Синтез глюкокортикоидных гормонов в основном происходит в коре надпочечников, но в организме осуществляется и вненадпочечниковый синтез этих гормонов ферментом пререцепторного метаболизма глюкокортикоидных гормонов 11b-гидро-ксистероиддегидрогеназой (11β-ГСД), катализирующим взаимные превращения кортизола и его неактивного метаболита кортизона у человека, кортикостерона и 11-дегидрокортикостерона (11ДГКС) у грызунов. Показано, что вклад 11β-ГСД во вненадпочечниковый синтез кортизола составляет до 30 % от его синтеза в надпочечнике здорового человека [8]. Первая изоформа этого фермента (11β-ГСД-I) солокализована с глюкокортикоидными рецепторами, является оксидоредуктазой и in vivo катализирует преимущественно реакцию восстановления 11-дегидрокортикостерона в кортикостерон. Изоформа фермента 11b-ГСД-I обнаружена в печени, гиппокампе, легких и жировой ткани [4, 8]. Вторая изоформа фермента (11β-ГСД-II) солокализована с минералокортикоидными рецепторами, осуществляет превращение активных глюкокортикоидных гормонов в неактивные метаболиты в тканях-мишенях альдостерона, обеспечивая тем самым селективность этих рецепторов [4].
Глюкокортикоидные гормоны оказывают выраженное иммуномодулирующее действие в норме и при различных патологических состояниях, включая воспаление. Медиаторы воспаления, в свою очередь, также могут влиять на активность гипоталамо-гипофизарно-адренокортикальной системы. Так, например, было показано, что при индукции гранулематозного воспаления у экспериментальных животных грибами рода Candida, вакциной БЦЖ активность адренокортикальной системы претерпевает фазные изменения с периодами гипокортицизма [3, 9]. При хроническом гранулематозном воспалении, вызванном введением двуокиси кремния, у экспериментальных животных после первоначального подъема снижался уровень кортикостерона в крови, а также изменялось содержание прогестерона и кортикостерона в надпочечниках [6, 10]. Однако оставалось неизученным, была ли при этом изменена активность процессов вненадпочечникового синтеза кортикостерона.
Цель исследования: изучить активность 11b-ГСД в надпочечниках, печени и почках крыс, а также содержание кортикостероидных гормонов в надпочечниках, в динамике развития хронического гранулематозного воспаления.
Материалы и методы исследования
Работа проведена на половозрелых крысах-самцах породы Вистар (n = 57), которых содержали в индивидуальных клетках на стандартном рационе вивария со свободным доступом к воде. При работе с животными соблюдали принципы гуманности, изложенные в Хельсинкской декларации. Хроническое гранулематозное воспаление вызывали согласно ранее разработанному способу [7] путем однократного введения в хвостовую вену суспензии монокристаллов диоксида кремния (S-563, 100 мг/кг массы тела, размер частиц 1–5 мкм) в 0,8 мл физиологического раствора. В контрольной группе животным однократно вводили аналогичный объем физиологического раствора. Животных выводили из эксперимента через 1, 3, 14 и 22 суток после инъекции индуктора воспаления. Содержание прогестерона в гомогенатах надпочечников определяли иммуноферментным методом с использованием наборов Стероид ИФА-прогестерон (ЗАО «Алкор БИО»). Содержание кортикостероидных гормонов в гомогенатах надпочечниках и плазме крови крыс [5], а также активность 11βГСД в гомогенатах почек и печени [4] определяли разработанными нами методами с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии. Активность 11β-ГСД в надпочечниках определяли по отношению содержания кортикостерона к содержанию 11ДГКС в надпочечниках.
Статистическую обработку полученных результатов выполняли с использованием пакета прикладных программ «Statistica 6» (Statsoft, США). Результаты оценивали с использованием непараметрического критерия Манна-Уитни. Вероятность справедливости нулевой гипотезы принимали при 5 %-м уровне значимости. Данные представлены в виде M ± m, где M – выборочное среднее, m – стандартная ошибка среднего.
Работу выполняли с использованием оборудования ЦКП «Современные оптические системы».
Таблица 1
Содержание кортикостероидных гормонов (мг/г) и активность 11βГСД (усл.ед.) в надпочечниках крыс в динамике гранулематозного воспаления, индуцированного диоксидом кремния (M ± m)
|
Показатель |
Контрольная группа (n = 22) |
Cутки после введения диоксида кремния |
|||
|
1 (n = 6) |
3 (n = 10) |
14 (n = 10) |
22 (n = 9) |
||
|
Прогестерон |
0,41 ± 0,09 |
0,19 ± 0,02* |
0,25 ± 0,1 |
1,06 ± 0,32*# |
0,34 ± 0,14 |
|
11-дезоксикор-тикостерон |
0,75 ± 0,15 |
0,94 ± 0,23 |
0,71 ± 0,26 |
0,79 ± 0,17 |
0,56 ± 0,3 |
|
Альдостерон |
0,51 ± 0,11 |
0,69 ± 0,24 |
0,56 ± 0,17 |
0,24 ± 0,07*# |
0,54 ± 0,17 |
|
Кортикостерон |
5,03 ± 1,17 |
12,39 ± 3,2* |
2,54 ± 1,02*# |
1,40 ± 0,50*# |
4,68 ± 1,80 |
|
11-Дегидрокор-тикостерон |
1,91 ± 0,31 |
4,02 ± 0,58* |
2,19 ± 0,67α |
1,84 ± 0,34# |
1,0 ± 0,28*#+$ |
|
11β-ГСД |
2,5 ± 0,5 |
3,0 ± 0,9 |
0,9 ± 0,2*# |
0,6 ± 0,12*# |
5,8 ± 1,9*,+,$ |
Примечание. n – число животных в группе; статистическая значимость различий величин при парных сравнениях: * – p < 0,05 по сравнению с контрольными животными; # – p < 0,05 по сравнению с животными в первые сутки воспаления; + – p < 0,01 по сравнению с животными в 3 сутки воспаления; $ – p < 0,01 по сравнению с животными на 14 сутки воспаления.
Таблица 2
Содержание кортикостероидных гормонов в плазме крови (нг/мл) и активность 11β-гидроксистероиддегидрогеназы в тканях (нмоль×мин-1×г-1) в динамике воспаления, индуцированного диоксидом кремния (M ± m)
|
Показатель |
Контрольная группа (n = 19) |
Cутки после введения диоксида кремния |
|||
|
1 (n = 6) |
3 (n = 10) |
14 (n = 10) |
22 (n = 9) |
||
|
Кортикостерон |
56,1 ± 8,4 |
111,7 ± 231,5* |
35,8 ± 12,2# |
48,0 ± 17,5 |
73,7 ± 16,4+ |
|
11-Дегидро-кортикостерон |
8,8 ± 1,4 |
9,8 ± 4,6 |
20,6 ± 6,0* |
9,4 ± 3,2+ |
10,6 ± 4,4 |
|
Активность 11β-ГСД почек |
8,6 ± 1,1 |
– |
10,6 ± 1,5 |
6,6 ± 0,9 |
10,8 ± 0,4 |
|
Активность 11β-ГСД печени |
241,1 ± 13,5 |
– |
237,1 ± 34,3 |
293,0 ± 30,6*+ |
247,4 ± 21,9 |
|
Отношение активности 11β-ГСД в печени к ее активности в почках |
26,2 ± 2,8 |
|
24,0 ± 4,3 |
49,4 ± 9,5*+$ |
22,4 ± 1,9 |
Примечание. n – число животных в группе; статистическая значимость различий величин при парных сравнениях: * – p < 0,05 по сравнению с контрольными животными; # – p < 0,05 по сравнению с животными в первые сутки воспаления; + – p < 0,01 по сравнению с животными в 3 сутки воспаления; $ – p < 0,01 по сравнению с животными на 22 сутки воспаления.
Результаты исследования и их обсуждение
В первые сутки после введения диоксида кремния крысам наблюдали классическую картину реакции активации адренокортикальной системы при остром стрессе – увеличение содержания глюкокортикоидного гормона кортикостерона в надпочечниках (табл. 1). При этом отмечалось снижение содержания в надпочечниках предшественника глюкокортикоидных гормонов прогестерона. На 3 сутки эксперимента содержание кортикостерона в надпочечниках снижалось относительно величины этого показателя у контрольных крыс; еще более выраженное снижение содержания кортикостерона было отмечено на 14 сутки (в 3,8 раза). Содержание альдостерона на 14 сутки эксперимента также снижалось более чем в два раза. При этом содержание прогестерона увеличивалось в 2,5 раза, что свидетельствует об ингибировании именно конечных этапов биосинтеза кортикостероидных гормонов на 14 сутки эксперимента. Содержание метаболита кортикостерона 11ДГКС в надпочечниках, напротив, не отличалось от величины соответствующего показателя у контрольных животных на 3 и 14 сутки эксперимента. На 14 сутки эксперимента содержание метаболита превышало содержание основного глюкокортикоидного гормона кортикостерона в 1,3 раза, тогда как у контрольных животных содержание кортикостерона в 2,6 раза выше, чем содержание 11ДГКС.
Активность 11β-ГСД в надпочечнике на 3 и 14 сутки эксперимента была значительно ниже уровня активности, наблюдаемой у контрольных животных (табл. 1). Поскольку надпочечники крыс содержат обе изоформы фермента 11β-ГСД, полученные результаты позволяют предполагать, что на 3 и 14 сутки хронического гранулематозного воспаления происходит ингибирование активности первой изоформы 11β-ГСД-I, осуществляющей превращение неактивного метаболита 11ДГКС в кортикостерон. Вторая изоформа 11β-ГСД-II, которая осуществляет превращение кортикостерона в неактивный 11ДГКС, на данном этапе эксперимента не ингибируется. На последнем этапе эксперимента на 22 сутки после индукции воспаления диоксидом кремния содержание кортикостерона в надпочечниках восстанавливалось до величины соответствующего показателя у контрольных животных. Содержание 11ДГКС при этом снижалось, указывая на его использование в качестве субстрата в восстановлении содержания кортикостерона в железе.
Содержание кортикостерона в плазме крови в первые сутки после введения диоксида кремния возросло в два раза по сравнению с контрольными крысами, в последующие дни оно значительно снизилось, а с 14 суток начало восстанавливаться (табл. 2).
На 14 сутки после индукции воспаления активность 11β-ГСД в печени достоверно увеличивалась. Это может быть связано с тем, что указанный период хронического гранулематозного воспаления характеризуется активным формированием гранулем в печени [1, 2]. При этом активность 11β-ГСД в почках имела тенденцию к снижению. Указанные изменения активности изоформ 11β-ГСД в печени и почках особенно отчетливо видны при расчете отношения их активностей, величина которого на 14 сутки эксперимента увеличилась в два раза (табл. 2). Такое изменение активностей изоформ 11β-ГСД в печени и почках способствует поддержанию концентрации основного глюкокортикоидного гормона в крови при выраженном снижении его продукции в надпочечниках. На возможность подобного механизма поддерживать концентрацию кортикостерона указывают сведения о том, что образование основного глюкокортикоидного гормона в печени из его метаболита составляет 30–40 % от продукции в надпочечниках [8].
На 22 сутки после введения крысам диоксида кремния содержание гормонов в крови и активность фермента 11β-ГСД в печени не отличались от величин этих показателей у контрольных крыс.
Заключение
Проведенное исследование показало, что хроническое гранулематозное воспаление, индуцированное введением диоксида кремния, сопровождается у крыс начальной кратковременной реакцией активации синтеза кортикостерона с последующим специ фическим ингибированием как его синтеза, так и превращения 11ДГКС в кортикостерон в надпочечниках, особенно выраженных на 14 сутки эксперимента. Значимость таких изменений заключается в том, что формирование полноценного ответа со стороны иммунной системы на введение диоксида кремния в качестве индуктора воспаления и образование большого числа гранулем возможны лишь в условиях пониженной глюкокортикоидной функции коры надпочечников. В этот же период активного формирования гранулем (14 суток) наблюдается увеличение активности 11β-ГСД-I в печени и понижение активности 11β-ГСД-II в почках, что способствует сохранению концентрации кортикостерона в крови и в печени на уровне контрольных животных при снижении его синтеза в надпочечниках. Таким образом, хроническое гранулематозное воспаление, индуцированное введением диоксида кремния, оказывает модулирующее влияние на активность как надпочечникового, так и вненадпочечникового образования основного глюкокортикоидного гормона кортикостерона у крыс.