Детекция окислительного стресса в артериальных эндотелиальных клетках человека при воздействии кальций-фосфатных бионов

  • Антон Геннадьевич Кутихин ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», 650002, Кемерово, Россия, Сосновый бульвар, д. 6 https://orcid.org/0000-0001-8679-4857
  • Дарья Кирилловна Шишкова ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», 650002, Кемерово, Россия, Сосновый бульвар, д. 6 https://orcid.org/0000-0002-1518-3888
  • Ринат Авхадиевич Мухамадияров ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», 650002, Кемерово, Россия, Сосновый бульвар, д. 6 https://orcid.org/0000-0002-5558-3229
  • Елена Анатольевна Великанова ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», 650002, Кемерово, Россия, Сосновый бульвар, д. 6
Ключевые слова: атеросклероз, бионы, гидроксиапатит, эндотелиальные клетки, активные формы кислорода, супероксид, свободные радикалы, супероксиддисмутаза

Аннотация

Введение. Кальций-фосфатные бионы (КФБ) формируются в организме человека при перенасыщении сыворотки ионами кальция и фосфора и вызывают дисфункцию эндотелия, однако молекулярные механизмы нарушения функционирования эндотелия при воздействии КФБ не ясны. Цель исследования – выяснение роли кальций-фосфатных бионов различной формы в развитии окислительного стресса в артериальных эндотелиальных клетках (ЭК) человека. Методика. Для детекции окислительного стресса к конфлюэнтным культурам первичных ЭК коронарной и внутренней грудной артерии человека добавляли равные концентрации КФБ сферической или игольчатой формы (СКФБ и ИКФБ соответственно) с последующим культивированием в течение 1 и 4 ч, добавлением флюоресцентных индикаторов окислительного стресса MitoSOX Red и CellROX Green и конфокальной микроскопией. Измеряли концентрацию продуктов перекисного окисления липидов в культуральной жидкости через 24 ч экспозиции эндотелиальных клеток КФБ. Анализ нейтрализации цитотоксических эффектов перекисного окисления липидов проводили путем добавления к ЭК супероксиддисмутазы и каталазы на 4 или 24 ч (одновременно с КФБ). Для сравнения механизмов клеточной гибели при воздействии СКФБ и ИКФБ анализировали цитотоксичность обоих типов бионов при одновременном воздействии лизосомального ингибитора бафиломицина А1. Результаты. Значимого увеличения генерации активных форм кислорода (АФК) в результате экспозиции СКФБ (независимо от линии ЭК и продолжительности экспозиции) не было выявлено. В то же время наблюдалось повышение генерации супероксида через 4 ч, а иных свободных радикалов через 1 ч после добавления ИКФБ к ЭК. Предварительная нейтрализация АФК супероксиддисмутазой и каталазой частично защищала ЭК от индуцируемой ИКФБ гибели. При этом добавление бафиломицина А1 к ЭК частично защищало их от гибели только при воздействии СКФБ, но не ИКФБ. Заключение. Гибель ЭК при воздействии СКФБ происходит в результате первичного повреждения лизосом, а при воздействии ИКФБ – в первую очередь вследствие окислительного стресса.

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Литература

1. Lind L, Skarfors E, Berglund L, Lithell H, Ljunghall S. Serum calcium: a new, independent, prospective risk factor for myocardial infarction in middle-aged men followed for 18 years. J Clin Epidemiol. 1997; 50(8): 967-73. doi: 10.1016/S0895-4356(97)00104-2.
2. Foley RN, Collins AJ, Ishani A, Kalra PA. Calcium-phosphate levels and cardiovascular disease in community-dwelling adults: the Atherosclerosis Risk in Communities (ARIC) Study. Am Heart J. 2008; 156(3): 556-63. doi: 10.1016/j.ahj.2008.05.016.
3. Larsson TE, Olauson H, Hagström E, Ingelsson E, Arnlöv J, Lind L, Sundström J. Conjoint effects of serum calcium and phosphate on risk of total, cardiovascular, and noncardiovascular mortality in the community. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2010; 30(2): 333-9. doi: 10.1161/ATVBAHA.109.196675.
4. Weiner DE, Tighiouart H, Amin MG, Stark PC, MacLeod B, Griffith JL, Salem DN, Levey AS, Sarnak MJ. Chronic kidney disease as a risk factor for cardiovascular disease and all-cause mortality: a pooled analysis of community-based studies. J Am Soc Nephrol. 2004; 15(5): 1307-15. doi: 10.1097/01.ASN.0000123691.46138.E2.
5. Go AS, Chertow GM, Fan D, McCulloch CE, Hsu CY. Chronic kidney disease and the risks of death, cardiovascular events, and hospitalization. N Engl J Med. 2004; 351(13): 1296-305. doi: 10.1056/NEJMoa041031.
6. Wu CY, Young L, Young D, Martel J, Young JD. Bions: a family of biomimetic mineralo-organic complexes derived from biological fluids. PLoS One. 2013; 8(9): e75501. doi: 10.1371/journal.pone.0075501.
7. Kutikhin AG, Velikanova EA, Mukhamadiyarov RA, Glushkova TV, Borisov VV, Matveeva VG, Antonova LV, Filip'ev DE, Golovkin AS, Shishkova DK, Burago AY, Frolov AV, Dolgov VY, Efimova OS, Popova AN, Malysheva VY, Vladimirov AA, Sozinov SA, Ismagilov ZR, Russakov DM, Lomzov AA, Pyshnyi DV, Gutakovsky AK, Zhivodkov YA, Demidov EA, Peltek SE, Dolganyuk VF, Babich OO, Grigoriev EV, Brusina EB, Barbarash OL, Yuzhalin AE. Apoptosis-mediated endothelial toxicity but not direct calcification or functional changes in anti-calcification proteins defines pathogenic effects of calcium phosphate bions. Sci Rep. 2016; 6: 27255. doi: 10.1038/srep27255.
8. Шишкова Д. К., Мухамадияров Р. А., Великанова Е. А., Кудрявцева Ю. А., Кутихин А. Г. Визуальная оценка интернализации кальций-фосфатных и магний-фосфатных бионов эндотелиальными клетками методами сканирующей электронной и конфокальной микроскопии. Атеросклероз. 2019; №2 (15): 8-16. DOI: 10.15372/ATER20190202
9. Шишкова Д. К., Великанова Е. А., Мухамадияров Р. А., Южалин А. Е., Кудрявцева Ю. А., Попова А. Н., Руссаков Д. М., Кутихин А. Г. Изучение механизма специфичной эндотелиотоксичности кальций-фосфатных бионов. Сибирский научный медицинский журнал. 2019; № 4 (39): 12-21. doi: 10.15372/SSMJ20190402
10. Шишкова Д. К., Синицкий М. Ю., Великанова Е. А., Кутихин А. Г. Кальций-фосфатные бионы индуцируют секрецию провоспалительных цитокинов интерлейкина 6 и интерлейкина 8 артериальными эндотелиальными клетками in vitro. Цитокины и воспаление. 2018; № 1-4 (17): 80-85.
11. Шишкова Д. К., Великанова Е. А., Матвеева В. Г., Кутихин А. Г. Специфичная токсичность кальций-фосфатных бионов для культур венозных и артериальных эндотелиальных клеток человека. Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2019; № 1 (63): 53-61. doi: 10.25557/0031-2991.2019.01.53-61
12. Шишкова Д. К., Великанова Е. А., Кривкина Е. О., Кутихин А.Г. Кальций-фосфатные бионы специфично индуцируют гипертрофию поврежденной интимы у крыс. Российский кардиологический журнал. 2018; № 9 (23): 33-38. DOI: 10.15829/1560-4071-2018-9-33-38
13. Шишкова Д.К., Великанова Е.А., Кривкина Е.О., Миронов А.В., Кудрявцева Ю.А., Кутихин А.Г. Токсическое действие кальций-фосфатных бионов на адвентицию брюшной аорты крыс. Атеросклероз и дислипидемии. 2018; (3): 37–43. http://dx.doi.org/10.15829/1560-4071-2018-9-33-38
14. Шишкова Д. К., Глушкова Т. В., Ефимова О. С., Попова А. Н., Малышева В. Ю., Колмыков Р. П., Гутаковский А. К., Живодков Ю. А., Кожухов А. С., Долганюк В. Ф., Барбараш О. Л., Кутихин А.Г. Морфологическая и химическая характеризация магний-фосфатных и кальций-фосфатных бионов. Фундаментальная и клиническая медицина. 2019; № 2(4): 6-16. doi: 10.20333/2500136-2019-3-34-42
15. Шишкова Д.К., Глушкова Т.В., Ефимова О.С., Попова А.Н., Малышева В.Ю., Колмыков Р.П., Исмагилов З.Р., Гутаковский А.К., Живодков Ю.А., Кожухов А.С., Долганюк В.Ф., Барбараш О.Л., Кутихин А.Г. Сравнение морфологических и химических свойств сферических и игольчатых кальций-фосфатных бионов. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2019; № 1(8): 59-69. doi: 10.17802/2306-1278-2019-8-1-59-69
16. Galluzzi L, Vitale I, Aaronson SA, Abrams JM, Adam D, Agostinis P, Alnemri ES, Altucci L, Amelio I, Andrews DW, Annicchiarico-Petruzzelli M, Antonov AV, Arama E, Baehrecke EH, Barlev NA, Bazan NG, Bernassola F, Bertrand MJM, Bianchi K, Blagosklonny MV, Blomgren K, Borner C, Boya P, Brenner C, Campanella M, Candi E, Carmona-Gutierrez D, Cecconi F, Chan FK, Chandel NS, Cheng EH, Chipuk JE, Cidlowski JA, Ciechanover A, Cohen GM, Conrad M, Cubillos-Ruiz JR, Czabotar PE, D'Angiolella V, Dawson TM, Dawson VL, De Laurenzi V, De Maria R, Debatin KM, DeBerardinis RJ, Deshmukh M, Di Daniele N, Di Virgilio F, Dixit VM, Dixon SJ, Duckett CS, Dynlacht BD, El-Deiry WS, Elrod JW, Fimia GM, Fulda S, García-Sáez AJ, Garg AD, Garrido C, Gavathiotis E, Golstein P, Gottlieb E, Green DR, Greene LA, Gronemeyer H, Gross A, Hajnoczky G, Hardwick JM, Harris IS, Hengartner MO, Hetz C, Ichijo H, Jäättelä M, Joseph B, Jost PJ, Juin PP, Kaiser WJ, Karin M, Kaufmann T, Kepp O, Kimchi A, Kitsis RN, Klionsky DJ, Knight RA, Kumar S, Lee SW, Lemasters JJ, Levine B, Linkermann A, Lipton SA, Lockshin RA, López-Otín C, Lowe SW, Luedde T, Lugli E, MacFarlane M, Madeo F, Malewicz M, Malorni W, Manic G, Marine JC, Martin SJ, Martinou JC, Medema JP, Mehlen P, Meier P, Melino S, Miao EA, Molkentin JD, Moll UM, Muñoz-Pinedo C, Nagata S, Nuñez G, Oberst A, Oren M, Overholtzer M, Pagano M, Panaretakis T, Pasparakis M, Penninger JM, Pereira DM, Pervaiz S, Peter ME, Piacentini M, Pinton P, Prehn JHM, Puthalakath H, Rabinovich GA, Rehm M, Rizzuto R, Rodrigues CMP, Rubinsztein DC, Rudel T, Ryan KM, Sayan E, Scorrano L, Shao F, Shi Y, Silke J, Simon HU, Sistigu A, Stockwell BR, Strasser A, Szabadkai G, Tait SWG, Tang D, Tavernarakis N, Thorburn A, Tsujimoto Y, Turk B, Vanden Berghe T, Vandenabeele P, Vander Heiden MG, Villunger A, Virgin HW, Vousden KH, Vucic D, Wagner EF, Walczak H, Wallach D, Wang Y, Wells JA, Wood W, Yuan J, Zakeri Z, Zhivotovsky B, Zitvogel L, Melino G, Kroemer G. Molecular mechanisms of cell death: recommendations of the Nomenclature Committee on Cell Death 2018. Cell Death Differ. 2018;25(3):486-541. doi: 10.1038/s41418-017-0012-4.
17. Dupre-Crochet S, Erard M, Nusse O. ROS production in phagocytes: why, when, and where? J Leukoc Biol. 2013; 94(4): 657-70. doi: 10.1189/jlb.1012544.
18. Brown GC, Borutaite V. There is no evidence that mitochondria are the main source of reactive oxygen species in mammalian cells. Mitochondrion. 2012; 12(1): 1-4. doi: 10.1016/j.mito.2011.02.001.
19. Peng HH, Wu CY, Young D, Martel J, Young A, Ojcius DM, Lee YH, Young JD. Physicochemical and biological properties of biomimetic mineralo-protein nanoparticles formed spontaneously in biological fluids. Small. 2013; 9(13): 2297-307. doi: 10.1002/smll.201202270.
20. Smith ER, Hanssen E, McMahon LP, Holt SG. Fetuin-A-containing calciprotein particles reduce mineral stress in the macrophage. PLoS One. 2013; 8(4): e60904. doi: 10.1371/journal.pone.0060904.
21. Koppert S, Büscher A, Babler A, Ghallab A, Buhl EM, Latz E, Hengstler JG, Smith ER, Jahnen-Dechent W. Cellular Clearance and Biological Activity of Calciprotein Particles Depend on Their Maturation State and Crystallinity. Front Immunol. 2018; 9: 1991. doi: 10.3389/fimmu.2018.01991.
22. Xu Z, Liu C, Wei J, Sun J. Effects of four types of hydroxyapatite nanoparticles with different nanocrystal morphologies and sizes on apoptosis in rat osteoblasts. J Appl Toxicol. 2012; 32(6): 429-35. doi: 10.1002/jat.1745.
23. Pujari-Palmer S, Chen S, Rubino S, Weng H, Xia W, Engqvist H, Tang L, Ott MK. In vivo and in vitro evaluation of hydroxyapatite nanoparticle morphology on the acute inflammatory response. Biomaterials. 2016; 90: 1-11. doi: 10.1016/j.biomaterials.2016.02.039.
24. Zhang CY, Sun XY, Ouyang JM, Gui BS. Diethyl citrate and sodium citrate reduce the cytotoxic effects of nanosized hydroxyapatite crystals on mouse vascular smooth muscle cells. Int J Nanomedicine. 2017; 12: 8511-8525. doi: 10.2147/IJN.S145386.
25. Rao CY, Sun XY, Ouyang JM. Effects of physical properties of nano-sized hydroxyapatite crystals on cellular toxicity in renal epithelial cells. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2019; 103: 109807. doi: 10.1016/j.msec.2019.109807.
Опубликован
2021-03-14
Как цитировать
Кутихин А. Г., Шишкова Д. К., Мухамадияров Р. А., Великанова Е. А. Детекция окислительного стресса в артериальных эндотелиальных клетках человека при воздействии кальций-фосфатных бионов // Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2021. Т. 65. № 1. С. 70-78.
Раздел
Оригинальные исследования