Сопоставление молекулярных механизмов кардиопротекторного эффекта адаптации к непрерывной нормобарической гипоксии у здоровых животных и крыс с метаболическим синдромом: поиск новых молекулярных мишеней для повышения толерантности сердца к ишемии-реперфузии

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-15-00048

НазваниеСопоставление молекулярных механизмов кардиопротекторного эффекта адаптации к непрерывной нормобарической гипоксии у здоровых животных и крыс с метаболическим синдромом: поиск новых молекулярных мишеней для повышения толерантности сердца к ишемии-реперфузии

Руководитель Нарыжная Наталья Владимировна, Доктор медицинских наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук" , Томская обл

Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-101 - Экспериментальная медицина

Ключевые слова Метаболический синдром, адаптация к гипоксии, сердце, ишемия, реперфузия, метаболические нарушения, стресс, сосуды, митохондриальные АТФ-чувствительные К+-каналы, митохондрии.

Код ГРНТИ76.03.53

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
АКТУАЛЬНОСТЬ В настоящее время несмотря на успехи современной кардиологии, смертность от острого инфаркта миокарда (ОИМ) составляет около 5% и не снижается в последние годы [Megaly et al., 2021a]. В России этот показатель составляет 6% для кардиологических клиник [Bessonov et al., 2021]. У пациентов с ОИМ и сахарным диабетом внутригоспитальная смертность составляет 8% [Megaly M et al., 2021b]. У пациентов с ОИМ и кардиогенным шоком смертность равна 70% [Sambola et al., 2021]. Отсутствие снижения смертности при ОИМ указывают на необходимость разработки принципиально новых подходов к профилактике ишемического/реперфузионного (И/Р) повреждения сердца. Поэтому поиск новых молекулярных мишеней для повышения толерантности сердца к И/Р является актуальной задачей современной сердечно-сосудистой фармакологии и физиологии. Одним из направлений этого поиска является выявление механизмов формирования устойчивости миокарда к И/Р, возникающей в результате адаптирующих воздействий, с целью последующего фармакологического стимулирования (ингибирования) этих мишеней. Исследования последних лет показали, что адаптация к непрерывной гипоксии (ХНГ) способствует сокращению размера инфаркта, улучшению постишемической сократимости миокарда и уменьшению вероятности возникновения ишемических-реперфузионных аритмий [Tsibulnikov et al., 2018; Naryzhnaya et al., 2009; 2019; Prokudina et al., 2019]. При этом установлено, что инфаркт-лимитирующая эффективность ХНГ связана с активацией рецепторных и внутриклеточных механизмов устойчивости к И/Р: активацией опиоидных и брадикининовых рецепторов, сигнальных киназ, открытием АТФ-чувствительных калиевых каналов митохондрий (митоКАТФ-каналы), стабилизацией митохондриальных пор, изменяющих проницаемость митохондрий (mitochondrial permeability transition pore, mPTP), восстановлением митохондриальных функций при реперфузии [Naryzhnaya et al., 2009; Лишманов и др., 2017; Prokudina et al., 2019]. Стимуляция этих защитных механизмов у крыс без метаболических нарушений приводит к значительному снижению ишемического-реперфузионного повреждения [Matejikova et al., 2009; Roman-Anguiano et al., 2019; Maslov et al., 2021]. Однако исследования последних лет свидетельствуют о снижении эффективности срочных адаптационных воздействий при гипергликемии, ожирении, дислипидемии [Andreadou et al., 2019; Penna et al., 2020; Zhou et al., 2013, 2015]. Известно, что нарушения липидного метаболизма приводит к дисфункции митохондрий [Alberici et al., 2011; Yan et al., 2021]; неэффективность нейропротекторного действия фармакологического посткондиционирования при ожирении у крыс может быть связана с нарушением функции митоКАТФ-каналов [Yang et al., 2014]. Однако влияние метаболических нарушений, таких как гипергликемия, гиперлипидемия, инсуинорезистентность и ожирение на функции митохондрий исследованы недостаточно. Следует отметить, что в настоящий момент нет достаточных доказательств эффективности кардиопротекторного действия ХНГ при метаболическом синдроме; неясно, состоятелен ли молекулярный механизм кардиопротекторного действия ХНГ у животных с метаболическим синдромом. Исследования в этом направлении могут выявить ключевые молекулярные структуры, с нарушением работы которых может быть связана неэффективность адаптационных воздействий, найти потенциальные пути коррекции подобных нарушений. НОВИЗНА В ходе выполнения настоящего проекта впервые будет исследовано изменение выраженности кардиопротекции, формирующейся в ответ на адаптацию к гипоксии у крыс с индуцированным диетой метаболическим синдромом. Впервые сопоставят формирование толерантности сердца к И/Р с тяжестью метаболических нарушений, дисбалансом секреции адипокинов, изменениями в опиоидной системе, снижением активности протеинкиназы С, синтазы оксида азота, ухудшением энергетического метаболизма митохондрий. Впервые будет определена возможность коррекции нарушений кардиопротекции при метаболическом синдроме путем активации ключевых ферментов углеводного и липидного метаболизма. Будет проведен сравнительный анализ молекулярных механизмов кардиопротекторного действия ХНГ у крыс с метаболическим синдромом и без него. Впервые будет исследована принципиальная возможность предупреждения ишемических-реперфузионных повреждений путем стимуляции опиоидных или апелиновых рецепторов, КАТФ-каналов митохондрий, индукции оксида азота при метаболическом синдроме у крыс.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Нарыжная Н.В., Семенцов А.С., Маслов Л.Н., Деркачев И.А. Роль NO-синтазы в инфарктлимитирующем эффекте срочной и хронической адаптации к нормобарической гипоксии Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, Т. 174, № 9, С. 284-288 (год публикации - 2022)
10.47056/0365-9615-2022-174-9-284-288

2. Нарыжная Н.В., Деркачев И.А., Курбатов Б.К., Сиротина М.А., Килин М. Снижение выраженности инфарктлимитирующего эффекта при хронической нормобарической гипоксии у крыс с индуцированным метаболическим синдромом связано с нарушением углеводного и липидного обмена Бюллетень экспериментальной биологии и медицины (год публикации - 2022)

3. Нарыжная Н.В., Мухомедзянов А.В., Курбатов Б.К., Сиротина М.А., Килин М., Азев В.Н., Маслов Л.Н. Инфаркт-лимитирующая эффективность дельторфина-II при индуцированном диетой метаболическом синдроме у старых крыс Acta biomedica scientifica (год публикации - 2022)

Публикации

1. Нарыжная Н.В., Маслов Л.Н., Деркачев И.А., Ма Х., Жанг И., Прасад Н.Р., Синг Н., Фу Ф., Пей Ж.-М., Сарыбаев А., Садыкдов А. The effect of adaptation to hypoxia on cardiac tolerance to ischemia/reperfusion Journal of Biomedical Research, Vol. 37. № 4. – Р. 230–254. (год публикации - 2023)
10.7555/JBR.36.20220125

2. Попов С.В., Мухомедзянов А.В., Маслов Л.Н., Нарыжная Н.В. Курбатов Б.К., Прасад Н.Р., Синг Н., Фу Ф., Азев В.Н. The Infarct-Reducing Effect of the Delta-2 Opioid Receptor Agonist Deltorphin II: The Molecular Mechanism. Membranes, 2023, 13(1), 63. (год публикации - 2023)
10.3390/membranes13010063

3. Нарыжная Н.В., Мухомедзянов А.В., Сиротина М., Маслов Л.Н., Курбатов Б.К., Горбунов А.С., Килин М., Кан А., Крылатов А.В., Подоксенов Ю.К., Логвинов С.В. δ-Opioid Receptor as a Molecular Target for Increasing Cardiac Resistance to Reperfusion in Drug Development Biomedicines, Vol.11, №7, P. 1887 (год публикации - 2023)
10.3390/biomedicines11071887

4. Попов С.В., Мухомедзянов А.В., Сиротина М., Курбатов Б.К., Азев В.Н., Суфианова Г.З., Хлёсткина М.С., Маслов Л.Н. Роль активных форм кислорода и редокс-чувствительных протеинкиназ в инфаркт-имитирующем эффекте опиоидного пептида дельторфина II при реперфузии сердца у крыс. Acta Biomedica Scientifica, Том 8, №2. С. 254-262. (год публикации - 2023)
10.29413/ABS.2023-8.2.25

5. Маслов Л.Н., Попов С.В., Мухомедзянов А.В., Курбатов Б.К., Деркачев И.А., Бощенко А.А., Прасад Н.Р., Ма Х., Жанг И., Суфианова Г.З., Фу Ф., Пей Ж.-М. KATP channels are regulators of programmed cell death and targets for the creation of novel drugs against ischemia/reperfusion cardiac injury. Fundamental & Clinical Pharmacology, Vol. 37, N 6, P: 1020-1049. (год публикации - 2023)
10.1111/fcp.12924

6. Нарыжная Н.В., Деркачев И.А., Курбатов Б.К., Сиротина М.А., Килин М., Маслов Л.Н. Восстановление нарушенной метаболическим синдромом адаптационной кардиопротекции у крыс путем активации PPARα Acta Biomedica Scientifica (год публикации - 2023)

7. Мухомедзянов А.В., Попов С.В., Маслов Л.Н., Диез Е.Р., Азев В.Н. РОЛЬ КИНАЗ PI3K, ERK1/2 И JAK2 В КАРДИОПРОТЕКТИВНОМ ЭФФЕКТЕ ДЕЛЬТОРФИНА II ПРИ РЕПЕРФУЗИИ СЕРДЦА БЮЛЛЕТЕНЬ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЫ, Т. 175. № 1. С. 21-24. (год публикации - 2023)
10.47056/0365-9615-2023-175-1-21-24

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Проведенное исследование показало, что эффективность инфаркт-лимитирующего и инотропного действия ХНГ снижена у крыс с диета-индуцированным метаболическим синдромом. Первой задачей исследований данного этапа работы было доказательство взаимосвязи этих изменений с функциональным состоянием митохондрий миокарда. Выявлено, что митохондрии крыс после ХНГ более устойчивы к воздействию ишемии: в этой группе крыс не наблюдали снижения Са2+-связывающей способности митохондрий и эффективности FAD+-зависимого дыхания в ответ на коронароокклюзию-реперфузию. Корреляционная взаимосвязь между маркером повреждения миокарда КФК-МБ и способностью митохондрий связывать Са2+ говорит о том, что усиление депонирования Са2+ митохондриями может быть одним из механизмов кардиопротекторного действия ХНГ. В условиях МС такой взаимосвязи не наблюдали. Непараметрический корреляционный анализ показал взаимосвязь между показателями насосной функции миокарда - ударного объема и сердечного выброса - с эффективностью дыхания митохондрий (ADP/O) в условиях FAD-зависимого дыхания, в группе крыс, адаптированных к ХНГ. Эти данные говорят о значимости сукцинат-зависимого дыхания митохондрий для поддержания насосной функции миокарда крыс при ХНГ. Подобной взаимосвязи не наблюдали у крыс, адаптированных к ХНГ на фоне МС. Второй задачей исследований 2024 г было определение возможности защиты миокарда от ишемического-реперфузионного повреждения миокарда у крыс с метаболическим синдромом путем активации КАТФ-каналов. Исследования показали, что такой подход не является эффективным: активатор КАТФ каналов диазоксид не показал инфаркт-лимитирующей эффективности у животных с диета-индуцированным МС. Можно предполагать, что одним из механизмов снижения эффективности этого препарата при МС может быть его гипогликемическое действие. Полученные данные согласуются с результатами исследования 2023 года, показавшими неэффективность активатора КАТФ каналов и донора оксида азота никорандила и донора NO нитроглицерина при МС. https://www.cardio-tomsk.ru/news/ekspertnoe-oborudovanie-dlja-vizualizacii-vyvelo-na-novyj-uroven-issledovanija-na-zhivotnyh

Публикации

1. Попов С.B., Нарыжная Н.В., Сиротина М.А., Маслов Л.Н., Мухомедзянов А.В., Курбатов Б.К., Горбунов А.С., Килин М., Крылатов А.В., Подоксенов Ю.К., Азев В.Н., Суфианова Г.З., Хлесткина М.С. Апелин – пептид, повышающий устойчивость органов и клеток к ишемии и реперфузии. Молекулярный механизм (обзор). Сибирский журнал клинической и экспериментальной медицины, Том 38, № 4, с 29-39. (год публикации - 2023)
10.29001/2073-8552-2023-38-4-29-39

2. Нарыжная Н.В., Мухомедзянов А.В., Килин М., Воронков Н.С., Курбатов Б.К., Маслов Л.Н. Инфарктлимитирующая эффективность активаторов КАТФ-каналов и доноров NO при хроническом применении и в условиях индуцированного диетой метаболического синдрома у крыс Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, Т. 187, № 11 (год публикации - 2024)
10.47056/0365-9615-2024-178-11-

3. Кан А.С., Деркачев И.А. Влияние эндогенных опиоидных пептидов на постишемическую сократительную функцию левого желудочка крыс при адаптации к непрерывной хронической нормобарической гипокси Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2024., Сборник научных трудов XXI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук», Том 4. «Биология и фундаментальная медицина» 23–26 апреля 2024 г., Томск. (год публикации - 2024)

4. Деркачев И.А., Курбатов Б.К. Роль апелиновых рецепторов в кардиопротекторном эффекте хронической непрерывной гипоксии у крыс при экспериментальном метаболическом синдроме и без него. НИИ кардиологии, Томский НИМЦ, Материалы Пятого Всероссийского научно-образовательного форума с международным участием «Кардиология XXI века: альянсы и потенциал» совместно с XV научно-практической конференцией с международным участием «Клиническая электрофизиология и интервенционная аритмология»; XXIII научно-практическим семинаром молодых ученых «Актуальные вопросы экспериментальной и клинической кардиологии» /Под ред. д.м.н. Бощенко А.А. – Томск: НИИ кардиологии Томского НИМЦ, 2024. – 162 с. (год публикации - 2024)

5. Нарыжная Н.В., Мухомедзянов А.В., Деркачев И.А., Курбатов Б.К., Маслов Л.Н. Роль опиоидных пептидов в кардиопротекторном эффекте адаптации к хронической непрерывной гипоксии у крыс при экспериментальном метаболическом синдроме НИИ кардиологии Томского НИМЦ, Материалы Пятого Всероссийского научно-образовательного форума с международным участием «Кардиология XXI века: альянсы и потенциал» совместно с XV научно-практической конференцией с международным участием «Клиническая электрофизиология и интервенционная аритмология»; XXIII научно-практическим семинаром молодых ученых «Актуальные вопросы экспериментальной и клинической кардиологии» /Под ред. д.м.н. Бощенко А.А. – Томск: НИИ кардиологии Томского НИМЦ, 2024. – с. 62 (год публикации - 2024)

6. Кан А., Нарыжная Н.В., Курбатов Б.К., Деркачев И.А., Килин М. Роль эндогенных опиоидных пептидов в улучшении постишемической сократительной функции левого желудочка крыс при адаптации к непрерывной хронической нормобарической гипоксии г. Москва, XXIV международная конференция по науке и технологиям Россия-Корея-СНГ 29 – 31 августа 2024 года Москва, Россия (год публикации - 2024)

7. Нарыжная Н.В., Деркачев И.А., Курбатов Б.К., Мухомедзянов А.В., Килин М., Кан А. Взаимосвязь эффективности кардиопротекторного действия хронической гипоксии у крыс с экспериментальным метаболическим синдромом с изменением в сигналлинге опиоидов и апелина. Трансляционная медицина , Приложение 2. Тезисы VII Петербургского Медицинского Инновационного форума 14–16 мая 2024 года, стр. 98. (год публикации - 2024)

Возможность практического использования результатов
1) Результаты исследований по проекту показали, что наличие метаболического синдрома снижает кардиопротекторную эффективность адаптации к хронической умеренной гипоксии; снижение эффективности прямо взаимосвязано с нарушением углеводного и липидного обмена: снижением толерантности к глюкозе и триглицеридемией. Этот результат может быть использован в сфере здравоохранения для улучшения результатов проведения срочных и длительных адаптирующих воздействий с применением сеансов гипоксии: на основании полученных результатов пациенты перед прохождением гипокситерапии должны быть обследованы для выявления толерантности к глюкозе и/или триглицеридемии и рандомизированы на группы в зависимости от степени нарушений. Для пациентов с наличием выраженных нарушений должны быть проведены дополнительные исследования эффективности адаптирующих/кондиционирующих воздействий в каждом случае. 2) Получен результат о возможности коррекции недостаточной эффективности гипоксического воздействия применением активатора PPARalpha, но не метформина. Результат может быть применен для улучшения результата гипокситерапии у пациентов с наличием выраженных нарушений углеводного и липидного обмена путем коррекции липидного обмена применением активаторов PPARalpha. Коррекция углеводного обмена метформином не является корректирующим воздействием. Полученные результаты должны быть подтверждены в клиническом исследовании. 3) Получен результат о взаимосвязи адаптационной кардиопротекции с уровнем опиоидных пептидов в крови и ткани миокарда. Таким образом, выявлена молекулярная мишень, фармакологическая активация которой эффективна для защиты миокарда при ишемическом-реперфузионном повреждении. Мишень была валидирована путем применения селективного агониста дельта-2-опиоидных рецепторов дельторфина-II, показавшего выраженный инфаркт-лимитирующей эффект. Результат может быть применен для создания нового кардиопротекторного препарата для лечения острой ишемии-реперфузии миокарда. 4) Получен результат об отсутствии взаимосвязи между снижением эффективности адаптационной кардиопротекции у крыс при метаболическом синдроме, экспрессией опиоидных рецепторов и связанных с ними нижестоящим клеточным сигналлингом – активностью протеинкиназы С, NOS, КАТФ-каналов. Таким образом, результаты исследования показали, что изменения в опиоидной системе при метаболическом связаны со снижением агонистов опиоидных рецепторов в крови и ткани миокарда, но не их клеточного сигналлинга. Таким образом, выявлена молекулярная мишень, фармакологическая активация которой эффективна для защиты миокарда при ишемическом-реперфузионном повреждении при наличии метаболического синдрома. Мишень была валидирована путем применения селективного агониста дельта-2-опиоидных рецепторов дельторфина-II, показавшего выраженный инфаркт-лимитирующей эффект у крыс с метаболическим синдромом. Результат может быть применен для создания нового кардиопротекторного препарата для лечения острой ишемии-реперфузии миокарда у пациентов с нарушениями углеводного и липидного обмена.