Костная ткань характеризуется активным обменом веществ и протекающей на протяжении всей жизни перестройкой – ремоделированием. Ремоделирование позволяет ей выполнять функцию опорной ткани, постоянно адаптирующейся к изменяющимся воздействиям внешней и внутренней среды, максимально соответствуя существующим нагрузкам, а также роль «депо» значительной группы минеральных соединений. Обмен костной ткани регулируется многоуровневой системой, взаимосвязь и дублирование которых значительно повышает их надежность. При этом синтезируемые в костном мозге и костных клетках факторы роста, цитокины и молекулы адгезии обеспечивают взаимодействие между клетками, клетками и матриксом костной ткани, опосредуют эффекты механических сигналов и эффекты системных регуляторных факторов, включая экспрессию генов, активирующих как остеокластогенез и резорбцию, так и остеобластогенез и костеобразование, а также контролирующих эти процессы механизмами обратной связи [2, 4, 8].
В механизмах реализации и контроля эффектов факторов регуляции ремоделирования особую роль играет система RANK – RANKL – остеопротегерин [1, 7, 11]. RANKL (лиганд рецептора ядерного фактора каппа В), продуцируемый остеобластами / стромальными клетками, взаимодействует с рецептором RANK, экспрессированном на предшественниках остеокластов, и запускает каскад внутриклеточных механизмов, стимулирующих их созревание, дифференцировку и активность, а также ингибирует апоптоз зрелых остеокластов [7, 11].
Остеопротегерин (OPG) – растворимый «ложный» рецептор для RANKL, член суперсемейства рецептора фактора некроза опухоли альфа, связывает RANKL, являясь «ловушкой» для этого лиганда. Взаимодействие RANKL с OPG ингибирует пролиферацию остеокластов, их дифференцировку, что в конечном итоге снижает резорбцию кости [10]. Общее «конвергентное» соотношение RANKL / OPG, таким образом, становится основной детерминантой костной деструкции.
Важнейшими регуляторами остеобластогенеза являются секреторные белки семейства Wnt: суперсемейство, трансформирующее рост фактора β1,- β2,- β3, активины, ингибины; факторы роста фибробластов -2,-9; инсулиноподобный фактор роста 1; костные морфогенетические белки [4]. Склеростин ингибирует каноническую сигнальную систему Wnt/β-catenin, необходимую для стимуляции остеобластогенеза и функции остеобластов [1, 3]. В постнатальном периоде склеростин вырабатывается только остеоцитами и минерализованными гипертрофированными хондроцитами. Он связывается с рецептором липопротеинов низкой плотности 5 (LRP 5), являющимся вместе с корецептором LRP 6, основным мембраносвязанным кофактором Wnt/β-catenin сигнального пути [12]. Таким образом, склеростин выполняет роль негативного регулятора остеобластогенеза.
Ранее проведенные исследования показали, что у работников химического предприятия, имеющих производственный контакт с низкомолекулярными хлорированными ациклическими углеводородами (дихлорэтан, хлорпропан, хлорпропен, хлорвинил, эпихлоргидрин и др.), обнаруживается высокая частота снижения костной прочности [6, 9]. Подострая интоксикация низкими суммарными дозами дихлорэтана (0,05 ЛД50 и 0,1ЛД50) приводит в костной ткани экспериментальных животных к усилению ремоделирования с доминированием процессов резорбции, повышению катаболизма коллагена на фоне снижения его биосинтеза [5].
Цель работы
Оценить в плазме крови уровни sRANKL и OPG и содержание экстрацеллюлярного ингибитора Wnt / β – catenin сигнального пути – склеростина при подострой интоксикации дихлорэтаном.
Материалы и методы исследования
Эксперименты проведены на 20 половозрелых крысах-самцах массой 180–200 г. Животные были разделены на 2 группы: контрольную и подопытную. Крысам подопытной группы ежедневно внутрижелудочно вводили дихлорэтан в оливковом масле из расчета 0,84 мг/кг массы, животные контрольной группы получали адекватный объем оливкового масла. Введение дихлорэтана осуществляли в течение двух месяцев, суммарная доза поллютанта составила 0,1 ЛД50.
У животных в плазме крови с использованием коммерческих тест-наборов методом иммуноферментного анализа определяли содержание растворимого RANKL (реагенты «Free RANKL», остеопротегерина («Osteoprotegerin») и склеростина («Sclerostin») фирмы Biomedica Medizinprodukte Gmb H and Co KG.
Статистическую обработку результатов проводили с использованием пакета программы Statistica 6,0 (Stat. Soft).
Результаты исследования и их обсуждение
Подострая интоксикация дихлорэтаном экспериментальных животных приводила в плазме крови к статистически значимому повышению содержания растворимого RANKL и снижению OPG (таблица).
В результате значительно увеличивается соотношение RANKL / OPG, характеризуя активацию процессов дифференцировки и созревания остеокластов. В контрольной группе животных этот коэффициент составил 1,46 ± 0,22 ( ± sx), у подопытной группы – 2,84 ± 0,32 (р < 0,02). Угнетением OPG характеризуются многие состояния, протекающие с доминированием резорбции над формированием костной ткани: гиперпаратиреоидозы, избыточная секреция простагландина Е2 и провоспалительных интерлейкинов, длительная терапия глюкокортикоидами, гипоэстрогенемии и др. [1, 6, 8, 9].
Содержание склеростина у подопытных крыс повышалось (р = 0,0206), отражая усиление его секреции остеоцитами и косвенно отражая подавление остеобластогенеза на фоне активации резорбционных процессов. Экспрессия склеростина повышается у женщин в постменопаузе, при глюкокортикоидной терапии, снижается под действием эстрогенов, при прерывистом введении терипаратида (ПТГ 1–34) [2, 10]. Важная роль этого цитокина как одного из регуляторов ремоделирования с усилением остеобластогенеза показана в экспериментальных и клинических условиях с использованием моноклональных антител к склеростину [2].
Уровень регуляторных цитокинов в плазме крови при интоксикации дихлорэтаном, Ме [Q1; Q3]
|
Цитокины, пмоль/л |
Контрольная группа, n = 10 |
Подопытная группа (дихлорэтан 0,1ЛД50), n = 10 |
PU |
|
s RANKL |
0,60 [0,12; 1,29] |
0,74 [0,73; 0,76] |
0,0405 |
|
OPG |
0,41 [0,40; 0,43] |
0,26 [0,11; 0,34] |
0,0029 |
|
Cклеростин |
12,3 [12,2; 12,5] |
18,5 [12,9; 18,7] |
0,0206 |
Примечание. PU-критерий Манна-Уитни.
Выводы
При подострой интоксикации дихлорэтаном в суммарной дозе 0,1 ЛД50 в плазме крови наблюдается повышение содержания растворимого RANKL и склеростина, снижение остеопротегерина, характеризуя усиление в костной ткани остеокластогенеза и подавление дифференцировки клеток остеобластного ряда.
Рецензенты:
Шакиров Д.Ф., д.м.н., профессор кафедры общей гигиены с экологией с курсом гигиенических дисциплин МПФ, ГБОУ ВПО «Башкирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Уфа;
Еникеев Р.И., д.м.н., профессор, заведующий травматолого-ортопедическим отделением ГБУЗ «Республиканский клинический госпиталь ветеранов войн», г. Уфа.