Биохимическая оценка системы синтеза оксида азота у пренатально стрессированных крыс

Введение. Развитие беременности в неблагоприятных условиях может способствовать нарушению образования оксида азота NO у потомства в постнатальной жизни и «программировать» заболевания сердечно-сосудистой системы потомства. Выяснение особенностей и механизмов нарушения функционирования системы синтеза и действия оксида азота после перенесенного пренатального стресса позволит расширить представления о патогенезе целого ряда заболеваний сердечно-сосудистой системы и предложить новые подходы к их профилактике и лечению. Цель – оценить характер образования и действия оксида азота у половозрелых крыс, матери которых во время беременности подвергались воздействию хронического «непредсказуемого» стресса. Материалы и методы. Из беременных крыс сформировали группы «контроль» и «стресс» (по 20 голов). Крыс группы «стресс» подвергали неоднократным стрессорным воздействиям через различные промежутки времени: лишению пищи в течение суток, иммобилизации в воде комнатной температуры в течение 20 мин, контакту с экскрементами кошек в течение суток. В сыворотке крови 3-месячного потомства (n=96, в том числе группа «контроль» самцы – 24, группа «контроль» самки – 26, группа «стресс» самцы – 22, группа «стресс» самки – 24) определяли содержание конечных продуктов деградации NO – нитратов/нитритов (NO₃^–/NO₂^–), концентрацию эндотелиальной (eNOS) и индуцибельной (iNOS) изоформ NO-синтазы, ингибитора NO-синтазной реакции – асимметричного диметиларгинина (АДМА), содержание циклического гуанозинмонофосфата (цГМФ), концентрацию продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ) – диеновых конъюгатов (ДК) и малонового диальдегида (МДА), а также концентрацию C-реактивного белка высокочувствительным методом (^hsСРБ). Результаты. Было обнаружено снижение содержания eNOS и цГМФ (на 12,9 и 31,9 % соответственно), повышение концентрации iNOS, ^hsСРБ и АДМА (на 49,9, 20,3 и 63,1 % соответственно) без статистически значимых изменений уровня NO₃^–/NO₂^–, а также увеличение содержания ДК на 21,1 % и МДА в 1,5 раза в сыворотке крови пренатально стрессированных самцов, по сравнению с самцами, родившимися у крыс группы «контроль». У самок, матери которых подвергались хроническому «непредсказуемому» стрессу во время беременности, были обнаружены тенденция к снижению концентрации eNOS, увеличение содержания iNOS на 30,6 %, ^hsСРБ на 23,9 % и МДА в 2,3 раза (сравнение с соответсвующими показателями группы «контроль» самки) без статистически значимых изменений в концентрации цГМФ, АДМА, NO₃^–/NO₂^– и ДК в сыворотке крови. Выводы. Выявленные изменения в системе образования и функционирования оксида азота у пренатально стрессированных крыс-самцов могут свидетельствовать о высоком риске поражения у них сердечно-сосудистой системы.

1. Thomas DD, Ridnour LA, Isenberg JS, Flores-Santana W, Switzer CH, Donzellie S, Hussain P, Vecoli C, Paolocci N, Ambs S, Colton C, Harris C, Roberts DD, Wink DA. The chemical biology of nitric oxide. Implications in cellular signaling // Free Radic Biol Med. 2008;45(1):18–31. Doi: 10.1016.

2. Vidanapathirana AK, Psaltis PJ, Bursill CA, Abell AD, Nicholls SJ. Cardiovascular bioimaging of nitric oxide: achievements, challenges, and the future // Medicinal Research Reviews. 2020;1–29. Doi: 10.1002/med.21736.

3. Кузнецов А. С. и др. Эндотелий. Физиология и патология: монография. – Одесса: Феникс, 2018. – C. 284.

4. Moncada S, Palmer RM, Higgs EA. The biological significance of nitric oxide formation from L-arginine // Biochem Soc Trans. 1989;17(4):642–644. Doi: 10.1042/bst0170642.

5. Guilivi C. Mitochondria as generators and targets of nitric oxide // Mitochondrial Biology: New Perspectives: Novartis Found Symp. 2007;(287):92–100. Doi: 10.1002/9780470725207.ch7.

6. Kapil V, Khambata RS, Jones DA, Rathod K, Primus C, Massimo G, Fukuto JM, Ahluwalia A. The noncanonical pathway for in vivo nitric oxide generation: the nitrate-nitritenitric oxide pathway // Pharmacol. Rev. 2020;(72):692–766. Doi: 10.1124/pr.120.019240.

7. Incalza MA, D’Oria R, Natalicchio A, Perrini S, Laviola L, Giorgino F. Oxidative stress and reactive oxygen species in endothelial dysfunction associated with cardiovascular and metabolic diseases // Vascul Pharmacol. 2018;(100):1–19. Doi: 10.1016/j.vph.2017.05.005.

8. Grandvuillemin I, Buffat C, Boubred F, Lamy E, Fromonot J, Charpiot P, Simoncini S, Sabatier F, Dignat-George F, Peyter AC, Simeoni U, Yzydorczyk C. Arginase upregulation and eNOS uncoupling contribute to impaired endotheliumdependent vasodilation in a rat model of intrauterine growth restriction // Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2018;315(3):509. Doi: 10.1152/ajpregu.00354.2017.

9. Ayuso M, Cruchten SV, Ginneken CV. Birthweight determines intestinal microvasculature development and alters endothelial nitric oxide synthase density in young piglets // Anat. Histol. Embryol. 2020;49(5):627–634. Doi: 10.1111/ahe.12534.

10. Brain KL, Allison BJ, Niu Y, Cross CM, Itani N, Kane AD, Herrera EA, Skeffington KL, Botting KJ, Giussani DA. Intervention against hypertension in the next generation programmed by developmental hypoxia // PLOS Biology 2019. Doi: 10.1371/journal.pbio.2006552.

11. Hsu CN, Lin YJ, Tain YL. Maternal exposure to bisphenol A combined with high-fat diet-induced programmed hypertension in adult male rat offspring: effects of resveratrol // Int J. Mol Sci. 2019;20(18):4382. Doi: 10.3390/ijms20184382.

12. Weinstock M. Prenatal stressors in rodents: Effects on behavior // Neurobiol. Stress. 2017;(6):3–13. Doi: 10.1016/j.ynstr.2016.08.004.

13. Хронический непредсказуемый стресс у беременных крыс и здоровье их потомства / Л. Е. Беляева, А. Н. Федченко, С. С. Лазуко, И. В. Лигецкая // Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. – 2016. – Т. 102, № 7. – С. 852–863

14. Гаврилов В. Б., Гаврилова А. Р., Хмара Н. Ф. Измерение диеновых конъюгатов в плазме по ультрафиолетовому поглощению гептановых и изопропильных экстрактов // Лаб. дело. – 1988. – Т. 2. – С. 60–64.

15. Андреева Л. И., Кожемякин Л. А., Кишкун А. А. Модификация метода определения перекисей липидов в тесте с тиобарбитуровой кислотой // Лаб. дело. – 1988. – Т. 11. – С. 41–43.

16. Mir SA. An improved zinc reduction method for direct determination of nitrate in presence of nitrite // As. J. Chem. 2007;19(7):5703-5710.

17. Реброва О. Ю. Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета прикладных программ STATISTICA. – М.: МедиаСфера, 2002. – C. 312.

18. Krause BJ, Costello PM, Munoz-Urrutia E, Lillycrop KA, Hanson MA, Casanello P. Role of DNA methyltransferase 1 on the altered eNOS expression in human umbilical endothelium from intrauterine growth restricted fetuses // Epigenetics. 2013;8(9):944–952. Doi: 10.4161/epi.25579.

19. Postberg J, Kanders M, Forcob S, Willems R, Orth V, Hensel KO, Weil PP, Wirth S, Jenke AC. CpG signalling, H2A.Z/H3 acetylation and microRNA-mediated deferred self-attenuation orchestrate foetal NOS3 expression // Clin. Epigenetics. 2015;(7):9. Doi: 10.1186/s13148-014-0042-4.

20. Herrera EA, Cifuentes-Zúñiga F, Figueroa E, Villanueva C, Hernández C, Alegría R, Arroyo-Jousse V, Peñaloza E, Farías M, Uauy R, Casanello P, Krause BJ. N-acetylcysteine, a glutathione precursor, reverts vascular dysfunction and endothelial epigenetic programming in intrauterine growth restricted guinea pigs // J. Physiol. 2017;595(4):1077–1092. Doi: 10.1113/JP273396.

21. Chen X, Qi L, Fan X, Tao H, Zhang M, Gao Q, Liu Y, Xu T, Zhang P, Su H, Tang J, Xu Z. Prenatal hypoxia affected endothelium-dependent vasodilation in mesenteric arteries of aged offspring via increased oxidative stress // Hypertens. Res. 2019;42(6):863–875. Doi: 10.1038/s41440-018-0181-7.

22. Atochin DN, Huang PL. Endothelial nitric oxide synthase transgenic models of endothelial dysfunction // Pflugers Arch. 2010;460(6):965–974. Doi: 10.1007/s00424010-0867-4.

23. Liu X, Xu X, Shang R, Chen Y. Asymmetric dimethylarginine (ADMA) as an important risk factor for the increased cardiovascular diseases and heart failure in chronic kidney disease // Nitric Oxide. 2018;(78):113–120. Doi: 10.1016/j.niox.2018.06.004.

24. Minhas R, Bansal Y, Bansal G. Inducible nitric oxide synthase inhibitors: A comprehensive update // Med. Res. Rev. 2020;40(3):823–855. Doi: 10.1002/med.21636.

25. Dreger H, Ludwig A, Weller A, Baumann G, Stangl V, Stangl K. Epigenetic suppression of iNOS expression in human endothelial cells: a potential role of Ezh2-mediated H3K27me3Genomics. 2016;107(4):145–149. Doi: 10.1016/j.ygeno.2016.02.002.

26. Wang D, Xu B, Wang J, Wang H, Guo J, Ji H, Li S, Wu R, Yang H, Lian S. Response of the maternal hypothalamus to cold stress during late pregnancy in rats // Brain Res. 2019;(1722):146354. Doi: 10.1016/j.brainres.2019.146354.

27. Figueroa H, Alvarado C, Cifuentes J, Lozano M, Rocco J, Cabezas C, Illanes SE, Eixarch E, Hernández-Andrade E, Gratacós E, Irarrazabal CE. Oxidative damage and nitric oxide synthase induction by surgical uteroplacental circulation restriction in the rabbit fetal heart // Prenat Diagn. 2017;37(5):453–459. Doi: 10.1002/pd.5031.

28. Ridker PM. From C-Reactive Protein to Interleukin-6 to Interleukin-1: Moving Upstream To Identify Novel Targets for Atheroprotection // Circ Res. 2016;118(1):145–156. Doi: 10.1161/CIRCRESAHA.115.306656.

29. Aubert P, Oleynikova E, Rizvi H, Ndjim M, Le BerreScoul C, Grohard PA, Chevalier J, Segain JP, Le Drean G, Neunlist M, Boudin M. Maternal protein restriction induces gastrointestinal dysfunction and enteric nervous system remodeling in rat offspring // H. FASEB J. 2019;33(1):770–781. Doi: 10.1096/fj.201800079R.

30. Hu J, Ly J, Zhang W, Huang Y, Glover V, Peter I, Hurd YL, Nomura Y. Microbiota of newborn meconium is associated with maternal anxiety experienced during pregnancy // Dev. Psychobiol. 2019;61(5):640–649. Doi: 10.1002/dev.21837.

31. Grandvuillemin I, Buffat C, Boubred F, Lamy E, Fromonot J, Charpiot P, Simoncini S, Sabatier F, DignatGeorge F, Peyter AC, Simeoni U, Yzydorczyk C. Arginase upregulation and eNOS uncoupling contribute to impaired endotheliumdependent vasodilation in a rat model of intrauterine growth restriction // Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2018;315(3):509. Doi: 10.1152/ajpregu.00354.2017.

32. Sprenger JU, Nikolaev VO. Biophysical techniques for detection of cAMP and cGMP in living cells // Int. J. Mol. Sci. 2013;(14):8025–8046. Doi: 10.3390/ijms14048025.

33. Boger RH, Bode-Boger SM, Frolich JC. The L-argininenitric oxide pathway: role in atherosclerosis and therapeutic implications // Atherosclerosis. 1996;(127):1–11. Doi: 10.1016/s0021-9150(96)05953-9.

34. Monsalve E, Oviedo P, Garciaperez M, Tarin J, Cano A, Hermenegildo C. Estradiol counteracts oxidized LDL-induced asymmetric dimethylarginine production by cultured human endothelial cells. Cardiovasc. Res. 2007;73(1):66–72. Doi: 10.1016/j.cardiores.2006.09.020.

35. Novella S, Laguna-Fernбndez A, Lбzaro-Franco M, Sobrino A, Bueno-Betн C, Tarнn JJ, Monsalve E, Sanchнs J, Hermenegildo C. Estradiol, acting through estrogen receptor alpha, restores dimethylarginine dimethylaminohydrolase activity and nitric oxide production in oxLDL-treated human arterial endothelial cells // Mol. and Cell. Endocrinol. 2013; 365(1):11–16. Doi: 10.1016/j.mce.2012.08.020.

36. Liao Q, Li X, Zhou S, Liu L, Zhao Sh, Lian Y, Dong HJ. Estrogen treatment inhibits vascular endothelial senescence and asymmetrical dimethylarginine in ovariectomized rabbits // Cardiovasc. Pharmacol. 2011;57(2):174–82. Doi: 10.1097/FJC.0b013e31820270bb.

37. Prokai L, Prokai-Tatrai K, Perjesi´ P, Simpkins JW. Mechanistic insights into the direct antioxidant effects of estrogens // Drug Dev. Res. 2006;(66):118–125. Doi: org/10.1002/ddr.20050.