CC BY
39© Коллектив авторов, 2021 https://doi.org/10.29296/24999490-2021-04-04
МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГИПОТИРЕОЗА: КЛАССИФИКАЦИЯ, ПРИНЦИПЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
А.М. Чаулин1, 2, Ю.В. Григорьева2, Г.Н. Суворова2, Д.В. Дупляков1, 2
1ГБУЗ «Самарский областной клинический кардиологический диспансер», Российская Федерация, 443070, Самара, ул. Аэродромная, д. 43; 2ФГБОУВО «Самарский государственный медицинский университет» Минздрава России, Российская Федерация, 443099, Самара, ул. Чапаевская, д. 89 E-mail: alekseymichailovich22976@gmail.com
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Чаулин Алексей Михайлович — аспирант, ассистент кафедры гистологии и эмбриологии, Самарский государственный медицинский университет, врач, Самарский областной клинический кардиологический диспансер. Тел.: +7(927) 770-25-87. E-mail: alekseymichailovich22976@gmail.com. ORCID: 0000-0002-2712-0227
Григорьева Юлия Владимировна — доцент кафедры гистологии и эмбриологии, Самарский государственный медицинский университет, кандидат медицинских наук, доцент. Тел: +7 (846) 333-36-84. E-mail: histology@bk.ru. ORCID: 0000-0002-72281003
Суворова Галина Николаевна — профессор кафедры гистологии и эмбриологии, Самарский государственный медицинский университет, доктор биологических наук, профессор. Тел: +7 (846) 333-36-84, E-mail: gsuvmed@yandex.ru. ORCID: 0000-00020462-1344
Дупляков Дмитрий Викторович — профессор кафедры кардиологии и сердечно-сосудистой хирургии, Самарский государственный медицинский университет, заместитель главного врача по медицинской части, Самарский областной клинический кардиологический диспансер, доктор медицинских наук, профессор. Тел: +7 (846) 373-70-67, E-mail: duplyakov@yahoo.com. ORCID: 0000-0002-6453-2976
Для разработки и доклинической оценки эффективности новых препаратов, а также изучения структурно-функциональных изменений в различных органах и тканях исследователями широко применяются методы моделирования экспериментальных патологических состояний. Гипотиреоз (гипофункция щитовидной железы — ЩЖ) входит в число широкораспространенных заболеваний, которое в той или иной степени затрагивает практически все структуры организма человека. В связи с многочисленностью разработанных к настоящему моменту времени методов моделирования гипотиреоза существует необходимость их систематизации.
Цель литературного обзора заключается в систематизации принципов моделирования гипофункции ЩЖ. В этом обзоре представлена общая классификация, рассмотрены принципы выполнения, проанализированы преимущества и недостатки следующих методов моделирования гипотиреоза: диетических, хирургических, лекарственных, иммунологических, радиоизотопных и генетических. Данные методы позволяют создавать различные специфические условия для формирования гипофункции ЩЖ. Для достижения поставленной цели исследования нами проведен анализ литературных отечественных и зарубежных источников по базам данных РИНЦ/elibrary и PubMed/Medline соответственно, опубликованных преимущественно в течение последних 20 лет.
Ключевые слова: гипотиреоз, тиреоидные гормоны, методы моделирования, йод, тиреоидэктомия, тиреостатики, радиоактивный изотоп йода, иммунодепрессанты, мутации
METHODS FOR MODELING HYPOTHYROIDISM: CLASSIFICATION AND MODELING PRINCIPLES A.M. Chaulin1'2, Yu.V. Grigorieva2, G.N. Suvorova2, D.V. Duplyakov1'2
1Samara Regional Cardiology Dispensary, Aerodromnaya str., 43, Samara, 443070, Russian Federation;
2Samara State Medical University, Chapaevskaya St., 89, Samara, 443099, Russian Federation E-mail: alekseymichailovich22976@gmail.com
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Chaulin Aleksey Mikhailovich — post-graduate student, assistant of the department of histology and embryology, Samara State Medical University, MD, doctor, Samara Regional Clinical Cardiology Dispensary. Tel.: +7(927) 770-25-87. E-mail: alekseymichailovich22976@ gmail.com. ORCID: 0000-0002-2712-0227
Grigorieva Yulia Vladimirovna — associate professor of the department of histology and embryology, Samara State Medical University, PhD, associate Professor. Tel.: +7(846) 333-36-84. E-mail: histology@bk.ru. ORCID: 0000-0002-7228-1003
Suvorova Galina Nikolaevna — PhD, professor of the department of histology and embryology, Samara State Medical University, doctor of biological sciences, Professor. Tel.: +7 (846) 333-36-84, E-mail: gsuvmed@yandex.ru. ORCID: 0000-0002-0462-1344
Duplyakov Dmitry Viktorovich — professor of the department of cardiology and cardiovascular surgery, Samara State Medical University, deputy chief medical officer, Samara Regional Clinical Cardiology Dispensary, doctor of medical sciences, Professor. Tel.: 8(846) 373-70-67, E-mail: duplyakov@yahoo.com. ORCID: 0000-0002-6453-2976
Researchers widely use methods for modeling experimental pathological conditions to develop and preclinically evaluate the effectiveness of new drugs and study structural and functional changes in various organs and tissues. Hypothyroidism (hypofunction of the thyroid gland) is one of the most widespread diseases, which affects almost all structures of the human body. Due to the large number of methods developed to date for modeling hypothyroidism, there is a need to systematize them.
The purpose of the literature review is to systematize the principles of modeling the thyroid gland's hypofunction. This review presents a general classification, discusses the principles of implementation, and analyzes the advantages and disadvantages of the following hypothyroidism modeling methods: dietary, surgical, medicinal, immunological, radiosotopic, and genetic. These methods allow creating various specific conditions for the formation of hypofunction of the thyroid gland. To achieve the study's goal, we analyzed the literature of domestic and foreign sources on the RSCI/elibrary and PubMed/Medline databases, respectively, published mainly during the last 20years.
Key words: hypothyroidism, thyroid hormones, modeling methods, iodine, thyroidectomy, thyrostatics, radioactive isotope of iodine, immunosuppressants, mutations
ВВЕДЕНИЕ
Гипотиреоз является весьма распространенным клиническим синдромом, который обусловлен дефицитом тиреоидных гормонов — трийодтиронина (Т3) и тетрайодтиронина (Т4). В развитых странах распространенность гипотиреоза составляет в среднем примерно 4—5%, но в некоторых странах он может встречаться намного чаще. Так, например, в Индии распространенность гипотиреоза составляет около 11% [1—3]. Гипотиреозу свойственны гендерные (у женщин встречается чаще) и возрастные (среди лиц пожилого возраста распространенность гипотиреоза выше) особенности [2].
Функционирование щитовидной железы (ЩЖ) неразрывно связано с работой гипоталамуса и гипофиза, в связи с чем данные органы объединяются в гипоталамо-гипофизарно-тиреоидную систему. Гипоталамус и гипофиз посредством тиреолиберина и тиреотропного гормона активируют образование ти-реоидных гормонов в фолликулярных клетках ЩЖ. При недостаточном уровне тиреоидных гормонов в крови по механизму отрицательной обратной связи происходит активация аденоцитов передней доли гипофиза, что приводит к повышению уровня тире-отропного гормона (ТТГ), концентрация которого является одним из самых значимых критериев для диагностирования гипотиреоза. Кроме того, уровень ТТГ часто повышается при субклиническом гипотиреозе, когда клинические проявления еще выражены слабо или отсутствуют и уровни тиреоид-ных гормонов все еще входят в референсный диапазон [4, 5].
Классифицируется гипотиреоз в зависимости от того на каком уровне гипоталамо-гипофизар-но-тиреоидной системы возникло нарушение. При первичном гипотиреозе поражается и(или) нарушается функционирование в самой ЩЖ. При вторичном гипотиреозе изначально поражается гипофиз, что ведет к снижению образования ТТГ и последующему угнетению функции ЩЖ. При третичном гипотиреозе поражается гипоталамус, что вызывает ингибирование активности аденоцитов гипофиза
и фолликулярных клеток ЩЖ. Также гипотиреоз подразделяют на врожденный и приобретенный в зависимости от времени его возникновения (развития). Наиболее частым видом гипотиреоза является первичный приобретенный, развитие которого обусловлено недостаточным поступлением микроэлемента йода в организм человека. Данная причина гипотиреоза особенно характерна для регионов, эндемичных по дефициту йода. В обеспеченных йодом районах основной причиной первичного приобретенного гипотиреоза является болезнь Хашимото (аутоиммунный тиреоидит) [6, 7]. Послеоперационный и пострадиационный гипотиреоз также являются значимыми причинами первичного приобретенного гипотиреоза [6, 8]. Врожденный гипотиреоз чаще всего обусловлен нарушением развития ЩЖ (дисгенезия ЩЖ) или нарушением образования тиреоидных гормонов (дисгормоногенез). В основе данных нарушений лежат мутации в генах, кодирующих образование факторов транскрипции, рецепторов и ферментов [9, 10].
Клинико-морфологические проявления гипотиреоза весьма вариабельны, что связано с тем, что мишенями гормонов ЩЖ являются практически все органы и ткани человеческого организма. Степень выраженности клинико-морфологических нарушений зависит от степени дефицита гормонов ЩЖ. Согласно ряду экспериментальных и клинических исследований, гипотиреоз оказывает весьма значимое влияние на кожу и ее производные [11, 12], костную ткань [13, 14], печень [15], а также нервную [16, 17] и сердечно-сосудистую системы [18, 19].
Для изучения клинико-морфологических проявлений гипотиреоза и проведения доклинической оценки эффективности лечебно-профилактических воздействий часто используются методы экспериментального моделирования гипотиреоза. Статьи обзорного характера, в полной мере освещающие основные принципы и методы моделирования гипотиреоза, отсутствуют.
Цель данной статьи заключается в систематизации данных о моделях гипотиреоза, описании прин-
ципов и методов экспериментального моделирования гипотиреоза, а также анализе преимуществ и недостатков существующих методов моделирования гипотиреоза. Для достижения поставленной цели нами проведен анализ литературных отечественных и зарубежных источников по базам данных РИНЦ/ elibrary и PubMed/Medline соответственно, опубликованных преимущественно в течение последних 20 лет.
Основные принципы моделирования гипотиреоза. Классификация
В идеале методы моделирования гипотиреоза должны имитировать основные условия для развития гипотиреоза. Принимая во внимание наиболее частые причины развития гипотиреоза в рутинной практике, можно выделить следующие основные принципы моделирования гипотиреоза: содержание лабораторных животных на йод-дефицитной пище (диетическая модель) [20, 21], тиреоидэктомия [11, 22] или коагуляция питающих ЩЖ артерий без ти-реоидэктомии (хирургические модели) [23], перо-ральное введение в организм подопытного животного антитиреоидных препаратов (лекарственные модели) [24—26], индуцирование специфических мутаций в генах, отвечающих за развитие ЩЖ и биосинтез тиреоидных гормонов (генетические модели) [27—29], действием на организм животного радиоизотопа йода (радиоизотопная модель) [30—32] и, наконец, введение препарата, обладающего им-муносупрессивным действием (иммунологическая модель) [33].
Далее по ходу данной статьи мы подробнее остановимся на рассмотрении данных принципов моделирования гипотиреоза.
Принцип диетического моделирования гипотиреоза
Микроэлемент йод, несмотря на небольшое количество в организме млекопитающих и человека, играет важную роль в биосинтезе Т3 и Т4. В процессе биосинтеза тиреоидных гормонов молекулы йода соединяются с аминокислотой тирозином, входящей в состав белка тиреоглобулина. Для образования адекватного количестве тиреоидных гормонов суточное поступление йода в организм должно составлять в среднем 100—200 мкг. Даже при незначительном снижении поступлении йода до 40—80 мкг в сутки развивается йод-дефицитное состояние, которое хоть и не приводит к клинически значимым нарушениям функции ЩЖ, но вызывает нарушение развития центральной нервной системы [21, 34]. Кроме того, субклинический дефицит йода в пище приводит к повышению риска развития атеросклероза и сердечно-сосудистых заболеваний [35].
Моделирование гипотиреоза при помощи диетических моделей ближе всего соответствует реальным клиническим условиям, в связи с тем, что недостаток йода в пище является основной причиной
развития первичного приобретенного гипотиреоза. В нескольких экспериментальных исследованиях проводилось экспериментальное моделирование на беременных крысах при помощи йод-дефицитной диеты. В опытной группе животных происходило снижение биосинтеза Т3 и Т4 и повышение уровня ТТГ как у родительских особей, так и их детенышей. В дополнении к тому, у детенышей опытной группы животных отмечались выраженные нарушения когнитивных функций и падение двигательной активности [20]. М. Кулимбетов и соавт. разработали йод-дефицитную диету с использованием местных продуктов питания из эндемичных по йоду районов Узбекистана. При моделировании гипотиреоза с использованием данной диеты на крысах обнаружено снижение секреции Т4, структурная перестройка ЩЖ, заключающаяся в образовании мелкофолликулярных аденом, а также увеличение массы тела железы [21].
Основные преимущества диетического принципа моделирования гипотиреоза заключаются в постепенном снижении уровня йода и близким к реальной клинической практике условиям формирования гипотиреоза, отсутствии необходимости проведения сложных инвазивных и хирургических методов, а в качестве недостатков можно отметить сложность создания специальных йод-дефицитных диет, необходимость постоянного контроля и точного расчета таких концентраций йода, которые необходимы для развития гипотиреоза.
Принципы хирургического моделирования гипотиреоза
Хирургические модели гипотиреоза, в основном, основаны на полном удалении ЩЖ (тиреодэк-томии) у лабораторных животных. В результате удаления ЩЖ развивается быстрое и стойкое снижение уровня тиреоидных гормонов [11, 22]. Хирургическая модель позволяет воспроизводить формирование послеоперационного гипотиреоза, что нередко встречается в клинических условиях. В отличие от диетической модели, при хирургическом моделировании гипотиреоза концентрация Т3 и Т4 падает значительно быстрее. В качестве объектов для моделирования чаще всего использовались крысы, мыши, кролики, овцы и собаки. Направления для исследований при помощи хирургических моделей гипотиреоза весьма многообразны. Так, например, M. Tsujio и соавт. при помощи хирургических моделей изучали патоморфологические изменения кожи, включая эпидермис и волосяные фолликулы в условиях гипотиреоза. У всех крыс с тиреоидэктомией через 12 нед после операции наблюдалось замедление роста волос. Также отмечалось сухость и бледность кожи, что характерно для гипотиреоидного состояния у человека [11].
M. Helal и соавт. изучали морфологические изменения околоушных слюнных желез у крыс в условиях тиреодэктомии [22]. В других исследованиях K. Chen
и соавт. изучали изменения функционирования ре-нин-ангиотензин-альдостероновой системы в условиях экспериментального послеоперационного гипотиреоза [36, 37]. Показано, что при гипотиреозе и снижении уровня Т3 и Т4 происходит снижение экспрессии матричной РНК фермента ренина и инги-бирование РААС. Эти изменения были связаны с нарушением функционирования сердечно-сосудистой системы: снижение частоты сердечных сокращений и артериального давления, падение сердечного выброса, расслабление гладкомышечных клеток сосудов, снижение общего периферического сопротивления сосудов.
Другой принцип хирургического моделирования гипотиреоза разработан А. Каёе и соавт. Его суть заключается в коагуляции верхней и нижней щитовидных артерий, что приводит к ишемии ЩЖ и снижению образования Т4 и Т3. При использовании этой модели отсутствует необходимость удаления ЩЖ [23].
Основными преимущества хирургического принципа моделирования являются достижение быстрого и стойкого гипотиреоза, воспроизведение условий развития послеоперационного гипотиреоза, встречающегося в клинической практике. Недостатки заключаются в необходимости участия квалифицированного хирургического персонала для выполнения оперативных приемов; сложности выделения паращитовидных желез, что приводит к их удалению и снижению образования паратгормона и падению уровня кальция в крови; при неполном удалении ЩЖ возможно развитие аутоиммунной реакции против оставшейся части ЩЖ; при полном удалении ЩЖ также утрачиваются парафолли-кулярные клетки, вырабатывающие гормон кальци-тонин.
Принципы лекарственного моделирования гипотиреоза
Принцип лекарственной модели гипотиреоза основан на пероральном введении подопытным животным антитиреоидных препаратов, блокирующих биосинтез гормонов ЩЖ [24—26, 38—40]. В зависимости от способа введения и типа антитиреоидного препарата можно выделить несколько разновидностей лекарственных моделей гипотиреоза. Основными антитиреоидными препаратами, используемыми для моделирования гипотиреоза являются мерка-золил (тиамазол, метимазол, тапазол) и пропилти-оурацил. Механизм действия данных препаратов основан на ингибировании фермента тиреоидной пероксидазы, что приводит к снижению образованию активной формы йода и снижению йодирования тиреоглобулина. Антитиреоидные препараты можно вводить при помощи специального внутри-желудочного зонда, либо растворять необходимую дозу препарата в питьевой воде [38—40]. Различия в дозе препарат, необходимого для достижения гипотиреоза обусловлены межвидовыми особенностя-
ми. Так, например, для индуцирования гипотиреоза у крыс оптимальная доза тиамазола составляет 2,5 мг/100 г массы тела животного в сутки в течение 21 дня [25]. А для формирования гипотиреоза у кроликов используется доза тиамазола 2 мг/кг массы тела животного в сутки в течение 21 дня [38]. В исследовании Ф. Камилова показано, что отклонение от оптимальной дозы (2,5 мг/100 г) в сторону снижения (1 мг/100 г) не приводит к развитию гипотиреоза у крыс, а в сторону повышения (5 мг и более на 100 г массы тела) вызывает полиорганную патологию, нехарактерную для клинического течения гипотиреоза [25].
В другом исследовании У Кгик и соавт. моделировали гипотиреоз на крысах при помощи внутри -желудочного введения мерказолила в дозе 10 мг/кг в течение 2—8 нед. При этом через 2 нед у животных развивалась легкая степень гипотиреоза, через 4 нед — средняя, а через 8 нед — тяжелая. По мере прогресси-рования гипотиреоза происходило усиление окислительного стресса (процессов перекисного окисления липидов) в крови и тканях головного мозга лабораторных крыс [39].
Поскольку процедура постоянного введения внутрижелудочного зонда создает ряд технических неудобств для исследователей и оказывает вредное воздействие на организм животного, были предложены способы моделирования гипотиреоза посредством введения антитиреоидных препаратов с питьевой водой. Важное преимущество данного способа перед внутрижелудочным введением заключается в том, что препарат поступает постоянно и животное не испытывает стресс. Так, в исследовании Н. Bhargava смоделировали гипотиреоз при помощи питьевой воды, содержащей 0,05% метима-зола в течение 32 дней. О развитии гипотиреоза свидетельствовали как клинические симптомы (уменьшение температуры тела, снижение систолического артериального давления и частоты сердечных сокращений), так и лабораторные данные (снижение уровня тиреоидных гормонов и повышение уровня ТТГ). Кроме того, у крыс опытной группы скорость прироста массы тела была значительно ниже, чем у крыс контрольной группы, что свидетельствует о важном влиянии тиреоидных гормонов на процессы метаболизма [40].
Основными преимуществами лекарственного принципа моделирования гипотиреоза являются относительная простота моделирования без необходимости квалифицированного хирургического персонала, широкая доступность и недорогая стоимость антитиреоидных препаратов, хорошая растворимость препаратов в воде, незначительные расход при моделировании гипотиреоза на мелких лабораторных животных (крысах, кроликах). Недостатки лекарственного принципа моделирования заключаются в необходимости точного расчета дозы препарата, необходимой для развития гипотиреоза, при этом возможны технические ошибки и возникает необходи-
мость более частого мониторирования концентрации Т3, Т4 и ТТГ в сыворотке крови. Кроме того, постановка внутрижелудочного зонда вызывает стресс у лабораторных животных.
Принцип иммунологического моделирования гипотиреоза
Принимая во внимание тот факт, что эндокринная и иммунная системы тесто взаимосвязаны, воздействие на последнюю может значимым образом влиять на функцию ЩЖ. В экспериментальном исследовании Б. КаБИеИепко изучено морфофунк-циональное состояние ЩЖ у лабораторных крыс в условиях применения иммунодепрессанта (мето-трексата) и иммуномодулятора (иммунофана). Авторы обнаружили, что при внутримышечном введении метотрексата в дозе 50 мкг в ЩЖ происходят выраженные морфологические изменения на 7-е сутки эксперимента: деформирование фолликулов, изменение кубической формы фолликулярных тиро-цитов, характерных для состояния нормотиреоза на низкопризматическую и уплощенную, характерную для состояния гипотиреоза, коллоид внутри фолликулов был неравно распределен и изменял свою консистенцию, становясь глыбчатым и слоистым. У крыс опытной группы к 7 суткам также уменьшилась массы ЩЖ примерно на 10% по сравнению с группой контроля. В ответ на введение иммуномо-дуляторов отмечалось восстановление морфологии ЩЖ [30]. Таким образом, угнетение иммунной системы сопровождается угнетением функции ЩЖ. Данные экспериментального исследования согласуются с клиническими результатами. Так, в литературе описаны случаи развития гипотиреоза на фоне применения цитостатика метотрексата [41]. Таким образом иммунологический принцип моделирования гипотиреоза может представлять большой интерес для отработки на них лечебно-профилактических мероприятий с целью последующего транслирования их в клиническую практику.
Основными преимуществами иммунологического принципа моделирования является: относительная простота моделирования, препараты вводятся внутримышечно и достигается высокая биодоступность. Недостатками также является недостаточная изученность данной модели, а также многочисленные побочные эффекты, характерные для цитостати-ческих препаратов.
Принцип радиоизотопного моделирования гипотиреоза
Принцип радиоизотопного моделирования гипотиреоза заключается во введении лабораторным животным радиоактивного изотопа йода 1311, который используется в клинической практике для лечения гипертиреоза. Чаще всего моделирование гипотиреоза при помощи воздействия радиоизотопов использовалось на крысах и мышах. Оптимальная доза для них составляет 150 микрокюри,
которая примерно соответствует поглощенной дозе 0,5 грей, полученной населением стран СНГ при аварии на Чернобыльской АЭС [30]. V. №епко и соавт. моделирую гипотиреоз при помощи радиоизотопов йода на беременных крысах обнаружил выраженные изменения, характерные для приобретенного гипотиреоза как у материнских особей, так и врожденного гипотиреоза в потомстве этих крыс. Уровень Т4 в среднем снижался на 43%, а по механизму отрицательной обратной связи происходило примерно 8-кратное повышение уровня ТТГ. Влияние материнского гипотиреоза на развитие ЩЖ и нервной системы у плода зависело от времени воздействия радиоизотопа йода. В целом в организме новорожденных крыс отмечалось снижение массы тела, головного мозга и ЩЖ [30]. С. ЯеШу и соавт., моделируя гипотиреоз при использовании разных доз радиоизотопа обнаружили, что доза в 50 микрокюри не оказывает значимого влияния на морфофункциональное состояние ЩЖ, тогда как дозы 150 и 450 микрокюри приводят к значительному понижению уровня тиреоидных гормонов и повышению уровня ТТГ [32]. Радиоактивный изотоп йода может повреждать фолликулярные клетки, которые продуцируют кальцитонин, играющий роль в метаболизме ионов кальция [42, 43]. Так, согласно результатам экспериментальных исследований, после воздействия радиоизотопа йода количество парафолликулярных клеток у новорожденных снижается [43], а восстановление численности не происходит даже по истечении 40 дней от момента применения радиоизотопа [44]. Учитывая такое неблагоприятное воздействие радиоизотопа на пара-фолликулярные клетки существует необходимость контроля уровня кальция в сыворотке крови.
Основные преимущества радиоизотопного принципа моделирования гипотиреоза заключаются в достижении стойкого и длительного гипотиреоза даже при использовании относительно небольшого количества радиоизотопа йода. Недостатками радиоизотопного принципы моделирования гипотиреоза являются: необходимость специальных навыков для обращения с радиоактивными изотопами, а также негативное воздействие радиоизотопов на парафол-ликулярные клетки.
Принципы генетического моделирования гипотиреоза
Принципы генетического моделирования гипотиреоза основаны на индуцировании специфических мутаций в генах, кодирующих рецепторы, факторы транскрипции, ферменты для биосинтеза тиреоидных гормонов. Согласно литературным данным, примерно в 5% случаях причиной гипотиреоза являются мутации в генах, кодирующих рецептор ТТГ или следующие факторы транскрипции: TITF1, FOXE1 или РАХ8. Группой исследователей под руководством Е. Ашепёо1а и соавт. [45] разработана генетическая модель гипотиреоза. Основной прин-
Принципы моделирования гипотиреоза
\7
Принцип диетического моделирования
V
Содержание лабораторных животных на йод-дефицитной диете
Принцип хирургического моделирования
Принцип лекарственного моделирования
Тиреоидэктомия
Коагуляция верхней и нижней щитовидных артерий
Принцип иммунологического моделирования
V
Пероральное
введение (через зонд, с питьевой водой) антитиреоидных препаратов
V
Внутримышечное введение иммуно-депрессантов (метотрексата)
Принцип радиоизотопного моделирования
Воздействие радиоактивного изотопа йода на организм животного
V
Принцип генетического моделирования
Индуцирование специфических мутаций в генах,
отвечающих за эмбриональное развитие ЩЖ, образование тиреоидных гормонов и их рецепторов и др.
Классификация принципов экспериментального моделирования гипотиреоза Classification of the principles of experimental modeling of hypothyroidism
цип моделирования заключается в скрещивании гетерозиготных мышей, имеющих специфические мутации в генах, кодирующих факторы TITF1 и PAX8 для получения двойных гетерозигот. При этом сочетание двух гетерозиготных нулевых мутаций по TITF1 и PAX8 приводит к тяжелому гипотиреозу, характеризующемуся значительным повышением ТТГ, резким снижением концентрации тиреоидных гормонов, падению массы тела, гипоплазии ЩЖ и повышению риска развития гемиагенезии ЩЖ [45]. Установлено, что в основе развития гипотиреоза при использовании данной модели, играет роль нарушение органогенеза ЩЖ, обусловленное дефицитом факторов TITF1 и PAX8 [46, 47].
K. Johnson et al. изучали особенности течения гипотиреоза у мышей с мутациями в генах, кодирующих фермент двойную оксидазу 2 [27] и тиреопероксидазу [28]. Двойная оксидаза необходима для образования перекиси водорода для фермента тиреопероксидазы, которая катализирует превращение йода в атомарную форму для включения в состав белка тиреоглобули-на. Основными клинико-морфологическими проявлениями у данных мышей были гипофизарная дис-плазия, понижение уровня тиреоидных гормонов и повышение концентрации ТТГ. Помимо этого, весьма интересными морфологическими изменениями, связанными с нарушением слуха у подопытных животных, были: нарушение образование внутренней борозды и кортиевого туннеля, утолщение тектори-альной мембраны [27].
Еще одной моделью вторичной гипотиреоза являются карликовые мыши Снелла, имеющие мутации в гене, кодирующем образование гипофизарного
фактора транскрипции Рй1. Данный фактор играет важную роль в развитии аденоцитов передней доли гипофиза, в том числе тиреотропоцитов, синтезирующих ТТГ [48].
Основными преимуществами генетического принципа моделирования гипотиреоза является возможность специфического изучения механизмов врожденного гипотиреоза. При этом полностью воссоздать подобные условия не удастся при помощи других принципов моделирования гипотиреоза, что делает генетические модели по-своему уникальными. Недостатками генетического принципа моделирования считается необходимость использования дорогостоящего и труднодоступного оборудования, необходимого для проведения молекулярно-генетических исследования.
На основании изложенных данных на данный момент можно предложить следующую классификацию моделей гипотиреоза (см. рисунок).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основании проведенного анализа литературы нами выделено 6 основных принципов моделирования гипотиреоза: диетический, медикаментозный, хирургический, иммунологический, радиоизотопный, генетический. Каждый из данных принципов моделирования по-своему уникален, обладает рядом преимуществ и недостатков, и позволяет воспроизводить основные причины и условия для развития гипотиреоза у лабораторных животных с целью последующего изучения его клинико-морфологических проявлений и оценке эффективности новых лечебно-профилактических
методов. При планировании экспериментального исследования и выборе метода моделирования в обязательном порядке следует учитывать преимущества и недостатки определенных принципов моделирования гипотиреоза. Учитывая высокую распространенность гипотиреоза и многочисленные эффекты тиреоидных гормонов практически на все клетки и ткани организма млекопитающих, использование экспериментальных моделей гипотиреоза
весьма востребовано специалистами почти всех областей медицины.
* * *
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Conflict of interest
The authors declare no conflict of interest.
ЛИТЕРАТУРА/REFERENCES
1. Chaker L., Bianco A.C., Jonklaas J., Peeters R.P. Hypothyroidism. Lancet. 2017; 390 (10101): 1550-62. https://doi.org/10.1016/ s0140-6736(17)30703-1
2. Alam M.A., Quamri M.A., Sofi G.,Ansari S. Update of hypothyroidism and its management in Unani medicine. J. Basic Clin Physiol Pharmacol. 2020:/j/jbcpp.ahead-of-print/jbcpp-2020-0121/jbcpp-2020-0121. xml. https://doi.org/10.1515/jb-cpp-2020-0121
3. Alam M.A., Quamri M.A. Herbal preparations in the management of hypothyroidism in Unani medicine. Drug Metab Pers Ther. 2020; 35 (3):/j/dmdi.2020.35.issue-3/ dmpt-2020-0123/dmpt-2020-0123.xml. https://doi.org/10.1515/dmdi-2020-0123
4. Salerno M., Improda N., Capalbo D. MANAGEMENT OF ENDOCRINE DISEASE Subclini-cal hypothyroidism in children. European
J. of endocrinology. 2020; 183 (2): 13-28. https://doi.org/10.1530/EJE-20-0051
5. Pérez-Campos Mayoral L., Hernández-Huerta M.T., Mayoral-Andrade G., Pérez-Campos Mayoral E., Zenteno E., Martinez-Cruz R., Martinez Ruiz H., Martinez Cruz M., Pérez Santiago A.D., Pérez-Campos E. TSH Levels in Subclinical Hypothyroidism in the 97.5th Percentile of the Population. International journal of endocrinology. 2020; 2698627. https://doi.org/10.1155/2020/2698627
6. Gaitonde D.Y., Rowley K.D., Sweeney L.B. Hypothyroidism: an update. Am Fam Physician. 2012; 86 (3): 244-51. PMID: 22962987.
7. Kyritsi E.M., Kanaka-Gantenbein C. Autoimmune Thyroid Disease in Specific Genetic Syndromes in Childhood and Adolescence. Front Endocrinol (Lausanne). 2020; 11: 543. https://doi.org/10.3389/ fendo.2020.00543
8. Reiners C., Drozd V., Yamashita S. Hypo-thyroidism after radiation exposure: brief narrative review. J. Neural Transm (Vienna). 2020; 127 (11): 1455-66. https://doi. org/10.1007/s00702-020-02260-5
9. Витебская А.В., Игамбердиева Т.В. Врожденный гипотиреоз в практике педиатра. Медицинский Совет. 2016; 7: 94-100. [Vitebskaya A.V., Igamberdieva T.V. Congenital hypothyroidism in pediatric practice. Medical Council (Meditsin-
skiy sovet). 2016; 7: 94-110 https://doi. org/10.21518/2079-701x-2016-07-94-100 (in Russian)]
10. Bowden S.A., Goldis M. Congenital Hypothyroidism. In StatPearls. StatPearls Publishing. 2020. https://pubmed.ncbi.nlm. nih.gov/32644339/
11. Tsujio M., Yoshioka K., Satoh M., Watahiki Y., Mutoh K. Skin morphology of thyroidecto-mized rats. Vet Pathol. 2008; 45 (4): 505-11. https://doi.org/10.1354/vp.45-4-505
12. Ahsan M.K., Urano Y., Kato S., Oura H., Arase S. Immunohistochemical localization of thyroid hormone nuclear receptors in
human hair follicles and in vitro effect of L-triiodothyronine on cultured cells of hair follicles and skin. J. Med Invest. 1998; 44 (3-4): 179-84. PMID: 9597806.
13. Gao C., Wang Y., Li T., Huang J., Tian L. Effect of subclinical hypothyroidism on the skeletal system and improvement with short-term thyroxine therapy. Onco-target. 2017; 8 (52): 90444-51. https://doi. org/10.18632/oncotarget.19568
14. Delitala A.P., Scuteri A., Doria C. Thyroid Hormone Diseases and Osteoporosis. J. Clin. Med. 2020; 9 (4): 1034. https://doi. org/10.3390/jcm9041034
15. Ritter M.J., Amano I., Hollenberg A.N. Thyroid Hormone Signaling and the Liver. Hepatology. 2020; 72 (2): 742-52. https:// doi.org/10.1002/hep.31296
16. Shafiee S.M., Vafaei A.A., Rashidy-Pour A. Effects of maternal hypothyroidism during pregnancy on learning, memory and hippocampal BDNF in rat pups: Beneficial effects of exercise. Neuroscience. 2016; 329: 151-61. https://doi.org/10.10Wj. neuroscience.2016.04.048
17. Rashidy-Pour A., Derafshpour L., Vafaei A.A., Bandegi A.R., Kashefi A., Sameni H.R., Jashire-Nezhad N., Saboory E., Panahi Y. Effects of treadmill exercise and sex hormones on learning, memory and hippocampal brain-derived neurotrophic factor levels in transient congenital hy-pothyroid rats. Behav Pharmacol. 2020; 31 (7): 641-51. https://doi.org/10.1097/ fbp.0000000000000572
18. Chuhray S.M., Lavrynenko V.E., Kaminsky R.F., Dzevulska I.V., Malikov O.V., Kovalchuk O.I., Sokurenko L.M. Morphofunctional status of cardio-vascular system of rats with congenital hypothyreosis. Wiad Lek. 2019; 72 (2): 229-33. https://doi.org/10.36740/ wlek201902116
19. Deng H., Zhou S., Wang X., Qiu X., Wen Q., Liu S., Chen Q. Cardiovascular risk factors in children and adolescents with subclinical hypothyroidism: A protocol for meta-analysis and systematic review. Medicine (Baltimore). 2020; 99 (31): e20462. https:// doi.org/10.1097/md.0000000000020462
20. van Wijk N., Rijntjes E., van de Heijning B.J. Perinatal and chronic hypothyroidism impair behavioural development in male and female rats. Exp Physiol. 2008; 93 (11): 1199-209. https://doi.org/10.1113/exp-physiol.2008.042416
21. Кулимбетов М.Т., Рашитов М.М., Саатов Т.С. Моделирование экспериментального гипотиреоза, обусловленного естественным хроническим дефицитом йода в питании. Международный эндокринологический журнал. 2009; 2 (20). URL: http://www.mif-ua.com/archive/article/8754 [Kulimbetov M.T., Rashitov M.M., Saatov T.S. Modeling of experimental hypothyroidism
caused by natural chronic iodine deficiency in the diet. International journal of endocrinology. 2009; 2(20) (in Russian)]
22. Helal M.B., Labah D.A., El-Magd M.A., Sarhan N.H., Nagy N.B. Thyroidectomy induces thyroglobulin formation by parotid salivary glands in rats. Acta histochem-ica. 2020; 122 (5): 151568. https://doi. org/10.1016/j.acthis.2020.151568
23. Каде А.К., Смеянова Л.А., Лиева К.А., Занин С.А., Трофименко А.И., Джиджихя К.М. Моделирование гипотиреоидного состояния у крысы посредством коагуляции верхней и нижней щитовидной артерии справа. Фундаментальные исследования. 2013; 12-1: 116-21.
(I<ade A.K., Smeyanova L.A., Liyeva K.A., Zanin S.A., Trofimenko A.I., Dzhidzhikhiya K.M. Gipotireoid modelling of the condition at the rat by means of coagulation of the top and bottom thyroid artery on the right. Fundamental research. 2013; 12-1: 116-21 https://elibrary.ru/item.asp?id=20960834 (in Russian)]
24. Berkowitz B.A., Luan H., Roberts R.L. Effect of methylimidazole-induced hypothyroid-ism in a model of low retinal neovascular incidence. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2004; 45 (3): 919-21. https://doi.org/10.1167/ iovs.03-0914
25. Камилов Ф.Х., Ганеев Т.И., Козлов В.Н., Кузнецова Е.В., Максютов Р.Р. Выбор способа применения и дозы тиамазола для моделирования гипотиреоза у лабораторных крыс. Биомедицина. 2018; 1: 59-70.
[Kamilov F.K., Ganeyev T.I., Kozlov V.N., Kuznetsova E.V., Maksyutov R.R. The choice of a method of application and dosage of thiamazole for modeling hypothyroidism in laboratory rats. J. Biomed. 2018; 1: 59-70 (in Russian)]
26. Hasebe M., Matsumoto I., Imagawa T., Uehara M. Effects of an anti-thyroid drug, methimazole, administration to rat dams on the cerebellar cortex development
in their pups. Int J. Dev Neurosci. 2008; 26 (5): 409-14. https://doi.org/10.10Wj. ijdevneu.2008.03.007
27. Johnson K.R., Marden C.C., Ward-Bailey P., Gagnon L.H., Bronson R.T., Donahue L.R. Congenital hypothyroidism, dwarfism, and hearing impairment caused by a missense mutation in the mouse dual oxidase 2 gene, Duox2. Mol Endocrinol. 2007; 21 (7): 1593-602. https://doi.org/10.1210/ me.2007-0085
28. Johnson K.R., Gagnon L.H., Longo-Guess C.M., Harris B.S., Chang B. Hearing impairment in hypothyroid dwarf mice caused by mutations of the thyroid peroxidase gene. J. Assoc Res Otolaryngol. 2014; 15 (1): 45-55. https://doi.org/10.1007/s10162-013-0427-7
29. Lot C., Patyra K., Kero A., Kero J. Genetically modified mouse models to investigate thyroid development, function and growth. Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 2018; 32 (3): 241-56. https://doi.org/10.10Wj. beem.2018.03.007
30. Usenko V., Lepekhin E., Lyzogubov V., Kornilovska I., Ushakova G., Witt M. The influence of low doses 131I-induced maternal hypothyroidism on the development of rat embryos. Exp Toxicol Pathol. 1999; 51 (3): 223-7. https://doi.org/10.1016/s0940-2993(99)80100-6
31. Zhou J., Cheng G., Pang H., Liu Q., Liu Y The effect of 131I-induced hypothyroidism on the levels of nitric oxide (NO), interleukin 6 (IL-6), tumor necrosis factor alpha (TNF-a), total nitric oxide synthase (NOS) activity, and expression of NOS iso-forms in rats. Bosn J. Basic Med Sci. 2018; 18 (4): 305-12. https://doi.org/10.17305/ bjbms.2018.2350
32. Reilly C.P., Symons R.G., Wellby M.L. A rat model of the 131I-induced changes in thyroid function. J. Endocrinol Invest. 1986; 9 (5): 367-70. https://doi.org/10.1007/ bf03346944
33. Кащенко С.А., Мосин Д.В. Структурные и органометрические изменения щитовидной железы крыс в условиях иммуносупрессии и иммуномодуляции на ранних сроках воздействия. Ульяновский медико-биологический журналю. 2020; 1: 110-8. [Kashchenko S.A., Mosin D.V. Structural and organometric changes in rat thyroid gland under early immunosuppressive and immunomodulatory therapy. Ulyanovsk Medico-Biological J. 2019; 1: 110-8 https:// doi.org/10.34014/2227-1848-2019-1-110-118 (in Russian)]
34. Delange F., Lecomte P. Iodine supplementation: benefits outweigh risks. Drug Saf. 2000; 22 (2): 89-95. https://doi. org/10.2165/00002018-200022020-00001
35. Delitala A.P., Scuteri A., Maioli M., Man-
gatia P., Vilardi L., Erre G.L. Subclinical hypothyroidism and cardiovascular risk factors. Minerva medica. 2019; 110 (6): 530-45. https://doi.org/10.23736/S0026-4806.19.06292-X.
36. Chen K., Carey L.C., Valego N.K., Liu J., Rose J.C. Thyroid hormone modulates renin and ANG II receptor expression in fetal sheep. Am J. Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2005; 289 (4): 1006-14. https://doi. org/10.1152/ajpregu.00046.2005
37. Chen K., Carey L.C., Valego N.K., Rose J.C. Thyroid hormone replacement normalizes renal renin and angiotensin receptor expression in thyroidectomized fetal sheep. Am. J. Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2007; 293 (2): 701-6. https://doi. org/10.1152/ajpregu.00232.2007
38. Kowalczyk E., Urbanowicz J., Kopff M., Ciecwierz J., Andryskowski G. Elements of oxidation/reduction balance in experimental hypothyroidism. Endokrynol Pol. 2011; 62 (3): 220-3.
39. Крюк Ю.Я., Махнева А.В., Золотухин С.Е., Битюков Д.С. Особенности проявления оксидативного стресса при гипотиреозе разной степени тяжести в эксперименте. Патология. 2011; 8 (2): 62-5.
[Kruk Y.Y., Mahneva A.V., Zolotuhin S.Y., Bitukov D.S. Features of manifestation of oxidative stress in hypothyreosis of different severity degrees in the experiment. Patho-logia. 2011; 8 (2): 62-5 https://www.elibrary. ru/item.asp?id=20868729 (in Russian)]
40. Bhargava H.N., Ramarao P., Gulati A., Matwyshyn G.A., Prasad R. Brain and pituitary receptors for thyrotropin-releasing hormone in hypothyroid rats. Pharmacology. 1989; 38 (4): 243-52. https://doi. org/10.1159/000138543
41. Chaddha U., English R., Daniels J., Walia R., Mehta A.C., Panchabhai T.S. A 58-Year-Old Man With Fatigue, Weight Loss, and Diffuse Miliary Pulmonary Opacities. Chest. 2017; 151 (6): 131-4. https://doi.org/10.1016/j. chest.2016.11.015
42. Bayraktar M., Gedik O., Akalin S., Usman A., Adalar N., Telatar F. The effect of radioactive iodine treatment on thyroid C cells. Clin Endocrinol (Oxf). 1990; 33 (5): 625-30. https:// doi.org/10.1111/j.1365-2265.1990.tb03901.x
43. Thurston V., Williams E.D. The effect of radiation on thyroid C cells. Acta Endocrinol (Copenh). 1982; 99 (1): 72-8. https://doi. org/10.1530/acta.0.0990072
44. Feinstein R.E., Gimeno E.J., el-Salhy M., Wilander E., Walinder G. Evidence of C-cell destruction in the thyroid gland of mice exposed to high 131I doses. Acta Radiol Oncol. 1986; 25 (3): 199-202. https://doi. org/10.3109/02841868609136405
45. Amendola E., De Luca P., Macchia P.E., Terracciano D., Rosica A., Chiappetta G., Kimura S., Mansouri A., Affuso A., Arra C., Macchia V., Di Lauro R., De Felice M. A mouse model demonstrates a multigenic origin of congenital hypothyroidism. Endocrinology. 2005; 146 (12): 5038-47. https:// doi.org/10.1210/en.2005-0882
46. Kimura S., Hara Y., Pineau T., Fernandez-Salguero P., Fox C.H., Ward J.M., Gonzalez F.J. The T/ebp null mouse: thyroid-specific enhancer-binding protein is essential for the organogenesis of the thyroid, lung, ventral forebrain, and pituitary. Genes Dev 1996; 10 (1): 60-9. https://doi.org/10.1101/ gad.10.1.60
47. Parlato R., Rosica A., Rodriguez-Mallon A., Affuso A., Postiglione M.P., Arra C., Mansouri A., Kimura S., Di Lauro R., De Felice M. An integrated regulatory network controlling survival and migration in thyroid organogenesis. Dev Biol. 2004; 276 (2): 464-75. https://doi.org/10.1016/j. ydbio.2004.08.048
48. Mustapha M., Fang Q., Gong T.W., Dolan D.F., Raphael Y., Camper S.A., Duncan R.K. Deafness and permanently reduced potassium channel gene expression and function in hypothyroid Pit1dw mutants. J. Neurosci. 2009; 29 (4): 1212-23. https://doi. org/10.1523/jneurosci.4957-08.2009
Для цитирования: Чаулин А.М., Григорьева Ю.В., Суворова Г.Н., Дупляков Д.В. Методы моделирования гипотиреоза: классификация, принципы моделирования. Молекулярная медицина. 2021; 19 (4): 19-26. https://doi.org/10.29296/24999490-2021-04-04
Поступила 23 декабря 2020 г.
For citation: Chaulin A.M., Grigorieva Yu.V., Suvorova G.N., Duplyakov D.V. Methods for modeling hypothyroidism: classification and modeling principles. Molekulyarnaya meditsina. 2021; 19 (4): 19-26 (in Russian). https://doi.org/10.29296/24999490-2021-04-04
