CC BY
58
Биомедицина • № 1,2012, С. 10-15
е РЕЛЕВАНТНОЕ И АЛЬТЕРНАТИВНОЕ БИОМОДЕЛИРОВАНИЕ
Обмен полиаминов в миокарде при моделировании регенераторно-пластической сердечной недостаточности у крыс
Д.П. Хлопонин1, Ю.С. Макляков1, Ю.Н. Кротова1, В.Н. Каркищенко2
1 - Ростовский государственный медицинский университет, Ростов-на-Дону
2 - Научный центр биомедицинских технологий РАМН, Московская обастъ
Контактная информация: д.м.н„ профессор Хлопонин Дмитрий Петрович [email protected]
Эндогенные полиамины (путресцин, спермидин и спермин) играют важную роль в персистируюгцем повреждении миокарда при регенераторно-пластической хронической сердечной недостаточности (СН). Одним из возможных механизмов индуцируемой [3-адреноблокаторами кардиопротекции при лечении СН является их влияние на метаболизм полиаминов. Установлено, что на фоне кардиоселективного [31-адреноблокатора небиволола наблюдается частичное восстановление нарушенного при адриамицин-индуцированной регенераторно-пластической СН баланса уровней путресцина, спермидина и спермина в миокарде крыс.
Ключевые слова: полиамины, небиволол, (3-адреноблокатор, адриамицин, сердечная недостаточность, апоптоз.
Эндогенные полиамины, к которым относятся путресцин, спермин и спермидин (а также зачастую агматин), представляют собой группу биологически активных веществ, имеющих большое значение для процессов роста клеток, их пролиферации, дифферен-цировки и гибели, а также клеточной адаптации к действию различных стрес-сорных и аверсивных факторов [3, 5]. За последние годы появилось большое число литературных публикаций, посвященных роли дисбаланса полиаминов в патогенезе самых разных заболеваний и патологических состояний у человека и животных, особенно онко-
логического, неврологического, нефро-логического и гастроэнтерологического характера [2, 5, 7]. Однако, о месте нарушений обмена полиаминов в сер-дечно-сосудистой патологии известно очень мало. Лишь в последние 10-15 лет в свет вытттел ряд работ, посвященных нарушениям метаболизма в системе полиаминов в условиях острых ишемических и ишемически-реперфузионных повреждений сердца [4, 11]. Изучением обмена полиаминов при хронической кардиоваскулярной патологии, в частности хронической сердечной недостаточности (СН), по нашим данным, никто предметно не занимался. Тем более,
ю
нет в литературе данных относительно возможного влияния на эти процессы лекарственных средств. А между тем есть основания полагать, что благоприятное влияние таких препаратов выбора для лечения СН как ингибиторы анги-отензин-превращающего фермента и (3-адреноблокаторы (БАБ) может быть — по крайней мере, частично — связано с их влиянием на кардиальный метаболизм полиаминов.
Материалы и методы
Исследования проводились на 68 белых нелинейных крысах-самцах массой 150-190 г (на начало эксперимента), полученных из филиала «Андреевка» НЦБМТ РАМН. Животные содержались в стандартных условиях вивария (при естественном освещении, t воздуха + 18-20°С и влажности 50-60%) в пластиковых клетках размером 55x45x15 см, с подстилкой из древесных опилок, по 4-6 особей в клетке. Крысы потребляли гранулированный комбикорм (производитель ООО «Лабораторснаб») и воду ad. libitum в поилках объемом 200 мл. В эксперимент животных забирали после 7 дней карантина.
Регенераторно-пластическую СН у животных моделировали в соответствии с общепринятым протоколом [9] путем дробного (6-кратного) в течение 2 недель введения адриамицина (АДР) («Доксорубицин-Лэнс», «Лэнс-Фарм», Россия) в курсовой дозе 15 мг/кг вну-трибрюшинно (АДР-группа, п=12). Раствор АДР готовили согласно инструкции фирмы-производителя, растворяя содержимое 1 флакона (10 мг) в 5 мл растворителя (0,9% изотонического раствора NaCl).
Животные, служившие в качестве контроля I уровня (К0-группа, п=10),
вместо АДР в аналогичном режиме (6-кратно в течение 2 недель) и в сравнимом объеме получали внутрибрюшинные инъекции 0,9% изотонического растора NaCl.
Основная (опытная) группа животных была разделена на 3 подгруппы (Hi, Н2 и Н3, по 12 крыс в каждой), в течение всего срока наблюдения ежедневно получавшие параллельно с АДР кардиоселективный БАБ небиволол (Н) («Небилет», Berlin-Chemie AG, Германия) в суточных дозах 1; 0,1 и 10 мг/кг per os, соответственно. Введение Н начинали за 2-е суток до 1 инъекции АДР, производили ежедневно и прекращали за 24 ч до умерщвления животных. Забор материала (миокарда левого желудочка) производили на 8-9 неделях эксперимента.
В группе контроля II уровня Кн крысам (п=10) АДР не вводили, и они получали только Н в режиме, аналогичном группе Hi (в дозе 1 мг/кг/сут per os).
Определение уровней путресцина, спермидина и спермина в гомогенатах миокарда производили методом ионнообменной высокоэффективной жидкостной хроматографии (HPLC) с обращенной фазой [6], с предварительной дериватизацией аминов с о-фталевым диальдегидом, использованием натрия доде-цилсульфата как ионно-обменного и растворяющего градиента. HPLC-аппарат состоял из жидкостного хроматографа ThermoQuest, Inc. Spectra System LC (Италия), колонки Luna C18, флюоресцентного детектора 420-АС и основной рабочей станции (Waters Inc, Milford, МА, USA). Измерение концентрации полиаминов производили количественно на основе их стандартов.
Статистическую обработку полученных результатов исследований
проводили с использованием общепринятых методов параметрической ^-критерий Стьюдента) и непараметрической (критерий Мапп-’\¥Ы1:пеу (И)) статистики при помощи пакета статистических программ 81а11811са 6.0 (81а1зоЙ, ША).
Результаты и их обсуждение
На модели регенераторно-пластиче-ской СН у крыс (группа АДР) было зафиксировано резкое и специфическое изменение содержания и баланса эндогенных полиаминов (табл.) по сравнению с группой контроля (К0).
Так, концентрация путресцина в ткани миокарда резко (на 45,2%) повышалась (с 3,315±0,93 до 6,05±1,14 нмоль/г ткани, р<0,05), в то время как уровни спермидина и спермина, наоборот, явно и достоверно снижались - на 56% (с 471,11± 115,6 до 206,96±68,77 нмоль/г ткани; р<0,05) и 44% (с 357,55±101,13 до 200,34±96,65 нмоль/г ткани; р<0,05) соответственно.
Применение на фоне кардиотоксиче-ских доз АДР высокоселективного (31-адреноблокатора небиволола во всех 3-х используемых дозах характеризовалось тенденцией к восстановлению нарушенного баланса между миокардиальным содержанием отдельных полиаминов. Так, в суточной дозе 1 мг/кг per os (приблизительно соответствующей среднетерапевтической дозе, используемой при фармакотерапии хронической СН у человека) Н приводил к достоверным сдвигам уровней всех анализируемых полиаминов. Концентрация путресцина уменьшалась более чем на четверть (с 6,05±1,14 до 4,52±1,15 нмоль/г; р<0,05) в отличие от уровней спермидина и спермина, достоверно повышавшихся почти в 2 (с 206,96±68,77 до 380,92±89,04 нмоль/г; р<0,01) и 1,5 раза (с 200,34±96,65 до 294,6±77,09 нмоль/г; р<0,05) соответственно.
Прием на порядок более низкой дозы Н (0,1 мг/кг per os в сутки) в группе Н2 приводил к качественно сходным изме-
Таблица
Содержание полиаминов в гомогенатах сердечной мышечной ткани крыс различных экспериментальных групп
№ Группа Группа расшифровка Путресцин, нмоль/г Спермидин, нмоль/г Спермин, нмоль/г
1 К0 контроль 3,31±0,532 471,11 ±35,62 357,55±31,12
2 АДР адриамицин 6,05±0,641 206,96±28,771 200,34±26,651
3 кн контроль (небиволол) 3,93±0,58 564,03±46,572 316,16±37,82
4 н, небивололI 4,52±0,65 380,92±39,0412 294,6±27,12
5 н2 небиволол II 5,13±0,56 235,87±33,171 224,35±27,51
6 н3 небиволол III 4,16±0,47 396,72±52,5212 298,24±20,32
Примечание: Данные в таблице представлены в виде М±ш для всех групп животных:
1 - достоверные отличия от группы контроля К0 (р<0,05);
2 - достоверные отличия от группы АДР (р<0,05).
нениям, хотя количественно полученные данные достоверными не являлись. Снижение содержания путресцина составило всего около 15%, а повышение концентрации спермидина и спермина - лишь 12,3% и 10,7% соответственно.
Показатели кардиальных уровней полиаминов, зарегистрированные в группе НЗ, получавшей максимальную из вводимых дозу Н (10 мг/кг per os в сутки), практически не отличались от таковых в группе Hj. Они также были достоверны по сравнению с группой АДР, однако 10-кратное увеличение дозы Н не приводило к сопоставимому (или хотя бы в той или иной степени близкому к таковому) усилению эффекта.
Полученные в ходе нашей работы результаты динамики концентраций полиаминов в миокарде крыс при АДР-индуцированной регенераторно-пласти-ческой СН, на наш взгляд, объяснимы с позиций дуалистичной активности этих биологически активных веществ и их зачастую дифференцированного влияния на процессы клеточного роста и клеточной гибели, в первую очередь, апоптоза. Они вполне согласуются с данными литературы о том, что истощение запасов спермидина и спермина может провоцировать торможение клеточного роста и индуцировать апоптоз[10]. Причем, если проапоптотическую активность полиаминов связывают, главным образом, с путресцином, то в качестве активаторов клеточного роста чаще всего фигурируют т.н. высшие полиамины - спермидин и спермин.
Также при интерпретации полученных результатов следует учитывать наличие в метаболизме полиаминов в сердечной мышечной ткани (как и в прочих органах и тканях) человека такой специфичной черты как «цикл ин-
терконверсии», в ходе которого происходит взаимопревращение полиаминов друг в друга: путресцин вначале преобразуется в спермидин, а последний далее - в спермин за счет последовательного присоединения пропиламиновых групп в ходе реакций, катализируемых, спермидин- и сперминсинтазой соответственно.
Примечательно, что этот цикл предусматривает и «ретроконверсию» (обратное преобразование спермина и спермидина в путресцин), в процессе которой высшие полиамины вначале под влиянием спермидин/спермин-ацетилтрансферазы ацетилируются, а затем их ацетилиро-ванные формы под действием полиами-ноксидазы преобразуются в путресцин. Принципиально важно, что в ходе ретроконверсии высших полиаминов происходит образование больших количеств и накопление в тканях мощных индукторов повреждения и апоптоза клеток перекиси водорода (Н202) и 3-амино-пропиональ-дегида [8].
Таким образом, можно предполагать, что в условиях экспериментальной СН антрациклинового генеза у крыс происходит формирование дисбаланса между содержанием низшего (путресцина) и высших (спермидина со спермином) полиаминов в миокарде. В итоге сдвиг равновесия в пользу путресцина приводит к повышению его уровня в сердечномышечной ткани и накоплению в миокарде токсических метаболитов, индуцирующих апоптоз кардиомиоцитов, что вполне согласуется с данными, в том числе и продемонстрированными нами [1], о принципиальной роли апоптотической клеточной гибели в патогенезе адри-амициновой кардиотоксичности. На фоне же действия БАБ небиволола
вышеописанные негативные сдвиги в содержании полиаминов подавляются и, более того, наблюдается частичная реверсия (с тенденцией, но не полноценным восстановлением) нормальных уровней путресцина, с одной стороны, и спермидина со спермином, с другой.
Выводы
Длительное курсовое применение вы-сококардиоселективного БАБ небиволо-ла на фоне регенераторно-пластической сердечной недостаточности адриамици-нового генеза у крыс обусловливает частичное восстановление нарушенного баланса между концентрациями путресцина и высших полиаминов (спермидина со спермином) в миокарде крыс. Как следствие этого, небиволол-индуцируемое повышение уровней спермидина со спермином, сдерживающих апоптогенный потенциал путресцина и стимулирующих процессы клеточной пролиферации, приводит к торможению апоптотической гибели клеток миокарда и, по всей видимости, может быть расценено в качестве одного из компонентов механизма реализации кардиопротекторной активности БАБ в целом.
Список литературы
1. Хлопонин Д.П. Гистохимический анализ влияния (3-адреноблокаторов III поколения на интенсивность апоп-тоза в миокарде крыс при моделировании сердечной недостаточности II Психофарм. и биол. наркол. 2007. Т. 7 (спец.вып., ч. 2). с. 2-1999.
2. Adibhatla R.M., Hatcher J.F., Sailor
К. Polyamines and central nervous system injury: spermine and spermidine decrease following transient focal cerebral ischemia in spontaneously
hypertensive rats II Brain Res. 2002. Vol. 938. P. 81-86.
3. Gugliucci A. Polyamines as clinical laboratory tools II Clin. Chim. Acta. 2004. Vol. 1-2. P. 23-35.
4. Han L., Xu C., Jiang C., Li H., Zhang W., Zhao Y., Zhang L., Zhang Y., Zhao W., Yang B. Effects of polyamines on apoptosis induced by simulated ischemia I reperfusion injury in cultured neonatal rat cardiomyocytes II Cell Biol. Internat. 2007. Vol. 31. № 11. P. 1345-1352.
5. Igarashi K. Physiological functions of polyamines and regulation of polyamine content in cells II Yakugaku Zasshi.
2006. Vol. 126. № 7. P. 455-471.
6. Kwon H., Wu G., Bazer F.W., Spencer
T.E. Developmental changes in
polyamine levels and synthesis in the ovine conceptus biology of reproduction II Biol. Reproduct. 2003. Vol. 69. P. 1626-1634.
7. Moinard C., Cynober L., De Bandt
J.-P. Polyamines: metabolism &
implications in human diseases II Clin. Nutrit. 2005. Vol. 24. P. 184-197.
8. Niiranen K., Pietila M., Pirttila T.J., Jarvinen A., Halmekyto M., Korhonen V.-P.,KeinanenT.A.,AlhonenL.,Janne
J. Targeted Disruption of Spermidine/ Spermine Nl-Acetyltransferase Gene in Mouse Embryonic Stem Cells. Effects on Polyamine Homeostasis & Sensitivity to Polyamine Analogues II J. Biol. Chem. 2002. Vol. 277. P. 25323-25328.
9. Siveski-Iliskovic N., Kaul N. & Singal P.K. Probucol promotes endogenous antioxidants and provides protection against adriamycin-induced cardiomyopathy in rats II Circulation. 1994. Vol. 89. P. 2829-2835.
10. Wang Z., Zahedi K., Barone S., Tehrani K., Rabb H., Matlin K., Casero R.A., Soleimani M. Overexpression of SSAT in kidney cells recapitulates various phenotypic aspects of kidney
ischemia-reperfusion injury II J. Am. Soc. Nephrol. 2004. Vol. 15. P. 1844-1852.
11. Zhao Y.J., Xu C.Q., Zhang W.H., Zhang L., Bian S.L., Huang O. , Sun H.L., Li Q.F., Zhang Y.Q., Tian Y., Wang R., Yang B.F., Li W.M. Role of polyamines in myocardial ischemia/ reperfusion injury and their interactions with nitric oxide II Eur. J. Pharmacol.
2007. Vol. 562. № 3. P. 236-246.
Nebivolol influence on myocardial polyamines metabolism in a rat model of regenerative & plastic heart failure
D.P. Khloponin, Yu.S. Maklyakov, Yu.N. Krotova, V.N. Karkischenko
Endogenous polyamines (putrescine, spermidine, & spermine) plays an important role in the process of ongoing myocardial injury in the regenerative & plastic heart failure. One of the possible mechanisms of (3-blockers induced cardioprotection in the failing heart is their modulation effect on the polyamines metabolism. Cardioselective (31-blocker nebivolol is shown to partially normalize an essentially disturbed myocardial level of putrescine, spermidine & spermine in adriamycin-induced regenerative & plastic heart failure in rats.
Key words: polyamines, nebivolol, (3-blocker, adriamycin, heart failure, apoptosis.
