Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

АКТИВНОСТЬ 11β-ГИДРОКСИСТЕРОИДДЕГИДРОГЕНАЗЫ В ТКАНЯХ КРЫС ПРИ ХРОНИЧЕСКОМ ГРАНУЛЕМАТОЗНОМ ВОСПАЛЕНИИ

Черкасова О.П. 2, 1 Селятицкая В.Г. 2 Пальчикова Н.А. 2
1 Институт лазерной физики СО РАН
2 ФГБНУ «Научно-исследовательский институт экспериментальной и клинической медицины»
В работе исследовали активность ключевого фермента пререцепторного метаболизма глюкокортикоидных гормонов 11b-гидроксистероиддегидрогеназы (11β-ГСД) в надпочечниках, коре почек и печени, а также содержание кортикостероидных гормонов в надпочечниках крыс, в динамике развития хронического гранулематозного воспаления, вызванного введением диоксида кремния. В первые сутки после индукции воспаления у опытных крыс наблюдали увеличение содержания кортикостерона и его обратимого метаболита 11-дегидрокортикостерона (11ДГКС) в надпочечниках на фоне снижения более чем в два раза содержания прогестерона относительно величин исследованных показателей у контрольных животных. На 3 сутки содержание кортикостерона в надпочечниках снижалось; еще более выраженное снижение его содержания было отмечено на 14 сутки. Содержание альдостерона на 14 сутки эксперимента также снижалось более чем в два раза, но содержание прогестерона увеличивалось при этом в 2,5 раза, что свидетельствует об ингибировании конечных этапов биосинтеза кортикостероидных гормонов. На 14 сутки эксперимента активность первой изоформы фермента 11β-ГСД в печени была повышена, а активность второй изоформы 11β-ГСД в почках снижена, что привело к увеличению отношения активностей 11β-ГСД в печени и почках в два раза. Подобные изменения активностей изоформ 11β-ГСД способствуют повышению концентрации кортикостерона в крови в условиях снижения его синтеза в надпочечниках. На 22 сутки воспаления величины изученных показателей возвращались к значениям соответствующих показателей у контрольных животных, но содержание 11ДГКС в надпочечниках снижалось, что указывает на его использование в качестве субстрата для восстановления содержания кортикостерона в железе.
11β-гидроксистероиддегидрогеназа
кортикостерон
11-дегидрокортикостерон
хроническое гранулематозное воспаление
высокоэффективная жидкостная хроматография
Макарова О.П., Саперова М.А., Шкурупий В.А. Перекисное окисление липидов в печени и легких при SiO2 – гранулематозе // Бюл. эксперим. биол. мед. – 2010. – Т. 149, № 6. – С. 640–643.
Новикова М.С., Потапова О.В., Шкурупий В.А. Цитоморфологическое исследование развития фибротических осложнений при хроническом SiO2-гранулематозе в печени под воздействием радона // Бюл. эксперим. биол. мед. – 2008. – Т. 146, № 9. – С. 250–253.
Селятицкая В.Г., Пальчикова Н.А., Шкурупий В.А. Функциональное состояние коры надпочечников у мышей оппозитных линий в динамике кандидоза // Бюл. эксперим. биол. мед. – 2005. – Т. 140. – № 9. – С. 179–281.
Черкасова О.П. Активность 11β – гидроксистероиддегидрогеназы печени и почек крыс при наследственной индуцированной стрессом артериальной гипертензии // Биомедицинская химия. – 2006. – Т. 52, вып. 6. – С. 568–575.
Черкасова О.П., Федоров В.И. Одновременное исследование содержания кортикостерона и 11-дегидрокортикостерона в надпочечниках и плазме крови интактных крыс и при остром стрессе // Проблемы эндокринологии. – 2001. – № 1. – С. 37–39.
Черкасова О.П., Селятицкая В.Г. Кортикостероидные гормоны и ангиотензинпревращающий фермент в динамике хронического гранулематозного воспаления // Пат. физиол. эксперим. терапия. – 2013. – № 2. – С. 26–31.
Шварц Я.Ш., Зубахин А.А., Устинов А.С. и др. (2000) Бюл. эксперим. биол. мед. – 2000. –Т. 129, № 1. – С. 20–24.
Basu R., Singh R.J., Basu A. et al. Splanchnic cortisol production occurs in humans: evidence for conversion of cortisone to cortisol via the 11-beta hydroxysteroid dehydrogenase (11beta-hsd) type 1 pathway // Diabetes. – 2004. – V. 53, № 8. – P. 2051–2059.
Palchikova N.A., Kuzminova O.I., Utkina N.V. et al. Content of Steroid Hormones in the Blood and Adrenal Glands of Mice in the Dynamics of BCG- and SIO2-Induced Granulomatous Inflammation // Bull. Exp. Biol. Med. – 2008. – Vol. 146, № 6. – P. 705–707.
Shkurupiy V.A., Palchikova N.A., Selyatitskaya V.G. et al. Silica inflammation modulates lipoperoxide and thiobarbituric acid reactive substances levels in liver and glucose concentration in blood of alloxan diabetic rats // 2012. – Vol. 1, № 2. – P. 19–25.

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.


Библиографическая ссылка

Черкасова О.П., Черкасова О.П., Селятицкая В.Г., Пальчикова Н.А. АКТИВНОСТЬ 11β-ГИДРОКСИСТЕРОИДДЕГИДРОГЕНАЗЫ В ТКАНЯХ КРЫС ПРИ ХРОНИЧЕСКОМ ГРАНУЛЕМАТОЗНОМ ВОСПАЛЕНИИ // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 5. – С. 152-155;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=35118 (дата обращения: 24.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074