The modulating role of s-adenosyl methionine in a fructose-enriched diet in the metabolism of sialoglycoproteins in the liver, stomach, and small intestine of rats

Full Text

Введение.

На сегодняшний день учеными установлено, что диета с повышенным содержанием фруктозы способна вызвать дисрегуляцию многих обменных процессов в организме, основной из нозологий которых считается неалкогольная жировая болезнь печени (НАЖБП) [1, 2, 3]. Данная патология характеризуется накоплением больших капель триглицеридов более чем в 5-10% гепатоцитов [4]. В основе патогенеза биохимических процессов в развитии заболеваний органов пищеварения имеется прямая взаимосвязь с нарушением липидного обмена [5]. При этом относительно малоизученными являются вопросы об изменении в обмене гликопротеинов слизистой оболочки желудка и тонкой кишки, содержащих сиаловые кислоты в качестве терминальных остатков. Согласно клиническим рекомендациям основной группой лечения заболеваний печени являются гепатопротекторы. Их действие преимущественно направлено на восстановление гомеостаза, ингибирование перекисного окисления липидов, нормализацию функциональной активности и стимуляцию регенерации печени [6]. Однако, несмотря на распространенность гепатопротективной терапии, данные об эффективности и сроках и применения этих препаратов остаются недостаточно изученными. Моделирование подобных метаболических нарушений в печени при фруктозообогащенной диете представляется актуальным для понимания патогенеза, оценки динамики развития и разработки методов коррекции данных расстройств.

Целью исследования явилось выявление и оценка изменений метаболизма сиалогликопротеинов в гомогенатах гепатобилиарной системы и желудочно-кишечного тракта крыс в условиях фруктозообогащенного рациона питания при применении S-аденозилметионина.

Материалы и методы

Экспериментальная работа проводилась в течение 90 суток на 64 половозрелых беспородных крысах-самцах массой 220-260 г в условиях вивария. Исследование выполнено в соответствии с принципами Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации (2000) и утверждено локальным Комитетом по биомедицинской этике (разрешение № 751/1 от 01 марта 2023 г.). В ходе 35-дневного эксперимента животные содержались на фруктозообогащенной диете, содержащей 20,7% белка (в виде казеина), 5% жира, 60% углеводов (фруктоза), 8% клетчатки, 5% минеральной и 1% витаминной смеси. При этом с 35 дня был осуществлен переход объектов исследования на стандартный виварный рацион. Опытные крысы были разделены на две равные группы: первая группа – 32 животных, находящиеся на фруктозообогащенном питании, вторая группа – 32 крысы, употребляющие пищу богатую фруктозой, которым с 21 дня эксперимента ежедневно внутримышечно вводили препарат S-аденозилметионин в дозе 20 мг/кг веса животного [6]. В качестве контроля были сформированы две подгруппы по 8 особей: первая получала стандартный виварный рацион, второй ежедневно вводили 0,5 мл 0,9% раствора натрия хлорида внутримышечно. Мониторинг динамических изменений в метаболизме сиалогликопротеинов выполняли на 21, 35, 60 и 90 день исследования. В соответствующие дни эксперимента проводили декапитацию лабораторных животных (по 8 особей из каждой группы) под кратковременной эфирной анестезией. Оценку функционального состояния печени осуществляли по динамике печеночных ферментов (АСТ, АЛТ) в полученном гомогенате, а также показателям липидного обмена (ТГ, ЛПНП, ЛПВП, холестерин). Параллельно с указанными исследованиями проводилась оценка индекса атерогенности (ИА) как (ОХС – ЛПВП)/ЛПНП. Состояние углеводного обмена определялось по концентрации инсулина и С-пептида по стандартным биохимическим и иммуноферментным тест-системам. В образцах сыворотки крови, слизистого секрета, тканей желудка и тонкой кишки и гомогенатов печени определяли содержание общих сиаловых кислот (СК) и активность сиалидазы (СА) по методике П.Н. Шараева с соавт. (2009). Полученные в ходе эксперимента значения подвергались обработке непараметрическими методами статистики в программах Microsoft Excel и Statistica 13.5. Результаты выражены в виде медианы с квартильным размахом. Статистическую значимость различий оценивали с помощью U-критерия Манна-Уитни, корреляционные связи — методом Спирмена (критический уровень значимости p < 0,05).

Результаты и обсуждение

На фоне фруктозообогащенного рациона в сыворотке крови крыс зафиксировано статистически значимое увеличение концентрации С-пептида в динамике наблюдения (21, 60 и 90 сутки). Параллельно с этим максимальный уровень инсулина регистрировался на 60 сутки (8,30 [3, 4;8, 5] МкЕд/мл), что на 336,8% превышало контроль (p=0,0008). При анализе активности трансаминаз выявлена разнонаправленная динамика: показатели АЛТ последовательно снижались на протяжении 90-дневного эксперимента, тогда как активность АСТ значительно увеличивалась с 35-х суток и, несмотря на тенденцию к снижению, к окончанию наблюдения превышала контрольные значения (рис. 1).

В сыворотке крови крыс в условиях диеты с повышенным содержанием фруктозы на фоне введения S – аденозилметионина прослеживалось значимое повышение содержания С- пептида на 35 и 60 сутки наблюдений, соответственно на 44,5% (p=0,0008) и 51,8% (p=0,0008) от группы сравнения. Параллельно с этим в указанные сроки эксперимента уровень инсулина достоверно достигал максимальных значений (рис.1). Активность изучаемых трансаминаз изменялась разнонаправленно: АСТ было повышено в течение всего опыта, в то время как активность АЛТ, наоборот, значимо снижалась на 21 и 35 дни наблюдений (рис. 1).

В спектре показателей липидного обмена крови у животных, которых кормили пищей, содержащей высокую концентрацию фруктозы, выявлялся достоверный рост холестерина на 35 сутки на 44,0 % (p=0,0003), а к концу эксперимента отмечалось его достоверное снижение на 15,4% (p=0,0003) от группы сравнения (табл.1). В данной группе животных с экспериментальной моделью НАЖБП зафиксировано достоверное снижение уровня ЛПНП на 35 и 90 сутки наблюдения. Концентрация триглицеридов сохранялась на исходном уровне, тогда как показатели ЛПВП демонстрировали повышение на 44% (p=0,0003) к 35 суткам от контроля с последующим их снижением к концу исследования (табл.1). Индекс атерогенности у лабораторных крыс возрастал с 21 и 60 дни, соответственно на 43,7% (p=0,0003) и 88,7% (p=0,0003) по отношению к данным контрольной группы.

Применение S-аденозилметионина на фоне фруктозообогащенной диеты индуцировало развитие метаболической дислипидемии у крыс, характеризующейся достоверным повышением сывороточного холестерина с достижением пиковых значений (1,82 [1, 77;1, 86] ммоль/л) к 90-му дню эксперимента. Одновременно с этим, концентрация ТГ имела аналогичную тенденцию к росту. Уровень ЛПНП достоверно уменьшался с 60 дня и до конца всего периода наблюдения, а значение ЛПВП изменялось циркадно: рост с 21 по 35 день, затем незначительное снижение, и к 90 дню статистически значимое уменьшение на 8,0% (p=0,03) (табл.2). Индекс атерогенности на 21 день достоверно снижался и с 35 дня вновь возрастал и достигал наибольшего значения на 90 сутки.

 

Исходя из вышеописанного, проведенное исследование демонстрирует однонаправленные нарушения липидного обмена у животных на высокофруктозной диете, выражающиеся в повышении уровня холестерина независимо от применения S-аденозилметионина. При этом в группе лабораторных крыс, которым вводили S-аденозилметионин, выявлялся рост липопротеинов высокой плотности, что может быть обусловлено адаптационной компенсацией активации синтеза неатерогенных липопротеинов [8].

В ряде исследований доказано, что при неизмененных печеночных трансаминазах (АЛТ, АСТ) не исключалась вероятность существования некротически-воспалительных и фиброзных изменений в печени. В то же время преобладание уровня АСТ, в сочетании с выраженным ожирением, может свидетельствовать о наличии тяжелого фиброза и цирроза печени. При этом отмечалось одновременное повышение в крови концентрации холестерина и триглицеридов, которое визуализирует метаболический оборот и генез атеросклероза, что может опосредованно вызывать цитолиз клеток миокарда [9, 10].

На протяжении всего эксперимента у крыс, получавших фруктозообогащенную диету, в сыворотке крови регистрировались признаки катаболизма сиалогликопротеинов. Максимальное повышение уровня общих сиаловых кислот отмечено на 21-е (82,3%; p=0,0007) и 90-е сутки (63,2%; p=0,0008) относительно контрольных значений. Активность фермента сиалидазы крови опытных грызунов возрастала до 35 дня, а к 60 суткам уменьшалась. В печени лабораторных животных количество сиаловых кислот изменялось фазно: максимально повышалось на 21 сутки – на 1412,3% (p=0,0007), а затем достоверно уменьшалось к 35 дню – на 12%% (p=0,03) и вновь увеличивалась на 51,8% (p=0,003), а к 90 дню снижалось на 80% (p=0,0008). Уровень сиалидазы в изучаемой ткани крыс показал снижение на 35 и 90 сутки, соответственно на 69,0% (p=0,003) и 49,3% (p=0,006) от контрольных значений, что может свидетельствовать о преобладании процессов синтеза вышеописанных биополимеров (рис. 2).

Применение S-аденозилметионина на фоне фруктозообогащенной диеты сопровождалось достоверным повышением уровня СК в сыворотке крови лабораторных животных на протяжении всего исследования, достигая максимальных значений на 35-е (47,1%; p=0,0008) и 60-е сутки (32,4%; p=0,0008). Аналогичную тенденцию к росту имела СА с максимумами активности на 35 и 90 дни, а именно на 182,4% (p=0,0008) и 211,8% (p=0,0008). В динамике наблюдения уровень СК в гомогенатах печени показал достоверное снижение лишь на 60 сутки на 16,9% (p=0,003). При этом показатель СА демонстрировал рост с максимальными значениями на 21 и 35 сутки эксперимента, соответственно на 43,1% (p=0,002) и 56,9% (p=0,0008), а к концу периода наблюдения (90 день) значимо уменьшился на 50,8% (р=0,013) (рис. 2).

Активация процессов десиалирования в тканях печени крыс, находящихся на высокоуглеводной диете, обусловлена интенсификацией процессов перекисного окисления липидов, в процессе которого образуются активные формы кислорода, являющиеся, как прямыми, так и опосредованными индукторами деструкции паренхимы данного органа. Наблюдаемое снижение сиалидазной активности в печени на 60-е сутки эксперимента может быть обусловлено уменьшением концентрации сиаловых кислот вследствие цитолиза гепатоцитов, поскольку после повреждения клеток паренхимы печени, моделируется дефицит вышеуказанного фермента. Отсутствие данного эффекта у животных, получавших S-аденозилметионин, свидетельствует о выраженном гепатопротекторном действии препарата [11, 12].

В мукозном слое желудка лабораторных крыс, которых кормили фруктозой, отмечался значимый рост СК на 60 и 90 дни. На фоне снижения сиалидазной активности в гастральной слизи, отмечавшегося с 35-х суток, в гомогенатах желудочной стенки выявлено значимое увеличение концентрации общих сиаловых кислот к 21-м суткам. Параллельно зафиксировано уменьшение активности сиалидазных ферментов на 35-е и 90-е сутки по сравнению с интактными животными (табл.3). В слизи тонкой кишки выявлялось статистически значимое снижение содержания сиаловых кислот на 35 день, а в последующем рост на 60 сутки наблюдения. В течение всего периода наблюдения активность сиалидазы сохранялась ниже контрольных значений с минимальными показателями на 35-е сутки. В гомогенатах кишечной стенки концентрация сиаловых кислот увеличивалась к 21-му дню эксперимента, а на 35-е сутки снижалась, оставаясь на 93,4% выше уровня интактных животных (p=0,0008) (табл.3).

При введении гепатопротектора (S-аденозилметионина) крысам при фруктозообогащенной диете в слизи желудка зафиксировано статистически значимое увеличение концентрации сиаловых кислот на протяжении всего исследования, наиболее выраженное в терминальной фазе эксперимента. Активность сиалидазы характеризовалась сходной динамикой с максимумами на 21-е и 90-е сутки наблюдения (табл.4). В стенке желудка крыс увеличение уровня СК имело скачкообразный характер с наибольшими значениями на 21 и 60 сутки, а СА возрастала на 21 день, а затем сменялась достоверным уменьшением до 60 дня наблюдения. В слизистых наложениях тонкой кишки экспериментальных животных отмечалось повышение количества СК с максимальными значениями на 21 и 60 сутки. Кроме этого, активность сиалидазы снижалась на 35 сутки, а уже к 60 дню возрастал до 48,6% (p=0,0008) по отношению к группе сравнения (табл.4). В гомогенате стенки тонкой кишки крыс при введении S –аденозилметионина приводило к росту СК с наибольшими значениями на 60 и 90 сутки, а СА на 21 и 90 сутки по отношению к уровню этих показателей у контрольных животных (табл.4).

Проведенное исследование демонстрирует, что сочетанное воздействие длительной фруктозообогащенной диеты и гепатопротектора S-аденозилметионина индуцирует преобладание катаболических процессов в слизистой оболочке желудка крыс, характеризующихся повышением сиалидазной активности и уровня сиаловых кислот. В гастральных тканях зафиксировано накопление сиаловых кислот на фоне минимальной сиалидазной активности, что может свидетельствовать о включении компенсаторно-адаптационных механизмов. Параллельно в мукозном слое и стенке тонкой кишки обнаружены согласованные изменения, активирующие синтез сиалогликопротеинов, что подтверждается литературными данными [13].

Заключение

Результаты проведенных исследований свидетельствовали о нарушениях в обмене сиалогликопротеинов в стенке желудка, тонкой кишки и гомогенатах печени, а также о выраженной дислипидемии у животных, находящихся на фруктозообогащенной диете. Это может инициировать деструктивные процессы в мембранах гепатоцитов с высвобождением биохимических маркеров цитолиза клеток печени (АЛТ, АСТ) в кровеносное русло, а также вызвать эндотелиальную дисфункцию.

Применение у лабораторных крыс S-аденозилметионина в условиях высокоуглеводистого питания приводило к ускорению метаболического оборота сиалосодержащих соединений в исследуемых тканях, в частности, в тканях желудка наблюдалась активация десиалирования их концевых остатков в течение всей динамики, а в интестинальных гомогенатах выявлялся распад лишь на 60 день. В этих условиях происходило снижение степени цитолиза гепатоцитов за счёт активации липолиза, а также вероятно, уменьшаются процессы интенсивности перекисного окисления липидов. Рост ЛПВП при внутримышечном введении S-аденозилметионина, может быть оценен как адаптационный механизм компенсации активации синтеза неатерогенных липопротеинов, а также является одним из оснований применения данного препарата в клинической практике терапии неалкогольной жировой болезни печени.

About the authors

Artur Oksuzyan

Izhevsk State Medical University

Email: mdpastushkoff@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5901-615X
Scopus Author ID: https://orcid.org/0000-0002-5901-615X

Associate Professor, Candidate of Medical Sciences, Associate Professor, Department of Disaster Medicine and Life Safety, Izhevsk State Medical Academy

Russian Federation

Timur Andreevich Pastushkov

Izhevsk State Medical University of the Russian Ministry of Health

Author for correspondence.
Email: mdpastushkoff@gmail.com

student

Russian Federation, 426056, Russia, Udmurt Republic, Izhevsk, Kommunarov Street, 281

References

Supplementary files

There are no supplementary files to display.