Иммуновоспалительные механизмы старения мочевого пузыря
Журнал: Экспериментальная и клиническая урология @ecuro
Рубрика: Экспериментальная урология
Статья в выпуске: 4 т.16, 2023 года.
Бесплатный доступ
Введение. Несмотря на отсутствие общепризнанной теории, объясняющей механизмы старения, существующие научные данные, указывают на тесную связь между старением и хроническим низкоуровневым воспалением (low-grade inflammation). Данная теория воспалительного старения (inflame-aging) предполагает, что старение сопровождается развитием хронического воспалительного фенотипа, который, в конечном итоге, приводит к фибропластической трансформации тканей, что проявляется функциональным дефицитом органов и, в частности, мочевого пузыря.
Похожие статьи в разделе Биология клетки и субклеточных частиц. Цитология
Короткий адрес: https://sciup.org/142240784
IDS: 142240784 | DOI: 10.29188/2222-8543-2023-16-4-14-19
Immuno-inflammatory mechanisms of age-associated transformation of the bladder
Introduction. Despite the absence of a generally accepted theory explaining the mechanisms of aging, existing scientific data indicate a close relationship between aging and chronic low-grade inflammation (low-grade inflammation). This theory of inflammatory aging (inflame-aging) suggests that aging is accompanied by the development of a chronic inflammatory phenotype, which ultimately leads to fibroplastic transformation of tissues, which manifests itself in a functional deficiency of organs and, in particular, the bladder.
Текст научной статьи Иммуновоспалительные механизмы старения мочевого пузыря
экспериментальная и клиническая урология № 4 2023
Старение представляет собой одно из самых сложных биологических явлений, которое затрагивает все органы и системы организма человека, в том числе мочевыделительную. В настоящее время не существует единой общепризнанной теории старения,и точные патофизиологические механизмы сенесценции мочевого пузыря еще предстоит выяснить. При этом накапливающиеся научные данные свидетельствуют о том, что старение тесно связано с хроническим низкоуровневым воспалением (low-grade inflammation) [1, 2]. Данная теория воспалительного старения (inflameaging) позволяет по-новому взглянуть на процесс се-несценции. Она подразумевает формирование фенотипа хронического воспаления, сопровождающегося хронической активаций оксидативного стресса и выработкой воспалительных/профибротических цитокинов, в итоге приводящих к развитию фиброзной трансформации тканей (фиброз-опосредованное старение), а на клиническом уровне проявляющегося функциональным дефицитом органов [1, 3].
Цель. Изучить роль свободно-радикального окисления, эндотелиальной дисфункции и низкоуровневого возраст-ассоциированного воспаления как потенциальных факторов клеточной сенесценции в процессе возрастной перестройки детрузора у экспериментальных животных.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследование выполнено в соответствии с этическими нормами обращения с животными,принятыми «Европейской конвенцией по защите позвоночных животных, используемых для исследовательских и иных научных целей», «Федерацией европейских ассоциаций по науке о лабораторных животных» и «Международным советом по науке о лабораторных животных». Исследования были разрешены локальным этическим комитетом ФГБОУ ВО ЯГМУ Минздрава России (протокол №57 от 19.09.2022 года). Использовались 20 беспородных половозрелых здоровых белых крыс (10 самок и 10 самцов) массой тела 180-200 граммов. Группу 1 (старые животные) составили 10 (5 самок и 5 самцов) белых крыс. Выведение из эксперимента, декапитация и забор биологического материала у них выполнялись в возрасте 30 месяцев с последующим исследованием периферической крови и гомогенатов мочевого пузыря. Группу 2 (молодые животные) составили 10 белых крыс (5 самок и 5 самцов), не подвергавшихся никаким экспериментальным воздействиям. Декапитация и забор биологического материала у них производились в возрасте 10 месяцев.
В качестве маркеров низкоуровневого возраст-ас-социированного воспаления использовали: Фактор некроза опухолей альфа, ФНО-α (Rat Tumor Necrosis Factor Alpha, TNF-α, ELISA Kit, Fine Biotech); Антагонист рецептора интерлейкина-1, АР ИЛ-1 (Rat Interleukin 1 receptor antagonist, IL1RA, ELISA kit, Cusabio); Интерлейкин-6, ИЛ-6 (Rat Interleukin 6, IL-6, ELISA kit, Cusabio). В качестве маркеров эндотелиальной дисфункции использовали: Эндотелин-1, ЭТ-1 (Rat En-dothelin 1, ET-1, ELISA kit, Cusabio); Специфическая молекула эндотелиальных клеток-1, СМЭК-1 (Rat Endothelial Cell Specific Molecule 1, ESM1, ELISA kit, Fine Biotech); Интерлейкин - 1 бета, ИЛ-1 бета (Rat Interleukin 1β, IL-1β, ELISA kit, Cusabio). В качестве маркеров фибропластической трансформации (профибротиче-ские цитокины) использовали: Трансформирующий ростовой фактор бета-1, ТРФ бета-1 (Rat Transforming Growth Factor β1, TGF-β1, ELISA kit, ELISA kit, Cusabio); Фактор роста соединительной ткани, ФРСТ, (Rat connective tissue growth factor, CTGF, ELISA Kit, Puda Scientific). Для оценки маркеров свободнорадикального окисления выполняли определение уровней: 8-изопро-стана (методом иммуноферментного анализа, ELISA, производитель Cayman, США), малонового диальдегида (по методу Стальной И.Д. и Гаришвили Т.Г., 1977) [4], каталазы (по методу Aebi, 1984, модифицированного Королюком М.А. и Ивановой Л.И., 1988) [5], а также диеновых конъюгатов (по методике И.Д. Стальной, 1977) ) [6]. Статистическая обработка полученных результатов проводилась по двум группам с помощью пакета программ STATISTICA 10.0 (data analysis software system, StatSoft Inc, 2011). Анализ соответствия вида распределения признака закону нормального распределения проводился с использованием критериев Колмогорова-Смирнова и Шапиро-Уилка. Для описания нормально распределенных количественных признаков было использовано среднее значение признака и среднее квадратичное отклонение. Для сравнения двух групп с нормальным распределением применялся критерий Стьюдента. Различия и взаимосвязи между признаками считали достоверными при p <0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Проведена сравнительная оценка статуса низкоуровневого возраст-ассоциированного воспаления (TNF-α, IL-6, IL1RA) в крови и гомогенате стенки мочевого пузыря в группах молодых и старых животных. Результаты раздельного изучения показателей цитоки-нового статуса представлены в таблице 1.
Как следует из таблицы 1, средние значения всех показателей низкоуровневого возраст-ассоциирован-ного воспаления, определяемые в крови у старых животных (группа 1), были значительно выше в сравнении с группой молодых животных (группа 2)и во всех случаях достигали статистически значимого уровня различия (p<0,05). Отметим, что по некоторым показателям превалирование над группой контроля составляло более 3-х раз. Выявлена аналогичная статистически достоверная разница между группами молодых и старых крыс по показателям низкоуровневого воспаления гомогената мочевого пузыря.
При анализе статуса эндотелиальной дисфункции крови у экспериментальных животных выявлено,что средние значения всех изучаемых маркеров эндотелиальной дисфункции (ET-1, IL-1β, ESM1), определяемые в крови у старых животных (группа 1), также значительно превышали аналогичные показатели в группе молодых животных (группа 2), во всех случаях достигая статистически значимого уровня различия ( p <0,05). Данная статистически значимая разница между группами старых и молодых крыс по исследуемым маркерам (ET-1, IL-1β, ESM1) также наблюдалась при исследовании гомогената стенки мочевого пузыря (табл. 2).
Таблица 1. Маркеры низкоуровневого возраст-ассоциированного воспаления крови и гомогенате стенки мочевого пузыря
Table 1. Markers of low-level age-associated inflammation in the blood and bladder wall homogenate
|
Изучаемый показатель The indicator being studied |
Группа 1, (n=10) Group 1,(n=10) M±SD |
Группа 2, (n=10) Group 2,(n=10) M±SD |
p |
|
Периферическая кровь (пг/мл) Peripheral blood (pg/ml) |
|||
|
Фактор некроза опухолей-альфа (TNF-α) Tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) |
54,5±13,4 |
21,8±3,4 |
0,03 |
|
Интерлейкин- 6 (IL-6) Interleukin-6 (IL-6) |
3,9±0,3 |
1,03±0,1 |
<0,01 |
|
Антагонист рецептора интерлейкина-1 (IL1RA) Interleukin-1 receptor antagonist (IL1RA) |
222,9±25,2 |
135,4±23,8 |
0,02 |
|
Гомогенат стенки мочевого пузыря (пг/мл) Bladder wall homogenate (pg/ml) |
|||
|
Фактор некроза опухолей-альфа (TNF-α) Tumor necrosis factor-alpha (TNF-α) |
45,7±5,7 |
16,8±2,5 |
<0,01 |
|
Интерлейкин- 6 (IL-6) Interleukin-6 (IL-6) |
4,9±0,4 |
1,1±0,2 |
<0,01 |
|
Антагонист рецептора интерлейкина-1 (IL1RA) Interleukin-1 receptor antagonist (IL1RA) |
249,5±29,9 |
156,1±32,2 |
0,04 |
Таблица 2. Показатели статуса эндотелиальной дисфункции в группах эксперимента и группе контроля
Table 2. Indicators of endothelial dysfunction status in the experimental and control groups
|
Изучаемый показатель The indicator being studied |
Группа 1, (n=10) Group 1,(n=10) M±SD |
Группа 2, (n=10) Group 2,(n=10) M±SD |
p |
|
Периферическая кровь (пг/мл) Peripheral blood (pg/ml) |
|||
|
Эндотелин-1 (ET-1) Endothelin-1 (ET-1) |
29,7±4,0 |
7,9±1,2 |
0,03 |
|
Интерлейкин – 1 бета (IL-1β) Interleukin – 1 beta (IL-1β) |
443,1±47,9 |
171,5±66,5 |
<0,01 |
|
Специфическая молекула эндотелиальных клеток 1 (ESM1) Endothelial cell specific molecule 1 (ESM1) |
674,4±101,9 |
245,4±52,1 |
<0,01 |
|
Гомогенат стенки мочевого пузыря (пг/мл) Bladder wall homogenate (pg/ml) |
|||
|
Эндотелин-1 (ET-1) Endothelin-1 (ET-1) |
27,3±5,4 |
10,9±2,6 |
0,01 |
|
Интерлейкин – 1 бета (IL-1β) Interleukin – 1 beta (IL-1β) |
675,2±44,1 |
147,5±39,5 |
<0,01 |
|
Специфическая молекула эндотелиальных клеток 1 (ESM1) Endothelial cell specific molecule 1 (ESM1) |
782,0±92,3 |
283,1±72,6 |
<0,01 |
Анализ полученных данных показателей перекисного окисления липидов (ПОЛ)и системы антиоксидантной защиты у экспериментальных животных показал, что молодые животные контрольной группы в норме имеют невысокие показатели ПОЛ, и, соответ-ственно,активности каталазы как сыворотки крови, так и мочевого пузыря, что свидетельствует о сбалансированности системы антиоксидантной защиты. Также показано, что средние значения продуктов ПОЛ, определяемые в крови у старых животных (группа 1), были значительно выше (для диеновых конъюгатов в 2 раза, для малонового диальдегида в 3,5 раза) в сравнении с группой молодых животных (группа 2) и во всех случаях достигали статистически значимого уровня различия (p<0,05). Одновременно с этим уро- вень каталазы был выше у старых животных в 1,5 раза как на системном, так и на органном уровнях (гомогенат мочевого пузыря) (табл. 3).
Анализ первичных данных раздельного изучения профибротического статуса - TGF beta 1 и CTGF (табл. 4), выявил, что средние значения всех изучаемых про-фибротических цитокинов, определяемых в крови у пожилых крыс (группа 1) были значительно выше в сравнении с группой молодых крыс (группа контроля) и во всех случаях достигали статистически значимого уровня различия ( p <0,05). В гомогенате мочевого пузыря зафиксирована аналогичная статистически достоверная разница между группами молодых и пожилых крыс по показателям профибротических цитокинов.
Таблица 3. Перекисное окисление липидов и системы антиоксидантной защиты крови и гомогената стенки мочевого пузыря
Table 3. Lipid peroxidation and antioxidant defense systems of blood and bladder wall homogenate
|
Изучаемый показатель The indicator being studied |
Группа 1, (n=10) Group 1,(n=10) M±SD |
Группа 2, (n=10) Group 2,(n=10) M±SD |
p |
|
Периферическая кровь (пг/мл) Peripheral blood (pg/ml) |
|||
|
Диеновые конъюгаты (ммоль/л) Diene conjugates (mmol/l) |
49,3±7,1 |
24,5 ±6,6 |
0,02 |
|
Малоновый диальдегид (ммоль/л) Malondialdehyde (mmol/l) |
60,4±9,3 |
21,4±4,2 |
<0,01 |
|
Активность каталазы(мкат/л) Catalase activity (mkat/l) |
48,3±4,7 |
32,5±5,3 |
0,03 |
|
Гомогенат стенки мочевого пузыря (пг/мл) Bladder wall homogenate (pg/ml) |
|||
|
Диеновые конъюгаты (мкмоль/г ткани) Diene conjugates (mmol/g tissue) |
56,3±10,2 |
25,7±7,2 |
0,03 |
|
Малоновый диальдегид (нмоль/г ткани) Malondialdehyde (nmol/g tissue) |
86,1±12,3 |
35,3±6,7 |
<0,01 |
|
Активность каталазы (мкмоль/мин х мг белка) Catalase activity (mkmol/min х mg proteine) |
56,2±5,4 |
26,1±6,4 |
<0,01 |
Таблица 4. Профибротические цитокинов в крови и гомогенате стенки мочевого пузыря Table 4. Profibrotic cytokines in blood and bladder wall homogenate
|
Изучаемый показатель The indicator being studied |
Группа 1, (n=10) Group 1,(n=10) M±SD |
Группа 2, (n=10) Group 2,(n=10) M±SD |
p |
|
Периферическая кровь (пг/мл) Peripheral blood (pg/ml) |
|||
|
Трансформирующий ростовой фактор, бета-1 (TGF beta 1) Transforming growth factor beta 1 (TGF beta 1) |
49,3±7,1 |
24,5 ±6,6 |
0,02 |
|
Фактор роста соединительной ткани (CTGF) Connective tissue growth factor (CTGF) |
60,4±9,3 |
21,4±4,2 |
<0,01 |
|
Гомогенат стенки мочевого пузыря (пг/мл) Bladder wall homogenate (pg/ml) |
|||
|
Трансформирующий ростовой фактор, бета-1 (TGF beta 1) Transforming growth factor beta 1 (TGF beta 1) |
56,3±10,2 |
25,7±7,2 |
0,03 |
|
Фактор роста соединительной ткани (CTGF) Connective tissue growth factor (CTGF) |
86,1±12,3 |
35,3±6,7 |
<0,01 |
ОБСУЖДЕНИЕ
Процесс старения является одним из самых сложных биологических процессов, затрагивающим все системы человеческого организма. В 2000 году итальянскими исследователями была представлена теория «inflammaging» (теория воспалительного старения) [3], согласно которой хроническое низкоуровневое воспаление является неотъемлемым «спутником» старения. Это состояние характеризуется значительным увеличением содержания в крови различных воспалительных медиаторов, включая цитокины, активные формы кислорода, реакционноспособные нитрозирующие соединения, факторы роста и др. Данная провоспалительная «смесь» через паракринные сигнальные пути приводит к негативному воздействию на ремоделирование тканей и, в конечном счете, результируется в фибропластическую трансформацию тканей [7]. В настоящее время все больше данных свидетельствует о том,что хроническое воспаление играет ключевую роль в возрастных дисфункциях и заболеваниях [8]. Однако, несмотря на множество проведенных исследований в данной области, влияние «inflammaging» на старение мочевого пузыря остается малоизученным.
Целью данного исследования стало экспериментальное изучение низкоуровневого воспаления и индуцированной им эндотелиальной дисфункции, окислительного стресса и профибротической активности как на системном, так и на органном (мочевой пузырь) уровнях в эксперименте у молодых и старых крыс. В результате работы было продемонстрировано, что у животных с возрастом уровни как сывороточных, так и тканевых маркеров воспаления (ФНО-альфа, Интерлейкин-6, антагонист рецептора интерлейкина-1), эндотелиальной дисфункции (эндотелин-1, интерлейкин–1 бета, специфическая молекула эндотелиальных клеток-1), перикисного окисления липидов (диеновые конъюгаты, малоновый диальдегид) и профибротиче-ских цитокинов (трансформирующий ростовой фактор бета-1, фактор роста соединительной ткани) повышаются,а уровни антиоксидантной активности (каталаза) статистически значимо снижаются. Эти данные согласуются с результатами исследований, в которых сообщалось, что окислительное повреждение и провоспалительный статус тесно связаны с процессом старения. Так, было показано, что образование активных форм кислорода является решающим элементом в формировании провоспалительного потенциала тка- ней. [9-11]. P. Davalli и соавт. продемонстрировали, что скорость старения напрямую связана с образованием высоких уровней активных форм кислорода и реакционноспособных нитрозирующих соединений [12]. K. Richter и соавт. выявили аналогичную закономерность и показали, что темпы старения имели прямую корреляцию с уровнями активных форм кислорода (АФК) [13]. Исследование, проведенное R. Lutolf и соавт., продемонстрировало, что провоспалительные цитокины, в частности IL-1β приводят к денервации мочевого пузыря, вызывая его гиперактивность. В исследовании P. He и соавт. сообщалось, что IL-1β повреждает афферентные и эфферентные нейроны, которые опосредуют сокращение детрузора, и оказывает прямое апоптотическое действие на нейроны [14]. В работе L.L. Ren и соавт. указывают на ключевую роль суперсемейства трансформирующих факторов роста бета (TGF-β) в развитии фиброза, ассоциированного со старением (aging-related fibrosis) [15]. На аналогичные результаты ссылаются L. Ferrucci и соавт., указывая, что хроническое низкоуровневое воспаление приводит к формированию профибротического фено-типа,в котором суперсемейство трансформирующих факторов роста бета (TGF-β) играет решающую роль в фибропластической трансформации тканей, ассоциированной со старением [16]. В заключение отметим, что приведенные выше литературные данные согласуются с результатами нашего экспериментального исследования. Таким образом, можно сделать вывод о том,что повышение провоспалительных и профибро-тических цитокинов, нарушение ПОЛ вероятно являются одними из значимых факторов процесса сенесценции мочевого пузыря, тем самым подтверждая актуальность теории воспалительного старения (inflame-aging) и открывая широкий круг перспектив геропротективной стратегии в урологии.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Хроническое низкоуровневое воспаление, окислительный стресс, эндотелиальная дисфункция и фибропластическая трансформация являются элементами единого патогенетического континуума фиброз-опо-средованного воспалительного старения (fibrosis-mediated inflam e-aging), играющими ключевую роль в возраст-ассоциированной трансформации мочевого пузыря.
ЛНТЕРАТУРА/REEERENEES
проблемы старения мочевого пузыря
Список литературы Иммуновоспалительные механизмы старения мочевого пузыря
- Chen L, He PL, Yang J, Yang YF, Wang K, Amend B, et al. NLRP3/IL1β inflammasome associated with the aging bladder triggers bladder dysfunction in female rats. Mol Med Rep 2019;19(4):2960-8. https://doi.org/10.3892/mmr.2019.9919.
- Baylis D, Bartlett DB, Patel HP, Roberts HC. Understanding how we age: Insights into inflammaging. Longev Healthspan 2013;2:8. https://doi.org/10.1186/2046-2395-2-8.
- Franceschi C, Bonafè M, Valensin S, Olivieri F, De Luca M, Ottaviani E, De Benedictis G. Inflamm-aging. An evolutionary perspective on immunosenescence. Ann N Y Acad Sci 2000;908:244-54. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.2000.tb06651.x.
- Стальная И.Д., Гаришвилли Т.Г. Метод определения малонового диальдегида с помощью тиобарбитуровой кислоты. Современные методы в биохимии. М.: Медицина, 1977, с. 66–68. [Stal'naya I.D., Garishvilli T.G. Method for the determination of malondialdehyde using thiobarbituric acid. Modern methods in biochemistry. M.: Medicina, 1977, p. 66–68. (In Russian)].
- Королюк М.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г., Токарева В.Е. Метод определения активности каталазы. Лабораторное дело 1988;1:16-9. [Korolyuk M.A., Ivanova L.I., Mayorova I.G., Tokareva V.E. Method for determining catalase activity. Laboratornoye delo = Laboratory Science 1988;1:16-9. (In Russian)].
- Стальная И.Д. Метод определения диеновой конъюгации ненасыщенных высших жирных кислот. Современные методы в биохимии. М.: Медицина, 1977, p. 63–64. [Steel I.D. Method for determining diene conjugation of unsaturated higher fatty acids. Modern methods in biochemistry. M.: Medicine, 1977. p. 63–64. (In Russian)].
- Uyar B, Palmer D, Kowald A, Murua Escobar H, Barrantes I, Möller S, et al. Single-cell analyses of aging, inflammation and senescence. Ageing Res Rev 2020;64:101156. https://doi.org/10.1016/j.arr.2020.101156.
- Di Micco R, Krizhanovsky V, Baker D, d'Adda di Fagagna F. Cellular senescence in ageing: from mechanisms to therapeutic opportunities. Nat Rev Mol Cell Biol 2021;22(2):75-95. https://doi.org/10.1038/s41580-020-00314-w.
- Bektas A, Schurman SH, Sen R, Ferrucci L. Aging, inflammation and the environment. Exp Gerontol 2018;105:10-8. https://doi.org/10.1016/j.exger.2017.12.015.
- Torres KCL, Rezende VB, Lima-Silva ML, Santos LJS, Costa CG, Mambrini JVM, et al. Immune senescence and biomarkers profile of Bambuí aged population-based cohort. Exp Gerontol 2018;103:47-56. https://doi.org/10.1016/j.exger.2017.12.006.
- Sies H, Berndt C, Jones DP. Oxidative Stress. Annu Rev Biochem 2017;86:715-48. https://doi.org/10.1146/annurev-biochem-061516-045037.
- Davalli P, Mitic T, Caporali A, Lauriola A, D'Arca D. ROS, Cell Senescence, and Novel Molecular Mechanisms in Aging and Age-Related Diseases. Oxid Med Cell Longev 2016;2016:3565127. https://doi.org/10.1155/2016/3565127.
- Richter K, Kietzmann T. Reactive oxygen species and fibrosis: further evidence of a significant liaison. Cell Tissue Res 2016;365(3):591-605. https://doi.org/10.1007/s00441-016-2445-3.
- Lutolf R, Hughes FM, Jr., Inouye BM, Jin H, McMains JC, Pak ES, et al. NLRP3/IL-1beta mediates denervation during bladder outlet obstruction in rats. Neurourology and urodynamics 2017. Neurourol Urodyn 2018;37:1506. https://doi.org/10.1002/nau.23478.
- Ren LL, Miao H, Wang YN, Liu F, Li P, Zhao YY. TGF-β as A Master Regulator of Aging-Associated Tissue Fibrosis. Aging Dis 2023;14(5):1633-50. https://doi.org/10.14336/AD.2023.0222.
- Ferrucci L, Fabbri E. Inflammageing: chronic inflammation in ageing, cardiovascular disease, and frailty. Nat Rev Cardiol 2018;15(9):505-22. https://doi.org/10.1038/s41569-018-0064-2.
