Научная статья на тему 'Цитологические и цитогенетические изменения Т-лимфоцитов крови человека при воздействии противоопухолевого препарата адриамицина на фоне введения экстрактов из мицелия грибов шиитаке (Lentinula edodes) в условиях in vitro'

Цитологические и цитогенетические изменения Т-лимфоцитов крови человека при воздействии противоопухолевого препарата адриамицина на фоне введения экстрактов из мицелия грибов шиитаке (Lentinula edodes) в условиях in vitro Текст научной статьи по специальности «Медицина и здравоохранение»

494
64
Поделиться
Ключевые слова
Т-ЛИМФОЦИТЫ IN VITRO / АДРИАМИЦИН / МИЦЕЛИЙ LENTINULA EDODES / БЛАСТТРАНСФОРМАЦИЯ / МИТОТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ / MITOTIC ACTIVITY. Р

Аннотация научной статьи по медицине и здравоохранению, автор научной работы — Ильинских Николай Николаевич, Глухова Любовь Борисовна, Ильинских Екатерина Николаевна, Карначук Раиса Александровна

Изучена способность экстрактов из мицелия гриба (Lentinula edodes), выращенного в течение 10 сут в темноте, оказывать протективное действие при воздействии на Т-лимфоциты человека в условиях in vitro противоопухолевым препаратом адриамицином. Установлена способность экстрактов стимулировать бласттрансформацию и митотическую активность Т-лимфоцитов. После воздействия адриамицином на фоне введения экстрактов мицелия гриба в культурах Т-лимфоцитов наблюдалось существенное снижение числа большинства патологически измененных клеток, индуцированных противоопухолевым препаратом.

Похожие темы научных работ по медицине и здравоохранению , автор научной работы — Ильинских Николай Николаевич, Глухова Любовь Борисовна, Ильинских Екатерина Николаевна, Карначук Раиса Александровна,

Cytological and cytogenetic alterations of human blood T-lymphocytes in vitro induced by anti-cancer drug Adriamycin in combination with shiitake mushroom mycelium (Lentinula edodes) extract

Protective effects of shiitake mushroom mycelium (Lentinula edodes) extract grown in darkness for 10 days against cytogenetic damage induced by anti-cancer drug Adriamycin (Doxorubicin) were assessed in vitro in the human peripheral blood T-lymphocyte cultures. It was found that Adriamycin in the cultured lymphocytes can induce various types of karyopathological alterations including the deceasing frequency of cells with round-shaped nuclei normal for T-lymphocytes and the increasing frequency of micronucleated or protrusion-nucleated cells as well as the cells with apoptosis features like karyopyknosis, karyorhexis or karyolysis. Frequency of binucleated cells has also increased in the Adriamycin-exposed cultures. Alternatively, shiitake mycelium extracts did not result in any types of karyopathological alterations in the treated cultures, but induced the significant increase in the frequency of cells with bean-shaped nuclei and the decrease in the frequency of cells with oval-shaped nuclei. An addition of Adriamycin to the preliminary shiitake extract-treated lymphocyte cultures resulted in the significant diminution of the karyopathologically alternated cells including micronucleated, karyopyknotic and karyolytic cells as compared to the only Adriamycinexposed cultures. However, the frequencies of binucleated and protrusion-nucleated cells in the Adriamycin and shiitake combinedly treated cultures remained high and unchanged as compared to the only Adriamycin-exposed cultures. Mitotic pathology analysis in the Adriamycin-exposed lymphocyte cultures has demonstrated various alterations in more than 40% of the cell divisions. Among the types of the mitotic pathology, the anaphase bridges, metaphase chromosome lagging or multi-clustered metaphases have dominated. However, any increases in the frequency of C-mitoses were not detected compared to the intact control. It was found that Adriamycin significantly depressed the mitotic activity and blast-transformation of the treated cultures, whereas shiitake mycelium extracts doubled the mitotic activity and increased blast-transformation as compared to the intact control. Moreover, Adriamycin induced the significant decrease in the area of the cultured cells, whereas addition of shiitake mycelium extracts to the lymphocyte cultures resulted in the considerable increase in the frequency of cells with the area more than 100 μm2.

Текст научной работы на тему «Цитологические и цитогенетические изменения Т-лимфоцитов крови человека при воздействии противоопухолевого препарата адриамицина на фоне введения экстрактов из мицелия грибов шиитаке (Lentinula edodes) в условиях in vitro»

Н.Н. Ильинских, Л.Б. Глухова, Е.Н. Ильинских, Р.А. Карначук

ЦИТОЛОГИЧЕСКИЕ И ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ Т-ЛИМФОЦИТОВ КРОВИ ЧЕЛОВЕКА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ПРОТИВООПУХОЛЕВОГО ПРЕПАРАТА АДРИАМИЦИНА НА ФОНЕ ВВЕДЕНИЯ ЭКСТРАКТОВ ИЗ МИЦЕЛИЯ ГРИБОВ ШИИТАКЕ {LENTINULA EDODES)

В УСЛОВИЯХ IN VITRO

Изучена способность экстрактов из мицелия гриба (Lentinula edodes), выращенного в течение 10 сут в темноте, оказывать протек-тивное действие при воздействии на Т-лимфоциты человека в условиях in vitro противоопухолевым препаратом адриамицином. Установлена способность экстрактов стимулировать бласттрансформацию и митотическую активность Т-лимфоцитов. После воздействия адриамицином на фоне введения экстрактов мицелия гриба в культурах Т-лимфоцитов наблюдалось существенное снижение числа большинства патологически измененных клеток, индуцированных противоопухолевым препаратом.

Ключевые слова: Т-лимфоциты in vitro; адриамицин; мицелий Lentinula edodes; бласттрансформация; митотическая активность.

К числу наиболее грозных осложнений современной химиотерапии опухолей относится токсическая гипоплазия кроветворения. Практически все известные в настоящее время цитостатики даже в терапевтических дозах оказывают угнетающий эффект на гемопоэз, что вынуждает клиницистов осуществлять химиотерапию онкологических больных при постоянном контроле картины крови и в случае необходимости прерывать лечение [1].

Особое значение в указанном аспекте имеет исследование механизмов повреждающего действия цитостати-ков на генетические структуры гемопоэтических клеток нормального (не пораженного опухолью) костного мозга, поскольку известно, что большинство используемых в клинике цитостатических лекарств обладают выраженным цитогенетическим эффектом, который во многом и определяет токсическое действие этих препаратов на нормальные органы и ткани организма [1, 2].

Адриамицин (адриабластин, доксорубицин) относится к группе антрациклиновых антибиотиков — пигментов с индикаторными свойствами. По химическому строению антрациклины являются гликозидами. Кислотные свойства соединению придает аминогруппа сахара, а основные свойства антрациклинов обусловлены гидроксильными группами агликона.

Хромофорная группа препарата представляет собой красный нерастворимый в воде агликон-антрациклинон. В молекуле адриамицина агликон соединен гликозидной связью с аминосахаром даунозамином [2]. Адриамицин активен при лечении 18 форм злокачественных опухолей: лимфосаркомы, ретикулосаркомы, лимфогранулематоза, острых лейкозов, рака молочной железы, рака легкого, злокачественных опухолей яичника, сарком мягких тканей и некоторых костныех сарком, нейробла-стомы и опухоли Вильмса у детей, в отдельных случаях при раке щитовидной железы и переходно-клеточном раке мочевого пузыря и др. [3].

Шиитаке (ЬеМтийа edodes) - съедобный гриб, широко используемый как лекарственное средство. Имеются сведения о том, что потребление этого гриба снижает артериальное давление, уровень холестерина в крови, развитие сердечно-сосудистых заболеваний и возникновение раковых трансформаций клеток [4]. Его также стали использовать для предотвращения развития метастазов после хирургических операций раковых опухолей [5-7]. Экстракты из этого гриба в экспериментах на бактериях не обладали мутагенной активностью [8]. При этом Лима с соавт. [9] установили, что экстракты из гри-

ба обладают антимутагенной активностью при воздействии на эукариотические клетки мутагенов циклофос-фамида и №этил-Ы-нитрозомочевины [9].

Известны факты иммуностимулирующего действия компонентов этого гриба. Лентинан — полисахарид (3-

1,3-глюкагон), экстрагированный из грибов Lentinula edodes, обладает выраженой иммуностимулирующей активностью и применяется в клинической практике США и Японии начиная с 1986 г. [5—7]. Установлено, что лентиниан существенно стимулирует Т-систему иммунитета человека.

В настоящее время широко дискутируется возможность применения экстрактов гриба шиитаке и отдельных его метаболитов в качестве лекарственного средства, позволяющего снизить генетические эффекты, которые вызывает химиотерапия больных раком [10].

Цель настоящей работы — изучение в условиях in vitro цитогенетических последствий воздействия на Т-лимфоциты человека противоопухолевого препарата адриамицина на фоне введения в культуры экстрактов мицелия гриба шиитаке (Lentinula edodes).

Материал и методики исследования

Из мицелия гриба Lentinula edodes был получен экстракт, который стерилизовали, пропуская через миллипо-ровый фильтр с диаметром пор 3 мк. Концентрация сухого вещества в 1 мл экстракта составила 20 мг.

В культуры лимфоцитов периферической крови, полученные от здоровых доноров, вводили экстракты гриба шиитаке (Lentinula edodes) в дозе 0,1 мл на 1 мл культуральной среды RPMI и инкубировали на протяжении 72 ч в стандартных условиях [11].

Предварительно в пробит-анализе было показано, что данная доза экстракта не вызывает цитопатическо-го эффекта в условиях культуры Т-лимфоцитов человека. В культуральные флаконы через 12 ч после начала культивирования был введен цитостатический препарат адриамицин в дозе 1 мкг/мл. Эта доза цитостатика, по нашим данным, вызывает выраженный цитогенетический эффект, индуцируя повышение числа клеток с микроядрами [12].

На 72-м часу культивирования Т-лимфоциты фиксировали и готовили стандартные препараты по ранее описанному методу с анализом кариопатологических изменений интерфазного ядра и делящихся Т-лимфо-цитов [13].

В настоящей работе выполнено измерение площади ядер Т-лимфоцитов по методу, описанному в [14], с использованием компьютерной программы ImageJ, разработанной Wayne Rasband, National Institutes of Health, USA, и микроскопа фирмы «Zeiss Jena», оборудованного видеокамерой, а также проведен анализ бласттрансформации и митотической активности культур клеток.

Статистическую обработку осуществляли с использованием пакета статистических программ STATIS-TICA v.6.0, BIOSYS-2, Microsoft Access, BIOSTAT (Primer of Biostatistic version 4.03).

Все количественные показатели исследования обрабатывали с применением ¿-критерия Стьюдента для независимых выборок, поскольку тестирование закона распределения при помощи критерия Колмогорова — Смирнова не выявило отличий от нормального. Анализ статистических различий качественных признаков производили с использованием теста X с поправкой Йейтса на непрерывность [15].

Различия сравниваемых результатов (Х±т, где X — выборочное среднее арифметическое, т - ошибка среднего арифметического) считались статистически значимыми при достигнутом уровне р < 0,05.

Т а б л и ц а 1

Частота клеток с различными морфологическими изменениями ядра в культурах Т-лимфоцитов крови после воздействия адриамицином на фоне введения экстрактов мицелия гриба шиитаке ^епйпиШ edodes), % (Х±т)

Число клеток в культуре с различными видоизменениями морфологии ядра

Регистрируемый тип изменений морфологии ядерного аппарата интерфазной клетки Интактные культуры (контроль) Культуры с введением адриамицина Культуры с введением экстракта мицелия шиитаке Культуры после введения экстракта мицелия и последующего введения адриамицина

ш Круглое ядро 28,1±3,1 13,9±3,2* 29,3±2,1 32,3±3,2

(•) Овальное ядро 34,0±2,8 24,2±2,5 23,2±2,2** 20,8±3,2*

Бобовидное ядро 28,5±2,2 13,5±3,4* 36,8±2,3** 30,1±2,8*

Угловатое ядро 3,0±0,8 4,7±0,9 3,3±0,8 5,3±0,9

fè) Ядро с единичной протрузией 2,3±0,5 10,9±0,8* 1,9±0,3 4,1±0,5

Ядро с большим числом протрузий 1,5±0,6 6,8±0,8* 1,3±0,6 2,3±0,8

Ядро с одним микроядром 1,3±0,3 5,7±0,6* 1,2±0,6 1,9±0,7

•• Ядро с несколькими микроядрами 0,8±0,3 4,5±0,5* 0,5±0,2 1,8±0,2

Двуядерные и многоядерные клетки 0,1±0,1 3,8±0,5* 0,1±0,1 0,8±0,2*

Кариорексис ядра 0,2±0,1 3,4±0,5* 0,2±0,1 1,5±0,2*

Кариопикноз ядра 0,1±0,1 7,1±0,9* 0,5±0,4 1,4±0,4*

0 Кариолизис ядра 0,2±0,2 5,3±0,9* 1,9±0,6 1,4±0,4*

Примечание. Здесь и далее в таблицах звездочками отмечены значения, статистически отличающиеся от интактного контроля (одной при р < 0,01, двумя при р < 0,05). Подчеркнуты отличия показателей культур клеток, полученных после воздействия адиамицином на фоне воздействия, от данных, наблюдаемых после воздействия только одним адриамицином.

Результаты исследования и обсуждение

Для интактных культур (табл. 1) Т-лимфоцитов было характерно то, что подавляющее большинство клеток (около 90%) имеет округлое ядро (круглое, овальное или бобовидное). Анализ морфологических изменений ядер Т-лимфоцитов под влиянием введения адриамицина свиде-

тельствует об изменениях отдельных классов клеток по этому показателю. На фоне снижения числа клеток с округлым ядром существенно возрастают патологические изменения морфологии ядер отдельных клеток: с протру-зиями, микроядрами и деструктивными изменениями, приводящими к гибели клетки, такими как кариорексис, ка-риопикноз и кариолизис (во всех случаях р < 0,01).

Наряду с этим отмечено также увеличение числа двуядерных клеток. Экстракты гриба шиитаке не вызывали появления патологических изменений ядер, но достоверно увеличивали в культуре число клеток с бобовидным ядром, при этом снижалось количество клеток с овальным ядром (в обоих случаях p < 0,05). Добавление в культуры адриамицина на фоне введения экстракта мицелия гриба существенно снижает, по сравнению с культурами, где был введен адриамицин без предварительного воздействия экстрактами, число клеток с патологиями ядра. Кроме того, снижается до ин-тактного уровня количество клеток с микроядрами, а

Частота патологических митозов в после воздействия адриамицином на фоне введения экс'

также с кариопикнозом и кариорексисом, при этом повышенным остается число двуядерных клеток и клеток с единичными протрузиями ядер и кариолизисом.

Анализ патологий деления (табл. 2) при воздействии адриамицином показал, что более 40% изученных митозов имеют патологические изменения.

Чаще всего наблюдались метафазы с отставаниями отдельных хромосом, а также многогрупповые метафазы. Среди патологических ана-телофаз преобладали клетки с отставаниями хромосом и мостами. Увеличения числа клеток с колхициноподобными митозами (К-митозами) не отмечено.

Т а б л и ц а 2

Т-лимфоцитах периферической крови

грактов мицелия гриба шиитаке (Lentinн/a edodes), % (Х±т)

Число клеток с патологиями деления

Типы патологий деления ядер Т-лимфоцитов В интактном контроле После введения адриамицина После введения экстракта мицелия После введения экстракта мицелия и последующего введения адриамицина

Отставание хромосом в метафазе 0,4±0,2 12,2±3,4* 0,4±0,4 0,7±0,3

Трех- и многополюсная метафаза 0,1±0,1 2,5±0,9* 0,3±0,2 0,3±0,2

а? Многогруппов ая метафаза 0,2±0,1 8,5±2,9* 0,2±0,2 0,4±0,3

К-митоз 0,4±0,2 0,8±0,4* 0,4±0,1 0,5±0,3

СІ Отставание хромосом и их фрагментов в ана-телофазе 0,2±0,1 5,3±1,5* 0,2±0,1 0,5±0,2

Неравнополюсная ана-телофаза 0,1±0,1 2,8±0,9* 0,1±0,1 0,8±0,4

V Трех- и многополюсная ана-телофаза 0,1±0,1 3,8±1,2* 0,1±0,1 0,6±0,3

Ана-телофаза с мостами 0,2±0,2 4,2±1,0* 0,2±0,2 0,4±0,3

ИТОГО 1,7±0,5 40,2±6,9 1,9±0,7 4,2±0,9

Если адриамицин существенно снижает митотическую активность культур клеток, подавляя бласттранс-формацию Т-лимфоцитов, то экстракты гриба шиитаке при введении в культуры более чем в 2 раза усиливают митотическую активность этих клеток (табл. 3), при этом достоверно увеличивая в культурах и процессы бласттрансформации Т-лимфоцитов.

Установлено, что адриамицин индуцировал снижение общей площади культивируемых клеток, при этом экстракты гриба шиитаке, наоборот, способствовали резкому возрастанию числа крупных клеток, площадь которых достигает более 100 мк2 (рис. 1).

Антимутагенные эффекты экстрактов мицелия шиитаке могут быть связаны с влиянием на следующие процессы в культурах Т-лимфоцитов:

1) стимуляция ДНК-репаративных процессов;

2) инактивирование мутагенных потенций адриа-мицина;

3) защита цитогенетических структур клетки от мутагенного действия адриамицина;

4) стимуляция апоптотических процессов;

5) активация лимфоцитов-киллеров по устранению генетически дефектных клеток [16].

Известно, что механизм противоопухолевого действия адриамицина связан с индуцированием в клетках свободных радикалов, что вызывает поражение ДНК на стадиях S и G2 [1, 13].

Наличие ана-телофаз с мостами свидетельствует о способности адриамицина к перестройкам с формированием дицентрических хромосом.

Т а б л и ц а 3

Показатели бласттрансформации и митотической активности Т-лимфоцитов после воздействия экстрактами мицелия шиитаке (ЬепйпиШ edodes) и адриамицином, % (Х±т)

Анализируемый показатель Интактные культуры (контроль) Культуры с введением адриамицина Культуры с введением экстрактов гриба Культуры после введения экстрактов гриба и последующего введения адриамицина

Митотическая активность 5,3±0,6 1,5±0,3** 12,6±1,2* 8,6±1,0**

Бласттрансформация 58,6±2,1 17,3±2,4* 72,4±4,8* 56,3±2,9

Е? § Из

Рис. 1. Площадь ядер в культурах Т-лимфоцитов периферической крови после введения адриамицина и экстрактов мицелия из грибов шиитаке (ЬепНпи1а edodes)

А

Б

В

Рис. 2. Патологические изменения Т-лимфоцитов под влиянием адриамицина:

А - метафаза с отставшей хромосомой; Б - двуядерный Т-лимфоцит с протрузиями; В - анафаза с мостом; Г - двуядерный Т-лимфоцит с микроядрами. Увеличение 10 ок. х 100 об. Окраска азур-эозином

Известна способность экстрактов шиитаке стимулировать лимфоциты-киллеры [18], и мы полагаем, что это может способствовать устранению из культуры генетически дефектных клеток [16].

Появление после совместного воздействия экстрактов и адриамицина клеток с кариорексисом и кариопикнозом, по-видимому, свидетельствует в пользу этой гипотезы, а наблюдаемое повышение

числа клеток с кариолизисом возможно объяснить активацией апоптотических процессов под влиянием компонентов экстрактов грибов шиитаке в условиях культуры клеток.

Заключение

Таким образом, полученные данные свидетельствуют, что в культурах Т-лимфоцитов, полученных от здоровых доноров, противоопухолевый препарат ад-риамицин способен индуцировать разнообразные ци-

тологические и цитогенетические изменения. Некоторые из них, такие как отставание хромосом, формирование микроядер способствуют утрате части цитогенетического материала, а кариорексис, кариопикноз и кариолизис — гибели измененных клеток. Введение адриамицина на фоне предварительного введения экстрактов мицелия грибов шиитаке (Lentinula edodes) вызывает существенно меньшие цитопатический и цитогенетический эффекты, что свидетельствует о про-тективном действии некоторых компонентов гриба.

ЛИТЕРАТУРА

1. Новицкий В.В., Переверзева Э.Р., Пономарков В.И. и др. Экспериментально клинические аспекты некоторых токсических эффектов противо-

опухолевых препаратов. М. : Изд-во ВНИИМИ, 1987. Сер. Онкология. Вып. 2. 69 с.

2. ДудникЮ.В., Гаузе Г.Ф. Механизмы действия антрациклинов // Экспериментальная онкология. М., 1982. Т. 4, № 5. С. 18-22.

3. Переводчикова Н.И. Клиническая химиотерапия опухолевых заболеваний. М. : Медицина, 1976. 200 с.

4. Wasser S.P., Weis A.L. Therapeutic effects of substances occurring in higher basidiomycetes mushrooms: a modem perspective // Crit. Rev. Immunol.

1999. Vol. 19, № 1. P. 65-96.

5. НовиковВ.И., Карандашов В.И., Сидорович И.Г. Иммунотерапия при злокачественных новообразованиях. М. : Медицина, 1999. 136 с.

6. Поливанов К.А. Предоперационная иммунокоррекция в хирургическом лечении заболеваний желудка : автореф. дис. ... канд. мед. наук. М.,

2005. 18 с.

7. Shah S.K., Walker P.A., Moore-Olufemi S.D. et al. An evidence-based review of a Lentinula edodes mushroom extract as complementary therapy in

the surgical oncology patient // Journal of Parenteral. and Enteral. Nutrition. 2011. Vol. 35, № 4. P. 449-458.

8. Grüter A., Friederich U., Würgler F.E. Antimutagenic effects of mushrooms // Mutat. Res. 1990. Vol. 231, № 2. Р. 243-249.

9. Lima P.A., Delmanto R.D., SuguiM.M. et al. Lentinula edodes (Berk.) Pegler (shiitake) modulates genotoxic and mutagenic effects induced by alkylat-

ing agents in vivo//Mutat. Res. 2001. Vol. 496. № 1. P. 23-32.

10. Lindequist U., Niedermeyer T.H., Jülich W.D. The pharmacological potential of mushrooms // Evid. Based. Complement. Alternat. Med. 2005. Vol. 2, № 3. Р. 285-299.

11. Moorhead P.S., Novel P.C., Mellman W.J. et al. Chromosome preparations of leukocyte cultured from human peripheral blood // Exptl. Cell Res.

1960. Vol. 20. P. 613-516.

12. Ильинских Н.Н., Новицкий В.В., Ванчугова Н.Н., Ильинских И.Н. Микроядерный анализ и цитогенетическая нестабильность. Томск : Изд-во Том. ун-та, 1992. 272 с.

13. Ильинских Н.Н., Васильев С.А., Кравцов В.Ю. Микроядерный тест в скрининге и мониторинге мутагенов. Saarbrucken : Lambert Academic Publishing, 2011. 524 c.

14. ИльинскихИ.Н., Новицкий В.В., ИльинскихЕ.Н. и др. Инфекционная кариопатология. Томск : Изд-во Том. ун-та, 2005. 196 с.

15. Боровиков В.П., Боровиков И.П. Статистический анализ и обработка данных в среде Windows. М. : Филинъ, 1997. C. 608.

16. ИльинскихН.Н., ИльинскихИ.Н., БочаровЕ.Ф. Цитогенетический гомеостаз и иммунитет. Новосибирск : Наука, 1986. 250 с.

17. Shah S.K., Walker PA., Moore-Olufemi S.D. et al. An evidence-based review of a Lentinula edodes mushroom extract as complementary therapy in the

surgical oncology patient // Journal of Parenteral. and Enteral. Nutrition. 2011. Vol. 35, № 4. P. 449-458.

18. Terakawa N., Matsui Y., Satoi S. Immunological effect of active hexose correlated compound (AHCC) in healthy volunteers: a double-blind, placebocontrolled trial // Nutrition and Cancer. 2008. Vol. 60, № 5. 643-651.

19. Засухина Г.Д. Репаративные механизмы клеток и проблемы окружающей среды. М. : Наука, 1979. 183 с.

Статья представлена научной редакцией «Биология» 26 декабря 2011 г.