Особенности иммунной регуляции и апоптоза у детей в условиях промышленного воздействия
Автор: Долгих Олег Владимирович, Старкова Ксения Геннадьевна, Аликина Инга Николаевна, Челакова Юлия Александровна, Гусельников Максим Анатольевич, Никоношина Наталья Алексеевна
Журнал: Вестник Пермского университета. Серия: Биология @vestnik-psu-bio
Рубрика: Клиническая иммунология, аллергология
Статья в выпуске: 1, 2019 года.
Бесплатный доступ
Проведенное обследование детского населения дошкольного возраста, проживающего в условиях промышленного загрязнения, выявило в биосредах повышенные уровни контаминантов (алюминий, марганец, хром, формальдегид, бенз(а)пирен, ксилол), снижение содержания CD19+-лимфоцитов, CD3+- и CD4+-клеток в 1.53, 1.38 и 1.59 раза соответственно относительно показателей группы сравнения; повышение CD3+CD95+-лимфоцитов в 1.8 раза, возрастание уровня экспрессии активационного маркера CD25 в 2.59-3.84 раза, а также количества регуляторных CD4+CD25+CD127--лимфоцитов у 85.0-100.0% детей группы наблюдения относительно референтного интервала и в 2.45-3.58 раза относительно показателей группы сравнения. Показано нарушение процессов запуска апоптоза через CD95 и TNFRI, и изменение баланса регуляторных факторов, связанное с возрастанием экспрессии антиапоптотического белка Bcl-2. Отмечено снижение концентрации сывороточных иммуноглобулинов IgG и IgМ в 1.42 и 1.47 раза относительно группы сравнения, выявлено повышение уровня специфических антител IgG к алюминию при сравнении с референтными показателями у 72.2% обследованного населения, а также относительно группы сравнения по содержанию IgЕ к формальдегиду в 6.01 раза, IgG к алюминию и бенз(а)пирену в 2.66 и 2.22 раза. Выявленные изменения иммунных показателей позволяют определить маркерные особенности состояния иммунологического здоровья населения в условиях активного промышленного освоения среды обитания.
Иммунная регуляция, апоптоз, иммуноглобулины, cd-маркеры, алюминий, бенз(а)пирен, формальдегид
Короткий адрес: https://sciup.org/147227068
IDR: 147227068 | DOI: 10.17072/1994-9952-2019-1-84-89
Текст научной статьи Особенности иммунной регуляции и апоптоза у детей в условиях промышленного воздействия
лизовываться на фоне нарушений процессов запуска и регуляции апоптоза [Петленко и др., 2011; Ланин и др., 2014; Li et al., 2014; Долгих и др., 2017; Nagata, Tanaka, 2017]. Поэтому существует необходимость изучения особенностей запрограммированной клеточной гибели в условиях промышленной дестабилизации среды обитания, в том числе и с целью мониторинга формирования патологических тенденций развития иммуноопосредо-ванных заболеваний.
Цель работы – изучить особенности иммунной регуляции и апоптоза у детского населения дошкольного возраста, проживающего в условиях промышленного воздействия
Материалы и методы исследований
Обследовано детское население дошкольного возраста 4–6 лет, 20 человек (средний возраст 5.6±0.13 лет), постоянно проживающих и посещающих детские дошкольные учреждения в крупном промышленном центре Иркутской области, в зоне влияния промышленных предприятий филиала ОАО «РУСАЛ-Братск» и ЗАО «Кремний». Группу сравнения составили 12 человек (средний возраст 5.3±0.29 лет) из «условно чистого» района Иркутской области, проживающих вне зоны влияния изучаемых факторов воздействия. Группы были сопоставимы по полу, возрасту, соматической заболеваемости.
Массовые концентрации металлов в биосредах населения исследовали методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на масс-спектрометре Agilent 7500 сх (Agilent Technologies Inc., США), формальдегид и бенз(а)пирен в крови оценивали методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на жидкостном хроматографе Agilent 1200 с диодно-матричным и флуориметри-ческим детекторами, ароматические углеводороды в крови газохроматографическим методом на газовом хроматографе «Кристалл 5000» (Россия) с пламенно-ионизационным детектором. Содержание сывороточных иммуноглобулинов (IgG, IgM, IgA) определяли методом радиальной иммунодиффузии по Манчини, уровни специфических антител к факторам химической нагрузки по критерию IgG к алюминию, бенз(а)пирену, IgE к формальдегиду оценивали методом аллергосорбентного тестирования с ферментной меткой. Выделяли популяции и субпопуляции лимфоцитов по мембранным CD-маркерам на проточном цитометре FACSCalibur («Becton Dickinson», США) с помощью универсальной программы CellQuest.PrO, использовали панели меченых моноклональных антител к мембранным CD-рецепторам («Becton Dickinson», США), при этом суммарно регистрируя не менее 10 000 событий. Уровни экспрессии рецептора к фактору некроза опухоли-α 1-го типа
TNFRI, белков р53, Bcl-2, Bax определяли цитоф-люориметрическим методом с использованием соответствующих моноклональных антител согласно протоколу фирмы-производителя («Becman Coul-ter», США) и проведением процедуры отрицательного изотипического контроля.
Результаты исследования обрабатывали в пакете прикладных программ Statistica 6.0 (Statsoft, США) методом вариационной статистики, рассчитывая среднее арифметическое (М) и стандартную ошибку среднего (m). Достоверность различий между группами оценивали по t-критерию Стьюдента. Зависимости «маркер экспозиции – маркер эффекта» определяли с помощью математического моделирования методом корреляционно-регрессионного анализа с расчетом критерия Фишера и коэффициента детерминации (R2). Различия между группами считались достоверными при р < 0.05.
Результаты и их обсуждение
В результате химико-аналитического исследования выявлено присутствие контаминантов в крови обследованной группы детей, при этом обнаружены достоверно повышенные уровни марганца относительно показателей группы сравнения у 70.0% обследованных, в среднем в 1.67 раза (группа наблюдения 0.015±0.003 мкг/см3, группа сравнения 0.009±0.002 мкг/см3, p < 0.05), хрома у 100.0% детей, в среднем в 3.85 раза (группа наблюдения 0.005±0.0015 мкг/см3, группа сравнения 0.0013±0.0008 мкг/см3, p < 0.05), формальдегида у 86.7% детей, в среднем в 3.27 раза (группа наблюдения 0.0926±0.0265 мкг/см3, группа сравнения 0.0283±0.0106 мкг/см3, p < 0.05), о-ксилола у 78.9% обследованных, в среднем в 3.28 раза (группа наблюдения 0.0022±0.00046 мкг/см3, группа сравнения 0.00067±0.00068 мкг/см3, p < 0.05), п-,м-ксилола у 42.1% детей (группа наблюдения 0.00042±0.00024 мкг/см3, группа сравнения 0.0±0.0 мкг/см3, p < 0.05), бенз(а)пирена у 26.3% детей с достоверным различием по кратностям превышения по данному показателю (группа наблюдения 0.019±0.024 мкг/см3, группа сравнения 0.0±0.0 мкг/см3, p < 0.05), а также алюминия в крови и моче у 50.0% обследованных. Так же отмечено достоверное превышение фоновых показателей у детей группы наблюдения по хрому, формальдегиду, бензолу, о-п-,м-ксилолу, а также по бенз(а)пирену с достоверным различием по кратностям превышения нормы (p<0.05).
Клинико-лабораторное обследование выявило особенности изменения показателей иммунной регуляции и апоптоза у детского населения территории наблюдения (таблица). Параметры CD-иммунограммы достоверно не отличались от установленного физиологического показателя за исключением повышенного абсолютного и относительного содержания регуляторных CD4+CD25+CD127—лимфоцитов у CD3+CD25+-клеток у 45.0% обследованных с досто-85.0% и 100.0% детей группы наблюдения соответст- верностью различий по кратностям превышения нор-венно (p < 0.05), а также возрастания количества мы (p < 0.05).
Маркеры иммунной регуляции и апоптоза у детей дошкольного возраста в условиях промышленного воздействия
Показатель |
Референтный интервал |
Группа наблюдения |
Группа сравнения |
CD16+CD56+-лимфоциты, 109/дм3 |
0.09-0.59 |
0.252±0.054 |
0.309±0.147 |
CD16+CD56+-лимфоциты, % |
5-27 |
10.25±1.828 |
10.167±4.746 |
CD19+-лимфоциты, 109/дм3 |
0.09-0.66 |
0.37±0.096* |
0.567±0.106 |
CD19+-лимфоциты, % |
6-25 |
14.35±2.259 |
17.333±3.175 |
CD3+-лимфоциты, 109/дм3 |
0.69-2.54 |
1.726±0.226* |
2.387±0.45 |
CD3+-лимфоциты, % |
55-84 |
70.35±2.583 |
68.417±4.068 |
CD3+CD4+-лимфоциты, 109/дм3 |
0.41-1.59 |
0.878±0.133* |
1.392±0.266 |
CD3+CD4+-лимфоциты, % |
31-60 |
35.85±3.142 |
40.583±5.284 |
CD3+CD8+-лимфоциты, 109/дм3 |
0.19-1.14 |
0.642±0.101 |
0.752±0.209 |
CD3+CD8+-лимфоциты, % |
13-41 |
26.25±2.173* |
21.167±3.713 |
CD3+CD25+-лимфоциты, 109/дм3 |
0.1-0.3 |
0.332±0.092* |
0.128±0.032 |
CD3+CD25+-лимфоциты, % |
5-12 |
13.45±3.28* |
3.5±0.691 |
CD4+CD25+CD127--лимфоциты, 109/дм3 |
0.015-0.040 |
0.098±0.023*/** |
0.04±0.02 |
CD4+CD25+CD127--лимфоциты, % |
0.8-1.2 |
4.076±0.923*/** |
1.137±0.446 |
CD3+CD95+-лимфоциты, 109/дм3 |
0.4-0.7 |
0.507±0.093 |
0.413±0.084 |
CD3+CD95+-лимфоциты, % |
15-25 |
21.65±4.52* |
12.0±2.498 |
Bax, % |
5-9 |
7.649±1.471 |
7.875±2.419 |
Bcl-2, % |
1.0-1.5 |
3.464±1.031*/** |
0.494±0.124 |
TNFRI, % |
1.0-1.5 |
1.813±0.648* |
0.567±0.258 |
p53, % |
1.2-1.8 |
2.018±0.538 |
1.872±0.86 |
IgG, г/дм3 |
10.96-16.0 |
10.34±0.903* |
14.69±1.281 |
IgM, г/дм3 |
1.26-2.2 |
1.369±0.16* |
2.017±0.652 |
IgА, г/дм3 |
1.17-2.2 |
1.311±0.254 |
1.579±0.246 |
IgE специфический к формальдегиду, МЕ/см3 |
0.0-1.5 |
0.475±0.179* |
0.079±0.068 |
IgG специфический к бенз(а)пирену, у.е. |
0.0-0.3 |
0.213±0.089* |
0.096±0.073 |
IgG специфический к алюминию, у.е. |
0.0-0.1 |
0.231±0.108*/** |
0.087±0.061 |
Примечание. * – разница достоверна относительно группы сравнения (p < 0.05); ** – разница достоверна отно- сительно референтного интервала (p < 0.05).
Выявлено снижение абсолютного содержания CD19+-лимфоцитов, в среднем в 1.53 раза, и CD3+- и CD4+-клеток в 1.38 и 1.59 раза соответственно относительно показателей группы сравнения (p < 0.05). Кроме того, установлено повышение относительной концентрации CD3+CD8-клеток в 1.24 раза и CD3+CD95+-лимфоцитов в 1.80 раза относительно показателей группы сравнения (p<0.05). Выявлено возрастание как абсолютного, так и относительного уровня экспрессии активационного маркера CD25, в среднем в 2.59–3.84 раза, а также количества регуляторных CD4+CD25+CD127--лимфоцитов в 2.45 и 3.58 раза соответственно относительно показателей группы сравнения (p < 0.05).
Использование математического моделирования для оценки отношения шансов изменения показателей иммунитета при возрастании концентрации контаминантов в биологических средах позволило установить достоверное увеличение абсолютного содержания CD3+- и CD8+-клеток, абсолютного и относительного уровня CD19+-, CD25+-, CD95+-лимфоцитов и CD4+CD25+CD127--клеток при повышении концентрации алюминия в крови и моче, марганца и хрома в крови, фенола, формальдегида и о-ксилола в крови (R2 = 0.23–0.96; p < 0.05).
Выявленные изменения развивались на фоне функциональных сдвигов в обеспечении клеточного гомеостаза с нарушением процессов запуска апоптоза через Fas-рецептор (CD95) и TNFRI, экспрессия которого была также повышена в 3.20 раза относительно уровней в группе сравнения (p < 0.05). В то же время отмечено изменение баланса регуляторных факторов апоптоза, связанное с возрастанием экспрессии антиапоптотического белка Bcl-2 у 75.0% обследованных относительно референтного диапазона, а также в 7.01 раза относительно группы сравнения (p < 0.05). Анализ соотношения шансов изменения показателей апоптоза при повышении содержания контаминантов в биологических средах показал увеличение уровня экспрессии регуляторных факторов Bax, p53, Bcl-2, TNFRI при возрастании концентрации формальдегида, фенола, о-ксилола, хрома, марганца, алюми- ния в крови (R2=0.16–0.73; p < 0.05) и алюминия в моче (R2 = 0.31–0.84; p < 0.05).
Показано изменение содержания сывороточных иммуноглобулинов IgG и IgM по сравнению с возрастной нормой у 52.6% и 42.1% детей группы наблюдения соответственно, различия достоверны по кратностям превышения нормы (p < 0.05). Одновременно отмечено снижение концентрации сывороточных иммуноглобулинов IgG в 1.42 раза и IgМ в 1.47 раза относительно группы сравнения (p < 0.05). Увеличиваются шансы уменьшения показателей IgG и IgА при возрастании содержания бенз(а)пирена в крови и алюминия в моче (R2 = 0.23–0.32; p < 0.05).
Кроме того, при сравнении с референтными показателями отмечено повышение уровня специфических антител IgG к алюминию у 72.2% обследованного населения, а также относительно группы сравнения по содержанию IgЕ к формальдегиду в 6.01 раза, IgG к алюминию и бенз(а)пирену в 2.66 и 2.22 раза (p < 0.05). Возрастание уровня специфической сенсибилизации к формальдегиду, алюминию связано с повышением уровня формальдегида в крови и алюминия в моче (R2 = 0.62– 0.79; p < 0.05).
Результаты проведенного исследования указывают на существенные сдвиги параметров иммунной регуляции и апоптоза у детей группы наблюдения, которые имели разнонаправленный характер с изменением соотношения основных клеточных субпопуляций и продукции гуморальных факторов, нарушением регуляции апоптоза и развитием гиперчувствительности в условиях промышленного загрязнения. При этом особенности химического воздействия среды обитания на иммуноре-гуляторные показатели определяются, как правило, свойствами определенного фактора, источником и продолжительностью воздействия [Lehmann, Sack, Lehmann, 2011; Zhu et al., 2013; Зайцева, Дианова, Долгих, 2014; Лыхина, Вдовина, 2014; Ланин, Зайцева, 2015].
Заключение
Таким образом, выявлены особенности изменения показателей иммунной реактивности и апоптоза у детского населения, проживающего в зоне интенсивного промышленного воздействия, которые проявились изменением баланса основных популяций иммунокомпетентных клеток и гуморальных факторов с нарушением регуляции апоптоза через рецепторы запуска и экспрессию регуляторных белков на фоне гиперреактивности в отношении факторов специфического окружения алюминия, формальдегида, бенз(а)пирена. Характер изменения иммунных показателей у обследованной группы населения позволяет идентифицировать маркерные особенности состояния иммунологического здоровья населения в условиях активного промышленного освоения среды обитания.
Список литературы Особенности иммунной регуляции и апоптоза у детей в условиях промышленного воздействия
- Долгих О.В. и др. Анализ показателей иммунного статуса у детей в условия аэрогенной экспозиции металлами // Гигиена и санитария. 2017. T. 96, № 1. С. 26-29.
- Зайцева Н.В., Дианова Д.Г., Долгих О.В. Особенности апоптоза у детей при хроническом аэрогенном воздействии фенола // Фундаментальные исследования. 2014. № 2. С. 56-59.
- Ланин Д.В. и др. Характеристика регуляторных систем у детей при воздействии химических факторов среды обитания // Гигиена и санитария. 2014. Т. 93, № 2. С. 23-26.
- Ланин Д.В., Зайцева Н.В. Особенности иммунной и нейроэндокринной регуляции у детей, проживающих в условиях аэротехногенного воздействия фенола, метанола и формальдегида // Российский иммунологический журнал. 2015. Т. 9(18), № 2(1). С. 74-76.
- Лыхина Т.С., Вдовина Н.А. Особенности иммуногенетических показателей у детей в условиях воздействия бенз(а)пирена // Российский иммунологический журнал. 2014. Т.8(17), № 3. С. 328-330.
- Петленко С.В. и др. Адаптивное реагирование иммунной системы людей, проживающих вблизи химически опасного объекта // Военно-медицинский журнал. 2011. № 10. С. 15-23.
- Lehmann I., Sack U., Lehmann J. Metal ions affecting the immune system // Metal Ions in Life Sciences. 2011. Vol. 8. P. 157-185.
- Li K. et al. Current and emerging biomarkers of cell death in human disease // Biomed Research International. 2014. Vol. 2014. P. 690103.
- Nagata S., Tanaka M. Programmed cell death and the immune system // Nature Reviews Immunology. 2017. Vol. 17(5). P. 333-340.
- Zhu Y.Z. et al. Impact of aluminum exposure on the immune system: a mini review // Environmental Toxicology and Pharmacology. 2013. Vol. 35(1). P. 82-87.