Введение к работе
Актуальность исследования. Активные формы кислорода (АФК) играют важную роль в патогенезе сахарного диабета (СД) на стадии его возникновения (деструкция В-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы) и в период развития осложнений [Меньщикова Е. Б. и др., 2006; Балаболкин М. И. и др., 2008; Меньщикова Е. Б и др., 2008; Ho E., Bray T. M., 1999; Evans J. L. et al., 2003; Robertson R. P., 2004; Cnop M. et al., 2005; H. et al., 2007; ., 2011]. В основе диабетогенного действия аллоксана лежит его способность генерировать токсичные свободные радикалы [Иванов В. В. и др., 2010; Sakurai K., Ogiso T., 1991; Szkudelski T., 2001; . et al., 2006; ., 2008], что позволяет использовать аллоксановый диабет как адекватную модель для изучения роли окислительного стресса в нарушении метаболизма жировой ткани при СД 1 типа.
Повышению активности свободнорадикального окисления при СД сопровождающемуся снижением антиокислительной защиты, имеющей тканевую специфичность, способствуют недостаточность инсулина, гипергликемия и гиперлипидемия [. et al., 2003; Faure P., 2003; et al., 2006; . et al., 2009]. Важнейшим компонентом антиоксидантной системы, принимающим также участие в регуляции экспрессии генов, активности ферментов, клеточной сигнализации и других процессов, является глутатион [Кулинский В.И., Колесниченко Л.С., 1990; Кулинский В. И., 2009; Stadtman E. R., 2000; J. M. et al., 2010]. Дисбаланс систем «прооксиданты – антиоксиданты» и индукция свободнорадикального окисления могут приводить к изменению белково-липидых взаимодействий в биологических мембранах, повреждению нуклеиновых кислот, окислительной модификации белковых молекул в клетках-мишенях, в частности в адипоцитах [Владимиров Ю. А., 2000; Дубинина Е. Е., 2006; Лущак В. И., 2007; Дубинина Е. Е., 2010; Stadtman E. R., Levine R. L., 2000; Droge W., 2002; ., 2005; M. et al., 2010]. Окислительная модификация вызывает изменения структурной организации белков, их агрегацию и денатурацию, приводя к нарушению или исчезновению функциональной активности протеинов (каталитической, регуляторной, транспортной, рецепторной и др.), и может индуцировать гибель клетки [Дубинина Е. Е., 2006; Лущак В. И., 2007; Drоge W., 2002].
Известно, что высокий уровень АФК и свободных жирных кислот (СЖК) в плазме крови, играет важную роль в механизмах развития осложнений СД [. et al., 2005; ., 2007; . et al., 2007; . et al., 2009; ., ., 2010]. Важным фактором определяющим уровень СЖК в плазме крови является липолиз в жировой ткани. Последние работы в этой области показали, что липолиз – не просто метаболитический путь, стимулируемый катехоламинами и ингибируемый инсулином, а более сложный и тонко регулируемый процесс [. et al., 2009; . et al., 2010; . et al., 2011]. Открытие новых белков, вовлеченных в регуляцию гидролиза триацилглицеролов, ряда эндокринных и паракринных факторов привели к пересмотру механизмов трансдукции сигнала в жировых клетках [Шварц В., 2009; Romijn J. A., Fliers E., 2005; Bartness T. J., Song C. K. 2007]. В тоже время регуляция липолитических процессов в адипоцитах, в частности влияние на них системы глутатиона и окислительной модификации белков в жировой ткани при диабете 1 типа недостаточно изучены.
Цель исследования: установить роль системы глутатиона и окислительной модификации белков в механизмах изменений активности липолиза в адипоцитах крыс при аллоксановом диабете.
Задачи исследования:
-
Определить содержание продуктов перекисного окисления липидов и окислительной модификации белков в адипоцитах и плазме крови крыс при аллоксановом диабете.
-
Оценить состояние системы глутатиона в адипоцитах и плазме крови крыс при аллоксановом диабете.
-
Изучить особенности спонтанного и индуцированного липолиза в адипоцитах крыс при аллоксановом диабете.
-
Установить механизмы изменения активности спонтанного и стимулированного липолиза in vitro в адипоцитах крыс при действии аллоксана.
-
Выявить влияние системы глутатиона и окислительной модификации белков на активность спонтанного и стимулированного липолиза в адипоцитах крыс при аллоксановом диабете.
Научная новизна. Впервые установлена роль системы глутатиона и окислительной модификации липидов и белков в механизмах модуляции спонтанного и стимулированного изопротеренолом липолиза в адипоцитах, изолированных из эпидидимальной жировой ткани, при экспериментальном аллоксановом диабете. Показано, что в адипоцитах крыс с аллоксановым диабетом и при действии аллоксана (5 мМ) на жировые клетки in vitro, увеличено содержание продуктов липидной пероксидации и окислительной модификации белков, снижены редокс-потенциал системы глутатиона и активность глутатионпероксидазы. Установлено, что окислительный стресс, развивающийся в адипоцитах при аллоксановом диабете, приводит к активации спонтанного и ингибированию стимулированного изопротеренолом липолиза, а также снижению ингибирующего действия инсулина на липолиз.
В экспериментах in vitro на изолированных адипоцитах крыс показано, что механизмы активации спонтанного и ингибирования стимулированного изопротеренолом липолиза сопряжены с участием супероксидного анион-радикала и редокс-состоянием системы глутатиона.
Теоретическая и практическая значимость. Результаты проведенного исследования носят фундаментальный характер и раскрывают механизмы влияния системы глутатиона и окислительной модификации белков на липолиз в адипоцитах при аллоксановом диабете, что позволяет расширить существующие представления о патогенезе СД 1 типа.
Полученные данные о механизмах активации спонтанного липолиза и снижении ингибирующего действия инсулина на стимулированный липолиз при экспериментальном аллоксановом диабете могут стать основой для разработки способов фармакологической коррекции осложнений СД.
Положения, выносимые на защиту:
-
При аллоксановом диабете в адипоцитах крыс, изолированных из эпидидимальной жировой ткани, регистрируется активация окислительной модификации липидов и белков, снижение редокс-состояния системы глутатиона, повышение спонтанного и ингибирование стимулированного агонистом 2-адренорецепторов изопротеренолом липолиза, при этом способность инсулина ингибировать стимулированный липолиз снижается.
-
Ловушка супероксидного анион-радикала марганец-тетра (N-метил-4-пиридил) порфирин в условиях окислительного стресса in vitro в изолированных адипоцитах крыс предотвращает активацию спонтанного липолиза, частично снимает ингибирующее действие аллоксана (5 мМ) на стимулированный изопротеренолом липолиз и полностью – на N(6)-2'-дибутирил-цАМФ индуцированный липолиз.
-
Блокирование функциональных SH-групп глутатиона и белков N-этилмалеимидом в изолированных адипоцитах крыс in vitro сопровождается увеличением спонтанного и ингибированием стимулированного изопротеренолом липолиза.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на X Конгрессе молодых ученых и специалистов «Науки о человеке» (Томск, 2009), XV Межгородской конференции молодых ученых «Актуальные проблемы патофизиологии» (Санкт-Петербург, 2009), Научной конференции с международным участием «Нейрогуморальные механизмы регуляции висцеральных органов и систем в норме и при патологии» (Томск, 2009), VIII Международной конференции «Биоантиоксидант» (Москва, 2010), XI Международном конгрессе «Здоровье и образование в XXI веке. Научные и прикладные аспекты концепции здоровья и здорового образа жизни» (Москва, 2010), XVII Межвузовской конференции молодых ученых «Актуальные проблемы патофизиологии» (Санкт-Петербург, 2011), V Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Фундаментальные аспекты компенсаторно-приспособительных процессов» (Новосибирск, 2011).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, из них 3 – в центральных рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 167 страницах машинописного текста и состоит из введения, 4 глав (обзор литературы, материал и методы исследования, результаты собственных исследований, обсуждение результатов исследования), выводов и списка литературы, включающего 336 источников, из них – 38 отечественных и 298 иностранных. Работа иллюстрирована 17 таблицами и 11 рисунками.
