Функциональное состояние системы и терморегуляции в условиях действия ингибиторов протеиназ альфа 4-антитрипсина и альфа-2-макроглобулина Сандаков, Дмитрий Борисович

Введение к работе

Актуальность темы днссертацпн. Функциональная система терморегуляции представляет собой совокупность эффекторов теплопродукции, теплоотдачи и нейрогуморальных механизмов, обеспечивающих их координированную деятельность [Анохин, 1968, 1970; Гурии, 1980, 1993]. Выяснение особенностей работы этой системы в различных условиях является важной задачей физиологии, поскольку открывает перспективы поиска средств фармакологической коррекции температурного гомеостаза организма. К настоящему времени достигнуты существенные успехи в изучении механизмов терморегуляции в условиях высоких и низких температур; выяснена роль в этих процессах отдельных нейромедиаторов [Зефиров и др.. 1974; Гурии, 1980, 1993; Stitt. 1986; Gourine, 1995; Gerstberger, 1999], нейропептндов [Clark et al, 1983; Upton et al, 1986]. Особое внимание исследователей привлекают механизмы развития гипертермии при действии пирогенов, поскольку данная проблема имеет важное значение для клиники. Важным результатом этого направления исследований явилось выяснение роли интерлейкина-iр\ интерленкина-6, фактора некроза опухолей [Гурин, 1993; Dinarello, 1991; Kluger, 1991], кининов [Katori et al, 1989; Vandekerchkove, 1991; Ferreira et al, 1993] и протеолитических ферментов [Висмонт, 1989, 1990] в нейрогуморальных механизмах регуляции температуры тела в условиях действия в организме пирогенных веществ. Развивается представление о роли в этих механизмах ингибиторов протеиназ [Висмонт, 1999].

В течение последних десятилетий накоплен обширный экспериментальный материал, свидетельствующий о том, что ингибиторы сериновых протеиназ, вырабатывающиеся в печени, могут оказывать выраженное влияние на биохимические процессы, вовлеченные в регуляцию системных функций организма. Показано, что такие ингибиторы, как cti-антитрипсин и ссг-макроглобулин, обладают способностью тормозить активносгь протеолитических ферментов, участвующих в процессах продукции и инактивации цитокинов, кининов [Nierhorster et al., 1990; Nortier et al, 1991; Tilg et al., 1993]. Предполагается, что аг-макроглобулин является белком-протектором, который защищает ИЛ-б и другие цитокины от протеолитической инактивации [Matsuda et al, 1989; Kurdowska et al, 1997]. Имеются яведения я том, что эффекты ингибиторов протеолиза могут реалнзовываться и рецепторным путем — в последние годы обнаружено несколько типов клеточных рецепторов к комплексам аі-антитрипснн-фермент [Perlmutter et al 1990- Joslin 1992] или оь-макооглобулин-фермент \Seo et al 1997- Misra et al 1998] Веооятно ингибитооы пштеиназ имеют особое значение для

кГГентаании^

и ZomlTlZTlXuchi еГаї К ыТ 19941 Обилиеіктиче кого

материала о действиГm^L^po^pmoLK и^^^ба^^^

процессы лишь подчеркивает важность исследования их влияния на терморегуляцию и другие физиологические функции. Изучение влияния ингибиторов сериновых протеиназ на температуру тела позволило бы получить данные, важные для понимания роли этих ингибиторов в механизмах регуляции температуры тела и других системных функций организма, а также определить пути создания новых средств фармакологического контроля температурного гомеостаза.

Связь работы с научными программами, темами. Диссертация является одним из разделов плана научно-исследовательских работ Института физиологии НАН Беларуси по теме «Изучение взаимодействия возбуждающих и тормозных механизмов в центрах терморегуляции, периферических нервных п гормональных процессов в разных температурных условиях и при лихорадке» (регистр. К 1996426). Некоторые разделы диссертации выполнялись в рамках гранта Национального института здоровья США «Role of protease inhibitors in lipopolysaccharide-induced fever» («Роль ингибиторов протеолиза в механизмах эндотоксиновой лихорадки») (регистр. № 1 R03 TW00992-01).

Цель исследования. Целью > настоящей работы явилась экспериментальная проверка гипотезы, согласно которой ингибиторы сериновых протеиназ сц-антитрипсин и ехг-макроглобулин оказывают влияние на функциональное состояние системы терморегуляции.

Задачи исследования.

1. Выяснить особенности изменений температуры тела у мышей и крыс в термонейтральных условиях после введения в организм арантитрипсина и аг-макроглобулина.

2. Исследовать влияние а₂-макроглобулина, введенного внутривенно, па изменения температуры тела мышей, вызываемые действием в организме эндотоксина.

3. Изучить влияние ос-антитрипсина и агмакроглобулина, введенных в кровоток, на активность интерлейкина-6 и фактора некроза опухолей в крови у мышей.

4. Изучить влияние арантитрипсина и аг-макроглобулина на продукцию интерлейкина-б и фактора некроза опухолей мононуклеарными клетками крови in vitro.

Объект и предмет нсследовання. Объектом исследования служили взрослые самцы белых крыс и мышей линии Свисс-Вебстер, кролики обоего пола, мононуклеарные клетки крови крыс. Предметом исследования явились температура тела, потребление пищи и двигательная активность животных, а также активность цитокинов интерлейкина-б и фактора некроза опухолей в

крови у мышеи, уровень продукции этих цитокинов культивируемыми моноиуклеариыми клетками крови.

Гипотеза. Ингибиторы сериповых протеиназ арантитрнпсин и аг-макроглобулин оказывают влияние на функциональное состояние системы терморегуляции. Посредниками такого влияния могут служить цитокины интерлейкин-б и фактор некроза опухолей.

Методология и методы исследования. В работе изучали влияние оср антитрипсина и ссг-макроглобулина на температуру тела и поведение животных в термонейтральных условиях а также влияние (ъ-макроглобулина на выраженность терморегуляторных реакций вызываемых действием в организме пирогенов Изучаемые ингибиторы вводили внутривенно или в боковой желудочек головного мозга Регистрацию глубокой температуры тела у крыс и мышей осуществляли при помощи биотелеметрической установки позволяющей измерять глубокую температуру тела у неиммобилизованных животных. Параллельно с регистрацией температуры тела проводили измерение двигательной активности и потребления пищи Полученные результаты сопоставляли с данными об изменении активности цитокинов интерлейкина-б и фактора некроза опухолей в крови после введения ингибиторов сернновых протеиназ Влияние арантитр«_Псина и аг-макроглобулина на продукцию этих цитокинов мононуклеарными клетками крови изучали in vitro

Научная новизна и значимость полученных результатов. В настоящей работе впервые охарактеризовано влияние ингибиторов сериновых протеиназ осрантитрипсина и аг-макроглобулина на температурный гомеостаз у разных видов млекопитающих в термонейтральных условиях. Показана способность этих ингибиторов вызывать гипертермическую реакцию как при внутривенном введении, так и при введении в желудочки мозга.

Установлено, что вызываемая ингибиторами сериновых протеиназ гипертермия не сопровождается развитием комплекса поведенческих реа*т,ий (снижение локомоторной активности, угнетение потребления пищи), характерных для действия эндотоксина.

В работе впервые показано влияние ос₂-макроглобулина на выраженность терморегуляторных реакций организма на пирогены. Показано, что внутривенное введение ссг-макроглобулина ослабляет изменения температуры тела, вызываемые эндотоксином ("гипертермия) или интерлейкнном-ip (гипотермия).

Впервые продемонстрировано, что введение в кровоток а2-макроглобулина или осрантитрипсина приводит к значительному повышению в крови активности цитокинов интерлейкина-6 и фактора некроза опухолей.

в опытах in vitro выявлено, что си-антитрипсин и аг-макроглобулин в физиологических концентрациях усиливают продукцию цнтокннов интерленкина-6 и фактора некроза опухолей моионуклеарными клетками крови.

Научно-практическая значимость работы. Полученные в работе данные расширяют и дополняют существующие представления о механизмах температурного гомеостаза н закономерностях развития терморегуляторных реакций организма на пирогепные вещества.

Результаты работы открывают перспективы изыскания новых средств и способов фармакологической коррекции системных функций организма при состояниях, связанных с деЛствием пирогенов: бактериальной инфекции, эндотоксемии.

Результаты работы имеют прикладное значение также в связи с практическим использованием ингибиторов протеолиза животного происхождения. Полученные данные о влиянии ингибиторов протеолиза на вегетативные функции организма и иа продукцию цитокинов следует учитывать при анализе эффектов фармакологических средств, действующих как ингибиторы протеолиза или влияющих на содержание ингибиторов протеиназ в организме.

Основные положецня днссертацни, выпоснмые па защиту.

5. Ингибиторы протеиназ аранпгтрипсин и сс₂-макроглобулин оказывают влияние на функциональное состояние системы терморегуляции, что проявляется в термонейтральных условиях повышением температуры тела в ответ на введение в организм этих ингибиторов.

6. Ингибитор протеиназ аг-макроглобулин ослабляет выраженность гипертермической реакции, вызываемой действием в организме эндотоксина.

7. Ингибиторы сериновых протеиназ а_гантитрипсии и агмакроглобулин модулируют активность цитокинов интерлейкина-6 и фактора некроза опухолей в крови и стимулируют продукцию этих цитокинов моионуклеарными клетками крови in vitro.

Личный вклад соискателя. Основные экспериментальные данные, включенные в настоящую работу, получены непосредственно автором. Эксперименты по изучению влияния ингибиторов сериновых протеиназ на содержание цитокинов в плазме крови у мышей проведены совместно с научным руководителем и сотрудниками лаборатории термофизиологии НИИ дыхания (г. Альбукерке, США). В диссертации не были использованы результаты исследовании соавторов совместных публикаций. Научный руководитель и научный консультант участвовали в определении целей и задач исследования, а также в обсуждении и оценке полученных результатов.

Апробация работы. Результаты диссертации доложены и обсуждены на заседании лаборатории физиологии функциоиальиых систем Института физиологии НАИБ (Минск, 1998), заседании лаборатории термофизиоло:ии (НИИ дыхания, г. Альбукерке, США, 1998), коллокоиуме "Sinnesbiologie" Биологический институт при Университете им. Л.Гумбольдта, Берлин, Германия, 1997), заседании Минского отделения Белорусского физиологического общества (Минск, 1999), заседании Британского физиологического общества (Лидс Великобритания 1996) международных симпозиумах "Thennoregulation and temperature adaptation" (Минск 1995) "Temperature control in health and disease" (Минск 1996) "Recent adv,ances in thermal ЫoЫу" (Минск 1999) "Pharmaco о_йу of thermoremilation" (Севилья Испания 1999) nay-^^^п,конферетщии "Роль и^йромедш^ов и регуляторных ^тидоввпро^

Опублпкопаииое результатов. Результаты диссертации изложены в 9 печатных работах, опубликованных в отечественных и зарубежных изданиях. Из них 2 статьи в журналах, 5 - в сборниках, 2 тезисов научных конфсренций. Общее количество страниц - 41,7.

Объем н структура диссертации. Диссертация изложена на 98 страницах машинописного текста (исключая иллюстрации, таблицы, приложения и список использованных источников - 61 стр.) и состоит из введения, общей характеристики работы, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, трех глав, содержащих изложение результатов исследования, обсуждения, заключения и списка литературы, включающего 318 источников (37 на русском и 281 на нностранных языках), иллюстрирована 21 рисунком, содержит 3 таблицы и 7 приложений.