ما هي السمية الخلوية

يسبب السم الخلوي إفراز مواد سامة خارجية يمكن أن تؤذي الخلايا، وتسبب الوفاة واختلالا في وظائف الأعضاء. وتعتمد تأثير المواد السامة على الجرعة والنوعية، وتشمل المواد السامة الخلوية العوامل الكيميائية والبيئة الملوثة ومستخلصات النباتات الطبيعية والأدوية. وقد تم دراسة آلية السمية الخلوية لعدة عقود وما زالت تثير الاهتمام حتى اليوم.

كيف تحدث السمية الخلوية

تشارك آلية السمية الخلوية على نطاق واسع. تم إثبات أن المواد السامة قد تحتوي على زيادة في إنتاج أول أكسيد النيتروجين وأنواع من الأكسجين التفاعلية وعمليات الأكسدة التالية. وقد وصفت المستويات المرتفعة من أول أكسيد النيتروجين وأنواع الأكسجين التفاعلية والأكسدة باعتبارها السبب الأساسي لتسمم الخلايا أو اضطراب وظيفة الأعضاء. بالإضافة إلى ذلك، يمكن ملاحظة خلل الميتوكوندريا نتيجة لعملية الأكسدة، وخاصة في سمية الخلايا العصبية. يمكن أيضا أن تحفز عوامل السمية وتفعل المكونات التي قد تتسبب في تدمير الحمض النووي، مما يؤدي إلى موت الخلية وسميها.

الجزيئات النانوية التأكسدية التي تحرض سمية الخلايا تم إظهارها بشكل تدريجي وجذبت الاهتمام بتطبيقها الواسع في الطب. الجزيئات النانوية هي جزيئات بين 1 إلى 100 نانو متر في الحجم ويمكن ان يتم امتصاصها من قبل الخلايا البشرية ويمكن أن تزيد التعرض العام وتؤدي إلى مخاطر غير عادية على صحة الإنسان. الجزيئات النانوية التأكسدية في خلايا الإنسان يمكن أن تسبب سلسلة من التغيرات الفيزيولوجية، وهذا يؤدي في النهاية إلى سمية الخلايا. بعض الدراسات أظهرت أن التعرض لهذه الجزيئات المحرضة لسمية الخلايا يتضمن الالتهاب.

يمكن أن تساعد المواد السامة للخلايا وآلية السمية على تخفيف الاختلال الوظيفي للخلية وحمايتها.

الإفراط في إنتاج أول أكسيد النيتروجين

يلعب أول أكسيد النتروجين دورا هاما في وظيفة الخلايا، سواء للحماية أو للضرر، ولكن لا يوجد تنظيم يلعب دورا هاما في وظيفة الخلايا، وخاصة في الخلايا البطانية. يمكن لأول أكسيد النيتروجين أن ينظم الأوعية الدموية الطبيعية، وأي خلل في هذا النظام يمكن أن يسبب حالة تكاثرية. ومع ذلك، يمكن أن يتسبب الإفراط في إنتاج أول أكسيد النتروجين في خلل وظيفي في الخلية أو حتى سمية الخلايا.

تم وصف مستوى عال من أول أكسيد النتروجين وزيادة الأكسدة ذات الصلة كآلية أساسية للسمية الشديدة على مستوى الخلايا. على سبيل المثال، يسبب الدوكسوروبيسين ضعفا في العضلات الهيكلية وسمية في القلب من خلال أول أكسيد النتروجين. إدارة الدوكسوروبيسين قد تسبب زيادة في تراكيز أول أكسيد النتروجين داخل الخلية أو بين الخلايا في العضلات الهيكلية، وهذا يؤدي إلى سمية خلوية في العضلات الهيكلية والقلب. يمكن أن يؤدي وجود تركيز عال من جزيئات كربوكسيل البوليسترين إلى تنشيط إنتاج الميلوبيروكسيداز في الخلايا المحببة وزيادة إنتاج أول أكسيد النتروجين في البالعات، مما يسبب سمية في الخلايا.

العديد من الطرق التي تتضمن إفراط في إنتاج أول أكسيد النيتروجين يمكن أن تسبب سمية الخلايا. أول أكسيد النيتروجين يمكن أن يثبط طريق NF-κB، هذا يقوي السمية العصبية المحرضة بTNF-α. أول أكسد النتروجين يمكن ان ينشط أيضا طرقp38 MAPK وp53. وهذا يزيد من كسر للطاق المضاعف من الدنا في الخلايا الدبقية الصغيرة. على أية حال ، قد يؤدي تنشيط كل من  Aktو ERK إلى تخفيف أضرار الدنا المسببة من أول أكسيد النتروجين. في مرض السكر والزهايمر تنظيم اصطناع أول أكسيد النتروجين يربط مع الطرق PPAR-γ, P38، هذه التغيرات في الإشارة يتم إيقافها عن طريق جزيئات الرنا المتداخلة الصغيرة وأيضا بمثبط أول أكسيد النيتروجين.

الأكسجين التفاعلي والأكسدة

يُعتبر الأكسجين التفاعلي المغير المحوري في عمل الجهاز المناعي والجهاز العصبي والالتهابات وتطور الأورام السرطانية، ويُعتبر ضروريًا لاستقرار وظائف الخلايا. وتحفّز العوامل السامة زيادة إنتاج الأكسجين التفاعلي والأكسدة التي يمكن أن تسبب سمية للخلية.

الباحثون أظهروا أن الأكسجين التفاعلي يرتبط بسمية الخلايا التي تحرض بالعديد من المواد السامة الخارجية. على سبيل المثال، أسيتامينوف معروف بأنه سام للكبد. الخلايا الكبدية المعالجة بالأسيتامينوفين تزداد لديها إنتاج الأكسجين التفاعلي واستنفاد الغلوتاثيون. مسببا سمية لخلايا الكبد والموت.

خماسي كلوروفينول هو مبيد حشرات يمكن أن يؤدي إلى تأثير سام على خلايا الكبد، حيث يؤدي إلى زيادة إنتاج الأكسجين التفاعلي والأكسدة. يمكن أن تعدل الكمون الأسكوربيك والكيرسيتين، وهما مضادات الأكسدة، تأثير سمية خماسي كلوروفينول. يمكن أن يتسبب التلوث المعدني مثل التعرض للألومنيوم في إنتاج الأكسجين التفاعلي داخل الخلايا وتحفيز التغيرات الاستقلابية لإنتاج الدهون في الخلايا النجمية والكبد.

تفعيل مشتقات الأكسجين التفاعلي يرتبط بالنشاط الميتوكوندري، وتحلل الأكسجين بدون هواء وتوجيه أحماض ألفا كيتو نحو دفاع مضاد للأكسدة. تؤدي هذه العملية إلى إنتاج طاقة منخفضة، وهو سبب كاف لحدوث أمراض في الدماغ والكبد. يمكن كشف السمية التي تسببها مشتقات الأكسجين التفاعلي من خلال التصوير المؤقت. أظهرت الاستشعار البلازمي في خلايا ورم الأعصاب أن الدوبامين الهيدروكسي الستة يسبب نقص الجلوكوز المتوسط بالأكسدة، مما يؤدي إلى سمية الخلايا العصبية.

الخلل المتقدري

تعتبر المتقدرات ضرورية لاستقلاب الطاقة وتلعب دورًا أساسيًا في إنتاج المركبات الحيوية، ومن بين وظائفها الأساسية: السيطرة على الأكسدة والوفاة الخلوية. وتزداد أهمية المتقدرات في الأمراض البشرية حيثتحدث تغيرات في وظيفتها وترتبط بشكل متزايد كعامل مساعد.

البروموبنزين هي مادة سامة تؤدي إلى الأذى الكبدي والكلوي من خلال الأكسدة، كما أنها يمكن أن تسبب اضطرابًا في وظيفة المتقدرة بسبب قلة نشاط الأنزيمات المتقدرية.

الفورم ألدهيد المسبب للسمية هو أيضا يسبب الأكيدة وخللا في وظيفة المتقدرة. الفورم ألدهيد يمكن أن يقلل قدرات غشاء المتقدرة، يعيق عمل الأنزيمات الميتكوندرية التنفسية كمعقد NADH ديهيدروجيناز. السيتوكروم c ويحرض الموت الخلوي من خلال caspase المسبب للموت الخلوي. بعض المواد السامة يمكن أن تسبب خللا في وظيفة المتقدرة، مؤدية إلى الموت الخلو.

ضرر في الدنا

أذى الدنا هي آلية شائعة من السمية الخلوية. المادة السامة يمكن أن تحرض مكونات تدمر الدنا والدنا غير المصلح يمكن ان يسبب موت الخلية. بالإضافة إلى ذلك، أنماط التغيير يمكن أن ينسخ ويمرر إلى الأجيال اللاحقة. السميات الخلوية يمكن ان تنظم التعبير الجيني وتغيير وظيفة الجين، وهذا يرتبط بتطور السرطان.

يمكن أن يؤدي الكاراتوكسين A إلى إضرار الحمض النووي كآلية للتسمم الخلوي. أثبتت الدراسات أن الكاراتوكسين A يزيد من وفاة الخلايا بزيادة تضاعف الحمض النووي. يزيد غاز الخردل من سمية الخلايا وحدوث السرطان عن طريق تعريض الحمض النووي للضرر. يمكن أن يؤدي غاز الخردل إلى زيادة حجم الجسيمات المركزية وعدم استقرار الصبغيات داخل الخلية، وبالتالي، يسرع من معدل الطفرات اللازمة لحدوث الورم. يمكن أن تؤدي المركبات النفثالينية إلى سمية الخلايا عن طريق إدخال الحمض النووي عبر الأخدود الرئيسي، مما يؤدي إلى تلف الحمض النووي. تؤدي تركيزات منخفضة من المركبات النفثالينية أيضا إلى تقليل إصلاح الحمض النووي.

علاوة على ذلك، يمكن للدينا أن يتفاعل مع عملية التأكسد لتحفيز السمية الخلوية. تعرض الرئة البشرية للهيدروكينون في الهواء الملوث يسبب سمية وراثية في خلايا الرئة. لاحظت تغيرات في الصبغية وتلفا للحمض النووي في الخلايا الرئوية التي تمت معالجتها بالهيدروكينون.

النتيجة

السمية الخلوية المحفزة بواسطة المواد السامة والأدوية يمكن أن تتسبب في تشوه وظيفة الأعضاء والمرض. أظهرت الدراسات أن آلية التسمم الخلوي الأساسية تنطوي على زيادة في إنتاج أول أكسيد النيتروجين، وأنواع مؤكسدة للأكسجين، واختلال في وظيفة المؤكسدة، وتلف الحمض النووي. تم ملاحظة خاصية السمية للمعادن المؤكسدة في السنوات الأخيرة. هذا يساعدنا على فهم آلية التسمم الخلوي، ولكن تتطلب وسائل منع السمية الخلوية مزيدا من البحوث للوقاية منها والمساهمة في علاج المرض.