d p o u r H. , H e r m a n s k y S. J., M u r r a y W. J., S t o h s S. J. (1987), G en . P h arm aco l., 18, 547-550. [29] H e n d r i k s A. J., W e v e r H. , O l i e K. , v a n d e G u c h t e K. , L i e m A. K. D. , v a n O o s t e r o m R. A. A. , v a n Z o r g e J. (1996), A rch. E n v iro n . C o n ta m . T o x ico l., 31, 236-270. [30] H e n r i k s e n G. L. , K e t c h u m N. S., M i c h a l e k J. E., S w a b y J. A. (1997), E p idem iology, 8, N r 3, 252-258. [31] H u u s k o n e n H. , U n k i l a M. , P o h j a n v i r t a R. , T u o m i s t o J. (1994), T o xicol. A p p l. P h a rm ac o l., 124, 174-180. [32] J o n e s G . (1975), J. P ath o l., 116, 101-105. [33] K e d d e r i s L. B., D i l i b e r t o J. J., L i n k o P., G o l d s t e i n J. A. , B i r n b a u m L. S. (1991), T oxicol. A ppl. P h a rm ac o l., I l l , 163-172. [34] K o g e v i n a s M. , B e c h e r H. , B e n n T., B e r t a z z i P. A. , B o f f e t t a P. , B u e n o - d e - - M e s q u i t a H. B., C o g g o n D. , C o l i n D. , F l e s c h - J a n y s D. , F i n g e r h u t M. , G r e e n L., K a u p p i n e n T. , L i t t o r i n M. , L y n g e E. , M a t h e w s J. D. , N e u b e r ­ g e r M. , P e a r c e N. , S a r a c c i R. (1997), A m er. J. E pidem iology, 145, 1061-1075. [35] M u n z e l P. A. , B o o k j a n s G. , M e h n e r G. , L e h m k ö s t e r S., B o c k K . W .

(1996), A rch . B iochem . B iophys. 335, N o 1, 205-210. [36] M a t s u m u r a F. (1995), A m . J. C lin. N u tr., 61, 695-701.

[37] M c N u l t y S. E., T o s c a n o W. A. (1995), B iochem . B iophys. Res. C om m ., 212, N o . 1, 165-171. [38] M e h a r g A. A., O s b o r n D . (1995), N a tu re, 375, 353-354. [39] M o c a r e l l i P., B r a m b i l l a P., G e r t h o u x P. M. , P a t t e r s o n D. G. , N e e d h a m L. L. (1996), L an cet, 348, N r. 9024, 409. [40] M o h a m m a d o p o u r H ., M u r r a y W. J., S t o h s S. J. (1988), A rch . E n v iro n . C o n tam . T oxicol., 17, 645-650. [41] M o o s A. B., K e r k v l i e t N. I. (1995), T oxicol. L ett., 81, 175-181. [42] N a g a o T ., Y a m a s h i t a K. , G o l o r G. , B i t t m a n n H. , K ö r n e r W. , H a g e n - m a i e r H . , N e u b e r t D . (1996), Life Sei., 58, 325-336. [43] N e v i l l e M. C ., W a l sh C. T . (1995), A m . J. Clin. N u tr., 61, 687-694. [44] N e w s t e d J. L., G i e s y J. P. (1993), T oxicol. A ppl. P h a rm ac o l., 118, 119-130. [45] O l s o n J. R. , M c G a r r i g l e B. P. (1992), C hem osphere, 25, 71-74. [46] O l s o n J. R ., G a s i e w i c z T . A., N e a l R . A. (1980), T oxicol. A p p l. P h a rm ac o l., 56, 78-85.

[47] O t t M . G ., Z o b e r A . (1996), O ccu p a tio n a l an d E n v iro n m en ta l M ed ., 53, 606-612. [48] O u r l i n J. C. , V i l a r e m M .-J., D a u j a t M. , H e r r i c a n e M .-C ., D o m e r g u e J.,

J o y e u x H. , B a u l i e u x J. (1997), A n aly l. B iochem ., 247, 34-44.

[49] P a r k J.-Y . K ., S h i g e n a g a M. K. , A m e s B. N . (1996), B iochem istry, 93, 2322-2327. [50] P i p e r W. N. , R o s e J. Q. , G e h r i n g P. J. (1970), E nviron. H ealth . Perspect., 5, 241-244.

[51] P o h j a n v i r t a R. , T u o m i s t o J. (1990), F o o d C hem . T oxicol., 28, 677-686. [52] P o h j a n v i r t a R. , T u o m i s t o J. (1994), P h arm aco l. R ev., 4 83-532.

[53] P o i g e r H. , B u s s e r H . R. (1984), Biological M echanism s o f D io x in A ctio n ed. by A. P o l a n d a nd R. K i m b r o u g h , pp. 39-47, B am b u ry R e p o rt 18, C old S p rin g H a rb o r L a b o ra to ry , C old S pring H a rb o r, New Y ork.

[54] P o i g e r H. , S c h l a t t e r C h. (1979), N a tu re, (L o n d .) 281, 706-707. [55] P o l i e n z R. S. (1996), M ol. P h arm aco l., 49, 391-398.

[56] R e b e c k a J o h a n s e n H. , A l e x a n d e r J., R o s s l a n d O. J., P l a n t i n g S., L o - v i k M. , G a a r d e r P. I., G d y n i a W. , B j e r v e K. S., B e c h e r G . (1996), E n v iro n m . H ealth Perspectives, 104, N r 7, 756-763.

[57] R o s e J. Q. , R a m s e y J. C. , W e n t z l e r T. H. , H u m m e l R. A. , G e n r i n g P. J. (1976), T oxicol. A ppl. P h arm aco l., 36, 209-226.

[58] R o s e n t h a l G. J., L e b e t k i n E., T h i g p e n J. E. (1989), T o xicology, 56, 239-251. [59] S a n d e r s o n J. T. , B e l l w a r d G . D . (1995), T oxicol. A p p . P h a rm ac o l., 132, 131-145. [60] S a u o h a t a T. , O l s o n J. R. , N e a l R. A. (1982), B iochem . B iophys. Res. C o m m u n .,

105, 341-346.

[61] S e w a l l C. H. , L u c i e r G. W. , T r i t s c h e r A. M. , C l a r k G . C. (1993), C arcinogenesis (L o n d .), 14, 1885-1893.

[62] S i e ń c z u k W . (1994), T oksykologia, W arszaw a.

[63] S i l k w o r t h J. B„ B r o w n J. F . (1996), C lin. C hem ., 42, 8 (B), 1345-1349.

[64] S o k o ł o w s k i M . (1994), D io ksyn y. Ocena zagrożenia środow iska naturalnego oraz m eto d y ich w ykryw ania, W arszaw a.

[65] S t a h l B. U. , B e e r D. G „ W e b e r L. W . D . (1993), T o xicology, 79, 81-95.

[66] S t a h l B. U „ B e e r D. G. , W e b e r L. W. D. , L e b o f s k y M. , R o z m a n K. (1992), A rch. T ech n o l., 15 (Supp.), 151-155.

[67] S t e w a r d A. R. , M a ś l a n k a R., S t u a r d K. G. , K u m a r S., S i k k a H . C. (1996), T oxicol. A p p . P h arm ac o l., 139, 430-436.

[68] S t o h s S. J., A l s h a r i f N . Z. (1990), Biological R eactive Interm ediates IV , ed. by C. M . W i t m e r e t all., pp. 827-831, Plenum Press, N ew Y ork.

[69] T h o m a s V. M. , S p i r o T . G . (1994), Life Sei., 58, N r 4, 325-336. [70] T u l l i s K. , O l s e n H . (1992), J. B iochem . T oxicol., 7, 107-116.

[71] U n k i l a M. , P o h j a n v i r t a R. , T u o m i s t o J. (1995), In t. J. B iochem . Cell. B iol., 27, N r 5, 4 4 3-455.

[72] U n k i l a M. , P o h j a n v i r t a R. , M a c D o n a l d E., T u o m i s t o J. T. , T u o m i s t o J. (1994), T oxicol. A ppl. P h arm aco l., 128, 280-292.

[73] v a n S c h e p p i n g e n W. B., V e r h o e v e n A. J. 1. M. , M u l d e r P., A d d i n k M . J . , S m e e n k C. (1996), A rch. E n v iro n . C o n tam . T oxicol., 30, 492-502.

[74] W a h b a Z. Z., A 1- B a y a t i Z. A. F., S t o h s S. J. (1988), J. Biochem. Toxicol., 3, 121-129. [75] W a h b a Z. Z. , M u r r a y W. Y. , S t o h s S. J. (1990), Bull. E n v iro n . C o n tam . T oxicol.,

45, 436-445. [76] W a h b a Z. Z., M u r r a y W. Y. , H a s s a n M. Q. , S t o h s S. J. (1989), T ox ico lo g y , 59, 311-323. [77] W e b e r L. W. , L e b o w s k y M. , G r e i m H. , R o z m a n K . (1991), A rch . T o x ico l., 65, 119-123. [78] W e n g e r R. H. , R o l f s A. , K v i e t i k o v a 1., S p i e l m a n n P., Z i m m e r m a n n D . R. , G a s s m a n n M. (1997), E u r. J. B iochem ., 246, 155-165. W płynęło d o R edakcji F o lia b iochim ica et b iophysica 28.04.1998

K a te d ra Biofizyki S k ażeń Ś ro d o w isk a U n iw ersy tet Ł ódzki

Bożena B ukow ska, W irgiliusz D uda

T H E M O L E C U L A R E F F E C T S O F A C T IN G O F D IO X IN S

T h e dio x in s c a n reach th e en v iro n m en t, can be also accu m u lated in living o rg an ism s an d m ak e changes in n o rm al fu n c tio n o f these organism s. T h e article is a briefly review co n cern s th e tox ity effect o f d ioxins on living o rganism s p artic u la rly o n th e ir cell m em b ran e. T h is review surveys the c u rre n t sta te o f k n o w led g e co n ce rn in g the m ech an ism o f a c tio n o f 2,3 ,7 ,8 -tetrach lo ro d ib en zo -p -d io x in on the anim als.