CC BY
10
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 612.179:616.12-008:577.152.6 https://doi.org/10.20538/1682-0363-2021-4-6-10
Участие протеинкиназы С и Pß-киназы в механизме кардиопротекторного эффекта дистантного посткондиционирования
Мухомедзянов А.В., Нарыжная Н.В., Маслов Л.Н.
Научно-исследовательский институт (НИИ) кардиологии,
Томский национальный исследовательский медицинский центр (НИМЦ) Российской академии наук Россия, 634012, г. Томск, ул. Киевская, 111а
РЕЗЮМЕ
Введение. Острый инфаркт миокарда (ОИМ) с подъемом сегмента ST отличается высокой частотой осложнений. Смертность от ОИМ составляет около 5% и в последние годы не снижается. Реваскуляризация обеспечивает восстановление коронарного кровотока, но также способствует возникновению реперфузи-онных повреждений сердца. Дистантное посткондиционирование (ДПост) является многообещающим не-инвазивным методом, способным эффективно и безопасно уменьшить размер инфаркта миокарда.
Цель - изучение участия протеинкиназы С и Р13-киназы в реализации инфаркт-лимитирующего эффекта ДПост.
Материалы и методы. Исследование выполнено на 48 самцах крыс линии Вистар. Осуществляли корона-роокклюзию (45 мин) и реперфузию (2 ч). Оценивали размер зоны некроза и зоны риска. Дистантное посткондиционирование моделировали путем наложения жгутов на задние конечности в области тазобедренного сустава сразу послу восстановления коронарного кровотока. Все ингибиторы вводили внутривенно за 10 мин до реперфузии.
Результаты. В контрольной группе отношение зона инфаркта/зона риска (ЗИ/ЗР) составило 44%. Дистантное посткондиционирование уменьшало соотношение ЗИ/ЗР в 1,5 раза. Предварительное введение ингибитора протеинкиназы С хелеритрина или ингибитора Р13-киназы вортманнина устраняло кардиопротек-торный эффект ДПост.
Заключение. Механизм инфаркт-лимитирующего эффекта ДПост реализуется через активацию протеинкиназы С, Р13-киназы.
Ключевые слова: сердце, ишемия, реперфузия, дистантное посткондиционирование.
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Источник финансирования. Статья подготовлена при поддержке гранта РФФИ № 21-515-53003. Раздел, посвященный PI3, оформлен в рамках государственных назначений AAAA-A15-115120910024-0. Работа выполнена на оборудовании Центра коллективного пользования «Медицинская геномика».
Соответствие принципам этики. Исследование одобрено локальным этическим комитетом НИИ кардиологии Томского НИМЦ (протокол № 207 от 23.02.2020).
Для цитирования: Мухомедзянов А.В., Нарыжная Н.В., Маслов Л.Н. Участие протеинкиназы С и Р13-ки-назы в механизме кардиопротекторного эффекта дистантного посткондиционирования. Бюллетень сибирской медицины. 2021; 20 (4): 6-10. https://doi.org/10.20538/1682-0363-2021-4-6-10.
Н Мухомедзянов Александр Валерьевич, e-mail: [email protected]
The role of protein kinase C and PI3-kinase in the mechanism of the cardioprotective effect of remote ischemic postconditioning Mukhomedzyanov A.V., Naryzhnaya N.V., Maslov L.N.
Cardiology Research Institute, Tomsk National Research Medical Center (NRMC), Russian Academy of Sciences 11^, Kievskaya Str., Tomsk, 634012, Russian Federation
Background. Acute myocardial infarction (AMI) with ST segment elevation is associated with high incidence of complications. Mortality from AMI is about 5%, which has not decreased in recent years. Revascularization provides recovery of coronary blood flow, but also contributes to the occurrence of reperfusion injury to the heart. Remote ischemic postconditioning (RIPostC) is a promising, non-invasive method that can effectively and safely reduce the infarct size.
The aim of the study was to investigate the role of protein kinase C and PI3-kinase in the development of the infarct-limiting effect of remote ischemic postconditioning.
Materials and methods. The study was performed on Wistar rats. Coronary artery occlusion (45 min) and reperfusion (2 h) were performed. The infarct size (IS) and the size of area at risk (AAR) were assessed. RIPostC was modeled by applying tourniquets to the hind limbs in the hip joint immediately after the restoration of coronary blood flow. All inhibitors were administered intravenously 10 min before reperfusion.
Results. In the control group, the IS / AAR ratio was 44%. RIPostC reduced the IS / AAR ratio by about 50%. Preliminary administration of the protein kinase C inhibitor chelerythrine and the PI3-kinase inhibitor wortmannin eliminated the cardioprotective effect of RIPostC.
Conclusion. The mechanism of the infarct-limiting effect of RIPostC is implemented through activation of protein kinase C and PI3-kinase.
Key words: heart, ischemia, reperfusion, remote ischemic postconditioning.
Conflict of interest. The authors declare the absence of obvious or potential conflicts of interest related to the publication of this article.
Source of financing. The article was supported by the Russian Foundation for Basic Research Grant No. 21-51553003. The section dedicated to PI3 was framed within the state assignment AAAA-A15-115120910024-0. The study was performed using the equipment of the Center for Collective Use "Medical Genomics".
Conformity with the principles of ethics. The study was approved by the Ethics Committee at the Cardiology Research Institute, Tomsk National Research Medical Center (Protocol No. of 23.02.2020).
For citation: Mukhomedzyanov A.V., Naryzhnaya N.V., Maslov L.N. The role of protein kinase C and PI3-kinase in the mechanism of the cardioprotective effect of remote ischemic postconditioning. Bulletin of Siberian Medicine. 2021; 20 (4): 6-10. https://doi.org/10.20538/1682-0363-2021-4-6-10.
ABSTRACT
Смертность от острого инфаркта миокарда (ОИМ) составляет около 5% ив последние годы не снижается [1, 2]. Проведение реваскуляризации инфаркт-связанной коронарной артерии является важным терапевтическим вмешательством при инфаркте миокарда [3]. Однако восстановление коронарного кровотока имеет и неблагоприятные последствия, проявляющиеся в виде реперфузионных повреждений сердца, влияющих на окончательный размер инфаркта и дальнейший прогноз [4]. На сегодняшний день в клинической практике отсутствуют лекарственные препараты, способные с высокой
ВВЕДЕНИЕ
эффективностью предупреждать реперфузионные повреждения сердца [5]. Литературные данные свидетельствуют о том, что дистантное посткондиционирование (ДПост) является многообещающим не-инвазивным методом, которое может эффективно и безопасно уменьшить размер инфаркта миокарда, а также снизить риск возникновения последующих осложнений.
Феномен ДПост был открыт в 2005 г. исследовательской группой под руководством профессора J. Vinten-Johansen [6]. Дистантным посткондиционированием сердца принято называть повышение толерантности миокарда к действию длительной реперфузии после воздействия кратковременной
Мухомедзянов А.В., Нарыжная Н.В., Маслов Л.Н.
Участие протеинкиназы С и Pß-киназы в механизме
ишемии-реперфузии на другой орган в момент ре-перфузии сердца. Было обнаружено, что применение ДПост способствует уменьшению очага инфаркта в 2 раза [7]. Однако молекулярные механизмы, лежащие в основе данного эффекта, остаются малоизученными.
Цель исследования - изучение участия протеинкиназы С и Р13-киназы в реализации инфаркт-лими-тирующего эффекта дистантного посткондиционирования.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследование выполнено на 48 самцах крыс линии Вистар массой 250-300 г. Все процедуры, связанные с содержанием и использованием животных, проводили с соблюдением директив Европарламен-та и Совета Европейского союза (2010/63/EU), регламентирующих использование животных в научных целях. Исследование одобрено этическим комитетом НИИ кардиологии Томского НИМЦ (протокол № 207 от 23.02.2020). Все болезненные процедуры выполняли на наркотизированных животных.
Крыс наркотизировали а-хлоралозой (60 мг/кг, внутрибрюшинно) и подключали к аппарату искусственной вентиляции легких SAR-830/P посредством введения в трахеотомическое отверстие трубки для интубации. Регистрацию частоты сердечных сокращений (ЧСС) проводили с помощью аппарата для электрофизиологических исследований MP-35. Инфаркт-лимитирующий эффект ДПост и его внутриклеточные механизмы исследовали на модели 45-минутной коронароокклюзии и 120-минутной реперфузии in vivo [8]. Количественную оценку повреждений миокарда определяли по соотношению зоны инфаркта к зоне риска (ЗИ/ЗР) [8]. Зоной риска принято считать ту часть миокарда, которая подверглась воздействию ишемии при воздействии корона-роокклюзии. Дистантное посткондиционирование моделировали путем наложения жгутов на задние конечности в области тазобедренного сустава сразу послу восстановления коронарного кровотока. Время ишемии и реперфузии для каждой фазы составляло 3 цикла по 5 мин.
В эксперименте использовали следующие фармакологические агенты: ингибитор протеинкиназы С хелеритрин - в дозе 0,3 мг/кг [9], ингибитор Р13-ки-назы ^^sp^^si^e 3-kinases) вортманнин - в дозе 25 мкг/кг [10]. Ингибиторы вводились в бедренную вену за 10 мин до реперфузии (спустя 35 мин после начала коронароокклюзии). Хелеритрин и вортманнин растворяли в 0,1 мл DMSO, полученный раствор доводили до 1 мл с помощью 20%-го ß-гидрокси-пропил-циклодекстрина. Контрольной группе жи-
вотных внутривенно вводилась смесь DMSO/ß-ги-дроксипропил-циклодекстрина. Крыс выводили из эксперимента спустя 2 ч после начала реперфузии путем иссечения сердца из грудной полости для последующего окрашивания и определения зоны инфаркта и зоны риска.
Статистическую обработку данных проводили с использованием программы Statistica 13. Для оценки достоверности полученных результатов использовали критерий Манна - Уитни. Данные представлены в виде среднего арифметического и стандартного отклонения М ± SD. Пороговое значение уровня значимости p принято равным 0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ
После 45 мин коронароокклюзии и 120 мин ре-перфузии индекс ЗИ/ЗР в контрольной группе составил 44%. Применение ДПост способствовало уменьшению ЗИ/ЗР в 1,5 раза (рис.). Следовательно, ДПост повышает устойчивость сердца к реперфу-зионному повреждению. Дальнейшие исследования были направлены на изучение сигнального механизма кардиопротекторного эффекта ДПост. Так, при предварительном введении за 10 мин до реперфузии и, следовательно, началом ДПост ингибитора протеинкиназы С хелеритрина, наблюдалось устранение инфаркт-лимитирующего действия дистантного посткондиционирования. Подобный эффект проявлялся и при использовании ингибитора Р13-киназы вортманнина (см. рис.).
ЗИ/ЗР, %
50
40
20
Контроль
Рисунок. Соотношение зона инфаркта/зона риска: *p < 0,05 по сравнению с контролем
В контрольной группе на протяжении всего эксперимента значимых изменений со стороны ЧСС не обнаружено. В группе, в которой спустя 45 мин коронароокклюзии моделировали дистантное посткондиционирование, также не отмечено статистически значимых изменений ЧСС (таблица). Следовательно, использование ДПост не оказывает влияние на ЧСС.
60
30
10
0
Таблица
Показатели частоты сердечных сокращений в модели коронароокклюзии и реперфузии, M ± SD
Группа Срок наблюдения
Перед к/о За 10 мин до р/п Перед р/п Через 30 мин после р/п Через 2 ч после р/п
Контроль, n = 12 364,4 ± 3,5 362,3 ± 3,8 358,7 ± 2,9 353,4 ± 4,3 349,7 ± 5,2
ДПост, n = 12 366,8 ± 3,1 364,8 ± 3,6 363,5 ± 3,2 357,6 ± 4,1 351,5 ± 4,9
Примечание. К/о - коронароокклюзия, р/п - реперфузия.
ОБСУЖДЕНИЕ
Согласно литературным данным, ДПост оказывает выраженное инфаркт-лимитирующее действие [7]. Эти данные подтверждаются полученными в наших исследованиях результатами. Литературные данные свидетельствуют о том, что кардиопротекторный эффект ишемического прекондиционирования связан с активацией протеинкиназы С, МЕК-киназы и Р13-киназы [7, 11, 12]. Опираясь на эти данные, мы предположили, что данные киназы могут быть задействованы и в механизме инфаркт-лимитирующе-го эффекта дистантного посткондиционирования. Действительно, согласно полученным нами результатам, в механизме кардиопротекторного эффекта ДПост участвуют протеинкиназа С и Р13-киназа, что говорит о схожести молекулярных механизмов пре-кондиционирования и ДПост.
По некоторым данным, кардиопротекторный эффект ДПост является следствием появления в крови подопытных животных гидрофобного вещества пептидной природы с молекулярной массой 30 кДа, выделяющийся в кровь из ишемизированных конечностей [13]. Исследователи предполагают, что данный гуморальный фактор отличается от известных эндогенных пептидов, обладающих инфаркт-лими-тирующим действием (опиоидные пептиды, бради-кинин) и существенно превосходит их по молекулярной массе. В ряде исследований было показано, что ДПост оказывает нейропротекторный эффект [14]. Следовательно, есть основания утверждать, что отличительной особенностью гуморального фактора является способность проникать через гематоэнце-фалический барьер. Поэтому можно предположить, что кардиопротекторный эффект ДПост может быть связан и с центральными механизмами. В свою очередь, на сегодняшний день нет четкого понимания о том, какие молекулярные механизмы лежат в основе эффекта ДПост.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Представленные данные свидетельствуют о том, что дистантное посткондиционирование способно повышать устойчивость сердца к реперфузионным повреждениям. Инфаркт-лимитирующий эффект
ДПост реализуется через активацию протеинкиназы
С и Р13-киназы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Vaidya S.R., Devarapally S.R., Arora S. Infarct related artery only versus complete revascularization in ST-segment elevation myocardial infarction and multi vessel disease: a me-ta-analysis. Cardiovasc. Diagn. Ther. 2017; 7 (1): 16-26. DOI: 10.21037/cdt.2016.08.06.
2. Zhou Y., Chen S., Zhu X., Gui J., Abusaada K. Prior beta blockers use is independently associated with increased in patient mortality in patients presenting with acute myocardial infarction. Int. J. Cardiol. 2017; 243: 81-85. DOI: 10.1016/j. ijcard.2017.03.004.
3. McCartney P.J., Berry C. Redefining successful primary PCI. Eur. Heart J. Cardiovasc. Imaging. 2019; 20 (2): 133-135. DOI: 10.1093/ehjci/jey159.
4. Ndrepepa G. Improving myocardial injury, infarct size, and myocardial salvage in the era of primary PCI for STEMI. Coron. Artery Dis. 2015; 26 (4): 341-355. DOI: 10.1097/ mca.0000000000000220.
5. Маслов Л.Н., Барбараш О.Л. Фармакологические подходы к ограничению размера инфаркта миокарда у пациентов с острым инфарктом миокарда. Экспериментальная и клиническая фармакология. 2018; 81 (3): 75-82. DOI: 10.30906/0869-2092-2018-81-3-34-41.
6. Kerendi F., Kin H., Halkos M.E., Jiang R., Zatta A.J., Zhao Z.Q., Guyton R.A., Vinten-Johansen J. Remote postconditioning. Brief renal ischemia and reperfusion applied before coronary artery reperfusion reduces myocardial infarct size via endogenous activation of adenosine receptors. Basic Res. Cardiol. 2005; 100 (5): 404-412. DOI: 10.1007/s00395-005-0539-2.
7. Heusch G. Molecular basis of cardioprotection: signal transduction in ischemic pre-, post-, and remote conditioning. Circ. Res. 2015; 116 (4): 674-699. DOI: 10.1161/circresaha.116.305348.
8. Maslov L.N., Naryzhnaya N.V., Tsibulnikov S.Yu., Kolar F., Zhang Y., Wang H., Gusakova A.M., Lishmanov Yu.B. Role of endogenous opioid peptides in the infarct size-limiting effect of adaptation to chronic continuous hypoxia. Life Sci. 2013; 93 (9-11): 373-379. DOI: 10.1016/j.lfs.2013.07.018.
9. Maslov L.N., Lishmanov Yu.B., Oeltgen P.R., Barzakh E.I., Krylatov A.V., Govindaswami M., Brown S.A. Activation of peripheral S2 opioid receptors increases cardiac tolerance to ischemia/reperfusion injury: Involvement of protein kinase C, NO-synthase, KATP channels and the autonomic nervous system. Life Sci. 2009; 84 (19-20): 657-663. DOI: 10.1016/j. lfs.2009.02.016.
10. Fettiplace M.R., Kowal K., Ripper R., Young A., Lis K., Rubinstein I., Bonini M., Minshall R., Weinberg G. Insulin
Мухомедзянов А.В., Нарыжная Н.В., Маслов Л.Н.
Участие протеинкиназы С и PB-киназы в механизме
signaling in bupivacaine-induced cardiac toxicity: sensitization during recovery and potentiation by lipid emulsion. Anesthesiology. 2016; 124 (2): 428-442. DOI: 10.1097/ aln.0000000000000974.
11. Cohen M.V., Downey J.M. Signalling pathways and mechanisms of protection in pre- and postconditioning: historical perspective and lessons for the future. Br. J. Pharmacol. 2015; 172 (8): 1913-3192. DOI: 10.1111/bph.12903.
12. Hausenloy D.J., Yellon D.M. Ischaemic conditioning and reperfusion injury. Nat. Rev. Cardiol. 2016; 13 (4): 193-209. DOI: 10.1038/nrcardio.2016.5.
13. Breivik L., Helgeland E., Aarnes E.K., Mrdalj J., Jonassen A.K. Remote postconditioning by humoral factors in effluent from ischemic preconditioned rat hearts is mediated via PI3K/ Akt-dependent cell-survival signaling at reperfusion. Basic Res. Cardiol. 2011; 106 (1): 135-145. DOI: 10.1007/s00395-010-0133-0.
14. Liang D., He X.B., Wang Z., Li C., Gao B.Y., Wu J.F., Bai Y.L. Remote limb ischemic postconditioning promotes motor function recovery in a rat model of ischemic stroke via the up-regulation of endogenous tissue kallikrein. CNS Neurosci. Ther. 2018; 24 (6): 519-527. DOI: 10.1111/cns.12813.
Сведения об авторах
Мухомедзянов Александр Валерьевич, мл. науч. сотрудник, лаборатория экспериментальной кардиологии, НИИ кардиологии, Томский НИМЦ, г. Томск. ORCID 0000-0003-1808-556X.
Нарыжная Наталья Владимировна, д-р мед. наук, вед. науч. сотрудник, лаборатория экспериментальной кардиологии, НИИ кардиологии, Томский НИМЦ, г. Томск. ORCID 0000-0003-2264-1928.
Маслов Леонид Николаевич, д-р мед. наук, профессор, зав. лабораторией экспериментальной кардиологии, НИИ кардиологии, Томский НИМЦ, г. Томск. ORCID 0000-0002-6020-1598.
(*) Мухомедзянов Александр Валерьевич, e-mail: [email protected]
Поступила в редакцию 20.08.2020 Подписана в печать 28.12.2020
