CC BY
82
УДК 616.316-008-092.18-092.6 Сл'шська А.М., Костенко В.О.
РОЛЬ ЯДЕРНОГО ФАКТОРА КВ У МЕХАН1ЗМАХ ПОРУШЕНЬ ОКИСНЮВАЛЬНИХ ПРОЦЕС1В У СЛИННИХ ЗАЛОЗАХ ЗА УМОВ В1ДТВОРЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО МЕТАБОЛ1ЧНОГО СИНДРОМУ
ВДНЗУ «Украшська медична стоматологiчна академiя», м. Полтава
У експеримент1 на 40 блих щурах досл'джено роль ядерного фактора кВ (NF-кB) у механ1змах порушень окиснювальних процес'т у тканинах пднижньощелепних слинних залоз (СЗ) при моделюванн метаболчного синдрому (МС). Показано, що введення ¡нг'б'тор'в NF-кB JSH-23 - (4-метил-^(3-фен1лпропт)бензол-1,2-д1ам1ну) та метформ1ну г/'дрохлориду - за умов в'дтворення МС знижуе сумарну активнсть No-синтаз та концентрац1ю продукт'т окиснення N0 - нтрит-йонв. При цьому JSH-23 виявляе здатнсть пдвищувати активнсть ферменту неокисного (аргназного) шляху метабол'зму L-аргiнiну - орн1'тиндекарбоксилази, що не е характерним при призначенн1 метформ1ну г/'дрохлориду. Введення щурам як JSH-23, так / метформ1ну г'дрохлориду, за умов експерименту знижуе у СЗ продукцю супероксидного анон-радикала НАДФН-залежним (м1кросомальним та N0-синтазою) / нАдН-залежним (м1тохондр1альним) електронно-транспортними ланцюгами, утворення вторинних продукт'т пероксидного окиснення лШд'т без ¡стотних зм/'н антиоксидантного потенц1алу та активност/ антиоксидантних фермент1в (супероксиддисмутази та каталази).
Ключов1 слова: метабол1чний синдром, ядерний фактор кВ, слинн залози, NO-синтаза, пероксидне окиснення л1п1д1в, антиоксидантна система.
Робота е фрагментом НДР "Кисень- та Ы0-залежш механ1зми ушкодження внутр/шн/х орган1в та Тх корекц1я ф1з1олог1чно активними речовинами" (№ держреестрацп 0108и010079).
У па^енпв з ознаками метаболiчного синдрому (МС) досить поширеними е реактивно-дистрофiчнi ураження слинних залоз (СЗ) [1]. Автори розглядають ц порушення як компонент единого патолопчного процесу, загальним патогенетичним мехаызмом якого е шсулшорезистентнють (1Р).
Нещодавно висунуто припущення, що загальною ланкою, яка об'еднуе ва компоненти МС та призводить до 1Р, лтотоксичносп, системно'! пперцитокшеми та артерiальноl ппертензи, е порушення сигналiзацil за участю ядерного фактора кВ (NF-кB) [2].
У бшьшосп кттин цей фактор знаходиться в цитоплазмi в неактивному стаж внаслщок зв'язування з шпбторними бтками класу 1кВ. У процес активацп NF-кB пщ дiею рiзноманiтних iндукторiв вщбуваеться фосфорилювання 1кВ, пюля чого вш убкв^инуеться i гiдролiзуеться проте'назним комплексом, а вiльний NF-кB транслокуеться в ядро, де зв'язуеться з вщповщними ДНК-послщовностями i впливае на транскрипцш низки генiв [14]
1снуе багато протирiч у результатах визначення участ NF-кB у розвитку патологи, пов'язаних як з вщсутнютю стандартного методу визначення активност NF-кB, так i з вiдмiнностями в штерпретацп результатiв, отриманих одним i тим самим методом. Тому найбтьш точн результати ефектiв активацп NF-кB можливо отримати шляхом застосування у експеримент методу його «виключення», наприклад, при застосуванн iнгiбiторiв активацп NF-кB. Так, шпбп~ор активацп NF-кB II - JSH-23 - порушуе процес ядерно' транслокацп цього чинника [13].
В останн роки було виявлено здатнють вщомого протидiабетичного лiкарського засобу групи похщних бiгуанiдiв - метформшу (1,1-диметилбiгуанiд гiдрохлориду) у концентрацп 100-1000 мкмоль/л пригшчувати фосфорилювання IкB-кiнази та деградацш IкBa в ендотелiальних штинах пупково' вени людини. Цей ефект пов'язують зi здатнiстю метформiну збтьшувати фосфорилювання АМФ-активовано' кiнази за участю фосфатидилшозитол-3-кшази [9,11]. Така здатнiсть метформшу ставить його в ряд препара^в - iнгiбiторiв NF-кB [3]. Так, включення метформшу в комплексну терапш хворих МС i 1ХС призводить до блокади активаци NF-кB пщ дiею ендогенних прозапальних цитокiнiв (на прикладi СD40+-мононуклеарiв периферично!' кровi) шляхом стаб^заци комплексiв NF-кB/IкB за рахунок пригшчення фосфорилювання IкB-кiнази. Цей ефект метформшу, на думку авторiв, переривае «зачароване» коло у патогенезi МС, впливаючи на його ключову ланку - активацш NF-кB.
Проте роль NF-кB та його iнгiбiторiв на метаболiзм i функци СЗ при розвитку МС не дослщжувалася. Розв'язання цього питання е важливим для розширення арсеналу засобiв попередження та лкування розладiв СЗ та шших залежних вiд Тх стану систем при дм факторiв-iнiцiаторiв розвитку МС.
Мета роботи
Вивчення ролi NF-кB у механiзмах порушень окиснювальних процеав у тканинах пiднижньощелепних СЗ щурiв за умов моделювання МС.
Матерiали та методи дослiдження
Дослщження були проведенi на 40 бтих щурах-самцях лши Вiстар масою 180-230 г у 4-х серiях
дослав: у першш необхiднi показники вивчали у штактних тварин (контрольна серiя), у другiй -пiсля моделювання МС, у третiй i четвертш - протягом вiдтворення МС щурам внутршньоочеревинно вводили вiдповiдно iнгiбiтор активацп NF-kB II - JSH-23 (4-метил-^(3-фенiлпропiл)бензол-1,2-дiамiн) виробництва «Santa Cruz Biotechnology» (ФРН) у дозi 1 мг/кг маси тварини [13], 2 рази на тиждень, та метформшу гщрохлорид виробництва «Wanbury Limited» ОнФя) у дозi 200 мг/кг маси тварини [12], через день. Тварин декаштували пщ ефiрним наркозом.
Для моделювання МС гризунам протягом двох мюя^в призначали 20% водний розчин фруктози для пиття та '"фету захщного типу" [4].
Активнють ферменту окисного шляху метаболiзму L-аргiнiну - NO-синтази - визначали за
рiзницею концентрацп нiтрит-йонiв (NO2) до та пюля шкубацп гомогенату пщнижньощелепних СЗ у середовищi, що мютить L-аргiнiн та НАДФН. Концентрацш NO2- визначали шляхом утворення дiазосполук у реакци з сульфанiловою кислотою, а по™ проводили реакцiю з а-нaфтилетилендiaмiном, у результатi якоТ утворюються похiднi червоного кольору (азобарвники) [10].
Активнють ферменту неокисного (аргшазного) шляху метaболiзму L-aргiнiну -орштиндекарбоксилази - визначали за зниженням вмюту орнiтину в iнкубaцiйному середовищi [7].
Утворення супероксидного анюн-радикала (О2) у тканинах пщнижньощелепних СЗ оцшювали при проведены тесту з штросишм тетрaзолiем з такими шдукторами: НАДН - для оцiнки продукцп
О2 мiтохондрiaльним електронно-транспортним ланцюгом (ЕТЛ); НАДФН - для оцшки продукци
О2 мiкросомaльним ЕТЛ та NO-синтазою [8]. Рiвень пероксидного окиснення лт^фв (ПОЛ) у тканинах оцшювали за утворенням у реакцп тюбарб^уровоТ кислоти (ТБК) з ТБК-активними продуктами забарвленого триметшового комплексу до i пiсля 1,5-годинноТ шкубацп у прооксидантному зaлiзоaскорбaтному буферному розчинi [б]. Стан антиоксидантноТ (АО) системи оцшювали за приростом концентрацп ТБК-активних продук^в за час ^вторагодинноТ iнкубaцiТ гомогенату тканин СЗ у зaлiзоaскорбaтному буферному розчиш, а також за активнютю АО ферментiв - супероксиддисмутази (СОД) та каталази [б].
Oтримaнi дат обробляли вaрiaцiйно-стaтистичним методом з використанням критерш Ст'юдента.
Результати дослiдження та Тх обговорення
Введення як JSH-23, так i метформiну гiдрохлориду, за умов моделювання МС (див. табл.) викликае достовiрне зменшення сумарноТ активност NO-синтаз, що вiдповiдно на 35.5% (p<0.001) та 20.2% (p<0.05) поступаеться даним другоТ сери. Цi змши, очевидно, пов'язaнi з пригнiченням при застосуванш названих зaсобiв NF-кВ-залежноТ активацп транскрипци гена шдуцибельноТ NO-синтази (iNOS) [14].
Таблиця
Вплив iHai6imopie NF-kB на показники окиснювального обмну у тканинах пднижньощелепних СЗ умов вiдтворення МС (M+m, n=40)
Показники Серп дослав
1нтактш тварини Вщтворення МС
Контроль + JSH-23 + метформш
NO-синтаза, мкмоль ЫО 2 /гхв. 4.12±0.22 8.51±0.38 * 5.49±0.28 */** 6.79±0.47 */**
ВмГст NO 2 , мкмоль/г 0.112±0.007 0.149±0.011 * 0.095±0.006 ** 0.095±0.006 **
Орштиндекарбоксилаза, нмоль/гхв. 275.4±10.2 205.3±9.8 * 245.6±13.3 ** 240.4±17.9
ПродукцГя О 2 , нмоль/гс НАДФН-залежними ЕТЛ НАДН-залежними ЕТЛ 16.13±0.77 16.80±0.33 24.00±0.42 * 25.73±0.27 * 18.53±0.57 */** 18.80±0.39 */** 19.07±0.58 */** 19.20±0.33 */**
Концентрaцiя ТБК-реaктaнтiв, мкмоль/кг 24.6±0.9 37.5±0.6 * 32.2±0.6 */** 34.1±1.2 */**
Прирют концентрацп ТБК-реaктaнтiв, мкмоль/кг 8.1±0.6 12.0±0.8 * 9.6±0.8 9.1±1.8
СОД, од. акт. 0.24±0.02 0.15±0.02* 19.0±0.04 0.18±0.04
Каталаза, мккатал/кг 2.79±0.21 1.80±0.16 * 1.87±0.25 * 1.67±0.27 *
Примiтка: * - р<0,05 у порiвняннi з даними iнтактних щурв, ** - р<0,05 у порiвняннi з даними другоТсерТ
Концентра^я штрит-йошв поступаеться результатам другоТ серп при застосуванш як JSH-23, так i метформшу гщрохлориду, - на 36.2% (р<0.01).
При введены JSH-23 за умов експерименту в тканинах СЗ пщвищуеться активнють орштиндекарбоксилази - на 19.6% (р<0.05) у порiвняннi з даними другоТ серп. У той же час призначення метформшу гщрохлориду не призводить до достовiрних змш активносп цього ферменту.
Актива^я NF-кB може неоднозначно позначатися на рiвнi О 2 у тканинах. Це пов'язано з тим, що з одного боку, пщ впливом низки фiзичних i хiмiчних чинниш (радiацiТ, ультрафюлетового
опромшення, пщвищеного атмосферного тиску, окиснювального стресу, присутност форболових ефiрiв тощо), а також шфекцшних aгентiв i сигнальних молекул (гормошв, цитокГнГв, ростових фaкторiв, цАМФ тощо) NF-kB впливае на гени, як зaдiянi як в експресп бiомолекул, здатних до
продукци О 2 або стимулюють цей процес (iNOS, штерлейкшГв-1р, -6, -12, -18, фaкторiв некрозу
пухлин-а, -р), так i таких, що обмежують кГлькГсть О2 у реакцшному середовищi (СОД,
церулоплaзмiн) [5,15,16]. Таким чином, вплив активацп NF-kB на генерацш рГвнГ О 2 за умов патологи прогнозувати досить складно.
Застосування JSH-23 i метформшу гщрохлориду за цих умов ютотно знижуе вироблення О 2 НАДФН -залежними ЕТЛ - вщповщно на 22.8% (p<0.001) та 20.5% (p<0.001), НАДН-залежним (мiтохондрiaльним) ЕТЛ - на 26.9% (p<0.001) та 25.4% (p<0.001) у порГвняннГ з даними другоТ серп.
Введення JSH-23 i метформiну гщрохлориду за умов моделювання МС знижуе концентрацш ТБК-активних сполук - вщповщно на 14.1% (p<0.001) та 9.1% (p<0.05) у порГвняннГ з результатом другоТ сери. Це свщчить про те, що штенсивнють ПОЛ у тканинах пщнижньощелепних СЗ за умов МС залежить вщ функцюнальноТ активност NF-kB.
Нещодавно було показано, що альдегщи, що утворюються у процес ПОЛ (4-гщрокси-транс-2-ноненаль, акролеТн та головний компонент ТБК-активних сполук - малоновий дГальдегщ), здатш регулювати redox-чутливГ фактори транскрипцп - NF-kB i AP-1 - через вГдповГднГ протеТнкшазш каскади [17]. Таким чином, у цьому випадку ми спостерГгаемо формування у патогенезГ вГльнорадикального ушкодження тканин своерщного «зачарованого» кола.
Проте вщсутнють достовГрних змГн величин приросту концентрацп ТБК-активних сполук за час шкубацп у прооксидантному буферному розчиш при призначенш шпбп~орГв активацп NF-kB свщчить про вщсутнють NF-KB-залежних зрушень АО потенцГалу. Цей факт також пщтверджуе вГдсутнГсть достовГрних змГн величин активност АО ферментГв - СОД i каталази - у тканинах пщнижньощелепних СЗ за умов моделювання МС та застосуванш JSH-23 та метформшу гщрохлориду.
Висновки
1. Введення як шпбГтора ядерноТ транслокаци NF-kB JSH-23, так i метформшу гщрохлориду за умов вщтворення МС знижуе сумарну активнють NO-синтаз та концентрацш продуклв окиснення NO - штрит-йошв. За цих умов JSH-23 виявляе здатнють пщвищувати активнють ферменту аргшазного шляху метаболГзму L-аргшшу - орштиндекарбоксилази, що не е характерним при призначенш метформшу гщрохлориду.
2. Введення бтим щурам як шпбп~ора ядерноТ транслокаци NF-kB JSH-23, так i метформшу гщрохлориду за умов вщтворення МС знижуе у тканинах пщнижньощелепних СЗ продукцш супероксидного анюн-радикала НАДФН-залежним (мГкросомальним та NO-синтазою) i НАДН-залежним (мГтохондрГальним) електронно-транспортними ланцюгами;
3. Введення бтим щурам як шпбГтора ядерноТ транслокаци NF-kB JSH-23, так i метформшу гщрохлориду, за умов вщтворення МС знижуе у тканинах пщнижньощелепних СЗ утворення вторинних продуктГв пероксидного окиснення лтГфв (ТБК-активних сполук) без ютотних змш антиоксидантного потенцГалу та активносп антиоксидантних ферментГв (СОД i каталази).
Лтература
1. Афанасьев В.В. Реактивно-дистрофические процессы слюнных желез (сиалоаденозы), протекающие на фоне метаболического синдрома / В.В. Афанасьев, Р.И. Стрюк, С.Э. Арутюнян [и др.] // Стоматология. - 2011. - Т. 90, № 4. - С. 49-53.
2. Кайдашев 1.П. АктивацГя NF-kB при метаболГчному синдромГ / 1.П. Кайдашев // ФГзюл. журн. - 2012. - Т. 58, № 1. - С. 93-101.
3. Лавренко А.В. Влияние метформина на продукцию провоспалительных цитокинов и инсулинорезистентность (NF-kB-сигнальный путь) / А.В. Лавренко, Н.Л. Куценко, Л.А. Куценко [и др.] // Пробл. эндокринол. - 2012. - № 2. - С. 25-28.
4. Ляшенко Л.1. Роль NO-синтаз у мехашзмах порушень втьнорадикальних процеЫв у тканинах пародонта i слинних залоз щурГв за умов експериментального метаболГчного синдрому / Л.1. Ляшенко, А.М. блшська, В.В. Талаш [та ш.] // Свп" бюл. та мед. - 2014. - № 2. - С. 139-142.
5. Маянский А.Н. Нуклеарный фактор-KB и воспаление / А.Н. Маянский, Н.А. Маянский, М.И. Заславская // Цитокины и воспаление. -2007. - Т. 6. - № 2. - С. 3-9.
6. Методи клшГчних та експериментальних дослщжень в медицин / [Л.В. Беркало, О.В. Бобович, Н.О. Боброва та ш.] ; За ред. 1.П. Кайдашева. - Полтава, 2003. - 320 с.
7. Храмов В.А. Простой метод определения активности орнитиндекарбоксилазы в смешанной слюне человека / В.А. Храмов. // Клин. лаб. диагностика. - 1997. - № 4. - С. 14-15.
8. Цебржинский О.И. Дифференцированное спектрофотометрическое определение продукции супероксида в тканях НСТ-тестом / О.И. Цебржинский // Актуальш проблеми сучасноТ медицини: Вюн. УкраТнськоТ мед. стоматол. академп. - 2002. - Т. 2, № 1. - C. 96-97.
9. Hattori K. Metformin inhibits cytokine-induced nuclear factor kappa B activation via AMP-activated protein kinase activation in vascular endothelial cells / K. Hattori, K. Suzuki, S. Horton [et al.] // Hypertension. - 2006. - V. 47, № 6. - P. 1183-1186.
10. Hevel J.M. Purification of the inducible murene macrophage nitric oxide synthase / J.M. Hevel // J. Biol. Chem. - 1991. - V. 266, № 34. - Р. 22789-22791.
11. Huang Y.L. Metformin inhibits TNF-alpha-induced I kappa B kinase phosphorylation, I kappa B alpha degradation and IL-6 production in endothelial cells through PI3-dependent AMPK phosphorylation / Y.L. Huang, S.H. Chiang, C.H. Hsueh [et al.] // Int. J. Cardiol. - 2009. - V. 134, № 2. - P. 169-175.
12. Kravchuk E. The effect of metformin on the myocardial tolerance to ischemia-reperfusion injury in the rat model of diabetes mellitus type II / E. Kravchuk, E. Grineva, A. Bairamov [et al.] // Exp Diabetes Res. - 2011. - doi: 10.1155/2011/907496.
13. Kumar A. JSH-23 targets nuclear factor-kappa B and reverses various deficits in experimental diabetic neuropathy: effect on neuroinflammation and antioxidant defence / A. Kumar, G. Negi, S.S. Sharma // Diabetes Obes. Metab. - 2011. - V. 13, № 8. - P. 750-758.
14. Napetschnig J. Molecular basis of NF-kB signaling / J. Napetschnig, H. Wu // Ann. Rev. Biophys. - 2013. - V. 42. - P. 443-468.
15. Persichini T. Interleukin-1|3 induces ceruloplasmin and ferroportin-1 gene expression via MAP kinases and C/EBPp, AP-1, and NF-kB activation / T. Persichini, N. Maio, M.C. di Patti [et al.] // Neurosci Lett. - 2010. - V. 484, № 2. - P. 133-138.
16. Siomek A. NF-kB signaling pathway and free radical impact / A. Siomek // Acta Biochim. Pol. - 2012. - V. 59, № 3. - P. 323-331.
17. Yadav U.C. Regulation of NF-KB-induced inflammatory signaling by lipid peroxidation-derived aldehydes / U.C. Yadav, K.V. Ramana // Oxid. Med. Cel.l Longev. - 2013. - V. 2013. - doi: 10.1155/2013/690545.
Реферат
РОЛЬ ЯДЕРНОГО ФАКТОРА kB В МЕХАНИЗМАХ НАРУШЕНИЙ ОКИСЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В СЛЮННЫХ ЖЕЛЕЗАХ ПРИ ВОСПРОИЗВЕДЕНИИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО МЕТАБОЛИЧЕСКОГО СИНДРОМА Елинская А.Н., Костенко В.А.
Ключевые слова: метаболический синдром, ядерный фактор kB, слюнные железы, NO-синтаза, пероксидное окисление липидов, антиоксидантная система
В эксперименте на 40 белых крысах исследована роль ядерного фактора kB (NF-kB) в механизмах нарушений окислительных процессов в тканях поднижнечелюстных слюнных желез (СЖ) при моделировании метаболического синдрома (МС). Показано, что введение ингибиторов NF-kB - JSH-23 ^-метил-N- (3-фенилпропил) бензол-1,2-диамина) и метформина гидрохлорида -в условиях воспроизведения Мс снижает суммарную активность NO-синтаз и концентрацию продуктов окисления NO - нитрит-ионов. При этом JSH-23 проявляет способность повышать активность фермента неокислительного (аргиназного) пути метаболизма L-аргинина -орнитиндекарбоксилазы, что не характерно при назначении метформина гидрохлорида. Введение крысам как JSH-23, так и метформина гидрохлорида в условиях эксперимента снижает в СЖ продукцию супероксидного анион-радикала НАДФН-зависимой (микросомальной и NO-синтазой) и НАДН-зависимой (митохондриальным) электронно-транспортными цепями, образование вторичных продуктов пероксидного окисления липидов без существенных изменений антиоксидантного потенциала и активности антиоксидантных ферментов (супероксиддисмутазы и каталазы).
Summary
ROLE OF NUCLEAR FACTOR KB IN MECHANISMS OF OXIDATION DISTURBANCES IN SALIVARY GLANDS UNDER MODELED METABOLIC SYNDROME Yelinska A.M., Kostenko V.O.
Key words: metabolic syndrome, nuclear factor kB, salivary glands, NO-synthase, lipid peroxidation, antioxidant system.
The role of nuclear factor kB (NF-kB) in the mechanisms impairing oxidative processes in the tissues of submandibular salivary glands (SSG) under modeled metabolic syndrome (MS) was investigated on 40 white rats. We have found out that administration of NF-kB inhibitors - JSH-23 (4-methyl-N-(3-phenylpropyl)benzene-1,2-diamine) and metformin hydrochloride - under MS reduces total NO-synthase activity and concentration of by-pass products of NO oxidation as nitrite ions. At the same time JSH-23 shows the ability to increase the activity of ornithine decarboxylase, an enzyme of non-oxidative (arginase) pathway of L-arginine metabolism, that is not typical for metformin hydrochloride. JSH-23 and metformin hydrochloride administration reduces production of superoxide anion radical by NADPH-dependent (microsomal and NOS) and NADH-dependent (mitochondrial) electron transport chains, limits the lipid peroxidation secondary products formation without significant changes in antioxidant capacity and the antioxidant enzymes activity (superoxide dismutase and catalase).
