CC BY
38
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
NATURAL SCIENCE. 2017. No. 4-2
УДК 001.5:615.277.3:612.018.2:57.05 DOI 10.23683/0321-3005-2017-4-2-134-142
СИСТЕМНЫЕ МЕХАНИЗМЫ РЕАЛИЗАЦИИ цАМФ-ИНДУЦИРОВАННОГО ПРОТИВООПУХОЛЕВОГО ЭФФЕКТА У КРЫС С КАРЦИНОМОЙ ГЕРЕНА
© 2017 г А.И. Шихлярова1, Г.В. Жукова1, Е.М. Франциянц1, Н.Д. Черярина1, Т.А. Бартенева1, Е.А. Ширнина1, Т.А. Куркина1, М.И. Брагина1, П.В. Светицкий1, А.А. Маслов1
1Ростовский научно-исследовательский онкологический институт, Ростов-на-Дону, Россия
SYSTEMIC MECHANISMS OF REALIZATION OF cAMP-INDUCED ANTITUMOR EFFECT IN RATS WITH HEREN'S CARCINOMA
A.I. Shikhlyarova1, G.V. Zhukova1, E.M. Frantsiyants1, N.D. Cheryarina1, T.A. Barteneva1, E.A. Shirnina1, T.A. Kurkina1, M.I. Bragina1, P.V. Svetitskiy1, A.A. Maslov1
1Rostov Research Institute of Oncology, Rostov-on-Don, Russia
Шихлярова Алла Ивановна - доктор биологических наук, профессор, руководитель испытательного лабораторного центра, Ростовский научно-исследовательский онкологический институт, ул. 14-я линия, 63, г. Ростов-на-Дону, 344037, Россия, e-mail: shikhliarova.a@mail.ru
Жукова Галина Витальевна - доктор биологических наук, главный научный сотрудник, испытательный лабораторный центр, Ростовский научно-исследовательский онкологический институт, ул. 14-я линия, 63, г. Ростов-на-Дону, 344037, Россия, e-mail: galya_57@mail.ru
Франциянц Елена Михайловна - доктор биологических наук, профессор, заместитель генерального директора по науке, руководитель лаборатории изучения патогенеза злокачественных опухолей, Ростовский научно-исследовательский онкологический институт, ул. 14-я линия, 63, г. Ростов-на-Дону, 344037, Россия, e-mail: super.gormon@ya.ru
Черярина Наталья Дмитриевна - врач-лаборант, лаборатория изучения патогенеза злокачественных опухолей, Ростовский научно-исследовательский онкологический институт, ул. 14-я линия, 63, г. Ростов-на-Дону, 344037, Россия, e-mail: super.gormon@yandex.ru
Бартенева Татьяна Альбертовна - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, испытательный лабораторный центр, Ростовский научно-исследовательский онкологический институт, ул. 14-я линия, 63, г. Ростов-на-Дону, 344037, Россия, e-mail: tabart1504@yandex.ru
Ширнина Елена Алексеевна - научный сотрудник, испытательный лабораторный центр, Ростовский научно-исследовательский онкологический институт, ул. 14-я линия, 63, г. Ростов-на-Дону, 344037, Россия, e-mail: schelalex@yandex.ru
Куркина Татьяна Анатольевна - научный сотрудник, испытательный лабораторный центр, Ростовский научно-исследовательский онкологический институт, ул. 14-я линия, 63, г. Ростов-на-Дону, 344037, Россия, e-mail: ta.kurkina@yandex.ru
Alla I. Shikhlyarova - Doctor of Biological Sciences, Professor, Head of Testing Laboratory Center, Rostov Research Institute of Oncology, 14-ya Liniya St., 63, Rostov-on-Don, 344037, Russia, e-mail: shikhliarova. a@mail. ru
Galina V. Zhukova - Doctor of Biological Sciences, Main Researcher, Department of Testing Laboratory Center, Rostov Research Institute of Oncology, 14-ya Liniya St., 63, Rostov-on-Don, 344037, Russia, e-mail: galya_57@mail.ru
Elena M. Frantsiyants - Doctor of Biological Sciences, Professor, Deputy General Director for Science, Head of Laboratory of Malignant Tumor Pathogenesis Study, Rostov Research Institute of Oncology, 14-ya Liniya St., 63, Rostov-on-Don, 344037, Russia, e-mail: super.gormon@ya.ru
Natalia D. Cheryarina - Doctor - Laboratory Assistant, Laboratory of Malignant Tumor Pathogenesis Study, Rostov Research Institute of Oncology, 14-ya Liniya St., 63, Rostov-on-Don, 344037, Russia, e-mail: super.gormon@yandex.ru
Tatjana A. Barteneva - Candidate of Biological Sciences, Senior Researche, Testing Laboratory Center, Rostov Research Institute of Oncology, 14-ya Liniya St., 63, Rostov-on-Don, 344037, Russia, e-mail: tabart1504@yandex.ru
Elena A. Shirnina - Researcher, Testing Laboratory Center, Rostov Research Institute of Oncology, 14-ya Liniya St., 63, Rostov-on-Don, 344037, Russia, e-mail: schelalex@yandex.ru
Tatjana A. Kurkina - Researcher, Testing Laboratory Center, Rostov Research Institute of Oncology, 14-ya Liniya St., 63, Rostov-on-Don, 344037, Russia, e-mail: ta.kurkina@yandex.ru
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION. NATURAL SCIENCE. 2017. No. 4-2
Брагина Марина Игоревна - младший научный сотрудник, испытательный лабораторный центр, Ростовский научно-исследовательский онкологический институт, ул. 14-я линия, 63, г. Ростов-на-Дону, 344037, Россия, e-mail: mi-bragina@yandex.ru
Светицкий Павел Викторович - доктор медицинских наук, профессор, руководитель отдела опухолей головы и шеи, Ростовский научно-исследовательский онкологический институт, ул. 14-я линия, 63, г. Ростов-на-Дону, 344037, Россия, e-mail: rnioi@list.ru
Маслов Андрей Александрович - доктор медицинских наук, профессор, главный врач, заведующий отделением абдоминальной онкологии № 3, Ростовский научно-исследовательский онкологический институт, ул. 14-я линия, 63, г. Ростов-на-Дону, 344037, Россия, e-mail: rnioi@list.ru
Marina I. Bragina - Junior Researcher, Testing Laboratory Center, Rostov Research Institute of Oncology, 14-ya Liniya St., 63, Rostov-on-Don, 344037, Russia, e-mail: mi-bragina@yandex.ru
Pavel V. Svetitskiy - Doctor of Medicine, Professor, Head of Department of Head and Neck Tumors, Rostov Research Institute of Oncology, 14-ya Liniya St., 63, Rostov-on-Don, 344037, Russia, e-mail: rnioi@list.ru
Andrey A. Maslov - Doctor of Medicine, Professor, Chief Physician, Head of Department of Abdominal Oncology No. 3, Rostov Research Institute of Oncology, 14-ya Liniya St., 63, Rostov-on-Don, 344037, Russia, e-mail: rnioi@list.ru
На модели роста карциномы Герена у белых беспородных крыс и крыс стрессоустойчивой линии Wistar была изучена эффективность противоопухолевого влияния цАМФ-модифицированной химиотерапии циклофосфаном (ЦФ). Показано, что сочетание цАМФ и ЦФ повышает частоту регрессии опухоли с 29 до 71 %. Механизм регрессии опухоли связан с активным накоплением эндогенного цАМФ в мозге, некоторых органах эндокринной (надпочечники, семенники) и иммунной систем (селезенка), легких, почках, печени, сыворотке крови. Это обеспечивало энергозатратные процессы и способствовало восстановлению нарушений, связанных с развитием опухоли. Уровень содержания цАМФ в ткани опухоли при ее рассасывании многократно снижался по сравнению с таковым при прогрессивном росте карциномы Герена. Идентификация интегральных адаптационных реакций патологического (стресс острый и хронический) и физиологического типов (тренировка, спокойная и повышенная активация) свидетельствовала о достоверном преимуществе развития реакций анти-стрессорного характера при использовании цАМФ как самостоятельно, так и в сочетании с ЦФ. Полученные данные указывают на интегрирующую функцию цАМФ как сигнального фактора системной самоорганизации и демонстрируют его высокую информативность и прогностическую значимость как критерия опухолевой прогрессии.
Ключевые слова: циклический аденозинмонофосфат (цАМФ), химиотерапия, карцинома Герена, циклофосфан, лимфоциты, адаптационные реакции.
The antitumor effectiveness of cAMP-modified chemotherapy with cyclophosphamide (CP) was studied on a model of Heren 's carcinoma in white outbred and in stress-resistant Wistar rats. Combination of cAMP and CP increased the rate of tumor regression from 29 to 71 %. The regression mechanism was associated with an active accumulation of endogenous cAMP in the brain, some organs of endocrine (adrenals, testicles) and immune (the spleen) systems, the lungs, kidneys, liver and blood serum. It provided some energy-consuming processes and contributed to the recovery of abnormalities induced by the tumor development. The cAMP level in tissues of shrinking tumors decreased manyfold compared to the level in the progressing carcinoma growth. Identification of integral adaptation reactions of pathological (acute and chronic stress) and physiological (training, moderate and increased activation) types demonstrated significant predomination of the development of anti-stress reactions in cAMP administration alone or in combination with CP. The results indicated the integrating function of cAMP as a signal factor of the systemic self-organization and showed its high informativeness and prognostic significance as a criterion of the tumor progression.
Keywords: cyclic adenosine monophosphate (cAMP), chemotherapy, Heren's carcinoma, cyclophosphamide, lymphocytes, adaptation reactions.
Введение
Проблема повышения эффективности противоопухолевой терапии связана с необходимостью привлечения системного подхода, при котором использование специфических факторов ингибирова-ния опухолевого процесса сочетается с дополнительным неспецифическим регуляторным воздействием на организм. Действительно, мишенью для профилактирования опухолевой прогрессии служат не только сама опухоль, но и гомеостатические ме-
ханизмы регуляции клеточного, тканевого, системного метаболизма и повышения неспецифической противоопухолевой резистентности организма. Реализация процессов управления неспецифической резистентностью происходит на различных иерархических уровнях, начиная с регуляторных систем мозга, органного и тканевого уровней вплоть до межклеточных и клеточных коммуникаций [1]. В основе этого лежит передача информации, носителями которой могут являться информационные молекулы ДНК и РНК, жидкие среды, в частности,
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
олигопептиды, а также системы молекулярных посредников - аденилциклаза, цАМФ, цГМФ, кальциевый и другие механизмы [2]. Еще недостаточно полно раскрыты ресурсы ряда биоактивных веществ, в первую очередь молекулярных посредников и проводников, обладающих доступностью к интимным механизмам пролиферации, гормонального, энергетического и адаптивного гомеостаза.
Большинство авторов считают, что содержание ДНК в опухолевых клетках является единственным достоверным показателем, позволяющим судить о прогнозе прогрессирования опухолевого процесса [3] и продолжительности жизни организма-опухо-леносителя [4, 5]. Можно полагать, что использование в схеме стандартной противоопухолевой терапии цитостатиков в сочетании с сигнальным и регуляторным воздействием цАМФ будет иметь преимущество не только в снижении пролифера-тивной активности опухолевых клеток за счет прямого повреждающего влияния цитостатика на геном, но и опосредованно, через взаимодействие информационных молекул ДНК - цАМФ [6]. В таком случае может значительно увеличиться прогностическая ценность показателей содержания цАМФ как участника и регулятора внутриклеточных процессов в опухоли, а также в органах, обеспечивающих нейроэндокринный и иммунный статус организма. Особую актуальность приобретает изучение влияния цАМФ на интегральные формы ответа организма в условиях модифицированной химиотерапии опухолей в рамках патологических и физиологических общих адаптационных реакций как механизмов регуляции уровня противоопухолевой резистентности. Цель работы заключалась в изучении самостоятельного и сочетанного с цик-лофосфаном (ЦФ) влияния цАМФ на рост карциномы Герена с оценкой прогностической значимости его содержания в опухоли и органах нейроэн-докринной и иммунной систем.
Материалы и методы исследования
Экспериментальная работа проводилась на 56 белых крысах-самцах (линии Wistar, n=28, и беспородные, n=28) массой 150-180 г в соответствии с правилами Европейской конвенции о защите животных (Директива 80/609 ЕЕС). В качестве опухолевой модели использовали штамм карциномы Ге-рена, полученный в РОНЦ им. Н.Н. Блохина, РАМН, Москва. После достижения опухолью объема 0,25 см3 были сформированы 4 группы (по 7 животных в каждой): контрольная (без воздействий), с введением монофакторов - ЦФ или цАМФ и с сочетанием обоих факторов -ЦФ+цАМФ. ЦФ (фирма «Бакстер Oncologi ГмбХ»,
NATURAL SCIENCE. 2017. No. 4-2
Германия) вводили дважды с интервалом 5 дней перитуморально в дозе 50 мкг/кг в 4 симметричные точки; цАМФ (фирма Sigma-Aldrich, USA) растворяли в дистиллированной воде и вводили per os в 0,01%-й концентрации по 2 капли 3 раза в день с интервалом 20 мин. В течение 3 недель регистрировали динамику роста опухоли, проводя измерения и рассчитывая её объем по формуле Шрека для эллипсоида: V= a-b-c-n/6. Еженедельно из бедренной вены крыс брали каплю крови для исследования лейкоцитарного состава и идентификации типа адаптационной реакции по Л.Х. Гаркави. Через 3 недели лечения животных подвергали декапитации. В извлеченных органах и опухоли исследовали уровень эндогенного цАМФ методом иммунора-диометрического определения с помощью стандартных тестов - наборов «Иммунотех» (Чехия) на радиометре «Ариан» фирмы Vitaco. Результаты подвергали статистической обработке с помощью программы Microsoft Excel 2010 и оценкой достоверности по t-test Стьюдента.
Результаты исследования
Изучение влияния цАМФ-модифицированной химиотерапии ЦФ на беспородных крысах-самцах свидетельствовало о заметном повышении противоопухолевого эффекта сочетанного воздействия по сравнению с самостоятельным действием факторов (табл. 1). На момент окончания экспериментальной терапии межгрупповая разница у крыс с применением цАМФ в сочетании с ЦФ по сравнению с введением только ЦФ увеличилась в 1,7 раза, отражая достоверное торможение роста опухоли (р<0,05). При сопоставлении результатов применения раздельной монофакторной терапии цАМФ и ЦФ было установлено преимущество ингибирую-щего эффекта ЦФ в 1,9 раза, свидетельствующее о его прямом цитостатическом действии на опухоль. Однако при экспериментальной монотерапии цАМФ объемы опухолей были меньше в 2,4 раза в сравнении с контрольной группой животных-опухоленосителей, не получавших никакого лечения (р<0,05). Эти достоверные межгрупповые различия непосредственных результатов указывали на доступность цАМФ к механизмам опухолевого роста и возможность ингибирования опухолевой прогрессии.
Полученные в эксперименте на беспородных животных результаты подтверждены на крысах-самцах стрессоустойчивой линии Wistar. Несмотря на то что выход опухоли и динамика роста карциномы Герена у линейных крыс Wistar существенным образом отличались от беспородных животных (наблюдалось существенное сдерживание ма-
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
NATURAL SCIENCE.
2017. No. 4-2
нифестации и формирования опухолевого узла), межгрупповые сравнительные данные отображали сходные тенденции противоопухолевого влияния цАМФ-модифицированной химиотерапии. При идентичных во всех группах значениях начального объема опухоли, равного 0,25 см3, четко определилась эффективная регрессионная динамика вплоть
до полного рассасывания карциномы Герена у крыс Wistar как при применении монотерапии цАМФ, так и в сочетании цАМФ с ЦФ. При проведении экспериментальной химиотерапии только ЦФ определялись опухоли объемом в 1,6 раза меньше, чем в контроле.
Таблица 1
Показатели объема карциномы Герена у линейных (Wistar) и беспородных крыс-самцов при цАМФ-модифицированной химиотерапии / Heren's carcinoma volume in linear (Wistar) and outbred male rats in cAMP-modified chemotherapy
Группа животных Объем опухоли, см3 Эффективность лечения опухоли, %
Начальный Конечный Регрессия Торможение роста Рост
Контроль (без воздействия) Wistar, n=7 0,25±0,06 6,47±1,73 0 14 86
Б/п, n=7 0,35±0,11 12,4±3,11 0 0 100
ЦФ Wistar, n=7 0,25±0,9 0,31±0,121 29 57 14
Б/п, n=7 0,37±0,12 2,75±0,8' 29 42 29
цАМФ Wistar, n=7 0,25±0,05 0,08±0,021 14 57 29
Б/п, n=7 0,3±0,12 5,11±1,4312 0 43 57
ЦФ + цАМФ Wistar, n=7 0,25±0,08 0,08±0,021 71 29 0
Б/п, n=7 0,25±0,08 1,61±0,481,2 43 57 0
Примечание. Достоверность различия: 1 - между контролем и группами ЦФ, цАМФ и ЦФ+цАМФ, p<0,05; 2 - группой ЦФ и группами цАМФ и ЦФ+цАМФ, p<0,05.
Оценивая противоопухолевую эффективность экспериментальной терапии, следует отметить значительное увеличение случаев полной регрессии карциномы Герена, которая наблюдалась при сочетании ЦФ и цАМФ у крыс Wistar в 71 % случаев, а у беспородных белых крыс - в 43 %, хотя суммарный противоопухолевый эффект составил в обеих группах 100 %. Более высокая чувствительность крыс Wistar отмечалась и к монотерапии цАМФ, при которой суммарный противоопухолевый эффект (торможение роста и рассасывание опухоли) был в 1,7 раза выше, чем у беспородных крыс.
Сравнивая выраженность опухолевой прогрессии карциномы Герена при используемых видах монотерапии ЦФ и цАМФ, видно, что у беспородных животных он превышает вдвое показатели у линейных крыс. И только при сочетанном применении обоих факторов случаи прогрессивного роста опухоли у беспородных и крыс Wistar не наблюдались. Можно констатировать выраженный эффект сдерживания роста при обоих видах монотерапии, особенно у крыс Wistar при химиотерапии ЦФ и у беспородных крыс при цАМФ-модифицированной химиотерапии карциномы Герена.
Таким образом, на разных моделях линейных и нелинейных животных-опухоленосителей, отличающихся генотипическими особенностями и
связанной с ними разной устойчивостью к опухолевому росту, были установлены общие звенья повышения противоопухолевого эффекта цитоста-тика. Воздействие цАМФ в сочетании с ЦФ в обеих сериях экспериментов оказало наиболее выраженное противоопухолевое влияние на рост карциномы Герена, что подтверждает участие этого важного молекулярного мессенджера в механизмах повышения неспецифической противоопухолевой резистентности.
Для подтверждения этого в исследование было включено определение содержания цАМФ в некоторых органах иммунной, эндокринной системы, мозге, легком, почке, печени, сыворотке крови и опухоли (табл. 2).
Был установлен неоднозначный отклик различных систем и самой опухоли на разные варианты экспериментальной терапии. Прежде всего, это касалось опухоли ввиду различной выраженности противоопухолевого эффекта при участии эндогенных цАМФ-зависимых механизмов регуляции про-лиферативной активности опухолевых клеток.
Так, у крыс с эффектом торможения роста опухоли под влиянием монофакторного воздействия цАМФ его уровень в опухоли был снижен в 1,3 раза относительно контроля. Химиотерапия ЦФ, приводящая к значимой регрессии опухоли, отли-
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
чалась еще более существенным уменьшением содержания цАМФ в опухоли, которое было меньше контрольного уровня в 3,3 раза. Самый низкий уровень цАМФ отмечался в группе животных при
NATURAL SCIENCE. 2017. No. 4-2
сочетании воздействий, имеющий значения показателей в 9,4 раза меньшие, чем в контроле, а также в 7,2 и 2,8 раза ниже, чем при монотерапии цАМФ и ЦФ соответственно.
Таблица 2
Содержание цАМФ в гомогенатах органов и опухоли у крыс с карциномои Герена, нмоль/л / Levels of cAMP in homogenates of organs and tumors in rats with Heren's carcinoma, nmol/L
Орган крыс Группа животных
Интактные Контроль III цАМФ ЦФ ЦФ+цАМФ
Печень 22,7±4,4 3,8±1,5 8,9±2,9 ^ 2,01±0,08 2,6±0,2
Почки 4,6±1,6 1,4±0,5 5,9±1,9 2 1,28±0,3 1,6±0,3
Надпочечники 4,26±2,4 9,0±2,3 2,9±1,2 2 1,68±0,7 2,3±1,08
Легкие 5,5±1,7 0,9±0,4 3,2±0,6 2 1,2±0,08 1,74±0,7
Селезенка 5,15±1,6 1,7±0,08 2,8±0,5 ^ 2,5±0,8 4,2±1,0
Семенники 14,9±9,8 8,2±0,9 44,9±5,7 3,9±0,13 5,8±1,6
Мозг 4,6±1,5 1,75±0,1 5,2±1,4 2 0,69±0,2 3,9±0,5
Опухоль - 7,03±1,5 5,4±0,9 2,12±0,8 0,75±0,2
Сыворотка крови 1,4±0,3 1,56±0,4 2,9±0,5 ^ 0,46±0,08 1,09±0,6
Сопоставляя результаты непосредственного противоопухолевого эффекта с содержанием в опухоли цАМФ, можно увидеть четкую коррелятивную связь, отмеченную в ранее проведенных исследованиях. Ранее было показано, что включение цАМФ в схему противоопухолевой терапии ЦФ саркомы 45 способствует трансформации гетерогенных пулов опухолевых клеток из анеуплоидных в диплоидные, а также минимизирует скорость и индекс пролиферации, о чем свидетельствовали протоколы проточной цитофлуориметрии [7]. Это позволяет считать, что цАМФ значительно влияет на биологические свойства опухоли и согласуется с тем, что в регуляции пролиферативной активности клеток нормальных тканей важную роль играют цАМФ-зависимые протеинкиназы [8, 9]. Их низкая активность в конце 02-фазы является необходимым условием вхождения клеток в митоз. Можно полагать, что высокий пролиферативный потенциал клеток карциномы Герена у контрольных животных, сопровождающийся накоплением цАМФ в опухоли, демонстрирует усиление экспрессии фермента как выражение злокачественной трансформации функциональной активности с возможным проявлением свойств онкобелка [10].
С позиций регуляторного влияния цАМФ в опухоли при ее регрессии можно говорить и об истощении энергетических ресурсов. При этом активация цАМФ-зависимой протеинкиназы ведет к фос-форилированию белков-мишеней, так называемых
«заякоривающих белков», что ингибирует энергопотребляющие и активирует энергосберегающие процессы в клетке [11-13].
Анализ содержания цАМФ в контрольной группе животных с карциномой Герена без лечебных воздействий показал его значительное накопление не только в опухоли, но и в надпочечниках, превосходящее уровень у животных-опухоленосителей при монотерапии цАМФ в 3,0 раза. Подобная динамика сохраняется при терапии ЦФ в сочетании с цАМФ, однако при использовании цитостатика в монофакторном режиме наблюдается пятикратное снижение эндогенного уровня цАМФ. Можно полагать, что опухоль со свойственным ей стресс-индуцирующем влиянием и надпочечники как стрессреализующий фактор являются антагонистами в отношении стрессингибирующего влияния цАМФ. На рис. 1, отражающем эти отношения, в полной мере проявляется графический образ регу-ляторного влияния цАМФ на ткани печени, почек, легких, селезенки, семенников, мозга и сыворотки крови (рис. 1а).
Со всей очевидностью проявляется системообразующая роль цАМФ в сочетании с ЦФ (рис. 1б). У животных этой группы, наряду с самой высокой противоопухолевой эффективностью, наблюдается активизация накопления цАМФ в эндокринных органах (надпочечниках и семенниках), в органах выделения, дыхания, иммунитета, а также в мозге.
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
NATURAL SCIENCE.
2017. No. 4-2
a/a
в/c
Рис. 1. Паттерн изменений уровня цАМФ в органах и опухоли у животных с карциномой Герена: а - без воздействий (контроль) и при введении цАМФ; б - при химиотерапии циклофосфаном и его сочетании с цАМФ; c - получавших цАМФ и интактных (без опухоли) животных / Fig. 1. Pattern of changes in cAMP levels in organs and tumors in animals with Heren's carcinoma: a - without treatment (control) and with cAMP administration; b - receiving chemotherapy with cyclo-phosphamide and its combination with cAMP; c - receiving cAMP and in intact animals (without tumors)
Сопоставление показателей содержания цАМФ в тканях органов животных без опухоли (интактные) с его уровнем у животных-опухоленосителей после монофакторной терапии цАМФ выявило ряд важных особенностей, связанных с влиянием как самой опухоли, так и цАМФ. Как видно из рис. 1, у крыс с карциномой Герена в сравнении со здоровыми животными содержание цАМФ снижалось в печени в 2,5 раза, в надпочечниках - в 1,7, легких и селезенке - в 1,9, что указывало на повреждающее действие опухоли в рамках патогенетических событий в организме (рис. 1в). Однако в почках, мозге и сыворотке крови подобных изменений отмечено не было. В случаях введения цАМФ концентрация этого вторичного посредника во всех органах характеризовалась тенденцией к увеличению. Особенно выраженные межгрупповые различия были выявлены в семенниках: содержание цАМФ оказалось в 3 раза выше, чем в норме. Этот же эффект был подтвержден результатами сопоставления уровня цАМФ в семенниках у животных с введением только ЦФ и в его сочетании с цАМФ. В последнем варианте лечения количество цАМФ возрастало в 1,7 раза. Иными словами, не только между опухолевыми и неопухолевыми животными, но и между группами крыс-опухоленосителей четко проявлялось влияние экзогенного стимула на цАМФ-зависимые механизмы активации центральных и периферических органов, демонстрируя сигнальную роль воздействия на уровне целостного организма.
Проведение анализа структуры интегральных адаптационных реакций организма стрессорного типа (острого и хронического стресса) и антистрес-сорных реакций (тренировки, спокойной и повышенной активации) выявило, что в динамике проводимой экспериментальной терапии с использованием цАМФ наблюдается формирование преимущественно физиологических архетипов реакций. Об этом свидетельствовало смещение соотношения антистрессорных реакций к стрессу в сторону уменьшения частоты встречаемости последнего и, следов ательно, увеличения коэффициента КАс/С в сторону больших значений (рис. 2).
Величина КАс/С достигала максимальных величин в группе с монотерапией цАМФ на этапе окончания воздействий и превышала в 1,6 раза значения у интактных животных. Уровень этого интегрального показателя в группе ЦФ в сочетании с цАМФ был в пределах нормальных значений и отличался от контроля и группы с ЦФ в 4,0 и 16,0 раза соответственно. Таким образом, межгрупповые различия в характере адаптационных реакций стали важным доказательным звеном интегрирующей функции цАМФ как сигнального фактора самоорганизации.
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
NATURAL SCIENCE.
2017. No. 4-2
a -|
7 -6 -5 4 3 2 1
Kac/c
-A"
__
~~---
Этапы
исследования
До лечения
Через 1 неделю
Через 2 недели
После окончания
Рис. 2. Разнонаправленные изменения коэффициента соотношения антистрессорных реакций и стресса у опытных животных на этапах экспериментальной химиотерапии с включением цАМФ / Fig. 2. Multidirectional changes in the antistress/stress reaction coefficient in experimental animals during chemotherapy with cAMP
Результирующий эффект такого влияния - ин-гибирование роста опухоли - связан с повышением неспецифической и противоопухолевой резистентности, что в сочетании со специфическим компонентом лечения позволяет коренным образом изменить ситуацию. Выявленное накопление цАМФ в опухоли в период её прогрессивного роста, а также значительное (десятикратное) падение уровня содержания цАМФ при регрессии опухоли могут служить иллюстрацией прогностической значимости этого показателя, обладающего высоким информационным потенциалом в отношении опухолевого статуса и состояния органов жизнеобеспечения. Пытаясь интерпретировать полученные нами эффекты торможения роста и регрессии опухоли с помощью цАМФ, мы учитывали данные о том, что, во-первых, цАМФ содержит в своей структуре необычное фосфатное кольцо с энергетически богатой 3-связью с изменением свободной энергии при гидролизе цАМФ, составляющем около 12 ккал; во-вторых, гидролиз цАМФ осуществляется фосфодиэстеразой, которая является основным гидролизующим ферментом в нейронах и регулирует внутриклеточную концентрацию циклического нуклеотида также с помощью цГМФ-зависимого механизма контроля уровня цАМФ в мозге [14, 15]. При повышении уровня цГМФ скорость гидролиза цАМФ увеличивается в 6 раз. В свою очередь, ре-
гуляция активности фосфодиэстераз также осуществляется протеинкиназами, Са2+, кальмодули-ном, которые могут угнетать расщепление циклических нуклеотидов и способствовать фосфорили-рованию и накоплению цАМФ [16]. Эти механизмы позволяют раскрыть природу значимого повышения цАМФ в мозге, отмеченного в наших экспериментах с воздействием цАМФ самостоятельно и в сочетании с ЦФ по сравнению с монохимиотерапией и контролем.
Что касается высокоамплитудных значений уровня цАМФ в семенниках у крыс-опухоле-носителей, получавших этот циклический нуклео-тид в качестве монотерапии, то в основе этого феномена может иметь место активация цАМФ спер-мием. Известно, что в индивидуальном развитии организма важнейшее значение в регуляции реакций при оплодотворении имеет рецептор системы инозитолтрифосфат - диацилглицерол (ИФЗ -ДАГ), активирующийся спермием, с одной стороны, а с другой - цАМФ как высокоэффективный биоусилитель, преобразующий реакцию между медиатором и наружным мембранным рецептором в фосфорилирование белков клеток Сертолли, спер-матогониев, сперматоцитов I и II порядков. Существуют только эти две тесно связанные регулятор-ные системы такого типа, как цАМФ и ИФЗ - ДАК, способные осуществлять повышение метаболиче-
ISSN 0321-3005 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИИ РЕГИОН._ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ. 2017. № 4-2
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION. NATURAL SCIENCE. 2017. No. 4-2
ского и функционального потенциала семенников. В таком случае становятся понятными сигнальная центральная (мозг) и периферическая роли экзогенного цAMФ в активировании эндогенного уровня nAMO и пусковых каскадных гормонозависи-мых процессов в гонадах даже в условиях противоопухолевой терапии.
Таким образом, представляется перспективным изучение возможности целенаправленной регуляции биологических процессов при злокачественном росте через систему универсальных вторичных мессенджеров. Как было нами показано в экспериментах на линейных и беспородных крысах-опухоленосителях, применение цAMФ в качестве монофактора и в комплексной химиотерапии карциномы Герена является эффективным способом ингибирования роста опухоли, т.е. позволяет получить опосредованное влияние на злокачественный процесс и усилить непосредственное противоопухолевое влияние цитостатиков. При этом показано повышение адаптационного статуса организма благодаря индукции антистрессорных реакций активации и тренировки, симптомокомплексы которых детерминировали согласованный подъем активности регуляторных и исполнительных систем организма. Доказательным фактором подлинного влияния nAMO на системный и органный уровень стали нормализация и даже стимуляция накопления циклического нуклеотида в мозге, эндокринных и иммунных органах, сыворотке крови, что обеспечивало энергозатратные процессы и способствовало восстановлению нарушений, связанных с развитием опухоли. Определение реального уровня nAMO в самой опухоли демонстрирует его высокую информативность и прогностическую значимость в качестве критерия оценки опухолевой прогрессии, а также эффективности лечения рака и определения уровня неспецифической противоопухолевой резистентности, включая повышение потенции жизненно важных систем организма.
Литература
1. Гаркави Л.Х., Квакина Е.Б., Кузьменко Т.С., Шихля-рова А.И. Лнтистрессорные реакции и активационная терапия. Екатеринбург: Филантроп, 2003. 336 с.
2. Судаков К.В. Информационный феномен жизнедеятельности. M. : PMATO, 1999. 379 с.
3. Кит О.И., Франциянц Е.М., Каплиева И.В., Трепита-ки Л.К., Евстратова О.Ф. Способ получения метастазов печени в эксперименте // Бюл. эксперим. биологии и медицины. 2014. Т. 157, № 6. С. 745-747.
4. Valverde J.J., Martin M., Garcia-Asengo J.A., Casado A., Vidard J.A., Diaz-Rubio E. Prognostic value of DNA quantification in early epithelial ovarian carcinoma // Obstet. gynecol. 2001. Vol. 97, iss. 3. P. 409-416.
5. Silvesrini R. Relevance of DNA-ploidy as a prognostic instrument for solid tumor // An. Oncol. 2000. Vol. 11, iss. 3. P. 259-261.
6. Двадненко К.В., Гусев С.А., Федоренко Г.М., Мати-шов Д.Г. Ультраструктурные аспекты биологии злокачественного роста саркомы 45 // Сиб. онкол. журн. 2011. № 1 (43). С. 25-28.
7. Кит О.И., Шихлярова А.И., Максимов Г.К. Особенности влияния цАМФ-модифицированной химиотерапии на биологические свойства саркомы 45 и продолжительность жизни животных-опухоленосителей // Вестн. ЮНЦ РАН. 2013. Т. 9, № 1. С. 71-76.
8. Schmirev I.I., Grozdova I.D., Kondratjev A.D. [et al.]. Immunofluorescence localization of the type II regulatory subunit of cAMP-dependent protein kinase in PC-12 and 3T3 cells with different proliferative states // Molec. and Cel. Biochem. 1990. Vol. 93. P. 47-52.
9. Lamb N.J.C., Cavadore J.-C., Labbe J.-C. [et al.]. Inhibition of cAMP-dependent protein-kinase plays a key role in the induction of mitosis and nuclear envelope breakdown in mammalian cells // EMBO J. 1991. Vol. 10. P. 1523-1533.
10. Reinmuth N., Brandt B., Kunze W-P., Junker K., Thomas M., Achatzy R., Scheid H.H., Semik M. Ploidy expression of erbB1, erbB2, p53 and amplification of erbB1, erbB2 and erbB3 in non-small cell lung cancer // Eur. Resp. J. 2000. Vol. 16, Iss. 5. P. 991-996.
11. Крутецкая З.И., Лебедев О.Е., Курилова Л.С. Механизмы внутриклеточной сигнализации. СПб., 2003. 208 с.
12. Willoughby D., Copper D.M.F. Organization and Ca2 regulation of adenylyl cyclases in cAMP microdomains // Phys-iol. Rev. 2007. Vol. 87. P. 965-1010.
13. Ашмарин И.П. Нейрохимия. М., 1996. 470 с.
14. Lucas K.A., Pitary G.M., Park J. Guanylyl cyclase and signaling by cyclic GMP // Pharmocol. Rev. 2000. Vol. 52. P. 375-413.
15. Lugnier C. Cyclic nucleotide phosphodiesterase (PDE) su-perfamily: a new target for the development of specific therapeutic agents // Pharmacol. Ther. 2006. Vol. 109, № 3. Р. 366-398.
16. Mehats C., Andersen C.B., Filopanti M., Jin S-L.C., Conti M. Cyclic nucleotide phosphodiesterase and their role in endocrine cell signaling // Trends Endocrinol. Metabol. 2002. Vol. 13, № 1. P. 29-35.
References
1. Garkavi L.Kh., Kvakina E.B., Kuz'menko T.S., Shi-khlyarova A.I. Antistressornye reaktsii i aktivatsionnaya tera-piya [Anti-stress reactions and activation therapy]. Ekaterinburg: Filantrop, 2003, 336 p.
2. Sudakov K.V. Informatsionnyi fenomen zhiznedeya-tel'nosti [Information phenomenon of life]. Moscow: RMAPO, 1999, 379 p.
3. Kit O.I., Frantsiyants E.M., Kaplieva I.V., Trepitaki L.K., Evstratova O.F. Sposob polucheniya metastazov pecheni v ek-sperimente [Method of obtaining liver metastases in the experiment]. Byul. eksperim. biologii i meditsiny. 2014, vol. 157, No. 6, pp. 745-747.
4. Valverde J.J., Martin M., Garcia-Asengo J.A., Casado A., Vidard J.A., Diaz-Rubio E. Prognostic value of DNA quantification in early epithelial ovarian carcinoma. Obstet. gynecol. 2001, Vol. 97, iss. 3, pp. 409-416.
5. Silvesrini R. Relevance of DNA-ploidy as a prognostic instrument for solid tumor. An. Oncol. 2000, vol. 11, iss. 3, pp. 259-261.
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
NATURAL SCIENCE.
2017. No. 4-2
6. Dvadnenko K.V., Gusev S.A., Fedorenko G.M., Mat-ishov D.G. Ul'trastrukturnye aspekty biologii zlokachestvennogo rosta sarkomy 45 [Ultrastructural aspects of the biology of malignant growth of sarcoma 45]. Sib. onkol. zhurn. 2011, No. 1 (43), pp. 25-28.
7. Kit O.I., Shikhlyarova A.I., Maksimov G.K. Osobennos-ti vliyaniya tsAMF-modifitsirovannoi khimioterapii na biolog-icheskie svoistva sarkomy 45 i prodolzhitel'nost' zhizni zhivotnykh-opukholenositelei [Features of the influence of cAMP-modified chemotherapy on the biological properties of sarcoma 45 and the life expectancy of tumor-bearing animals]. Vestn. YuNTs RAN. 2013, vol. 9, No. 1, pp. 71-76.
8. Schmirev I.I., Grozdova I.D., Kondratjev A.D. [et al.]. Immunofluorescence localization of the type II regulatory subunit of cAMP-dependent protein kinase in PC-12 and 3T3 cells with different proliferative states. Molec. and Cel. Biochem. 1990, vol. 93, pp. 47-52.
9. Lamb N.J.C., Cavadore J.-C., Labbe J.-C. [et al.]. Inhibition of cAMP-dependent protein-kinase plays a key role in the induction of mitosis and nuclear envelope breakdown in mammalian cells. EMBO J. 1991. Vol. 10. P. 1523-1533.
10. 1Reinmuth N., Brandt B., Kunze W-P., Junker K., Thomas M., Achatzy R., Scheld H.H., Semik M. Ploidy expres-
sion of erbB1, erbB2, p53 and amplification of erbB1, erbB2 and erbB3 in non-small cell lung cancer. Eur. Resp. J. 2000, vol. 16, Iss. 5, pp. 991-996.
11. Krutetskaya Z.I., Lebedev O.E., Kurilova L.S. Mekhan-izmy vnutrikletochnoi signalizatsii [Mechanisms of intracellular signaling]. Saint Petersburg, 2003, 208 p.
12. Willoughby D., Copper D.M.F. Organization and Ca2 regulation of adenylyl cyclases in cAMP microdomains. Physiol. Rev. 2007, vol. 87, pp. 965-1010.
13. Ashmarin I.P. Neirokhimiya [Neurochemistry]. Moscow, 1996, 470 p.
14. Lucas K.A., Pitary G.M., Park J. Guanylyl cyclase and signaling by cyclic GMP. Pharmocol. Rev. 2000, vol. 52, pp. 375-413.
15. Lugnier C. Cyclic nucleotide phosphodiesterase (PDE) superfamily: a new target for the development of specific therapeutic agents. Pharmacol. Ther. 2006, vol. 109, No. 3, pp. 366398.
16. Mehats C., Andersen C.B., Filopanti M., Jin S-L.C., Conti M. Cyclic nucleotide phosphodiestterase and their role in endocrine cell signaling. Trends Endocrinol. Metabol. 2002, vol. 13, No. 1, pp. 29-35.
Поступила в редакцию /Received
6 сентября 2017 г. /September 6, 2017
