ВПЛИВ КАЛЬЦИТРІОЛУ НА ПРОДУКУВАННЯ ГІДРОГЕН СУЛЬФІДУ В СЕРЦЕВО-СУДИННІЙ СИСТЕМІ ЩУРІВ

Р. С. Остренюк; Н. В. Заічко

doi:10.11603/mcch.2410-681X.2023.i3.14002

Автор(и)

Р. С. Остренюк ВІННИЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. М. І. ПИРОГОВА
Н. В. Заічко ВІННИЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. М. І. ПИРОГОВА

DOI:

https://doi.org/10.11603/mcch.2410-681X.2023.i3.14002

Ключові слова:

гідроген сульфід, метаболізм, вітамін D, кальцитріол, аорта, міокард, щури

Анотація

Вступ. Порушення статусу вітаміну D є незалежним чинником високого кардіоваскулярного ризику, артеріальної гіпертензії, коронаросклерозу, інфаркту міокарда. Встановлено безпосередню участь активної форми вітаміну D (кальцитріолу) в регуляції проліферації, клітинної адгезії, мембранного транспорту в серцево-судинній системі. В окремих роботах засвідчено бустерний вплив вітаміну D на рівень поліфункціонального газового медіатора гідроген сульфіду (H₂S) у тканинах. Однак участі кальцитріолу в регуляції різних ланок обміну H₂S у серці та судинах остаточно не з’ясовано, і вона потребує подальшого вивчення.

Мета дослідження – встановити вплив кальцитріолу на різні ланки обміну гідроген сульфіду в аорті й міокарді щурів.

Методи дослідження. Досліди проведено на 105 білих лабораторних щурах-самцях з дотриманням принципів біоетики. Кальцитріол вводили внутрішньошлунково в дозах 0,1 та 1,0 мкг/кг маси тварини впродовж 4 тижнів. Контрольні щури отримували еквіоб’ємну кількість розчинника. У гомогенатах аорти і міокарда визначали рівень Н₂S та активність ензимів його обміну. Експресію гена цистатіонін-γ-ліази (CSE) визначали методом кількісної полімеразно-ланцюгової реакції в режимі реального часу (qRT-PCR). Статистичну обробку результатів проводили в пакетах МS Excel та IBM Statistics SPSS 26 for Windows. Достовірність відмінностей оцінювали за U-критерієм Манна – Уїтні при рівні значущості р<0,05.

Результати й обговорення. Кальцитріол спричиняв різновекторні зміни обміну H₂S у серцево-судинній системі залежно від дози і тривалості застосування. У дозі 0,1 мкг/кг він викликав збільшення рівня H₂S в аорті й міокарді щурів, підвищення активності ензимів його синтезу та утилізації впродовж 4 тижнів досліду, в дозі 1,0 мкг/кг – зростання рівня H₂S в аорті й міокарді тварин протягом перших 14 діб, але в подальшому справляв депримуючий ефект на ензими обміну H₂S і зумовлював зниження його рівня в аорті й міокарді щурів. Кальцитріол впливав на експресію гена СSE в аорті й міокарді щурів із стимулювальним ефектом у дозі 0,1 мкг/кг та інгібуючим ефектом у дозі 1,0 мкг/кг.

Висновки. Кальцитріол є регулятором активності різних ланок обміну H₂S у серцево-судинній системі щурів: у високих дозах він суттєво пригнічує активність H₂S-синтезувальних ензимів та ензимів утилізації H₂S в аорті й міокарді, а у фізіологічних концентраціях, навпаки, стимулює його продукування. Феномен впливу кальцитріолу на систему H₂S є важливим для вибору стратегії профілактики захворювань серцево-судинної системи при різному статусі вітаміну D₃.

Посилання

Latic, N., & Erben, R.G. (2020). Vitamin D and cardiovascular disease, with emphasis on hypertension, atherosclerosis, and heart failure. Int. J. Mol. Sci., 21 (18), 6483. DOI: 10.3390/ijms21186483.

Acharya, P., Tarun, D., Ranka, S., Sethi, P., Oni, O.A., Safarova, M.S. … & Barua, R.S. (2021) The effects of vitamin D supplementation and 25-hydroxyvitamin D levels on the risk of myocardial infarction and mortality. Journal of the Endocrine Society, 5 (10), bvab124, https://doi.org/10.1210/jendso/bvab124

Chen, S., Glenn, D.J., Ni, W., Grigsby, C.L., Olsen, K., Nishimoto, M., … & Gardner, D.G. (2008) Expression of the vitamin D receptor is increased in the hypertrophic heart. Hypertension, 52, 1106-1112. DOI: 10.1161/HYPERTENSIONAHA.108.119602.

Li, Y.C., Kong, J., Wei, M., Chen, Z.F., Liu, S.Q., & Cao, L.P. (2002) 1,25-Dihydroxyvitamin D(3) is a negative endocrine regulator of the renin-angiotensin system. J. Clin. Investig., 110, 229-238. DOI: 10.1172/JCI0215219.

Andrukhova, O., Slavic, S., Zeitz, U., Riesen, S.C., Heppelmann, M.S., Ambrisko, T.D. … & Erben, R.G. (2014) Vitamin D is a regulator of endothelial nitric oxide synthase and arterial stiffness in mice. Mol. Endocrinol., 28, 53-64. DOI: 10.1210/me.2013-1252.

Lv, B., Chen, S., Tang, C., Jin, H., Du, J., & Huang, Y. (2021) Hydrogen sulfide and vascular regulation – An update. J. Adv. Res., 27, 85-97. DOI: 10.1016/j.jare.2020.05.007.

Kolluru, G.K., Shackelford, R.E., Shen, X., Paari, D. & Kevil, C.G. (2023) Sulfide regulation of cardiovascular function in health and disease. Nat. Rev. Cardiol., 20, 109-125. https://doi.org/10.1038/s41569-022-00741-6

Libiad, M., Motl, N., Akey, D. L., Sakamoto, N., Fearon, E. R., Smith, J. L., & Banerjee, R. (2018). Thiosulfate sulfurtransferase-like domain-containing 1 protein interacts with thioredoxin. J. Biol. Chem., 293 (8), 2675-2686. https://doi.org/10.1074/jbc.RA117.000826

Wiliński, B., Wiliński, J., Somogyi, E., Piotrowska, J., & Opoka, W. (2012). Vitamin D3 (cholecalciferol) boosts hydrogen sulfide tissue concentrations in heart and other mouse organs. Folia Biol. (Krakow), 60 (3-4), 243-247. DOI: 10.3409/fb60_3-4.243-247.

Manna, P., & Jain, S.K. (2012). Vitamin D up-regulates glucose transporter 4 (GLUT4) translocation and glucose utilization mediated by cystathionine-γ-lyase (CSE) activation and H2S formation in 3T3L1 adipocytes. J. Biol. Chem., 287 (50), 42324-42332. DOI: 10.1074/jbc.M112.407833.

Yin Y., Yu Z., Xia M., Luo X., Lu X., & Ling W. (2012) Vitamin D attenuates high fat diet-induced hepatic steatosis in rats by modulating lipid metabolism. Eur. J. Clin. Invest., 42 (11), 1189-1196. DOI: 10.1111/j.1365- 2362.2012.02706.x.

Blazhchenko, V.V., & Zaichko, N.V. (2022). The effect of zinc sulfate, sodium thiosulfate, lipoic acid, and taurine on hydrogen sulfide metabolism in kidneys of rats with diet-induced obesity. Medical and Clinical Chemistry, 24 (1), 46–52. https://doi.org/10.11603/mcch.2410-681X.2022.i1.13036 [in Ukrainian]

Huang, P., Shen, Z., Yu, W., Huang, Y., Tang, C., Du, J., & Jin, H. (2017) Hydrogen sulfide inhibits high-salt diet-induced myocardial oxidative stress and myocardial hypertrophy in Dahl rats. Frontiers in Pharmacology, 8, 128. https://doi.org/10.3389/fphar.2017.00128$

Zhang, H., Zhuang, X.D., Meng, F.H., Chen, L., Dong, X.B., Liu, G.H., … & Yang, C.T. (2016) Calcitriol prevents peripheral RSC96 Schwann neural cells from high glucose & methylglyoxal-induced injury through restoration of CBS/H2S expression. Neurochem Int., 92, 49-57. DOI: 10.1016/j.neuint.2015.12.005

Hafez, A.A., Samiei, S., Salimi, A., Jamali, Z., Khezri, S., & Sheikhghaderi H. (2021) Calcitriol attenuates the cytotoxicity induced by aluminium phosphide via inhibiting mitochondrial dysfunction and oxidative stress in rat isolated cardiomyocytes. Pestic Biochem Physiol., 176, 104883. DOI: 10.1016/j.pestbp.2021.104883.

Mikami, Y., Shibuya, N., Ogasawara, Y., & Kimura, H. (2013) Hydrogen sulfide is produced by cystathionine γ-lyase at the steady-state low intracellular Ca(2+) concentrations. Biochem. Biophys. Res. Commun., 431, 131-135. DOI: 10.1016/j.bbrc.2013.01.010.

Santos-Martínez, N., Díaz, L., Ortiz-Ortega, V.M., Ordaz-Rosado, D., Prado-Garcia, H., Avila, E., … & García-Becerra, R. (2021) Calcitriol induces estrogen receptor α expression through direct transcriptional regulation and epigenetic modifications in estrogen receptor-negative breast cancer cells. Am. J. Cancer Res., 11 (12), 5951-5964.

Leucker, T.M., Nomura, Y., Kim, J.H., Bhatta, A., Wang, V., Wecker, A., … & Pandey, D. (2017) Cystathionine γ-lyase protects vascular endothelium: a role for inhibition of histone deacetylase 6. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol., 312(4), 711-720. DOI: 10.1152/ajpheart. 00724.2016.

Mikami, Y., Shibuya, N., Kimura, Y., Nagahara, N., Yamada, M., & Kimura, H. (2011) Hydrogen sulfide protects the retina from light-induced degeneration by the modulation of Ca2+ influx. J. Biol. Chem., 286 (45), 39379-39386. DOI: 10.1074/jbc.M111.298208.

Hamilton, J.P., Potter, J.J., Koganti, L., Meltzer, S.J., & Mezey, E. (2014) Effects of vitamin D3 stimulation of thioredoxin-interacting protein in hepatocellular carcinoma. Hepatol Res., 44 (13),1357-1366. DOI: 10.1111/hepr.12302.

Kim, Y., Kim, Y.-S., Kim, M., Kim, J.-M., Lee, H.-H., & Kim, T.-H. (2019) Thioredoxin-interacting protein (TXNIP) mediates thioredoxin-dependent antioxidant mechanism in endometrial cancer cells treated with 1α,25-dihydroxyvitamin D3. Anticancer Research., 39 (9) 4795-4803. DOI: 10.21873/anticanres.13664

Schütze, N., Fritsche, J., Ebert-Dümig, R., Schneider, D., Köhrle, J., Andreesen, R., … & Jakob, F. (1999) The selenoprotein thioredoxin reductase is expressed in peripheral blood monocytes and THP1 human myeloid leukemia cells--regulation by 1,25-dihydroxyvitamin D3 and selenite. Biofactors., 10 (4), 329-338. DOI: 10.1002/biof.5520100403.