Role of hydrogen sulphide in biochemical mechanisms of myocardial damage in alcoholic cardiomyopathy

Олександр Матяш; Наталія Волощук

doi:10.63341/bmbr/4.2024.16

Автор(и)

Олександр Матяш Вінницький національний медичний університет ім. М. І. Пирогова https://orcid.org/0000-0002-9797-1588
Наталія Волощук Вінницький національний медичний університет ім. М. І. Пирогова https://orcid.org/0000-0002-0166-9676

DOI:

https://doi.org/10.63341/bmbr/4.2024.16

Ключові слова:

алкогольне ураження міокарда, сірководень, запалення, апоптоз, оксидативний стрес, NO-синтаза, щури

Анотація

Надмірне споживання алкоголю, яке спостерігається у багатьох пацієнтів, призводить до серцево-судинних захворювань, зокрема алкогольної кардіоміопатії, однак роль змін обміну H₂S в ураженні серця за цієї патології залишається недостатньо вивченою. Тому метою роботи було визначення ролі сірководню в механізмі пошкодження серця при алкогольному ураженні міокарда у щурів. Дослідження було проведено на 35 білих статевозрілих щурах-самцях лінії Wistar масою 260-290 г, поділених на дві групи. Встановлено, що розвиток алкогольної кардіоміопатії у щурів супроводжується розвитком патобіохімічних процесів, які включають апоптоз кардіоміоцитів, запалення, розвиток оксидативного та нітрозативного стресу, про свідчать вірогідне зростання вмісту в міокарді каспази-3 (в 5,23 рази) фактору некрозу пухлин α (70,2 %), малонового діальдегіду карбонільних груп протеїнів (2,7 та 2,5 рази), відповідно, а також розбалансуванням в системі синтаз оксиду азоту (підвищенням індуцибельної та зменшенням ендотеліальної ізоформи (+94,4 та -40,0 %, відповідно, p < 0,05). Всі ці зміни асоціювались із зниженням вмісту в міокарді гідроген сульфіду (-36,0 %, p < 0,05). Проведений кореляційний та персентильний аналіз підтвердив зв’язок між вмістом гідроген сульфіду та маркерами ураження серця за алкогольної кардіоміопатії, а саме – низький вміст газотрансміттера асоціювався із більш виразними порушеннями, тоді як більш високий рівень гідроген сульфіду – навпаки, асоціювався із помірними або мінімальними ознаками кардіальних уражень за умов хронічної алкоголізації тварин. Врахування рівня гідроген сульфіду в організмі дасть змогу прогнозувати розвиток алкоголь-індукованих уражень серця та є експериментальним підґрунтям для розробки H₂S-вивільняючих препаратів з метою покращення фармакологічного менеджменту пацієнтів

Отримано: 21.07.2024 | Переглянуто: 22.10.2024 | Прийнято: 26.11.2024

Біографії авторів

Олександр Матяш, Вінницький національний медичний університет ім. М. І. Пирогова

Аспірант 21018, вул. Пирогова, 56, м. Вінниця, Україна

Наталія Волощук, Вінницький національний медичний університет ім. М. І. Пирогова

Доктор медичних наук, професор 21018, вул. Пирогова, 56, м. Вінниця, Україна

Посилання

Alcohol [Internet]. World Health Organization [cited 2024 Dec 17]. Available from: https://www.who.int/health-topics/alcohol#tab=tab_1

Global strategy to reduce the harmful use of alcohol [Internet]. World Health Organization; 2010 May 31 [cited 2024 Dec 17]. Available from: https://www.who.int/publications/i/item/9789241599931

Alcohol consumption in Ukraine – WHO study results [Internet]. 2024 [cited 2024 Dec 17]. Available from: https://www.apteka.ua/article/693507

Shahid M, Ibrahim R, Arakelyan A, Hassan K, Sainbayar E, Pham HN, et al. Alcoholic cardiomyopathy mortality and social vulnerability index: A nationwide cross-sectional analysis. Int J Cardiol Cardiovasc Risk Prev. 2023;19:200224. DOI: 10.1016/j.ijcrp.2023.200224

Andersson C, Schou M, Gustafsson F, Torp-Pedersen C. Alcohol intake in patients with cardiomyopathy and heart failure: Consensus and controversy. Circ Heart Fail. 2022;15(8):e009459. DOI: 10.1161/CIRCHEARTFAILURE.121.009459

Sun X, Wu S, Mao C, Qu Y, Xu Z, Xie Y, et al. Therapeutic potential of hydrogen sulfide in ischemia and reperfusion injury. Biomolecules. 2024;14(7):740. DOI: 10.3390/biom14070740

Payne FM, Dabb AR, Harrison JC, Sammut IA. Inhibitors of NLRP3 inflammasome formation: A cardioprotective role for the gasotransmitters carbon monoxide, nitric oxide, and hydrogen sulphide in acute myocardial infarction. Int J Mol Sci. 2024;25(17):9247. DOI: 10.3390/ijms25179247

de Koning ML, van Dorp P, Assa S, Pundziute-Do Prado G, Voskuil M, Anthonio RL, et al. Sodium thiosulfate in acute myocardial infarction: A randomized clinical trial. JACC Basic Transl Sci. 2023;8(10):1285–94. DOI: 10.1016/j.jacbts.2023.06.001

Zhao S, Li X, Li X, Wei X, Wang H. Hydrogen sulfide plays an important role in diabetic cardiomyopathy. Front Cell Dev Biol. 2021;9:627336. DOI: 10.3389/fcell.2021.627336

Dobrelia N, Boytsova L, Danova I. The legal basis for realization of ethical assessment of preclinical drug investigations using laboratory animals. Pharmacol Drug Toxicol. 2015;2(43):95–1.

Lieber CS. Medical and nutritional complications of alcoholism. New York: Springer; 1992. 579 p. DOI: 10.1007/978-1-4615-3320-7

Wiliński B, Wiliński J, Somogyi E, Piotrowska J, Góralska M. Amlodipine affects endogenous hydrogen sulfide tissue concentrations in different mouse organs. Folia Med Cracov. 2011;51(1-4):29–35.

Lowry OH, Rosebrough NJ, Farr AL, Randall RJ. Protein measurement with the Folin phenol reagent. J Biol Chem. 1951;193(1):265–75. DOI: 10.1016/S0021-9258(19)52451-6

Uchiyama M, Mihara M. Determination of malonaldehyde precursor in tissues by thiobarbituric acid test. Anal Biochem. 1978;86(1):271–8. DOI: 10.1016/0003-2697(78)90342-1

Shevchuk S, Pentiuk O, Musin R, Zaichko N, inventors; Ukrainian State NDI Rehabilitation of the Disabled, Ministry of Health of Ukraine, assignee. Method for assaying carbonyl substances in blood serum proteins. Ukraine patent UA 58110A. 2003 Jul 15.

Hula N, Kosiakova H, Berdyshev A. The effects of n-stearoylethanolamine on the NO-synthase pathway of NO generation in the aorta and heart of streptozotocin-induced diabetic rats. Ukr Biochem J. 2007;79(5):153–8.

Domínguez F, Adler E, García-Pavía P. Alcoholic cardiomyopathy: An update. Eur Heart J. 2024;45(26):2294–5. DOI: 10.1093/eurheartj/ehae362

Wang S, Ren J. Role of autophagy and regulatory mechanisms in alcoholic cardiomyopathy. Biochim Biophys Acta Mol Basis Dis. 2018;1864(6 Pt A):2003–9. DOI: 10.1016/j.bbadis.2018.03.016

Tao J, Qiu J, Zheng J, Li R, Chang X, He Q. Phosphoglycerate mutase 5 exacerbates alcoholic cardiomyopathy in male mice by inducing prohibitin-2 dephosphorylation and impairing mitochondrial quality control. Clin Transl Med. 2024;14(8):e1806. DOI: 10.1002/ctm2.1806C

Fernández-Solà J. The effects of ethanol on the heart: Alcoholic cardiomyopathy. Nutrients. 2020;12(2):572. DOI: 10.3390/nu12020572

Mustroph J, Wagemann O, Lebek S, Tarnowski D, Ackermann J, Drzymalski M, et al. SR Ca²⁺-leak and disordered excitation-contraction coupling as the basis for arrhythmogenic and negative inotropic effects of acute ethanol exposure. J Mol Cell Cardiol. 2018;116:81–90. DOI: 10.1016/j.yjmcc.2018.02.002

Manolis TA, Apostolopoulos EJ, Manolis AA, Melita H, Manolis AS. The proarrhythmic conundrum of alcohol intake. Trends Cardiovasc Med. 2022;32(4):237–45. DOI: 10.1016/j.tcm.2021.03.003

Palamarchuk I, Strutynska O, Melnyk A, Zaichko N. Influence of metformin and its combination with sodium hydrogen sulphide on H2S system and associated biochemical disorders in myocardium and kidney of rats with streptozotocin-induced diabetes. Bull Probl Biol Med. 2020;3(157):133–7. DOI: 10.29254/2077-4214-2020-3-157-133-137

Kang SC, Sohn EH, Lee SR. Hydrogen sulfide as a potential alternative for the treatment of myocardial fibrosis. Oxid Med Cell Longev. 2020;2020:4105382. DOI: 10.1155/2020/4105382

Melnyk A, Zaichko N, Khodakovskyi O, Khodakivska O. Sex characteristics of hydrogen sulfide influence on ischemia reperfusion in myocardium of rats. Fiziol Zh. 2018;1:40–46. DOI: 10.15407/fz64.01.040

Li N, Wang MJ, Jin S, Bai YD, Hou CL, Ma FF, et al. The H₂S donor NaHS changes the expression pattern of H₂S-producing enzymes after myocardial infarction. Oxid Med Cell Longev. 2016;2016:6492469. DOI: 10.1155/2016/6492469

Zhang Y, Zhao H, Fu X, Wang K, Yang J, Zhang X, et al. The role of hydrogen sulfide regulation of pyroptosis in different pathological processes. Eur J Med Chem. 2024;268:116254. DOI: 10.1016/j.ejmech.2024.116254

Liang B, Xiao T, Long J, Liu M, Li Z, Liu S, et al. Hydrogen sulfide alleviates myocardial fibrosis in mice with alcoholic cardiomyopathy by downregulating autophagy. Int J Mol Med. 2017;40:1781–91. DOI: 10.3892/ijmm.2017.3191

Tánczos B, Vass V, Szabó E, Lovas M, Kattoub RG, Bereczki I, et al. Effects of H₂S-donor ascorbic acid derivative and ischemia/reperfusion-induced injury in isolated rat hearts. Eur J Pharm Sci. 2024;195:106721. DOI: 10.1016/j.ejps.2024.106721

Zhang Q, Zhang Y, Guo S, Wang X, Wang H. Hydrogen sulfide plays an important role by regulating microRNA in different ischemia-reperfusion injury. Biochem Pharmacol. 2024;229:116503. DOI: 10.1016/j.bcp.2024.116503