Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск
Кафедра биохимии и молекулярной биологии.

Эта работа опубликована в сборнике статей по материалам Международной 68-й научной итоговой студенческой конференции им. Н.И. Пирогова (г.Томск, 20-22 апреля, 2009 год); под реакцией академика РАМН В.В. Новицкого, член. корр. РАМН Л.М. Огородовой

Посмотреть титульный лист сборника

Скачать сборник целиком (1,5 мб)

 

Формирование системного структурного следа долговременной адаптации неразрывно связано с процессом оптимизации состава клеточной популяции органов и тканей, доминирующих в реакциях приспособления к изменившимся условиям существования организма [1]. Важную роль в этом может играть апоптоз, одним из регуляторов которого являются компоненты сфингомиелинового цикла (СМ-цикла), обладающие свойствами вторичных посредников (в первую очередь, проапоптотик церамид и сфингозин-1-фосфат – активатор пролиферативных процессов) [3, 5]. Получены данные о том, что компоненты СМ-цикла активно участвуют в адаптации энергетического обмена скелетных мышц [2]. Этот важный аспект в отношении метаболической адаптации печени остается не изученным. Вопрос представляет несомненный интерес, поскольку печень играет ключевую роль в обеспечении энергетического гомеостаза на уровне целостного организма в условиях изменения его функционального состояния.
Целью настоящей работы было изучение состояния СМ-цикла в печени крыс в условиях функционального напряжения организма, воспроизводимого с помощью голодания различной продолжительности: в течение 3-х суток (непродолжительное, обратимое голодание) и 6 суток (субэкстремальное голодание).
Исследования проведены на белых крысах Вистар (самцы) с массой тела 160-180 г. Методом случайной выборки животные были распределены на группы: 1 группа – контроль (интактные крысы, n = 10); 2 группа – голодание в течение 3 суток, (n = 10) и 3 группа – голодание 6 суток, (n = 10). Животные голодали без ограничения доступа к питьевой воде. В печени крыс изучали спектр компонентов СМ-цикла методом тонкослойной хроматографии. Активность нейтральной сфингомиелиназы (нСМазы) определяли по скорости гидролиза субстрата – сфингомиелина. Активность исполнительной каспазы-3 - с использованием искусственного флуоригенного субстрата. Соотношение между активностью процессов перекисного окисления липидов и функциональным состоянием системы антиоксидантной защиты печени оценивали по изменению концентрации ТБК-активных продуктов (ТБКАП), диеновых конъюгатов (ДК),  восстановленного глутатиона и по активности каталазы. Содержание белка в пробах определяли микробиуретовым методом. При статистической обработке данных для проверки гипотезы о различии между средними значениями применяли непараметрический критерий Вилкоксона.
В результате проведенных исследований было показано, что содержание компонентов СМ-цикла в печени крыс изменялось в зависимости от продолжительности голодания.
Так, концентрация сфингомиелина (СМ) демонстрировала выраженную тенденцию к снижению на 3 сутки голодания по сравнению с таковым в контроле и не отличалось от него на 6 сутки голодания. Содержание церамида достоверно увеличивалось на 3 сутки  (P<0,05) по сравнению с контролем и возвращалось к исходной концентрации на 6 стуки голодания. Динамика содержания сфингозина на всех сроках наблюдения изменялась несущественно. Отношение концентраций церамида к сфингомиелину  (церамид/СМ) было увеличено  на 3-и сутки голодания (Р<0,05). В соответствии с динамикой концентрации церамида и СМ, а также с отношением церамид/СМ изменялась активность ключевого фермента СМ-цикла – нСМазы: прирост на 3 сутки голодания по сравнению с таковой в контроле и при голодании в течение 6 суток. Такая же закономерность была выявлена при изучении динамики активности каспазы-3, которая играет ключевую роль на исполнительной фазе апоптоза: наибольшая активность протеазы была зарегистрирована на 3 стуки голодания (Р<0,05) по сравнению с контролем. Признаки формирования окислительного стресса в печени крыс стали проявляться на 3 сутки голодания: было увеличено содержания ТБКАП и ДК (Р<0,05) и отмечали тенденцию к снижению активности каталазы при сравнительно высоком содержании восстановленного глутатиона. К 6 суткам голодания выраженность окислительного стресса усугублялась. При этом концентрации ТБКАП и ДК возрастали в еще большей степени (Р<0,05), существенно снижалась активность каталазы (Р<0,05) и содержание восстановленного глутатиона (Р<0,05) по сравнению с контролем. Коэффициент активность каталазы/содержание ТБКАП по мере увеличения сроков голодания прогрессивно снижался (Р<0,05).
Динамика содержания метаболитов СМ-цикла и активности нСМазы в печени при голодании не изучена. Известно, что 3 суточное голодание для крыс является полностью обратимым и позволяет реализовывать полноценную метаболическую адаптацию [4]. Полученные нами результаты могут свидетельствовать о том, что в пределах обратимого по продолжительности голодания, в процессе оптимизации клеточного состава печени заметную  роль играет апоптоз. На это указывают, во-первых, реципрокно направленные сдвиги таких компонентов СМ-цикла, как: сфингомиелина (субстрат нСМазы), содержание которого к 3 суткам голодания снижалась и церамида (продукт нСМазы, обладающий проапоптотической активностью), концентрация которого на этом сроке голодания существенно увеличивалась; во-вторых, - повышение активности ключевого фермента цикла – нСМазы, и в-третьих, существенная активация исполнительной каспазы-3. К 6 суткам голодания, когда организм животных переходил к субэкстремальному по продолжительности голоданию (гибель крыс в этой группе отсутствовала), адаптивные резервы печени, по-видимому, уже близки к истощению, что усугублялось дальнейшим усилением окислительного стресса, вызывающего в печени необратимые структурно-функциональные изменения.

Список литературы:
1.    Меерсон, Ф. З. Адаптация, стресс и профилактика / Ф. З. Меерсон. - М., 1981. - 287 c.
2.    Exercise and training effects on ceramide metabolism in human skeletal muscle / J.W. Helge, A. Dobrzyn, B. Saltin, J. Gorski // Exp. Physiol. - 2004. - Vol. 89, N 1. - P. 119-127.
3.    Hannun, Y.A. The sphingomyelin cycle and the second messenger function of ceramide / Y.A. Hannun //J. Biol. Chem. - 1994. - Vol. 269. - P.3125-3128.
4.    McGarry J.D., Meier J.M., Foster D.W. / The effect of starvation and refeeding an carbohydrate and lipid metabolism in vivo and in the perfused rat liver. The relationship between fatty acid oxidation and esterification on the regulation of ketogenesis. // J. Biol. Chem. - 1973. - V. 248., N 1. - P. 270-278.
5.    Ruvolo, P. P. Intracellular signal transduction pathways activated by ceramide and its metabolites / P. P. Ruvolo // Pharmacol. Res. -2003. - Vol. 47. - P. 383-392.