Сайт издательства «Медиа Сфера»
содержит материалы, предназначенные исключительно для работников здравоохранения. Закрывая это сообщение, Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.

Горбунов А.С.

Национальный исследовательский институт кардиологии — ФГБНУ «Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук»

Сидорова М.В.

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр кардиологии им. акад. Е.И. Чазова» Минздрава России

Палькеева М.Е.

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр кардиологии им. акад. Е.И. Чазова» Минздрава России

Молокоедов А.С.

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр кардиологии им. акад. Е.И. Чазова» Минздрава России

Писаренко О.И.

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр кардиологии им. акад. Е.И. Чазова» Минздрава России

Экзогенный агонист рецептора GalR2 уменьшает реперфузионное повреждение изолированного сердца крысы

Авторы:

Горбунов А.С., Сидорова М.В., Палькеева М.Е., Молокоедов А.С., Писаренко О.И.

Подробнее об авторах

Журнал: Кардиологический вестник. 2024;19(3): 37‑42

Просмотров: 115

Загрузок: 7


Как цитировать:

Горбунов А.С., Сидорова М.В., Палькеева М.Е., Молокоедов А.С., Писаренко О.И. Экзогенный агонист рецептора GalR2 уменьшает реперфузионное повреждение изолированного сердца крысы. Кардиологический вестник. 2024;19(3):37‑42.
Gorbunov AS, Sidorova MV, Palkeeva ME, Molokoedov AS, Pisarenko OI. Exogenous GalR2 receptor agonist reduces reperfusion injury in isolated rat heart. Russian Cardiology Bulletin. 2024;19(3):37‑42. (In Russ.)
https://doi.org/10.17116/Cardiobulletin20241903137

Рекомендуем статьи по данной теме:
Оцен­ка пер­фу­зии ки­шеч­ной стен­ки в ус­ло­ви­ях ише­мии с при­ме­не­ни­ем ме­то­да ги­пер­спектраль­ной ви­зу­али­за­ции. Опе­ра­тив­ная хи­рур­гия и кли­ни­чес­кая ана­то­мия (Пи­ро­гов­ский на­уч­ный жур­нал). 2024;(1):5-13

Введение

Одной из фундаментальных проблем молекулярно-клеточной кардиологии является разработка подходов к защите сердца от ишемического реперфузионного повреждения (ИРП). Следствием ИРП становится острый инфаркт миокарда (ОИМ), который занимает ведущую роль в сердечно-сосудистых заболеваниях и считается одной из основных причин смертности населения. В последние годы внимание исследователей привлекает галанинергическая система, которая представляется перспективной мишенью для фармакологического воздействия при функциональных и метаболических нарушениях организма [1]. Нейропептид галанин, состоящий из 29 аминокислотных остатков (а.о.) у большинства видов животных и 30 а.о. у человека, широко распространен в центральной и периферической нервной системе, а также в других тканях и органах. Этот пептид участвует в центральной регуляции сердечно-сосудистой системы. Введение экзогенного пептида в ростральный вентролатеральный мозговой слой оказывает гипотензивный эффект, снижая симпатический вазомоторный тонус, и вызывает тахикардию у крыс [2]. Выделяющийся из сердечных симпатических нейронов сердца галанин ингибирует холинергическую нейротрансмиссию и стимулирует регенерацию аксонов в сердце при ишемии [3]. В периферических органах, включая сердце, галанин действует не только через нейрональные механизмы, но и активируя трансмембранные G-белок связанные рецепторы GalR1, GalR2 и GalR3 [4]. Анализ уровней матричной рибонуклеиновой кислоты (мРНК) рецепторов галанина показал, что GalR2 является преобладающим подтипом в культивируемых миоцитах и сердце, что указывает на его ключевую роль в действии галанина и его фрагментов на миокард [5]. Ранее мы продемонстрировали, что экзогенные N-концевые фрагменты галанина (2—11) и (2—15), обладающие высоким сродством к рецептору GalR2, оказывают защитное действие на кардиомиоциты при ИРП. Оно связано со снижением образования активных форм кислорода (АФК) в митохондриях и запуском сигнальных каскадов, приводящих к уменьшению гибели клеток от апоптоза и некроза и улучшению энергетического состояния реперфузированного сердца [6, 7].

Для улучшения физико-химических свойств N-концевых фрагментов галанина (протеолитическая стабильность и растворимость) были синтезированы их модифицированные аналоги, в структуре которых сохранялись фармакофорные а.о., ответственные за связывание с рецептором GalR2. Изучение этих пептидов на модели региональной ишемии и реперфузии сердца у крыс обнаружило их способность ограничивать размеры ОИМ и уменьшать повреждение мембран кардиомиоцитов [8]. Наибольшей биологической активностью обладал химерный агонист G, представляющий последовательность галанина (2—13), дополненную природным дипептидом карнозин (βAla-His), H-Trp-Thr-Leu-Asn-Ser-Ala-Gly-Tyr-Leu-Leu-Gly-Pro-βAla-His-OH. У крыс с доксорубицин-индуцируемой кардиомиопатией этот пептид уменьшал систолическую дисфункцию сердца, увеличивая фракцию выброса и фракцию укорочения [9]. Эти функциональные эффекты сопровождались улучшением интегрированности клеточных мембран и энергетики кардиомиоцитов, а также снижением образования АФК, продуктов перекисного окисления мембран и увеличением активности антиоксидантных ферментов в миокарде [10]. Настоящая работа является продолжением изучения биологической активности синтетического агониста рецепторов галанина G при ИРП сердца. Несмотря на хорошо документированное действие пептида G на моделях in vivo, его прямое влияние на сердце, подвергнутое ишемии и реперфузии, остается неизученным. Для исключения нейрогуморальных эффектов G в данной работе использовали изолированное перфузируемое сердце крысы. Критериями защиты сердца служили восстановление показателей функции при реперфузии и уменьшение некротического повреждения кардиомиоцитов.

Материал и методы

Дизайн и синтез пептида G. Пептид G представляет собой химерную молекулу, в которой C-концевая часть фрагмента галанина (2—13), содержащего фармакофорные а.о. Trp2, Asn5, Gly8 и Tyr9 [11], необходимые для связывания с клеточными рецепторами GalR2, дополнена последовательностью дипептида карнозина — βAla-His-OH. Карнозин хорошо растворим в водных средах и известен как антиоксидант прямого действия, он содержит β-аминокислоту, наличие которой в пептидах увеличивает их протеолитическую стабильность [12].

В работе использованы производные L-аминокислот и реагенты («Novabiochem» и «Fluka», Швейцария). Твердофазный синтез пептида G проводили на синтезаторе Tribute UV («Protein Technology, Inc.», США) с использованием Fmoc-методологии [13] и очищали методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на обращенной фазе на хроматографе WellChrom («Knauer», Германия), оснащенном колонкой Eurosphere 100—10 C18 (20×250 мм). Аналитическую высокоэффективную жидкостную хроматографию (ВЭЖХ) проводили на приборе Smartline («Knauer», Германия). Условия ВЭЖХ: колонка Kromasil 100—5 C18 («AkzoNobel», Швеция) (4,6×250 мм), буфер А — 0,05 М KH2PO4, pH 3,0, буфер Б — 70% ацетонитрил в буфере А, элюция со скоростью 1 мл/мин градиентом концентрации буфера Б в буфере А от 20 до 80% за 30 мин, детекция при 220 нм. Структура пептида подтверждена с помощью 1Н-ЯМР-спектроскопии (спектрометр WH-500 Bruker 500 МГц, Германия) и масс-спектрометрии (MALDI-TOF/TOF) на приборе UltrafleXtreme Bruker Daltonics GmbH (Германия). Характеристики пептида приведены в таблице.

Характеристики пептида G

Последовательность

Мол. масса, г/моль

Растворимость в воде, мг/мл

MALDI-TOF, m/z

Чистота, % по ВЭЖХ

H-Trp-Thr-Leu-Asn-Ser-Ala-Gly-Tyr-Leu-Leu-Gly-Pro-βAla-His-OH (G)

1499,7

>20

1499,76 [M+H]+,

1521,73 [M+Na]+

1537,72 [M+K]+

98,2

Животные. Использовали самцов крыс Wistar (250—300 г). Животных содержали в виварии в условиях естественного освещения и свободного доступа к воде и корму.

Модель ишемии и реперфузии изолированного сердца крысы. Животных наркотизировали этиловым эфиром. После извлечения сердца из грудной клетки его быстро переносили в охлажденный до 4 °C раствор Кребса—Хензелайта до прекращения сокращений. Затем канюлировали восходящую дугу аорты и выполняли ретроградную перфузию сердца раствором Кребса—Хензелайта по методу Лангендорфа. Для приготовления оксигенированного перфузионного раствора (37 °C, pH 7,4), содержащего (в мМ): NaCl — 120; KCl — 4,8; CaCl2 — 2,0; MgSO4 — 1,2; KH2PO4 — 1,2; NaHCO3 — 20,0; глюкоза — 10,0, применяли реактивы компании «MP Biomedicals» (Ирвин, США). Перфузию осуществляли при давлении 52 мм рт.ст. Для регистрации параметров сократимости сердца в полость левого желудочка (ЛЖ) вводили катетер с латексным баллончиком, заполненным дистиллированной водой, объем которой был достаточным для создания конечного диастолического давления (КДД) на уровне 10—15 мм рт.ст. Сократительную функцию сердца измеряли в изоволюмическом режиме с помощью датчика давления SS13L («Biopac System Inc.», Goleta, США), соединенного с латексным баллончиком, введенным в полость ЛЖ. Запись изменения давления в ЛЖ осуществляли с помощью аппарата для электрофизиологических исследований MP35 («Biopac System Inc.», Goleta, США). Количественную обработку полученных данных осуществляли с помощью программного обеспечения INSTBSL-W («Biopac System Inc.», Goleta, США). В ходе опыта регистрировали частоту сердечных сокращений (ЧСС в 1 мин) и давление, развиваемое ЛЖ (ДРЛЖ, мм рт.ст.). Последнее вычисляли как разницу между систолическим и диастолическим давлением. В эксперименте измеряли также КДД. Кроме того, определяли максимальную скорость увеличения давления в ЛЖ (+dP/dt, мм рт.ст./с) и максимальную скорость снижения давления в ЛЖ (–dP/dt, мм рт.ст./с).

В группе контроля по окончании 20-минутной адаптации к условиям нормоксической перфузии (исходное состояние) сердце подвергали 45-минутной тотальной ишемии и 30-минутной реперфузии раствором Кребса–Хензелайта (37 °C). В группе G первые 10 мин реперфузии проводили раствором Кребса—Хензелайта, содержащим G в концентрации 5 мкг/мл, дальнейшие 20 мин реперфузии проводили раствором Кребса—Хензелайта без пептида. Использование такого протокола было обосновано пилотными опытами с G и ранее проведенными экспериментами с N-концевым фрагментом галанина (2—11) H-Trp-Thr-Leu-Asn-Ser-Ala-Gly-Tyr-Leu-Leu-NH2 [14]. Количество животных в каждой группе было 12.

Степень некротического повреждения кардиомиоцитов. Для оценки использовали уровень креатинфосфокиназы (КФК) в перфузате, оттекающем от сердца, за весь период реперфузии. Активность КФК определяли с помощью энзиматических наборов CK-NA («Analiticon Biotechnologies AG», Lichtenfels, Германия) и нормировали на 1 г влажной ткани сердца.

Статистика. Достоверность различия показателей между контрольной группой и группой G рассчитывали по тесту Манна—Уитни. Уровень значимости был принят равным 0,05. Статистическую обработку проводили с помощью программы Statistica 6.1 («StatSoft Inc.», США).

Результаты

По окончании предварительной 20-минутной перфузии (исходное состояние) значения параметров функции сердца в контроле и группе G достоверно не различались (рис. 1, 2). В контроле на 10-й минуте реперфузии ДРЛЖ было снижено на порядок по сравнению со значением в исходном состоянии. К окончанию реперфузии этот показатель увеличивался в 3 раза — до 29% от исходного состояния. Десятиминутная реперфузия с G улучшала восстановление ДРЛЖ. Начиная с 20-й минуты реперфузии ДРЛЖ было достоверно выше, чем в контроле (p<0,01), и составляло в среднем 35% от предышемического значения. Во время реперфузии без G ЧСС была снижена в среднем до 37% от исходного уровня. Под действием G ЧСС восстанавливалась лучше, чем в контроле, и к 30-й минуте достигала 45% от исходной величины. Различия между контрольной группой и группой G были достоверны на протяжении всего периода реперфузии (p<0,05—0,01). Исходя из этих данных, мы оценили интенсивность сократительной функции (ИСФ) для контрольной и опытной групп, которую выражали произведением ДРЛЖ×ЧСС. На протяжении всей реперфузии ИСФ в группе G была выше, чем в контроле. На 30-й минуте реперфузии этот параметр составлял 2723±46 и 2032±47 мм рт.ст./мин (p<0,01) соответственно, что отвечало восстановлению ИСФ до 11,2 и 16,3% от значения в исходном состоянии (p<0,05). При реперфузии с G отмечено также достоверное снижение КДД по сравнению с контролем, что предполагало меньшую жесткость миокарда ЛЖ.

Рис. 1. Влияние пептида G на изменения показателей функции изолированного сердца крысы при реперфузии.

а — давление, развиваемое левым желудочком (ДРЛЖ); б — частота сокращений сердца (ЧСС); в — конечно-диастолическое давление (КДД). Синим показана контрольная группа, красным — группа пептида G. Данные представлены как M±m, n=12 в группе. Достоверно отличается от контроля: * — p<0,05; ** — p<0,01.

Рис. 2. Влияние пептида G на восстановление максимальной скорости сокращения ЛЖ (+dP/dt, а), максимальной скорости расслабления ЛЖ (–dP/dt, б) при реперфузии и суммарную активность креатинфосфокиназы (КФК) в перфузате за весь период реперфузии (в).

Синим показана контрольная группа, красным — группа пептида G. Данные представлены как M±m, n=12 в группе. Достоверно отличается от контроля: * — p<0,05; ** — p<0,01.

В результате ИРП максимальная скорость сокращения ЛЖ (+dP/dt) была значительно снижена. Несмотря на градуальное увеличение этого показателя при реперфузии, к окончанию реперфузии в контроле +dP/dt оставалась сниженной в 4,6 раза по сравнению с исходным состоянием. Реперфузия с G незначительно, но достоверно улучшала восстановление +dP/dt. К окончанию реперфузии +dP/dt составила 368±13 и 390±15 мм рт.ст./с в контрольной и пептидной группах соответственно (p<0,01). Аналогичные изменения отмечены для максимальной скорости расслабления ЛЖ. При реперфузии с пептидом G происходило достоверное улучшение восстановления этого показателя по сравнению с контролем. К 30-й минуте реперфузии значения –dP/dt составили –251±12 и –290±14 мм рт.ст./с в контроле и группе G соответственно (p<0,01). Из сопоставления данных, приведенных на рис. 1 и 2, видно, что восстановление всех показателей функции сердца было более эффективным при добавлении пептида G в перфузат на начальном этапе реперфузии. К окончанию реперфузии суммарный выход в перфузат КФК в группе G был достоверно меньше, чем в контроле (рис. 2в).

Результаты и обсуждение

Ранее в опытах на крысах in vivo было обнаружено, что фармакологический агонист рецепторов галанина GalR2 пептид G (H-Trp-Thr-Leu-Asn-Ser-Ala-Gly-Tyr-Leu-Leu-Gly-Pro-βAla-His-OH) способен ограничивать размеры ОИМ и уменьшать повреждение мембран кардиомиоцитов у крыс in vivo [7, 8]. Пептид G также улучшал систолическую функцию сердца, метаболическое и антиоксидантное состояние миокарда у крыс in vivo с доксорубицин-индуцируемой кардиомиопатией [9, 10]. Настоящая работа впервые демонстрирует способность G уменьшать ИРП на модели изолированного перфузированного сердца крысы. Это указывает на возможность его прямого действия на миокард, не связанного с механизмами центральной регуляции сердечно-сосудистой системы. Полученные результаты принципиально согласуются с данными работ [6, 14], в которых было показано улучшение восстановления энергетического обмена и функции изолированного сердца крысы при реперфузии с фрагментом галанина (2—11) AR-M1896 (H-Trp-Thr-Leu-Asn-Ser-Ala-Gly-Tyr-Leu-Leu-NH2). Важно, что пептид AR-M1896 обладает высокой аффинностью по отношению к рецептору GalR2, практически не активирует GalR1 и проявляет низкое сродство к рецептору GalR3 [15, 16]. На сходной экспериментальной модели агонист GalR2 пептид AR-M1896, так же как и пептид G, ограничивал размеры ОИМ у крыс, что сопровождалось меньшим выходом маркера некроза креатинфосфокиназы-МВ в кровоток и лучшим сохранением аденозинтрифосфата и фосфокреатина в зоне риска ЛЖ при реперфузии [14]. Из сходства физиологических эффектов и структуры этих пептидов мы предположили, что G также должен обладать высоким сродством к рецептору GalR2. Это предположение было подтверждено результатами работы [17], в которой был использован селективный антагонист GalR2 M871. В ней показано, что блокада рецептора GalR2 M871 перед введением G в начале реперфузии полностью отменяла кардиопротективные эффекты этого пептида. В этом случае размер ИМ и активность креатинфосфокиназы-МВ в конце реперфузии не отличались от контрольных значений. Из этого следует, что именно рецептор GalR2 обеспечивает передачу защитного действия химерного агониста G на сердце.

Результаты наших опытов свидетельствуют о непосредственном действии G на ишемизированный миокард при реперфузии. В настоящее время клонированы и охарактеризованы три подтипа рецепторов галанина — GalR1, GalR2 и GalR3 [1, 4], которые демонстрируют различия в распределении в зависимости от типа ткани. GalR2 преимущественно экспрессируется в сердце, мышцах, жировой ткани и желудке [4, 18]. Этот рецептор сопряжен с различными типами G-белков (Gi/o, Gq/11 и G12/13), сигнализация через которые активирует каскады, снижающие гибель кардиомиоцитов. Пути передачи сигнала при связывании с рецептором GalR2 были подробно обсуждены нами в обзоре [19]. Наиболее физиологически значимые из них схематично представлены на рис. 3. Они включают повышение экспрессии транспортера глюкозы GLUT4 и его перемещение в сарколемму, что стимулирует захват и окисление глюкозы кардиомиоцитами [20]. Запуск этого механизма имеет решающее значение для поддержки энергетического обмена в условиях снижения продукции аденозинтрифосфата [21]. Сопряжение рецептора GalR2 с белком Gq/11 через активацию фосфолипазы C (PLC) и гидролиз фосфатидилинозитолдифосфата увеличивает выход ионов Ca2+ из саркоплазматического ретикулума, улучшая инотропные свойства сердца. Нижние звенья этого сигнального пути вызывают фосфорилирование протеинкиназы B (Akt), ингибирование проапоптозных белков BAD/BAX и каспазы-3 и каспазы-9 [22]. Существенно, что снижение апоптоза кардиомиоцитов при моделировании ИРП сердца сопровождается ограничением ИМ и улучшением сократительной функции сердца [23]. Активация митоген-активируемых протеинкиназ (MEK1/2 и ERK1/2) приводит к блокированию открытия митохондриальных пор временной проницаемости (mPTP) и, таким образом, способствует выживанию и подвижности клеток [24]. Одновременно фосфорилирование ERK увеличивает экспрессию рецепторов, активируемых пероксисомными пролифераторами (PPARs), контролирующих энергетический метаболизм, включая и экспрессию PPARγ, стимулирующего поглощение и окисление глюкозы кардиомиоцитами [25]. Мы полагаем, что эти GalR2-зависимые механизмы могли участвовать в улучшении функции изолированного сердца и уменьшении некротического повреждения кардиомиоцитов при реперфузии с пептидом G в наших опытах. Их значение предполагается оценить в модельных опытах со специфическими ингибиторами киназных каскадов.

Рис. 3. Запуск агонистом рецептора GalR2 пептидом G внутриклеточных механизмов защиты ишемизированного сердца от реперфузионного повреждения.

Увеличение транслокации транспортера глюкозы GLUT4 к сарколемме; блокирование открытия mPTP; повышение выхода Ca2+ из саркоплазматического ретикулума; ингибирование каспазы-3 и каспазы-9; увеличение экспрессии рецепторов, активируемых PPARs.

Заключение

Получены доказательства уменьшения ИРП изолированного сердца крысы под действием пептида G H-Trp-Thr-Leu-Asn-Ser-Ala-Gly-Tyr-Leu-Leu-Gly-Pro-βAla-His-OH — фармакологического агониста рецептора GalR2. В совокупности с ранее проведенными исследованиями они указывают на терапевтический потенциал галанинергической системы при сердечно-сосудистых заболеваниях. Он может быть усилен созданием новых протеолитически устойчивых агонистов рецептора GalR2 и изучением молекулярных механизмов их действия. Это направление может стать основой разработки нового класса кардиопротекторов, воздействующих на метаболическое ремоделирование миокарда.

Участие авторов:

Горбунов А.С. опыты на изолированном сердце крысы.

Сидорова М.В. подтверждение структуры пептида, подготовка статьи.

Палькеева М.Е. синтез пептида.

Молокоедов А.С. очистка пептида.

Писаренко О.И. — дизайн исследования, подготовка статьи.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо со ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail



Мы используем файлы cооkies для улучшения работы сайта. Оставаясь на нашем сайте, вы соглашаетесь с условиями использования файлов cооkies. Чтобы ознакомиться с нашими Положениями о конфиденциальности и об использовании файлов cookie, нажмите здесь.