Связывающая способность кортикостероидсвязывающего глобулина плазмы крови как механизм повышения свободной фракции гормона в патогенезе острой лучевой болезни
Бесплатный доступ
Исследование гормонального уровня организма в патогенезе острой лучевой болезни не теряет своей актуальности в связи с расширением перечня источников радиационной опасности. Значение результатов работы заключается в необходимости уточнения ряда положений радиобиологии о роли связывающей способности кортикостероидсвязывающего глобулина плазмы крови в повышении свободной фракции гормона в динамике острой лучевой болезни. Определение роли свободных кортикоидов в гормональном эффекте при острой лучевой болезни у животных с моно- и с двухфазной кривой адренокортикальной реакции на облучение было целью работы. Эксперименты проведены на кроликах-самцах и белых беспородных крысах. Животные получили дозу g-облучения, вызывающую острую лучевую болезнь IV стадии. Общее содержание 11-оксикортикостероидов (11-ОКС, мкг%) определяли флюориметрическим методом Guillemin et al. [1] в авторской модификации. Для определения свободной 11-ОКС и связывающей способности КСГ использовали метод гельфильтрации De Moor et al. [2] в авторской модификации. Кроликов тестировали через 2 часа после облучения, на 4 и 8 сутки лучевой болезни. Крыс тестировали через час после облучения, на 1, 3, 8 и 10 сутки лучевой болезни. Результаты исследования показали, что острый лучевой синдром протекает на фоне увеличения свободных кортикостероидов, что имеет существенное значение в патогенезе острой лучевой болезни. Увеличение свободных кортикостероидов в разгаре лучевой болезни обусловлено, прежде всего, снижением связывающей способности кортикостероидсвязывающего глобулина (КСГ или транскортина) и не зависит от общей концентрации гормона в плазме крови, что является общей радиобиологической закономерностью. Величина связывающей способности транскортина является показателем белково-стероидного взаимодействия.
Острая лучевая болезнь, кора надпочечников, адренокортикальная реакция, кортикостероиды, плазма крови, белково-стероидное взаимодействие, гиперкортицизм, транскортин, связывающая способность ксг, свободный гормон
Короткий адрес: https://sciup.org/170195743
IDR: 170195743 | DOI: 10.21870/0131-3878-2022-31-3-139-146
Текст научной статьи Связывающая способность кортикостероидсвязывающего глобулина плазмы крови как механизм повышения свободной фракции гормона в патогенезе острой лучевой болезни
Вопросы реакции различных систем организма на острое лучевое повреждение, регулирующих процессы кортикостероидно-белкового комплексообразования, остаются актуальными как для теории радиобиологии, так и для медико-клинических и радиобиологических исследований. Актуальность проблемы исследования обусловлена обострением угрозы радиационной безопасности населения, что связано с ростом количества предприятий атомной энергетики, ядерно-оружейных объектов, создающих риски возникновения новых ядерных катастроф.
В современных исследованиях подчёркивается системный характер адаптационного ответа гипофизарно-адренокортикальной системы организма на действие ионизирующей радиации [3, 4]. Вопросы кортикостероидно-белкового комплексообразования при остром лучевом синдроме в организме животных и человека в отечественной науке активно изучались, начиная с середины до конца прошлого столетия [5-7]. Однако в настоящее время данная проблематика осталась за пределами научного внимания исследователей. В связи с этим вопросы нарушения гормонального уровня организма в патогенезе острой лучевой болезни требуют своего дальнейшего исследования.
Омельчук Н.Н. - зав. кафедрой, д.б.н., проф. РУДН.
Проблематика белково-стероидного взаимодействия изложена в ряде современных медико-клинических исследований зарубежных учёных, посвящённых изучению механизмов связывания кортикостероидов с белками плазмы крови в гормональном взаимодействии гипоталамо-ги-пофизарно-надпочечниковой системы при различных патологических состояниях организма человека [8-15]. В ряде работ подчёркивается роль свободного гормона, уровень которого демонстрирует целостную картину функционального статуса гипоталамо-гипофизарно-надпочечнико-вой системы человека при различных патологических состояниях организма [16-19]. В патогенезе острой лучевой болезни роль свободной фракции гормона в механизме снижения связывающей способности кортикостероидсвязывающего глобулина (КСГ) плазмы крови показана в ранних авторских публикациях [20]. Таким образом, возникает необходимость уточнения ряда положений радиобиологии о роли КСГ плазмы крови в повышении свободной фракции гормона в динамике острой лучевой болезни, в чём заключается теоретическая значимость настоящего исследования. Обобщение полученных результатов позволит проводить более точный диагноз и прогноз исхода лучевой болезни.
Материалы и методы
Для уточнения роли КСГ плазмы крови в повышении свободной фракции гормона в динамике острой лучевой болезни эксперименты были продолжены на 20 кроликах-самцах породы шиншилла, весом 3,0-3,5 кг и на 475 белых крысах-самцах линии Wistar, весом 180-200 г. Предварительно животные были адаптированы к условиям эксперимента в течение 10-15 дней. В ходе эксперимента животные получили общее γ-облучение на установке ЭГО-2 при средней мощности дозы 5,75 Гр/мин в дозах, вызывающих острую лучевую болезнь IV стадии: кроликов облучали в дозе 8 Гр, крыс – в дозе 8,5 Гр. Сроки наблюдения после облучения в экспериментах на кроликах и крысах были различными. Кроликов тестировали через 2 ч после облучения, на 4 и 8 сутки лучевой болезни. Крыс тестировали через час после облучения, на 1, 3, 8 и 10 сутки лучевой болезни.
Общее содержание 11-ОКС в плазме периферической крови определяли с помощью флюорометрического метода Guillemin et al. [1] в авторской модификации. Для определения свободной фракции 11-ОКС и связывающей способности КСГ использовали метод гельфильтрации и De Moor et al. [2] в авторской модификации. Связывающую способность КСГ, то есть максимальное количество гормона, которое может быть связано с белком, определяли гель-фильтрацией после инкубации 1 мл плазмы с 0,05 мл кортикостерона при комнатной температуре в течение 1 ч. В основе этого метода лежит способность гелевых пористых частиц задерживать с различной степенью интенсивности вещества с разным размером молекул. Принцип разделения свободных и связанных с белками фракций стероидов основан на свойствах геля пропускать сначала вещества с большим молекулярным весом (связанный гормон) и лишь затем низкомолекулярные соединения (свободный гормон). Все другие методы, применяемые для изучения связывания 11-ОКС с белками (ультрафильтрация, равновесный диализ, ультрацентрифугирование), требуют длительного времени, трудоёмки, для них необходимы меченые стероиды. Гель-фильтрация наименее трудоёмка, позволяет определить специфическое связывание 11-ОКС с КСГ, причём в отличие от других методов, даёт возможность измерить абсолютную величину связывания. Применённый метод был проверен на специфичность и подчинение закону Ламберта-Бера
(экстинкция пропорциональна концентрации гормона в диапазоне 0,01-1,0 мкг). Модификация вдвое уменьшила ошибку метода, доведя её до ±0,5 мкг%, а пропускная способность опыта при этом увеличилась в среднем в 3-4 раза. О наличии или отсутствии не связанных с белками кортикостероидов судили по разнице содержания последних в цельной плазме и ее белковой фракции после разделения на сефадексе.
Результаты и их обсуждение
Для выявления роли связывающей способности КСГ плазмы крови в повышении свободной фракции гормона в патогенезе острой лучевой болезни получены результаты, отражающие уровень связывающей способности КСГ и свободной фракции гормона у кроликов после облучения в дозе 8 Гр (рис. 1).
♦ Общий уровень 11-ОКС — » — Связывающая способность КСГ
^^^^^^^^^Свободные 11-ОКС, %
Рис. 1. Изменение общего уровня 11-ОКС (мкг%), связывающей способности КСГ (мкг%) и свободного гормона (%) в плазме крови кроликов после облучения в дозе 8 Гр.
Результаты исследования показали, что в первые часы после облучения величина связывающей способности КСГ практически оставалась равной исходной (12,1 мкг%), а на 4 й и 8 дни лучевой болезни оказывалась заметно сниженной (4,8 мкг% и 5,7 мкг% соответственно). При этом величина свободной фракции гормона на 8-е сутки после облучения уменьшалась (9,1%), причём более чем у половины животных свободная фракция не определялась. Связывающая способность КСГ в этот срок продолжала оставаться на низком уровне.
Одновременное определение связывающей способности КСГ и свободной фракции гормона у кроликов показало, что там, где связывающая способность КСГ превышала общий уровень гормона в крови, свободная фракция отсутствовала; если резервные возможности связывающей способности КСГ были ниже общего уровня гормона, определялась свободная фракция. Несмотря на отсутствие активного гормона в этот период лучевой болезни, резервные возможности КСГ снижены по сравнению с контролем, поэтому любые стрессорные воздействия на этом фоне могут привести к появлению свободной фракции в значительных количествах.
Можно видеть, что у кроликов после облучения общий уровень 11-ОКС в крови повышается, достигая максимума через 2 ч после облучения, после чего возвращается к исходному уровню и в дальнейшем продолжает падать даже ниже нормальных величин, имея характер мо-нофазной кривой. Вторичного гиперкортицизма, по крайней мере, в пределах периода наблюдения (8 дней) у этих животных обнаружить не удалось. Однако, концентрация свободных кортикостероидов повышается в первые часы после облучения и остаётся высокой и на 4-й день болезни и лишь после этого срока относительно нормализуется. Наличие повышенного содержания несвязанного гормона на фоне нормального общего уровня может свидетельствовать о «скрытом» гиперкортицизме в разгаре лучевой болезни. Это повышение активной фракции объясняется обнаруженным в наших экспериментах снижением связывающей способности КСГ в разгар лучевой болезни.
Изменения уровня связывающей способности КСГ, свободного гормона, а также общего уровня 11-ОКС (мкг%) в плазме крови крыс после облучения в дозе 8,5 Гр представлены на рис. 2.
Общий уровень 11-ОКС ^^^^^^^^^Свободные 11-ОКС, %
Связывающая способность КСГ
45%
40%
35%
30%
25%
20%
15%
10%
5%
0%
Рис. 2. Изменение общего уровня 11-ОКС (мкг%), связывающей способности КСГ (мкг%) и свободного гормона (%) в плазме крови крыс после облучения в дозе 8,5 Гр.
Определение связывающей способности КСГ плазмы крови, предпринятое для выяснения механизма повышения свободного гормона, показало, что через час после облучения связывающая способность КСГ у крыс практически не изменялась (40,4 мкг% и 38,5 мкг% соответственно), а в разгаре лучевой болезни неуклонно и достоверно снижалась до 24,1 мкг% на 3 сутки и до 8,8 мкг% на 8 сутки лучевой болезни. Поскольку в первые часы после облучения связывающая способность КСГ не изменялась, содержание свободных кортикостероидов увеличивалось в результате повышения общего содержания гормонов в плазме. Увеличение свободных 11-ОКС независимо от их общего уровня в разгаре лучевой болезни обусловлено резким снижением связывающей способности КСГ плазмы крови.
Заключение
Анализ экспериментальных данных позволил сделать выводы о роли связывающей способности КСГ плазмы крови, выступающей в качестве механизма повышения свободной фракции гормона в патогенезе острой лучевой болезни у животных с моно- и с двухфазной кривой адренокортикальной реакции на облучение.
-
1. Существующее представление о гиперкортицизме при острой лучевой болезни, основанное на двухфазности реакции коры надпочечников, нуждается в уточнении, поскольку практически весь острый лучевой синдром протекает на фоне увеличения свободных биологически активных глюкокортикоидов. У кроликов наблюдалась монофазная кривая, поскольку в пределах времени наблюдения после снижения общего уровня кортикостероидов в крови не отмечалось вторичного гиперкортицизма, напротив, по мере развития лучевой болезни секреция адренокортикальных гормонов у этих животных продолжала снижаться.
-
2. У животных как с моно, так и с двухфазной кривой адренокортикальной реакции на облучение на всём протяжении острой лучевой болезни независимо от колебаний общего уровня кортикостероидов содержание их свободной фракции остаётся повышенным, что особенно проявляется в первые часы после облучения и в разгаре лучевой болезни. Ранний гиперкорти-цизм после облучения определяется повышенной общей секрецией 11-ОКС, превышающей связывающую способность КСГ (последняя в этот период не изменяется), что типично для состояния стресса в независимости от вызывающего его агента. В разгаре лучевой болезни повышенное содержание свободного гормона в крови, наблюдаемое на фоне нормального и даже сниженного общего уровня 11-ОКС, вызвано понижением связывающей способности КСГ, что является общей радиобиологической закономерностью.
Список литературы Связывающая способность кортикостероидсвязывающего глобулина плазмы крови как механизм повышения свободной фракции гормона в патогенезе острой лучевой болезни
- Guillemin R., Clayton G.W., Lipscomb H.S., Smith J.D. Fluorometric of rat plasma and adrenal, corti-costerone concentration; a note on technical details //J. Lab. Clin. Med. 1959. V. 53, N 3. P. 830-832.
- De Moor P., Hoirwegh K., Heromans G., Declerck-Raskin M.M. Protein binding of corticosteroid studied by gel filtration //J. Clin. Invest. 1962. V. 41, N 4. P. 816-827.
- Анохин П.К. Очерки физиологии функциональных систем. М.: Книга по Требованию, 2021. 450 с.
- Гребенюк А.Н., Стрелова О.Ю., Легеза В.И., Степанова Е.Н. Основы радиобиологии и радиационной медицины: Учебное пособие. СПб.: ООО Издательство ФОЛИАНТ, 2012. 232 с.
- Докшина Г.А. Эндокринные и метаболические аспекты лучевой болезни. Томск: Издательство Томского ун-та, 1984. 223 с.
- Мороз Б.Б., Кендыш И.Н. Радиобиологический эффект и эндокринные факторы. М.: Атомиздат, 1975. 228 с.
- Романцев Е.Ф., Блохина В.Д., Кощеенко Н.Н., Филиппович И.В. Ранние радиационно-биохимиче-ские реакции. М.: Атомиздат, 1966. 268 с.
- Fernandez-Real J.M., Pugeat M., Grasa M., Broch M., Vendrell J., Brun J., Ricart W. Serum corticosteroid-binding globulin concentration and insulin resistance syndrome: a population study //J. Clin. Endocrinol. Metab. 2002. V. 87, N 10. P. 4686-4690.
- Gagliardi L., Ho J.T., Torpy D.J. Corticosteroid-binding globulin: the clinical significance of altered levels and heritable mutations //Mol. Cell Endocrinol. 2010. V. 316, N 1. P. 24-34.
- Klieber M.A., Underhill C., Hammond G.L., Muller Y.A. Corticosteroid-binding globulin, a structural basis for steroid transport and proteinase-triggered release //J. Biol. Chem. 2007. V. 282, N 40. P. 29594-29603.
- Lewis J.G., Borowski K.K., Shand B.I., George P.M., Scott R.S. Plasma sex hormone-binding globulin, corticosteroid-binding globulin, cortisol, and free cortisol levels in outpatients attending a lipid disorders clinic: a cross-sectional study of 1137 subjects //Horm. Metab. Res. 2010. V. 42, N 4. P. 274-279.
- Lewis J.G., Elder P.A. Corticosteroid-binding globulin reactive centre loop antibodies recognise only the intact natured protein: elastase cleaved and uncleaved CBG may coexist in circulation //J. Steroid. Biochem. Mol. Biol. 2011. V. 127, N 3-5. P. 289-294.
- Mihrshahi R., Lewis J.G., Ali S.O. Hormonal effects on the secretion and glycoform profile of corticosteroid-binding globulin //J. Steroid. Biochem. Mol. Biol. 2006. V. 101, N 4-5. P. 275-285.
- Sivukhina E.V., Jirikowski G.F., Bernstein H.G., Lewis J.G., Herbert Z. Expression of corticosteroid-bind-ing protein in the human hypothalamus, co-localization with oxytocin and vasopressin //Horm. Metab. Res. 2006. V. 38, N 4. P. 253-259.
- Zhou A., Wei Z., Stanley P.L., Read P.J., Stein P.E., Carrell R.W. The S-to-R transition of corticosteroid-binding globulin and the mechanism of hormone release //J. Mol. Biol. 2008. V. 380, N 1. P. 244-251.
- Hamrahian A.H., Oseni T.S., Arafah B.M. Measurements of serum free cortisol in critically ill patients //N. Engl. J. Med. 2004. V 350, N 11. P. 1629-1638.
- Lewis J.G., Elder P.A. Intact or «active» corticosteroid-binding globulin (CBG) and total CBG in plasma: determination by parallel ELISAs using monoclonal antibodies //Clin. Chim. Acta. 2013. V. 416. P. 26-30.
- Nguyen P.T., Lewis J.G., Sneyd J., Lee R.S., Torpy D.J., Shorten P.R. Development of a formula for estimating plasma free cortisol concentration from a measured total cortisol concentration when elastase-cleaved and intact corticosteroid binding globulin coexist //J. Steroid. Biochem. Mol. Biol. 2014. V 141. P. 16-25.
- Vincent R.P., Etogo-Asse F.E., Dew T., Bernal W., Alaghband-Zadeh J., le Roux C.W. Serum total cortisol and free cortisol index give different information regarding the hypothalamus-pituitary-adrenal axis reserve in patients with liver impairment //Ann. Clin. Biochem. 2009. V. 46, N 6. P. 505-507.
- Омельчук Н.Н. К механизму снижения связывающей способности кортикостероидсвязывающего глобулина плазмы крови при острой лучевой болезни //Радиобиология. 1987. Т. 27, № 4. С. 544-546.
