medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2025-104-4-459-462iawdgamedlit-4825Research ArticleПРОФИЛАКТИЧЕСКАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ И ГИГИЕНИЧЕСКОЕ НОРМИРОВАНИЕPREVENTIVE TOXICOLOGY AND HYGIENIC STANDARTIZATIONОсобенности экспрессии мембранных лимфоцитарных кластеров CD11a+ и CD309+ как маркёров эффекта в сочетанных условиях экспозиции бенз(а)пиреном и воздействия холодового фактора на экспериментальных моделях in vivoExpression of CD11a+ and CD309+ membrane lymphocyte clusters as biomarkers of the effect of combined exposure to benzo(a)pyrene and cold factor in experimental in vivo modelshttps://orcid.org/0000-0003-4860-3145ДолгихОлег ВладимировичDolgikhOleg V.

Доктор мед. наук, профессор, зав. отд. иммунобиологических методов диагностики, ФБУН «ФНЦ МПТ УРЗН», 614045, Пермь, Россия

e-mail: oleg@fcrisk.ru

DSc (Medicine), Professor, Head of the Department of Immunobiological Diagnostic Methods of Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies, Perm, 614045, Russian Federation

e-mail: oleg@fcrisk.ru

oleg@fcrisk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7271-9477НиконошинаНаталья АлексеевнаNikonoshinaNatalya A.

Науч. сотр. отд. иммунобиологических методов диагностики ФБУН «ФНЦ МПТ УРЗН», 614045, Пермь, Россия

e-mail: nat08.11@yandex.ru

Researcher of the Department of Immunobiological Diagnostic Methods of Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies, Perm, 614045, Russian Federation

e-mail: nat08.11@yandex.ru

nat08.11@yandex.ruФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» РоспотребнадзораРоссияFederal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management TechnologiesRussian Federation2025300420251044459462Copyright © Долгих О.В., Никоношина Н.А., 20252025Долгих О.В., Никоношина Н.А.Dolgikh O.V., Nikonoshina N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/4825Введение

Введение. Изучение особенностей экспрессии маркёров CD11a+ и CD309+ в сочетанных условиях воздействия бенз(а)пирена и холодового стресса в эксперименте in vivo актуально в аспекте моделирования вероятных эффектов и верификации механизмов формирования нарушений процессов иммунорегуляции эндотелиальной функции, обусловленных биоэкспозицией бенз(а)пиреном, на северных территориях.

Материалы и методы

Материалы и методы. Субхронический эксперимент in vivo выполнен с использованием 48 нелинейных лабораторных мышей, разделённых по условиям факторной нагрузки на четыре группы (пероральная биоэкспозиция бенз(а)пиреном в среднесуточной дозе 0,175 мкг/кг в день; холодовой фактор – среднесуточная температура воздуха плюс 9,9 ± 2,6 °С). Определение содержания CD11a+- и CD309+-лимфоцитов выполняли методом проточной цитофлуориметрии.

Результаты

Результаты. Результаты пероральной субхронической биоэкспозиции бенз(а)пиреном в дозе 0,175 мкг/кг в день и условия холодового стресса в эксперименте in vivo позволили установить гиперэкспрессию CD309+-лимфоцитов на фоне снижения содержания CD11a+-клеток (OR = 5–22,5; RR = 2,63–4,2; p = 0,001–0,042). Повышение содержания CD309+-лимфоцитов на 62% относительно контроля преимущественно ассоциируется с биоэкспозицией бенз(а)пиреном (OR = 11,25 (1,65–76,85); RR = 2,86 (1,2–6,86); p = 0,026), тогда как снижение содержания CD11a+-лимфоцитов – с условиями холодового стресса (OR = 11 (1,77–68,35); RR = 3,5 (1,22–10,05); p = 0,001). Сочетанное воздействие бенз(а)пирена и холодового фактора формирует синергические, более чем аддитивные эффекты со стороны клеточного иммунного профиля (OR = 14,67–22,5; RR = 3,15–4,2; p = 0,001–0,042).

Ограничения исследования связаны с количественными параметрами выборок, выбранными факторами экспозиции, необходимостью последующего подтверждения полученных результатов.

Заключение

Заключение. Идентифицированный на моделях in vivo дисбаланс адаптивного клеточного иммунного профиля (активация CD309+, дефицит CD11a+) отражает запуск негативных сценариев воспалительно-пролиферативных процессов, ассоциированных с развитием болезней системы кровообращения, что позволяет верифицировать механизмы формирования холодового и химического (бенз(а)пирен) стресса и рекомендовать лимфоцитарные кластеры CD11a+ и CD309+ в качестве маркёров эффекта биоэкспозиции бенз(а)пиреном на северных территориях.

Соблюдение этических стандартов. Исследование выполнено с соблюдением требований Европейской конвенции по защите позвоночных животных, используемых в экспериментальных или иных научных целях (ETS № 123), и этического комитета ФБУН «ФНЦ медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Роспотребнадзора (протокол заседания № 2 от 17.01.2022 г.).

Участие авторов

Участие авторов: Долгих О.В. – концепция и дизайн исследования, редактирование текста; Никоношина Н.А. – сбор и обработка материала, написание текста. Все соавторы – утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование: Исследование не имело финансовой поддержки.

Поступила

Поступила: 17.02.2025 / Поступила после доработки: 06.03.2025 / Принята к печати: 26.03.2025 / Опубликована: 30.04.2025

Introduction

Introduction. It is relevant to investigate expression of CD11a+ and CD309+ markers under combined exposure to benzo(a)pyrene and cold factor in an in vivo experiment in terms of modelling likely effects and verifying mechanisms of the developing of disorders of endothelial immune regulation caused by biological exposure to benzo(a)pyrene in northern areas.

Materials and methods

Materials and methods. An in vivo subchronic experiment was performed using forty eight nonlinear laboratory mice divided into 4 groups according to the conditions of factor loading (oral biological exposure to benzo(a)pyrene at an average daily dose of 0.175 mcg/kg∙day; exposure to cold, average daily air temperature 9.9±2.6 °C). The content of CD11a+ and CD309+ lymphocytes was determined by flow cytofluorometry.

Results

Results. The results of oral subchronic biological exposure to benzo(a)pyrene at a dose of 0,175 µg/kg×day under cold stress in an in vivo experiment made it possible to establish CD309+ lymphocytes overexpression against the background of CD11a+ cells decrease (OR=5.00–22.50; RR=2.63–4.20; p=0.001–0.042). An increase in CD309+ lymphocytes content by 62% relative to the control is mainly associated with biological exposure to benzo(a)pyrene (OR=11.25 (1.65-76.85); RR=2.86 (1.20–6.86); p=0.026) while a decrease in CD11a+ lymphocyte content is associated with cold stress (OR=11.00 (1.77–68.35); RR=3.50 (1.22–10.05), p=0.001). Combined exposure to benzo(a)pyrene and cold forms synergistic, more than additive effects in the cellular immune profile (OR=14.67–22.50; RR=3.15–4.20; p=0.001–0.042).

Limitations

Limitations. The limitations are related to quantitative parameters of the sample, limited choice of exposure factors, and the need for subsequent confirmation of obtained results.

Conclusion

Conclusion. Thus, the imbalance of adaptive cellular immune profile identified in in vivo models (CD309+ activation, CD11a+ deficiency) reflects the launch of negative inflammatory and proliferative scenarios associated with cardiovascular diseases. This makes it possible to verify mechanisms of cold and chemical (benzo(a)pyrene) stress formation and recommend CD11a+ and CD309+ lymphocyte clusters to be used as biomarkers of the effect for biological exposure to benzo(a)pyrene in northern areas.

Compliance with ethical standards. The study was conducted in compliance with the requirements of the European Convention for the Protection of Vertebrate Animals used for Experimental and Other Scientific Purposes (ETS No. 123) and the Local Ethics Committee of the Federal Research Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies (The meeting protocol No. 2 dated January 17, 2022).

Contribution

Contribution: Dolgikh O.V. — study concept and design, editing the text; Nikonoshina N.A. — data collection and analysis, writing the text. All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and for the approval of its final version.

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Acknowledgement

Acknowledgement. The study had no sponsorship.

Received

Received: February 17, 2024 / Revised: March 6, 2024 / Accepted: March 26, 2025 / Published: April 30, 2025

бенз(а)пиренхолодовой стресслимфоцитымышииммунный профильэксперимент in vivobenzo(a)pyrenecold stresslymphocytesmiceimmune profilein vivo experimentReferencesGuan S., Huang Y., Feng Z., Xu L., Jin Y., Lu J. The toxic effects of benzo[a]pyrene on activated mouse T cells in vitro. Immunopharmacol. Immunotoxicol. 2017; 39(3): 117–23. https://doi.org/10.1080/08923973.2017.1299173Guan S., Huang Y., Feng Z., Xu L., Jin Y., Lu J. The toxic effects of benzo[a]pyrene on activated mouse T cells in vitro. Immunopharmacol. Immunotoxicol. 2017; 39(3): 117–23. https://doi.org/10.1080/08923973.2017.1299173Abd El-Fattah E.E., Abdelhamid A.M. Benzo[a]pyrene immunogenetics and immune archetype reprogramming of lung. Toxicology. 2021; 463: 152994. https://doi.org/10.1016/j.tox.2021.152994Abd El-Fattah E.E., Abdelhamid A.M. Benzo[a]pyrene immunogenetics and immune archetype reprogramming of lung. Toxicology. 2021; 463: 152994. https://doi.org/10.1016/j.tox.2021.152994Шур П.З., Хасанова А.А., Цинкер М.Ю., Зайцева Н.В. Методические подходы к оценке риска здоровью населения в условиях сочетанного воздействия климатических факторов и обусловленного ими химического загрязнения атмосферы. Анализ риска здоровью. 2023; (2): 58–68. https://doi.org/10.21668/health.risk/2023.2.05 https://elibrary.ru/ebqchyShur P.Z., Khasanova А.А., Tsinker М.Yu., Zaitseva N.V. Methodical approaches to assessing public health risks under combined exposure to climatic factors and chemical air pollution caused by them. Health Risk Analysis. 2023; (2): 58–68. https://doi.org/10.21668/health.risk/2023.2.05 (in Russian)Литовченко О.Г., Гаджибекова Н.Г. Функциональные особенности кардиореспираторной системы пришлого населения, проживающего в районах Крайнего Севера и приравненных к ним местностях (обзор литературы). Российские биомедицинские исследования. 2023; 8(3): 36–49. https://doi.org/10.56871/RBR.2023.19.40.006Litovchenko O.G., Gadzhibekova N.G. Functional features of the cardiorespiratory system of the alien population living in the regions of the Far North and areas equated to them (literature review). Rossiiskie biomeditsinskie issledovaniya. 2023; 8(3): 36–49. https://doi.org/10.56871/RBR.2023.19.40.006 (in Russian)Ganeshan K., Chawla A. Warming the mouse to model human diseases. Nat. Rev. Endocrinol. 2017; 13(8): 458–65. https://doi.org/10.1038/nrendo.2017.48Ganeshan K., Chawla A. Warming the mouse to model human diseases. Nat. Rev. Endocrinol. 2017; 13(8): 458–65. https://doi.org/10.1038/nrendo.2017.48Mohammadpour H., MacDonald C.R., Qiao G., Chen M., Dong B., Hylander B.L., et al. β2 adrenergic receptor–mediated signaling regulates the immunosuppressive potential of myeloid-derived suppressor cells. J. Clin. Invest. 2019; 129(12): 5537–52. https://doi.org/10.1172/JCI129502Mohammadpour H., MacDonald C.R., Qiao G., Chen M., Dong B., Hylander B.L., et al. β2 adrenergic receptor–mediated signaling regulates the immunosuppressive potential of myeloid-derived suppressor cells. J. Clin. Invest. 2019; 129(12): 5537–52. https://doi.org/10.1172/JCI129502Bond L.M., Burhans M.S., Ntambi J.M. Uncoupling protein-1 deficiency promotes brown adipose tissue inflammation and ER stress. PloS One. 2018: 13(11): e0205726. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0205726Bond L.M., Burhans M.S., Ntambi J.M. Uncoupling protein-1 deficiency promotes brown adipose tissue inflammation and ER stress. PloS One. 2018: 13(11): e0205726. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0205726Szentirmai É., Kapás L. Sleep and body temperature in TNFalpha knockout mice: the effects of sleep deprivation, beta3-AR stimulation and exogenous TNFalpha. Brain Behav. Immun. 2019; 81: 260–71. https://doi.org/10.1016/j.bbi.2019.06.022Szentirmai É., Kapás L. Sleep and body temperature in TNFalpha knockout mice: the effects of sleep deprivation, beta3-AR stimulation and exogenous TNFalpha. Brain Behav. Immun. 2019; 81: 260–71. https://doi.org/10.1016/j.bbi.2019.06.022Шаравьева И.Л., Гейн С.В. Влияние острого холодового стресса на секрецию IL-2, IL-4, IFNγ, IL-12 на секрецию спленоцитами мыши in vitro. Медицинская иммунология. 2022; 24(4): 843–8. https://doi.org/10.15789/1563-0625-IOA-2383 https://elibrary.ru/jnocjjSharaveva I.L., Gein S.V. Influence of acute cold stress on the secretion of IL-2, IL-4, IFNγ, IL-12 in vivo by mouse splenocytes. Meditsinskaya immunologiya. 2022; 24(4): 843–8. https://doi.org/10.15789/1563-0625-IOA-2383 https://elibrary.ru/jnocjj (in Russian)Аликина И.Н., Долгих О.В. Особенности цитокинового профиля при его модификации техногенными факторами в условиях эксперимента in vitro (на примере бенз(а)пирена и вакцинного антигена SARS-CoV-2). Гигиена и санитария. 2023; 102(5): 421–5. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2023-102-5-421-425 https://elibrary.ru/icmpizAlikina I.N., Dolgikh O.V. Features of the cytokine profile under its modification with technogenic factors in conditions of experiment in vitro (on the example of benz(a)pyrene and SARS-CoV-2 vaccine antigen). Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2023; 102(5): 421–5. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2023-102-5-421-425 https://elibrary.ru/icmpiz (in Russian)Bouayed J., Bohn T., Tybl E., Kiemer A.K., Soulimani R. Benzo[α]pyrene-induced anti-depressive-like behaviour in adult female mice: role of monoaminergic systems. Basic Clin. Pharmacol. Toxicol. 2012; 110(6): 544–50. https://doi.org/10.1111/j.1742-7843.2011.00853.xBouayed J., Bohn T., Tybl E., Kiemer A.K., Soulimani R. Benzo[α]pyrene-induced anti-depressive-like behaviour in adult female mice: role of monoaminergic systems. Basic Clin. Pharmacol. Toxicol. 2012; 110(6): 544–50. https://doi.org/10.1111/j.1742-7843.2011.00853.xHou L., Yuki K. CD11a regulates hematopoietic stem and progenitor cells. Front. Immunol. 2023; 14: 1219953. https://doi.org/10.3389/fimmu.2023.1219953Hou L., Yuki K. CD11a regulates hematopoietic stem and progenitor cells. Front. Immunol. 2023; 14: 1219953. https://doi.org/10.3389/fimmu.2023.1219953Guerrero-García J.J. The role of astrocytes in multiple sclerosis. Neurología. 2020; 35(6): 400–8. https://doi.org/10.1016/j.nrl.2017.07.021Guerrero-García J.J. The role of astrocytes in multiple sclerosis. Neurología. 2020; 35(6): 400–8. https://doi.org/10.1016/j.nrl.2017.07.021Fekadu J., Modlich U., Bader P., Bakhtiar S. Understanding the role of LFA-1 in leukocyte adhesion deficiency type I (LAD I): Moving towards Inflammation? Int. J. Mol. Sci. 2022; 23(7): 3578. https://doi.org/10.3390/ijms23073578Fekadu J., Modlich U., Bader P., Bakhtiar S. Understanding the role of LFA-1 in leukocyte adhesion deficiency type I (LAD I): Moving towards Inflammation? Int. J. Mol. Sci. 2022; 23(7): 3578. https://doi.org/10.3390/ijms23073578Lei F., Tian Y., Miao J., Pan L., Tong R., Zhou Y. Immunotoxicity pathway and mechanism of benzo[a]pyrene on hemocytes of Chlamys farreri in vitro. Fish Shellfish Immunol. 2022; 124: 208–18. https://doi.org/10.1016/j.fsi.2022.04.009Lei F., Tian Y., Miao J., Pan L., Tong R., Zhou Y. Immunotoxicity pathway and mechanism of benzo[a]pyrene on hemocytes of Chlamys farreri in vitro. Fish Shellfish Immunol. 2022; 124: 208–18. https://doi.org/10.1016/j.fsi.2022.04.009Wang L., Ge H., Peng L., Wang B. A meta-analysis of the relationship between VEGFR2 polymorphisms and atherosclerotic cardiovascular diseases. Clin. Cardiol. 2019; 42(10): 860–5. https://doi.org/10.1002/clc.23233Wang L., Ge H., Peng L., Wang B. A meta-analysis of the relationship between VEGFR2 polymorphisms and atherosclerotic cardiovascular diseases. Clin. Cardiol. 2019; 42(10): 860–5. https://doi.org/10.1002/clc.23233Marques C.S., Brandão P., Burke A.J. Targeting vascular endothelial growth factor receptor 2 (VEGFR-2): Latest insights on synthetic strategies. Molecules. 2024; 29(22): 5341. https://doi.org/10.3390/molecules29225341Marques C.S., Brandão P., Burke A.J. Targeting vascular endothelial growth factor receptor 2 (VEGFR-2): Latest insights on synthetic strategies. Molecules. 2024; 29(22): 5341. https://doi.org/10.3390/molecules29225341Luck R., Urban S., Karakatsani A., Harde E., Sambandan S., Nicholson L., et al. VEGF/VEGFR2 signaling regulates hippocampal axon branching during development. Elife. 2019; 8: e49818. https://doi.org/10.7554/eLife.49818Luck R., Urban S., Karakatsani A., Harde E., Sambandan S., Nicholson L., et al. VEGF/VEGFR2 signaling regulates hippocampal axon branching during development. Elife. 2019; 8: e49818. https://doi.org/10.7554/eLife.49818Wang X., Bove A.M., Simone G., Ma B. Molecular bases of VEGFR-2-mediated physiological function and pathological role. Front. Cell Dev. Biol. 2020; 8: 599281. https://doi.org/10.3389/fcell.2020.599281Wang X., Bove A.M., Simone G., Ma B. Molecular bases of VEGFR-2-mediated physiological function and pathological role. Front. Cell Dev. Biol. 2020; 8: 599281. https://doi.org/10.3389/fcell.2020.599281Lugano R., Ramachandran M., Dimberg A. Tumor angiogenesis: causes, consequences, challenges and opportunities. Cell. Mol. Life Sci. 2020; 77(9): 1745–70. https://doi.org/10.1007/s00018-019-03351-7Lugano R., Ramachandran M., Dimberg A. Tumor angiogenesis: causes, consequences, challenges and opportunities. Cell. Mol. Life Sci. 2020; 77(9): 1745–70. https://doi.org/10.1007/s00018-019-03351-7Prasad C.B., Singh D., Pandey L.K., Pradhan S., Singh S., Narayan G. VEGFa/VEGFR2 autocrine and paracrine signaling promotes cervical carcinogenesis via β-catenin and snail. Int. J. Biochem. Cell Biol. 2022; 142: 106122. https://doi.org/10.1016/j.biocel.2021.106122Prasad C.B., Singh D., Pandey L.K., Pradhan S., Singh S., Narayan G. VEGFa/VEGFR2 autocrine and paracrine signaling promotes cervical carcinogenesis via β-catenin and snail. Int. J. Biochem. Cell Biol. 2022; 142: 106122. https://doi.org/10.1016/j.biocel.2021.106122

The authors declare that there are no conflicts of interest present.