Эндотоксины — бактериальные токсические вещества, которые представляют собой структурные компоненты определённых бактерий и высвобождаются только при лизисе (распаде) бактериальной клетки. Это отличает эндотоксины от экзотоксинов, растворимых соединений, секретируемых живой бактериальной клеткой.

Основным примером эндотоксинов является липополисахарид или липоолигосахарид. Липополисахарид грам-отрицательных бактерий настолько глубоко исследован и настолько широко применяется как эндотоксин, что часто термины эндотоксин и липополисахарид используются как синонимы.

Строение бактериальных эндотоксинов Бактериальные эндотоксины состоят из полисахаридного и липидного фрагментов. Полисахаридный фрагмент содержит О-специфическую цепь (O-антиген), включающую повторяющуюся последовательность олигосахаридных единиц на основе гликозильных остатков (до 50), а также ядро. Липид А и внутреннее ядро полисахаридной составляющей эндотоксинов частично фосфорилированы. Это приводит к тому, что в растворах с нейтральным или основным рН эндотоксины будут иметь выраженный отрицательный заряд (рКа 1,3).

Молекулярная масса мономеров различных липополисахаридов может варьировать в достаточно широких диапазонах, что объясняется вариабельностью О-специфической цепи. Известны эндотоксины с молекулярными массами от 2,5 кДа (с укороченной О-специфической цепью) до 70 кДа (с очень длинной О-специфической цепью). Большая же часть липополисахаридов имеет молекулярную массу от 10 до 20 кДа.

Мономерные липополисахариды могут образовывать супрамолекулярные структуры за счёт неполярных взаимодействий между липидными «хвостами», а также за счёт образования «сшивок» фосфатных групп бивалентными катионами. Таким образом в водных растворах эндотоксины могут агрегировать в ламелярные, кубические или инвертированные гексагональные структуры, такие как мицеллы или везикулы. Диаметр подобных структур достигает 0,1 мкм, а молекулярная масса — 1000 кДа. Бивалентные катионы, такие как Ca2+ и Mg2+, способствуют образованию супрамолекулярных структур, а детергенты, ЭДТА и белки, наоборот, смещают равновесие в сторону образования мономерных форм.

О-антиген О-специфическая цепь уникальна для каждого прокариотического штамма; она вносит существенный вклад в серологическую специфичность, вызывая иммунный ответ в организмах человека и животных.

Ядро Основными составляющими ядра являются остатки гептозы (гексапиранозы во внешней части ядра и L-глицеро-D-манногептозы во внутренней части), а также группы 2-кето-3-деоксиоктоновой кислоты.

Липид A Липидный фрагмент эндотоксинов или липид А является наименее вариабельной и наиболее консервативной частью. Липид А отвечает за эндотоксическую активность. Она проявляется в стимулировании производства и высвобождения гранулоцитами и макрофагами эндогенных медиаторов, таких как биоактивные липиды, NO, цитокины (например, интерлейкин-1). Большие концентрации таких медиаторов в организме могут привести к множеству различных патофизиологических реакций, как-то повышение температуры тела, лейкопения, тахикардия, гипотония, рассеянная внутрисосудистая коагуляция и т. д.

Эндотоксиновая агрессия

Наличие гликолипида в молекуле различных по происхождению эндотоксинов определяет общность их биологических свойств. Физиологические концентрации эндотоксина колеблются в весьма широком диапазоне (от близкой к нулю до 1,0 EU/ml) и имеют неуклонную тенденцию к увеличению с возрастом. В физиологических условиях 5—7 % циркулирующих лейкоцитов несут на своей поверхности ЛПС. Рецепторныйкомплекс CD14/TLR4/MD2, присутствующий на макрофагах и многих других клетках организма, связывает ЛПС.

Исход реакции ЛПС с клетками макроорганизма зависит от его концентрации. Умеренная активация клеток и систем при низких дозах эндотоксина с увеличением дозы переходит в гиперактивацию, которая сопровождается усиленной продукцией воспалительных цитокинов, усиленной активацией системы комплемента и факторов свёртывания крови, что может заканчиваться развитием таких грозных осложнений, как диссеминированное внутрисосудистое свёртывание (ДВС), эндотоксиновый шок и острая полиорганная недостаточность.

При избыточном поступлении в системный кровоток эндотоксина в условиях относительной недостаточности ЛПС-связывающих факторов, а также при недостаточности ЛПС выделяющих систем (в первую очередь почек) эндотоксин может проявлять свои многочисленные патогенные свойства. Факт участия избытка ЛПС в патогенезе различных заболеваний, назван «эндотоксиновой агрессией». Причины развития эндотоксиновой агрессии очень разнообразны: наиболее частая — стресс, а также любые патологические процессы, приводящие к повышению проницаемости кишечного барьера (пищевые отравления и острые кишечные инфекции, алкогольный эксцесс и дисбактериоз, непривычно жирная и острая пища, острые вирусные инфекции, шок и др.), портальная гипертензия и заболевания печени, хроническая и острая почечная недостаточность (поскольку именно почки служат основным ЛПС-выводящим органом).

Доступным и безопасным методом нормализации уровня эндотоксина в крови является энтеросорбция. Энтеросорбент в кишечнике связывает эндотоксин и снижает его поступление через энтерогематический барьер.

Другие эндотоксины Примером иных, нежели липополисахарид, эндотоксинов может служить инсектицидный дельта-токсин грам-положительной Bacillus thuringiensis. Этот токсин является белком, который синтезируется бациллой при спорообразовании и образует кристаллы в бактериальной споре. При поедании растения с такими спорами личинками насекомых протеолиз этого белка приводит к образованию специфического белкового продукта, который встраивается в мембрану эпителиальных клеток кишечника личинки и образует катионный канал, вызывая лизис клеток и смерть. Дельта-токсин безвреден для человека, так как для проявления цитотоксичности требует специфической активации.

Эндотоксинемия Наличие эндотоксинов в крови называется эндотоксинемией. При сильном иммунном ответе эндотоксинемия может привести к септическому шоку.

См. также Липополисахарид-связывающий белок Толл-подобные рецепторы

Примечания

Литература

Ссылки Эндотоксины бактериальной клетки

Категория:Токсины Категория:Медицинская микробиология