Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

PLASMA CONCENTRATIONS OF PROTEINS AND REGULATORS OF OSTEOCLASTOGENESIS AND OSTEOBLASTOGENESIS SUBACUTE INTOXICATION DICHLOROETHANE

Kamilov F.H. 1 Farshatova E.R. 1 Enikeev D.A. 1 Ganeev T.I. 1
1 Medical University «Bashkir State Medical University» Ministry of Health of the Russian Federation
2095 KB
Bashkirian State Medical University, Ufa,Ufa, e-mail: bro-raops@yandex.ru Experiments were conducted on 20 adult rats – male weighing 180–200 g were divided into 2 groups: control and experimental. The rats of the experimental group on a daily basis for two months were administered intragastrically dichloroethane in olive oil based 0,84 mg / kg at a total dose of 0,1 LD50 animals of the control group received an adequate amount of olive oil. The blood plasma was investigated by enzyme immunoassay content controls osteoclastogenesis – soluble RANKL and osteoprotegerin, and inhibitor Wntβ – catenin signaling pathway osteoblastogeneza sklerostina. In subacute toxicity dichloroethane at a total dose of 0.1 LD50 in plasma is elevated levels of soluble RANKL and sklerostina, decrease osteoprotegerin, characterizing the gain in bone osteoclastogenesis and the suppression of a number of osteoblastic cell differentiation.
dichloroethane
intoxication
RANKL
osteoprotegerin
sklerostin
1. Belaja E.Zh., Rozhinskaja L.Ja., Dragunova N.V. i dr. Syvorotochnye koncentracii belkov reguljatorov osteoblastogeneza i osteoklastogeneza u pacientov s jendogennym giperkorticizmom // Osteoporoz i osteopatii. 2012. no. 2. рр. 3–8.
2. Benevolenskaja L.I., Nasonov E.L. Patogenez osteoporoza / V kn. Rukovodstvo po osteoporozu / Pod red. L.I. Benevolenskoj. M.: BINOM. Laboratorija znanij, 2003. рр. 77–104.
3. Dydykina S.I., Vetkova E.S. Sklerostin i ego rol v reguljacii metabolizma kosti // Nauchno-prakticheskaja revmatologija. 2013. T. 51, no. 3. рр. 296–301.
4. Zaharov Ju.M., Makarova Je.B. Reguljacija osteogennoj differenciacii mezenhimalnyh stvolovyh kletok kostnogo mozga // Ross. fiziologicheskij zhurnal im. I.M. Sechenova. 2013. T. 99, no. 4. рр. 417–432.
5. Kamilov F.H., Ganeev T.I., Farshatova E.R. i dr. Remodelirovanie kostnoj tkani pri dejstvii hlorproizvodnyh nizkomolekuljarnyh alifaticheskih uglevodorodov // Med. vestnik Bashkortostana. 2011. T. 6, no. 2. рр. 45–48.
6. Kamilov F.H., Menshikova I.A., Nurlygajanov R.Z., Ramazanova L.M. Sostojanie mineralnoj plotnosti kostnoj tkani u rabochih himicheskogo proizvodstva // Med. vestnik Bashkortostana. 2007. no. 2. рр. 78–82.
7. Kushlinskij N.E., Timofeev Ju.A., Gershtejn E.S. Sistema RANK / RANKL / OPG pri metastazah i pervichnyh novoobrazovanij kostej // Molek. medicina. 2013. no. 6. рр. 3–10.
8. Omeljanenko N.P., Sluckij L.I. Soedinitelnaja tkan (gistofiziologija i biohimija) t. 2./ Pod red. S.P. Mironova. M.: Izd-vo «Izvestija», 2010. рр. 314–362.
9. Ramazanova L.M., Menshikova I.A., Kamilov F.H. Narushenija mineralnoj plotnosti kostnoj tkani u muzhchin rabotnikov himicheskogo proizvodstva // Vestnik Orenburgskogo gosuniversiteta 2008. no. 9. рр. 199–203.
10. Jureneva S.V. Osteoprotegerin i ego ligandy v reguljacii kostnoj rezorbcii: jeksperimentalnye i klinicheskie aspekty primenenija pri jestrogendeficitnyh sostojanijah // Zhurnal akusherstva i zhenskih boleznej. 2004. no. 1. рр. 107–110.
11. Sagalovsky S., Schonert M. RANKL-RANK-OPG system and bone remodeling: a new approach on the treatment of osteoporosis // Clin. Explt. Pathol. 2011. Vol. 10, no. 2. рр. 146–153.
12. Von Bezooijen R.L., ten Dijke P., Papapoulos S.E., Lowil C.W. SOST / sclerostin, an osteocyte derived negative regulator on bone formation // Cytokine Growth factor Rev. 2005. Vol. 16. рр. 319–327.

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.