НЕЙРОНАЛЬНА МОЛЕКУЛА КЛІТИННОЇ АДГЕЗІЇ І ПОКАЗНИКИ ОКИСНОГО СТРЕСУ В СЕРЦІ ЩУРІВ ЗА УМОВ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ ГІПЕРГЛІКЕМІЇ ТА ВПЛИВУ МЕЛАТОНІНУ

Ю. П. Ковальчук; Г. Ю. Павленко; С. В. Кириченко; В. І. Жилюк; Г. О. Ушакова

doi:10.11603/mcch.2410-681X.2021.i1.12022

Автор(и)

Ю. П. Ковальчук ДНІПРОВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ОЛЕСЯ ГОНЧАРА
Г. Ю. Павленко ДНІПРОВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ОЛЕСЯ ГОНЧАРА
С. В. Кириченко ДНІПРОВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ОЛЕСЯ ГОНЧАРА
В. І. Жилюк ДНІПРОВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ МЕДИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Г. О. Ушакова ДНІПРОВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ОЛЕСЯ ГОНЧАРА

DOI:

https://doi.org/10.11603/mcch.2410-681X.2021.i1.12022

Ключові слова:

нейрональна молекула клітинної адгезії, окисний стрес, серце, гіперглікемія, щури

Анотація

Вступ. На сьогодні відомо, що цукровий діабет викликає серйозні патологічні зміни мікроциркуляторного русла в багатьох органах і тканинах та водночас пов’язаний з підвищеним ризиком розвитку коронарних і периферичних макросудинних патологій. Окисний стрес, що виникає в тканинах організму за умов хронічної гіперглікемії, та послаблення антиоксидантної активності є пусковим механізмом розвитку діабетичних ускладнень. Фізіологічна активність міокарда залежить від регуляції ЦНС.

Мета дослідження – вивчити зміни вмісту нейрональної молекули клітинної адгезії і показників окисного стресу в серці щурів за умов гіперглікемії та впливу мелатоніну.

Методи дослідження. Дослідження проводили на статевозрілих щурах-самцях лінії Вістар. Тварин поділили на 3 групи (n=7): 1-ша – контрольна; 2-га – щури з індукованим цукровим діабетом 2 типу; 3-тя – тварини, які отримали мелатонін після індукції цукрового діабету 2 типу. Рівень загального протеїну визначали за методом Бредфорда, вміст малонового діальдегіду – фотометрично за реакцією з тіобарбітуровою кислотою, активність супероксиддисмутази – за реакцією окиснення кверцетину, вміст нейрональної молекули клітинної адгезії – згідно з імуноферментним аналізом. Статистичну оцінку даних виконано за однофакторним дисперсійним аналізом ANOVA.

Результати й обговорення. Встановлено зміни вмісту нейрональної молекули клітинної адгезії та показників окисного стресу в серці щурів за умов гіперглікемії. Вміст мембранної форми цієї молекули в серці тварин з індукованим цукровим діабетом 2 типу мав вірогідну тенденцію до збільшення. Відзначено достовірне підвищення вмісту малонового діальдегіду, а також значне зниження активності супероксиддисмутази і каталази в серці щурів діабетичної групи, що є характерною ознакою окисного стресу. Застосування мелатоніну після індукції цукрового діабету 2 типу призводило до зменшення вмісту нейрональної молекули клітинної адгезії в серці піддослідних тварин порівняно з групою щурів з індукованим цукровим діабетом 2 типу.

Висновки. Окисний стрес спричиняє метаболічні порушення в тканинах міокарда, що призводить до появи і розвитку діабетичних ускладнень. Нейрональна молекула клітинної адгезії може відігравати роль компенсаторного кардіопротекторного фактора, що активується за умов метаболічного стресу. Встановлено позитивний ефект мелатоніну в рамках захисту метаболізму мембранних адгезивних протеїнів у серці щурів при гіперглікемії.

Посилання

Henning, R.J. (2018). Type-2 diabetes mellitus and cardiovascular disease. Future Cardiol., 14 (6), 491-509. Retrieved from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30409037/.

Coleman, E., Judd, R, Hoe, L, Dennis, J & Posner P. (2004). Effects of diabetes mellitus on astrocyte GFAP and glutamate transporters in the CNS. Glia, 48 (2), 166-178. Retrieved from: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/glia.20068.

Fadini, G.P., Albiero, M., Bonora, B.M. & Avogaro, A. (2019). Angiogenic abnormalities in diabetes mellitus: mechanistic and clinical aspects. J. Clin. Endocrinol. Metab., 104 (11), 5431-5444. Retrieved from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31211371/.

Momeni, M. & De Hert, S. (2019). New advances in perioperative cardioprotection. F1000Res., 8:F1000 Faculty Rev-538. Retrieved from: https://doi.org/10.12688/f1000research.17184.1.

Huang, Z., Li, Q., Ye, W., Zhang, Q. & Li, X. (2019). Efficacy and safety of ezetimibe in combination with atorvastatin for aacute coronary syndrome patients accompanied with type 2 diabetes: A single-center, non-randomized cohort study. Chem. Pharm. Bull. (Tokyo), 67 (5), 419-425. Retrieved from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31061366/.

Samarghandian, S., Azimi-Nezhad, M. & Farkhondeh, T. (2017). Catechin treatment ameliorates diabetes and its complications in streptozotocin-induced diabetic rats. Dose Response, 15 (1), 1559325817691158. Retrieved from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28228702/.

Maritim, A.C., Sanders, R.A. & Watkins, J.B. (2003). Diabetes, oxidative stress, and antioxidants: a review. J. Biochem. Mol. Toxicol., 17 (1), 24-38. Retrieved from: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/jbt.10058.

Kandemir, Y.B., Tosun, V. & Güntekin, Ü. (2019). Melatonin protects against streptozotocin-induced diabetic cardiomyopathy through the mammalian target of rapamycin (mTOR) signaling pathway. Adv. Clin. Exp. Med., 28 (9), 1171-1177. Retrieved from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30843672/.

Ramis, M.R., Esteban, S., Miralles, A., Dun-Xian, T. & Reiter, R.J. (2015). Protective effects of melatonin and mitochondria-targeted antioxidants against oxidative stress: a review. Curr. Med. Chem., 22 (22), 2690-2711. Retrieved from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26087763/.

Yu, L., Gong, B., Duan, W., Fan, C., Zhang, J. & Li, Z. et al. (2017). Melatonin ameliorates myocardial ischemia/reperfusion injury in type 1 diabetic rats by preserving mitochondrial function: role of AMPK-PGC-1α-SIRT3 signaling. Sci Rep, 7, 41337. Retrieved from: https://www.nature.com/articles/srep41337.

Chengyan, C., Yue, G., Xiaoyan, L., Aline, T., Shen, L. (2018). NCAM Mimetic peptides: Potential therapeutic target for neurological disorders. Neurochem. Res., 43 (9), 1714-1722. Retrieved from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30003388/.

Nagao, K., Ono, K., Iwanaga, Y., Tamaki, Y., Kojima, Y. & Horie, T. et al. (2010). Neural cell adhesion molecule is a cardioprotective factor up-regulated by metabolic stress. J. Mol. Cell Cardiol., 48 (6), 1157-1168. Retrieved from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/ 19853610/.

Sheng, L., Leshchyn’ka, I. & Sytnyk, V. (2015). Neural cell adhesion molecule 2 promotes the formation of filopodia and neurite branching by inducing submembrane increases in Ca2+ levels. J. Neurosci., 35 (4), 1739-1752. Retrieved from: https://www.jneurosci.org/content/35/4/1739/tab-article-info.

Sytnyk, V.N., Dityatev, A.E. & Korogod, S.M. (2001). Distribution of cell adhesion molecules on the surface of branching neurites: Model-inherited effects of branch diametr and mode of transport. Neurophysiology, 33 (1), 11-14. Retrieved from: https://link.springer.com/article/10.1023/A:1010451928251.

Kazuya, N., Naoya, S., Katsumi, I., Motoko, T., Kohei, F. & Koji, U. et al. (2014). Myocardial expression level of neural cell adhesion molecule correlates with reduced left ventricular function in human cardiomyopathy. Circ. Heart Fail, 7 (2), 351-358. Retrieved from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24365773/.

Gumuslu, E., Cine, N., Gökbayrak, M. E., Mutlu, O., Komsuoglu, Celikyurt I. & Ulak, G. (2016). Exenatide alters gene expression of neural cell adhesion molecule (NCAM), intercellular cell adhesion molecule (ICAM), and vascular cell adhesion molecule (VCAM) in the hippocampus of type 2 diabetic model mice. Med. Sci. Monit., 22, 2664-2669. Retrieved from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27465247/.

(2003). Etyka likaria ta prava liudyny: polozhennia pro vykorystannia tvaryn u biomedychnykh doslidakh [Medical ethics and human rights: provisions on the use of animals in biomedical experiments]. Ekperym. ta klin. fiziolohiia ta biokhimiia – Experimental and Clinical Physiology and Biochemistry, 22 (2), 108-109 [in Ukrainian].

Fomenko, O.Z., Ushakova, G.O., & Piyerzhynovskyy, S.H. (2011). Proteiny astrohlii u mozku shchuriv v umovakh eksperymentalnoho khronichnoho hepatytu ta dii 2-oksohlutaratu [Astroglia proteins in rat brain under experimental chronic hepatitis and 2-oxoglutarate]. Ukr. biokhim. zhurn. – Ukrainian Biochemical J., 83 (1), 69-75. Retrieved from: http://nbuv.gov.ua/UJRN/BioChem_ 2011_83_1_10. [in Ukrainian].

Bradford, M.M. (1985). A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal. Biochem., 72, 248-254. Retrieved from: https://experiments.springernature.com/articles/10.1007/978-1- 59745-198-7_4.

Andreyeva, L.Y., Kozhemyakin, L.A., & Kyshkun, A.A. (1988). Modifikatsiya metoda opredeleniya perekisnogo okisleniya lipidov v teste s tiobarbiturovoy kislotoy [Modification of the method for determining lipid peroxidation in the test with thiobarbituric acid]. Laboratornoye delo – Laboratory Work, 11, 41-43 [in Russian].

Kostyuk, V.A., Potapovich, A.I., & Kovaleva, Zh.V. (1990). Prostoy i chuvstvitelnyy metod opredeleniya aktivnosti superoksiddismutazy, osnovannyy na reaktsii okisleniya kvertsetina [A simple and sensitive method for determining the activity of superoxide dismutase, based on the oxidation reaction of quercetin]. Voprosy meditsinskoy khimii – Medicinal Chemistry Issues, 36 (2), 88-91. Retrieved from: http://pbmc.ibmc.msk.ru/ru/article-ru/PBMC-1990-36-2-88/. [in Russian].

Korolyuk, M.A., Ivanova, L.K., Mayorova, I.G., & Tokareva, V.A. (1988). Metod opredeleniya aktivnosti katalazy [Method for determination of catalase activity]. Laboratornoye delo – Laboratory Work, 4, 44-47 [in Russian].

Ngo, T.T., Lenkhoff, G.M., Yaklich, A. (1998). Immunofermentnyy analiz [Linked immunosorbent assay]. Moscow: Mir [in Russian].

Daniel, O.O., Adeoye, A.O., Ojowu, J., & Olorunsogo, O.O. (2018). Inhibition of liver mitochondrial membrane permeability transition pore opening by quercetin and vitamin E in streptozotocin-induced diabetic rats. Biochemical and Biophysical Research Communications, 504 (2), 460-469. Retrieved from https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30195498/.

Gimenes, R., Gimenes, C., Rosa, C.M., Xavier, N.P., Campos, D.H. & Fernandes, A.A. et al. (2018). Influence of apocynin on cardiac remodeling in rats with streptozotocin-induced diabetes mellitus. Cardiovasc Diabetol, 17 (1), 15. Retrieved from: https://cardiab.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12933-017-0657-9.

Zhou, H., Yue, Y., Wang, J., Ma, Q., & Chen, Y. (2018). Melatonin therapy for diabetic cardiomyopathy: a mechanism involving Syk-mitochondrial complex I-SERCA pathway. Cell Signal, 47, 88-100. Retrieved from: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0898656818300767.

Wang, X., Tao, Y., Huang, Y., Zhan, K., Xue, M. & Wang, Y. et al. (2017). Catalase ameliorates diabetes-induced cardiac injury through reduced p65/RelA-mediated transcription of BECN1. J. Cell Mol. Med., 21 (12), 3420-3434. Retrieved from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28643395/.

Muñoz, H., García, S. & Ruiz, A. (2020). Contribution to determining the antioxidant capacity of melatonin in orodispersible tablets – comparison with reference antioxidants. Arch. Med. Sci., 16 (4), 871-877. Retrieved from: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32542090/.