Роль редоксчутливих факторів транскрипції у механізмах ушкодження слинних залоз щурів за умов ліпополісахарид-індукованої системної запальної відповіді

Abstract

Швайковська О.О. Роль редоксчутливих факторів транскрипції у механізмах ушкодження слинних залоз щурів за умов ліпополісахаридіндукованої системної запальної відповіді. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 222 «Медицина». – Полтавський державний медичний університет МОЗ України, Полтава, 2022; Полтавський державний медичний університет МОЗ України, Полтава, 2022. У дисертації наведене теоретичне узагальнення і розв’язання наукового завдання, що полягає у з’ясування ролі редоксчутливих факторів транскрипції NF-κB і Nrf2 у патогенезі ушкоджень піднижньощелепних слинних залоз (СЗ) щурів за умов відтворення ліпополісахарид (LPS)-індукованої системної запальної відповіді (СЗВ). Експерименти виконані на 50 білих щурах-самцях лінії Вістар масою 180-230 г. Використовували експериментальні, біохімічні, та математико-статистичні методи дослідження. Виявлено, що моделювання LPS-індукованої СЗВ супроводжується збільшенням в піднижньощелепних СЗ щурів нестимульованої генерації супероксидного аніон-радикала (на 37.9%, p<0.01), його вироблення мітохондріями (на 37.6%, p<0.01), мікросомами та NO-синтазою при порушенні її спряження (на 41.7%, p<0.01), а також NADPH-оксидазою лейкоцитів (на 70.8%, p<0.01), зростанням загальної активності NO-синтази (у 1.9 раза, p<0.001) з дисбалансом активностей індуцибельного та конститутивних ізоферментів, надмірним утворенням пероксинітриту та S-нітрозотіолів, вторинних продуктів пероксидного окиснення ліпідів (сполук, що реагують з тіобарбітуровою кислотою) при зменшенні антиоксидантного потенціалу, супероксиддисмутазної та каталазної активності (на 46.9%, p<0.01, та 36.7%, p<0.001, відповідно), що свідчить про декомпенсований характер окисно-нітрозативного стресу у піднижньощелепних слинних залозах. Відтворення LPS-індукованої СЗВ порушує авторегуляцію рівня нітроген (ІІ) оксиду в піднижньощелепних СЗ, що підтверджується одночасним збільшенням вмісту активних форм нітрогену NOсинтазним (при зменшенні активності ферменту конкурентного неокисного шляху метаболізму L-аргініну – орнітиндекарбоксилази) і нітрат- / нітритредуктазним компонентами циклу NO. Моделювання LPS-індукованої СЗВ супроводжується надмірною деполімеризацією біополімерів позаклітинного матриксу піднижньощелепних СЗ (колагену, протеогліканів і сіалоглікопротеїнів), що підтверджується вірогідним збільшенням у тканинах цих залоз концентрації вільного оксипроліну (на 64.8%, p<0.001), глікозаміногліканів (на 83.7%, p<0.001) і N-ацетилнейрамінової кислоти (на 59.8%, p<0.001). Показано, що транскрипційний фактор NF-κB є важливими чинником патогенезу окисно-нітрозативного стресу у СЗ при відтворенні LPS-індукованої СЗВ. Застосування за цих умов інгібітора ядерної транслокації цього фактора піролідиндитіокарбамату амонію обмежує у тканинах піднижньощелепних слинних залоз щурів генерацію супероксидного аніон-радикала мікросомами та NOS (на 20.8%, p<0.02), мітохондріями (на 22.4%, p<0.01) та NADPH-оксидазою лейкоцитів (на 39.0%, p<0.01), зменшує у них активність індуцибельної NO-синтази (на 35.3%, p<0.01; при збільшенні активності орнітиндекарбоксилази – на 41.0%, p<0.01), підвищує спряженість конститутивної ізоформи NOсинтази, знижує концентрації пероксинітриту (на 54.7%, p<0.02), Sнітрозотіолів (на 15.6%, p<0.01) та вторинних продуктів пероксидного окиснення ліпідів (ТБК-реактантів, на 45.4%, p<0.001), збільшує антиоксидантний потенціал, супероксиддисмутазну та каталазну активність (на 64.7%, p<0.05, та 57.9%, p<0.001, відповідно), що супроводжується покращенням функціонального стану залоз (активність α-амілази у їхньому гомогенаті зростає на 20.9%, p<0.001). Введення піролідиндитіокарбамату амонію на тлі LPS-індукованої системної запальної відповіді обмежує деполімеризацію біополімерів позаклітинного матриксу піднижньощелепних слинних залоз (колагену, протеогліканів та сіалоглікопротеїнів), що підтверджується зменшенням концентрації їхніх складових – вільного оксипроліну (на 32.3%, p<0.001), глікозаміногліканів (на 32.8%, p<0.001) і Nацетилнейрамінової кислоти (на 24.8%, p<0.01). Індукція сигнального шляху Nrf2 / ARE при застосуванні епігалокатехін-3-галату за умов LPS-індукованої системної запальної відповіді ефективно пригнічує розвиток окисно-нітрозативного стресу в тканинах піднижньощелепних СЗ щурів: знижує продукцію супероксидного аніон-радикала мікросомами та NOS (на 24.1%, p<0.02), мітохондріями (на 25.8%, p<0.01) та NADPH-оксидазою лейкоцитів (на 41.2%, p<0.01), а також зменшує у тканинах залоз активність індуцибельної NO-синтази (на 40.5%, p<0.01, при збільшенні активності орнітиндекарбоксилази – на 27.3%, p<0.05), підвищує спряженість конститутивної ізоформи NO-синтази, знижує концентрації пероксинітриту (на 58.6%, p<0.01) та ТБК-реактантів (на 44.2%, p<0.001), але без істотних змін умісту S-нітрозотіолів. Ці зміни супроводжуються покращенням функціонального стану піднижньощелепних слинних залоз (активність α-амілази у їхньому гомогенаті зростає на 13.9%, p<0.01). Введення епігалокатехін-3-галату на тлі LPS-індукованої СЗВ обмежує деполімеризацію біополімерів позаклітинного матриксу піднижньощелепних СЗ (колагену, протеогліканів та сіалоглікопротеїнів), що підтверджується зменшенням концентрації їхніх складових – вільного оксипроліну (на 37.8%, p<0.001), глікозаміногліканів (на 39.8%, p<0.001) і N-ацетилнейрамінової кислоти (на 37.6%, p<0.001). Застосування водорозчинної форми кверцетину, який поєднує властивості інгібітора NF-κB та індуктора системи Nrf2 / ARE, за умов LPS-індукованої СЗВ пригнічує розвиток окисно-нітрозативного стресу в тканинах піднижньощелепних СЗ: знижує продукцію супероксидного аніон-радикала мікросомами та NOS (на 17.8%, p<0.01), мітохондріями (на 19.6%, p<0.01), NADPH-оксидазою лейкоцитів (на 37.2%, p<0.01), зменшує у них активність індуцибельної NO-синтази (на 27.6%, p<0.01) без істотних змін активності орнітиндекарбоксилази та рівня спряженості конститутивної ізоформи NO-синтази, знижує концентрації пероксинітриту (на 55.1%, p<0.02) та ТБК-активних продуктів (на 39.5%, p<0.01), але без вірогідного зрушення вмісту S-нітрозотіолів. Ці зміни супроводжуються покращенням функціонального стану піднижньощелепних слинних залоз (активність α-амілази у їхньому гомогенаті зростає на 16.9%, p<0.001). Введення водорозчинної форми кверцетину на тлі LPS-індукованої СЗВ обмежує деполімеризацію біополімерів позаклітинного матриксу піднижньощелепних СЗ (колагену, протеогліканів та сіалоглікопротеїнів), що підтверджується зменшенням концентрації їхніх складових – вільного оксипроліну (на 38.0%, p<0.001), глікозаміногліканів (на 30.1%, p<0.01) і Nацетилнейрамінової кислоти (на 32.3%, p<0.01).

Shvaikovska O.O. The role of redox-sensitive transcription factors in the mechanisms of salivary gland damage in rats under lipopolysaccharideinduced systemic inflammatory response. – Qualification scientific work (manuscript). Dissertation for a Doctor of Philosophy Degree, Specialty 222 “Medicine”. – Poltava State Medical University, Ministry of Health of Ukraine, Poltava, 2022; Poltava State Medical University, Ministry of Health of Ukraine, Poltava, 2022. This dissertation represents the conceptual synthesis and the approach to solve the scientific issue aimed at elucidating the role of redox - sensitive transcription factors NF-κB and Nrf2 in the pathogenesis of the submandibular salivary gland (SG) damage in rats under modelled lipopolysaccharide (LPS)-induced systemic inflammatory response (SIR). The experiments were performed on 50 white Wistar male rats weighing 180 - 230 g. The research methodology included experimental, biochemical, and mathematical-statistical methods. The study has shown that the modelling of LPS-induced SIR is manifested in submandibular SG rats by an increase in the unstimulated generation of superoxide anion radical (by 37.9%, p<0.01), its production by mitochondria (by 37.6%, p<0.01), by microsomi and NO-synthase under its impaired coupling (by 41.7%, p<0.01), as well as by leukocyte NADPHoxidase (by 70.8%, p<0.01), by the elevation in the total activity of NO synthase (1.9 times, p<0.001) with imbalanced activities of inducible and constitutive isoenzymes, excessive formation of peroxynitrite and Snitrosothiols, known as secondary products of lipid peroxidation (compounds, which react with thiobarbituric acid) under the decrease in antioxidant potential, superoxide dismutase and catalase activity (by 46.9%, p<0.01%, and 36.7%, p<0.001, respectively) that points out the decompensated nature of oxidative-nitrosative stress in the submandibular salivary glands. The modelled LPS-induced SIR disrupts the autoregulation of nitrogen (II) oxide level in submandibular SG that is confirmed by a simultaneous increase in the content of reactive nitrogen species of NO-synthase (under the reducing activity of ornithine decarboxylase, an enzyme of competitive nonoxidative pathway of L-arginine metabolism) and nitrate / nitrite reductase components of the NO cycle. The modelling of LPS-induced SIR is accompanied by excessive depolymerization of extracellular matrix biopolymers (collagen, proteoglycans and sialoglycoproteins) in submandibular SG that is evidenced by a significant increase in the concentration of free hydroxyproline (by 64.8%, p<0.001), glycosaminoglycans (by 83.7%, p<0.001) and Nacetylneuraminic acid (by 59.8%, p<0.001) the tissues of the glands. The study has demonstrated the transcription factor NF-κB is an important agent in the pathogenesis of oxidative-nitrosative stress in the SG during the modelling of LPS-induced SIR. The use of ammonium pyrrolidinedithiocarbamate, a nuclear translocation inhibitor of this factor, under these conditions, restrains the generation of superoxide anion radical microsomi and NOS in the tissues of the submandibular SGs in the rats by microsomi and NOS (by 20.8%, p<0.02), by mitochondria (by 22.0% p<0.01) and leukocyte NADPH-oxidase (by 39.0%, p<0.01), reduces the activity of inducible NO-synthase (by 35.3%, p<0.01; and with increasing activity of ornithine decarboxylase – by 41.0%, p<0.01), increases the coupling of the NO-synthase constitutive isoform, reduces the concentrations of peroxynitrite (by 54.7%, p<0.02), S-nitrosothiols (by 15.6%, p<0.01) and secondary products of lipid peroxidation (TBA reactants, by 45.4%, p<0.001), enhances the antioxidant potential, superoxide oxide and catalase activity (by 64.7%, p<0.05, and 57.9%, p<0.001, respectively) that is manifested by an improvement in the functional state of the salivary glands (α-amylase activity in their homogenate rises by 20.9%, p<0.001). The administration of ammonium pyrrolidinedithiocarbamate during the modelled LPS-induced SIR restricts the depolymerization of extracellular matrix biopolymers (collagen, proteoglycans and glucoproteins) in the submandibular salivary glands that is confirmed by a decrease in the concentration of their components – free hydroxyproline (by 32.3%, p<0.001), glycosaminoglycans (by 32.8%, p<0.001) and N-acetylneuraminic acid (by 24.8%, p<0.01). The induction of the Nrf2 / ARE signalling pathway under applying epigallocatechin-3-gallate in LPS-induced SIR effectively inhibits the development of oxidative-nitrosative stress in the tissues of the submandibular SG of rats: it restricts the production of superoxide anionradials by microsomi and NOS (by 24.1%, p<0.02), by mitochondria (by 25.8%, p<0.01) and leukocyte NADPH-oxidase (by 41.2%, p<0.01), as well as reduces the activity of inducible NO-synthase in the glandular tissues (by 40.5%, p<0.01, with increasing activity of ornithine decarboxylase – by 27.3%, p<0.05), increases the coupling of the NOS constitutive isoform, lowers the concentrations of peroxynitrite (by 58.6%, p<0.01) and TBA reactants (by 44.2%, p<0.001), demonstrating insignificant changes in the content of S-nitrosothiols. These changes are accompanied by an improvement in the functional state of the submandibular salivary glands (αamylase activity in their homogenate increases by 13.9%, p<0.01). The administration of epigallocatechin-3-gallate in LPS-induced SIR restricts the depolymerization of extracellular matrix biopolymers (collagen, proteoglycans and glucoproteins) in submandibular SG that is manifested by a decrease in the concentration of their components – free hydroxyproline (37.8%, p<0.001), glycosaminoglycans (39.8%, p<0.001) and Nacetylneuraminic acid (37.6%, p<0.001). The application of water-soluble form of quercetin, which combines the properties of NF-κB inhibitor and Nrf2 / ARE system inducer, in LPSinduced SIR inhibits the development of oxidative-nitrosative stress in the tissues of the submandibular SG: it reduces the production of superoxide anion-radical by microsomi and NOS (by 17.8%, p<0.01), mitochondria (by 19.6%, p<0.01), leukocyte NADPH-oxidase (by 37.2%, p<0.01), lowers the activity of inducible NO-synthase (by 27.6%, p<0.01) without significant changes in the activity of ornithine decarboxylase and the coupling level of NO synthase constitutive isoform, lessens the concentration of peroxynitrite (by 55.1%, p<0.02) and TBA-active products (by 39.5%, p<0.01), but without a significant shift in the content of S-nitrosothiols. These changes are accompanied by an improvement in the functional state of the submandibular salivary glands (α-amylase activity in their homogenate increases by 16.9%, p<0.001). The introduction of the water-soluble form of quercetin in LPSinduced SIR restrains the depolymerization of extracellular matrix biopolymers of submandibular SG (collagen, proteoglycans and glucoproteins) that is evidenced by a decrease in the concentration of their components – free hydroxyproline (by 38.0%, p<0.001), glycosaminoglycans (by 30.1%, p<0.01) and N-acetylneuraminic acid (by 32.3%, p<0.01).