Введение к работе
Актуальность проблемы.
Влияние электромагнитных излучений на иммунную систему животных и человека является предметом многочисленных исследований, при этом биотропная активность этих излучений доказана большим количеством работ, проводимых в течение нескольких десятилетий (Акоев и др., 1994; Fesenko et al., 1995; Клебанов и др., 2002; Houreld, Abrahamse, 2006). Несмотря на широкое использование электромагнитных волн в медицине, сведения о механизмах их действия на клеточные процессы до сих пор остаются неясными, что вызывает необходимость проведения исследований в этой области.
В течение последних десяти лет в Институте биофизики клетки РАН была выполнена серия работ по выяснению закономерностей влияния электромагнитных волн сантиметрового диапазона и красного лазерного света на систему врожденного и приобретенного иммунитета животных. В отличие от большинства работ, опубликованных в отечественных и зарубежных журналах, в наших исследованиях были использованы чрезвычайно низкие интенсивности излучений - 1 мкВт/см2 для электромагнитных излучений сверхвысоких частот (ЭМИ СВЧ) и 0.2 мВт/см2 (доза падающего света порядка 10"3 Дж/см2) для низкоинтенсиввого лазерного излучения (НИЛИ). Эти значения на несколько порядков ниже принятых санитарных норм для ЭМИ СВЧ и рекомендованных терапевтических доз лазерного света. Было установлено, что такие низкоинтенсивные излучения вызывают значительные изменения в функционировании клеток иммунной системы. В диапазоне сантиметровых волн были проведены исследования по выяснению зависимости эффекта от частоты я длительности воздействия, и от параметров внешней низкочастотной модуляции сигнала, для красного лазерного света также были определены зависимости доза-эффект. В результате были установлены оптимальные параметры электромагнитного излучения СВЧ-диапазона, а также красного лазерного света, которые оказывали значительное иммуностимулирующее воздействие на организм млекопитающих (Novoselova et al., 1999, 2004, 2006; Fesenko et al., 1999). Ранее мы показали, что низкоинтенсивное ЭМИ СВЧ определенного частотного диапазона и интенсивности повышает противоопухолевую резистентность животных (Глушкова и др., 2001). Учитывая эти данные, целесообразно исследовать противовоспалительную активность сверхслабых электромагнитного и лазерного излучений, иммуностимулирующая активность которых была установлена ранее. Поскольку провоспалительный ответ клетки на бактериальный токсин реализуется с участием рецептора TLR4, необходимо выяснить чувствительность этого ключевого для антимикробного иммунитета рецептора к воздействию сверхслабых неионизирующих излучений. Кроме того, с учетом важного значения системы сигнальной трансдукции для функционирования клеток, следует обратить внимание на участие, по
крайней мере, двух сигнальных каскадов, NF-кВ и SAPK/JNK, в ответах клетки на воздействие сверхслабых физических излучений, входящих в сферу деятельности человека. Цель и основные задачи исследования. Целью данной работы явилось исследование молекулярно-клеточных механизмов влияния неионизирующих излучений низкой интенсивности на функциональную активность иммунокомпетентных клеток здоровых мышей, а также животных с острым воспалением, индуцированным бактериальным токсином. В соответствии с этой целью были поставлены следующие задачи:
исследование эффектов низкоинтенсивных неионизирующих излучений in vitro и in vivo на продукцию цитокинов, белков теплового шока и оксида азота в перитонеальньгх фагоцитах и лимфоцитах селезенки;
исследование эффектов низкоинтенсивных неионизирующих излучений in vitro и in vivo на активность каскадов системы сигнальной трансдукции NF-кВ и SAPK/JNK и на экспрессию рецептора TLR4 в изолированных иммунных клетках;
исследование модулирующих эффектов пролонгированного курса низкоинтенсивного ЭМИ СВЧ и однократной экспозиции низкоинтепсивного лазерного излучения на иммунный статус животных при остром воспалении, вызванным введением липополисахарида из грамотрицательных бактерий.
Научная новизна. Впервые показано изменение внутриклеточной локализации белков теплового шока из разных семейств при воздействии на лимфоциты селезенки пизкоинтенсивными неионизнрующими излучениями. Установлено, что воздействия физической природы (электромагнитное излучение СВЧ-диапазона и НИЛИ) индуцируют стрессовые ответы иммунокомпетентных клеток от vitro и in vivo, вызывая изменения цитокинового профиля, синтеза оксида азота, продукции и локализации белков теплового шока. Механизмы этих процессов реализуются через активацию, по крайней мере, двух сигнальных каскадов - NF-кВ и SAPK/JNK. Впервые установлено, что при действии сверхслабого ЭМИ СВЧ происходит стимуляция экспрессии рецептора TLR4. Установлено, что предварительное облучение животных ЭМИ СВЧ и НИЛИ оказывает защитное воздействие в условиях острого воспаления.
Научно-практическая ценность. Результаты работы имеют важное значение для понимания механизмов биотропного действия низкоинтенсивных неионизирующих излучений на иммунную систему организма Обнаруженная противовоспалительная активность использованных сверхслабых неионизирующих излучений представляет интерес для разработки новых страгегий лечения и профилактики воспалительных заболеваний, индуцированных токсинами из грамотрицательных бактерий.
Апробация работы. Материалы диссертации представлены на VIII World Coiigress INTERNATIONAL SOCIETY FOR ADAPTIVE MEDICINE. (Москва, 2006), на Международной школе-конференции 8th John Humphrey Advanced Summer Programme in Immunology (Москва, 2007), Всероссийском научном форуме «Дни иммунологии в Санкт-Петербурге» (Санкт-Петербург, 2006), Международных конференциях молодых ученых «Биология - наука XXI века» (Пугдино, 2006, 2007, 2008), Международной конференции РЕЦЕПЦИЯ И ВНУТРИКЛЕТОЧНАЯ СИГНАЛИЗАЦИЯ (Пушино, 2009). Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 7 статей в рецензируемых журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, результатов исследования и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Работа изложена на 144 листах машинописного текста и содержит 18 рисунков и 7 таблиц. Библиографический указатель содержит 397 источников литературы.
Список сокращений. ЭМИ СВЧ - электромагнитное излучение сверхвысокой частоты, НИЛИ - низкоинтенсивное лазерное излучение, ИФА - иммуноферментный анализ, ИЛ -интерлейкан, ФНО - фактор некроза опухолей, ИФН - интерферон, БТШ - белок теплового шока, ЛПС - липополисахарид, TLR - Toll-like receptor (Toll - подобный рецептор), NF-кВ -nuclear factor кВ (ядерный транскрипционный фактор каппа В) , S АРКЛЫК - stress-activated protein kinase I c-Jun N-terminal kinase (стресс-активируемая протеинкиназа I N -терминальная киназа).
