ОРИГИНАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

Метаболическая активность иммунокомпетентных клеток в оценке индивидуальной холодовой чувствительности

В. П. Патракеева, В. А. Штаборов
Информация об авторах

Институт физиологии природных адаптаций Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики имени Н. П. Лавёрова Уральского отделения Российской академии наук, Архангельск, Россия

Для корреспонденции: Вероника Павловна Патракеева
наб. Северной Двины, д. 23, г. Архангельск, 163000, Россия; ur.xednay@akinorev.aweekartap

Информация о статье

Финансирование: работа выполнена в рамках программы фундаментальных научных исследований по теме лаборатории экологической иммунологии Института физиологии природных адаптаций ФГБУН ФИЦКИА УрО РАН № гос. регистрации 122011300377-5.

Вклад авторов: В. П. Патракеева — планирование исследования, анализ литературы, сбор, обработка и интерпретация данных, подготовка рукописи; В. А. Штаборов — анализ литературы, сбор и обработка данных, подготовка рукописи.

Соблюдение этических стандартов: исследование одобрено этическим комитетом ИФПА ФГБУН ФИЦКИА УрО РАН (протоколы № 4 и 6 от 7 декабря 2016 г. и от 14 февраля 2022 г. соответственно), проведено в соответствии с принципами Хельсинкской декларации 1975 г. (2013 г.).

Статья получена: 14.10.2022 Статья принята к печати: 02.11.2022 Опубликовано online: 17.11.2022
|

Адаптация к условиям Севера связана со способностью организма приспосабливаться к воздействию низких температур, что приводит к необходимости метаболических перестроек. Наиболее быстрым способом получения энергии является гликолиз, используемый клеткой в процессе пролиферации, а также при воздействии экстремальных нагрузок [1]. Митохондрии медленнее, но эффективнее способствуют наработке АТФ в результате окислительного фосфорилирования, однако митохондриальный окислительный метаболизм сенсибилизирует клетки к апоптозу [2]. Одним из ключевых регуляторов митохондриального метаболизма является Sirt3 [36]. Снижение его экспрессии можно наблюдать при сердечно-сосудистых заболеваниях, сахарном диабете, онкологических процессах и нарушениях метаболизма, а также в регуляции окислительного стресса через ось Sirt3-AMPK-α-PGC-1α [711]. Другой фактор, регулирующий метаболизм клетки, — гипоксия-индуцируемый фактор HIF-1α, который повышает гликолитическую активность и подавляет митохондриальную [12]. Оценка соотношения этих двух регуляторов позволит оценить направленность метаболической активности клетки. В ранее проведенных нами исследованиях было установлено, что люди, проживающие на Севере, по-разному реагируют на кратковременное общее охлаждение, что проявляется в изменении уровня циркулирующих в периферической крови лимфоцитов (снижение или повышение их уровня, либо отсутствие реакции) [13, 14]. В связи с такими различиями представляет интерес изучение вариантов путей метаболической активности иммунокомпетентных клеток в формировании индивидуальной холодовой чувствительности, что стало целью данной работы.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Проведено обследование 180 человек (из них 130 женщин и 50 мужчин) в возрасте 25–55 лет до и после кратковременного общего охлаждения в холодовой камере при –25 °С в течение 5 мин. Забор крови проводили из локтевой вены до и сразу после охлаждения. Критерий включения: практически здоровые люди трудоспособного возраста, на момент обследования не имевшие хронических и/или рецидивирующих заболеваний. Лейкограмму определяли на гематологическом анализаторе XS-1000i (Sysmex; Япония). Иммуноферментным методом определяли концентрацию цитокинов IL10, IL6, TNFα, иризина, трансферрина, sTfR, HIF-1α, Sirt3 на АИФА Evolis (Bio-Rad; Франция) и Multiscan MS (Финляндия). Оценку содержания гликогена проводили цитохимически («Абрис+»; Россия). Количественное содержание аденозинтрифосфата (АТФ) определяли при помощи люциферин-люциферазного метода. Результаты реакции оценивали на люминометре ЛЮМ-1 («Люмтек»; Россия) с использованием стандартных наборов реактивов «Люмтек». Сатурацию крови определяли при помощи пульсоксиметра («Armed» YX300; Китай). У всех обследованных определяли массу тела (кг), рост (см), рассчитывали индекс массы тела (кг/м2). Оценку содержания подкожного и висцерального жира проводили с использованием портативного прибора фирмы Omron (Япония). В соответствии с рекомендациями производителя содержание висцерального жира, равное 1–9%, считали нормальным, 10–14% — высоким, 15–30% — очень высоким. Результаты исследования оценивали в трех группах, в зависимости от изменения уровня лимфоцитов в периферической крови после кратковременного общего охлаждения. В группе 1 содержание лимфоцитов снизилось в 1,5–2 раза с 2,1 (1,77–2,44) до 1,69

(0,95–2,16) × 109 кл/л (p < 0,001); в группе 2 оно повысилось с 1,49 (1,26–1,74) до 2,22 (1,48–2,61) × 109 кл/л (p < 0,01); в группе 3 не установлено достоверных изменений (1,88 (1,46–2,17) и 1,82 (1,46–2,56) × 109 кл/л). Группы не различались по возрасту, средний возраст в группе 1 составил 33 года, в группе 2 — 31 год, в группе 3 — 32 года. Статистическую обработку результатов проводили с помощью программы Statistica 10 (США).  В связи с тем, что распределение признаков не подчинялось закону нормального распределения (Shapiro–Wilk’s), данные представляли в виде медианы, 25- и 75-процентилей Ме (25–75). Множественные сравнения значений (по трем группам) — Kruscal–Wallis (р < 0,05). Попарные сравнения — критерий Mann–Whitney (р < 0,017).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Показатель индекса массы тела значимо не различался по группам: в группе 1 он составил 23,50 кг/м2, в группе 2 — 24,16 кг/м2, в  группе 3 — 24,78 кг/м2. Сравнение данных биоимпендансометрии показало, что для людей, реагирующих на общее кратковременное охлаждение повышением уровня лимфоцитов в периферической крови, характерно более высокое содержание висцерального жира 12,1% (группа 1 — 7,2%,  группа 2 — 5,3%; p1–2, 1–3 < 0,01) при этом доля подкожной жировой клетчатки значимо не различалась у всех обследованных и составила в  группе 1 — 31,8%, в группе 2 — 30%, в группе 3 — 30,1%. Высокий уровень висцерального жира повышает риск сердечно-сосудистых патологий, нарушений обмена веществ, положительно коррелирует с повышением триглицеридов и уровнем сахара в крови натощак, снижением уровня липопротеидов высокой плотности (ЛПВП) [1517]. Известно, что дисфункция висцерального жира способствует формированию гипоксических состояний [18]. Это отражается в более низком уровне сатурации крови в группе 1 — 97% (min — 94%, max — 99%); в группе 2 данный показатель составил 98% (min — 97%, max — 99%), в третьей — 99% (min — 98%, max — 99%). После общего кратковременного охлаждения насыщение крови кислородом в группе 1 фактически сравнялось с двумя другими группами и повысилось до 98% (min — 97%, max — 99%). Сочетанное влияние гипоксии и низких температур приводит к активации гена трансферрина и накоплению его в плазме (табл. 1). Во всех группах регистрируется достаточно высокое содержание растворимого рецептора к трансферрину sTfR и самого трансферрина с превышением концентрации 340 мг/дл у 75% обследованных в группе 1; 77,8% — в группе 2 и 90,9% — в группе 3. 

Такое повышение уровня трансферрина и sTfR свидетельствует о формировании дефицита железа в тканях, гипоксии; кроме того, высокие концентрации трансферрина являются фактором риска сердечнососудистой патологии, провоцируя активацию факторов свертывания крови и гиперкоагуляцию [19, 20]. Изменение метаболической активности клеток определяет возможность адаптации к изменяющимся условиям. Наиболее быстрым способом получения энергии для клетки является гликолиз, для синтеза АТФ в среднем необходимо 2–4 мин. Снижение уровня лимфоцитов в периферической крови после кратковременного охлаждения ассоциировано со снижением гликогена в них с 4 до 2,83% (р = 0,0056); в двух других группах уровень гликогена в лимфоцитах не изменялся и составил соответственно 5,8 и 6,2% в группе 2 и  3,6 и 4,8% — в группе 3. Снижение гликогена приводит к наработке АТФ в лимфоцитах (с 0,98 (0,42–2,87) до 3,16 (0,55–4,19) мкмоль/млн кл); так как клетка не имеет механизмов депонирования АТФ для продолжительного использования, такое повышение АТФ, свидетельствует об ее активизации. Повышение соотношения HIF-1α/SIRT3, регистрируемое при наработке клеткой АТФ свидетельствует в пользу повышения гликолитической активности, так как HIF-1α оказывает преимущественно ингибирующее действие на процессы окислительного фосфорилирования и стимулирует гликолиз, индуцируя поглощение глюкозы и экспрессию гликолитических ферментов (табл. 2) [2123].

В регуляции холодовой адаптации принимает участие один из миокинов белок иризин, рецепторы к которому имеются на всех клетках организма [24, 25]. Иризин обеспечивает треморегуляционные процессы за счет активации термогенина (UCP1), повышает расход энергии. Кроме того, иризин за счет взаимодействия с тирозинкиназой Src и фосфорилирования АМРК оказывает противоспалительное действие и обеспечивает защиту межклеточных соединений от повреждения [2628]. Содержание данного миокина было наиболее высоким в группе 1 и составило 6,29 (3,04–7,98) мкг/мл; в двух других группах уровни были ниже: в группе 2 — 3,06 (1,59–6,70), в группе 3 — 4,32 (3,11–8,08) мкг/мл (р1–2 = 0,005). После холодового воздействия уровень иризина в группе 1 значимо снизился до 3,17 (1,349–6,64) мкг/мл (p < 0,01). Такое снижение уровня иризина после охлаждения может способствовать усилению проницаемости эндотелия, повышению адгезии клеток и миграции их, что ассоциировано со снижением уровня лимфоцитов в циркуляции в данной группе обследованных. Более высокий фоновый уровень иризина обеспечивает повышение в периферической крови содержания противовоспалительного цитокина IL10 на фоне более низких концентраций провоспалительных цитокинов IL6 и TNFα (см. рисунок).

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Известно, что ранний период акклиматизации к холоду (до 7 дней) связан с повышением уровня белка HIF-1α, способствующего активации гликолиза и β-окисления [29, 30]. В результате исследований нами установлено, что даже кратковременное холодовое воздействие в течение 5 мин способствует формированию адаптивных реакций, что определяется фоновым уровнем иммунной защиты и регуляторных механизмов, обеспечивающих метаболическую активность клеток. Сочетанное влияние гипоксии и холода связано с повышением уровня трансферрина и растворимого рецептора к нему практически у всех обследованных волонтеров, что является фактором риска формирования сердечнососудистых заболеваний, являющихся распространенной патологией в северных территориях.  Трансферрин служит важным переносчиком ионов железа, вовлеченных в разнообразные метаболические процессы [31, 32], от которых непосредственно зависит вариант реагирования на  холодовое воздействие за счет  формирования срочных или долговременных адаптивных реакций. Так, установленное снижение уровня лимфоцитов в периферической крови в ответ на кратковременное общее охлаждение свидетельствует о формировании срочной адаптивной реакции с активацией гликолитических процессов в клетке, обеспечивающих быстрое повышение энергетических запасов, необходимых для активации лимфоцитов. Более высокий фоновый уровень иризина в первой группе обследованных обеспечивает регуляцию воспалительной реакции за счет стимуляции более высоких уровней противовоспалительного цитокина. Повышение в циркуляции лимфоцитов во второй группе обследованных связано с более высоким уровнем воспалительной реакции, что отражается в уровне содержания провоспалительных цитокинов. Кроме того, для данной группы обследованных характерно наличие большего процента висцерального жира, что также может провоцировать более высокий уровень воспаления. Для обследованных волонтеров, у которых не было зарегистрировано изменений в уровне лимфоцитов (3 группа обследованных), не установлено активизации срочных адаптивных реакций. В данной группе ниже соотношение регуляторов метаболизма HIF-1α/SIRT3, что свидетельствует о преобладании митохондриальной активности при адаптации к холоду.

ВЫВОДЫ

Фоновый уровень иммунной защиты, а также концентрация про- и противовоспалительных факторов связаны с формированием срочных и долговременных  адаптивных реакций на холодовое воздействие. Оценка изменения уровня лимфоцитов в циркуляции является простым и доступным методом для прогнозирования адаптивных возможностей человека, обеспечиваемых регуляцией активации метаболических путей клетки. 

КОММЕНТАРИИ (0)