Анализ взаимосвязи показателей окислительного стресса с цитогенетическими показателями нестабильности генома в пробах крови жителей Москвы

Введение. В увеличение риска онкологических патологий у жителей экологически неблагополучных регионов вносят свой вклад как мутагены, так и немутагенные химические соединения, способные создавать условия для длительного сдвига оксидантного равновесия организма.

Цель исследования — изучить характер взаимосвязи показателей оксидантного статуса и нестабильности генома в микроядерном тесте на примере выборки жителей Москвы.

Материалы и методы. В лизатах цельной крови жителей Москвы (69 мужчин трудоспособного возраста, 44 года [38; 58]) определяли активность супероксиддисмутазы (SOD), каталазы (CAT), глутатионпероксидазы (GPx) и содержание малонового диальдегида (MDA); в плазме крови — содержание 8-OHdG. Показатели нестабильности генома определяли в культурах лимфоцитов периферической крови с цитохалазиновым блоком.

Результаты. Установлено, что скорость ФГА-стимулированной пролиферации лимфоцитов зависит от соотношения активности GPx и SOD в лизатах крови: GPx ускоряет пролиферацию, SOD замедляет, оптимальный маркёр — GPx/SOD (R = 0,418; p = 0,00035 для индекса пролиферации). Найденные закономерности совпадают с полученными ранее на стабилизированных линиях спонтанно делящихся клеток. Отсутствие влияния CAT установлено впервые. Частота нуклеоплазменных мостов (НПМ) в двуядерных, полиядерных и делящихся клетках (но не микроядер, повреждений типа «разбитое яйцо» и протрузий) имела достоверные положительные связи с активностью CAT и GPx (аддитивный эффект с близкими значениями частных коэффициентов корреляции; z = 16,4x + 0,17y − 5,38 при R = 0,464; p = 0,0004 для доли делящихся клеток с НПМ). Для объяснения этих данных нужны дальнейшие исследования. Не найдено связи между результатами цитомного анализа и интегральными маркёрами окислительного стресса (MDA, 8-OHdG).

Ограничения исследования. Возможно, в экологически неблагополучных регионах будут получены иные закономерности.

Заключение. Параллельное изучение свободнорадикальных и цитогенетических показателей с анализом их взаимосвязи будет способствовать выбору оптимальных маркёров для мониторинга здоровья населения в регионах с повышенными уровнями радиации или прооксидантных химических веществ.

Соблюдение этических стандартов. Исследование соответствовало установленным требованиям. Все обследуемые лица заполнили бланки информированного согласия на участие в исследовании и деперсонализированную обработку данных (заключение этического комитета Федерального научно-клинического центра ФМБА России № 4 от 13.04.2021 г.).

Участие авторов:
Хрипач Л.В. — концепция и дизайн исследования, определение показателей окислительного стресса, математический анализ, написание текста статьи;
Князева Т.Д. — определение показателей окислительного стресса;
Ингель Ф.И. — концепция и дизайн исследования, цитогенетический анализ, редактирование текста;
Ахальцева Л.В., Юрцева Н.А., Никитина Т.А. — цитогенетический анализ;
Кедрова А.Г. — концепция и дизайн исследования, организация обследования, редактирование текста.
Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи.

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

Финансирование. Исследование проведено в рамках выполнения Госзадания ФГБУ «ЦСП» ФМБА России.

Поступила: 12.07.2024 / Принята к печати: 02.10.2024 / Опубликована: 19.11.2024

1. Omenn G.S., Goodman G.E., Thornquist M.D., Balmes J., Cullen M.R., Glass A., et al. Effects of a combination of beta carotene and vitamin A on lung cancer and cardiovascular disease. N. Engl. J. Med. 1996; 334(18): 1150–5. https://doi.org/10.1056/NEJM199605023341802

2. Alpha-Tocopherol, Beta Carotene Cancer Prevention Study Group. The effect of vitamin E and beta carotene on the incidence of lung cancer and other cancers in male smokers. N. Engl. J. Med. 1994; 330(15): 1029–35. https://doi.org/10.1056/NEJM199404143301501

3. Salganik R.I. The benefits and hazards of antioxidants: controlling apoptosis and other protective mechanisms in cancer patients and the human population. J. Am. Coll. Nutr. 2001; 20(5 Suppl.): 464S–75S. https://doi.org/10.1080/07315724.2001.10719185

4. Октябрьский О.Н., Смирнова Г.В. Редокс-регуляция клеточных функций. Биохимия. 2007; 72(2): 158–74. https://elibrary.ru/hzxbml

5. Lennicke C., Cochemé H.M. Redox metabolism: ROS as specific molecular regulators of cell signaling and function. Mol. Cell. 2021; 81(18): 3691–707. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2021.08.018

6. Sies H., Jones D.P. Reactive oxygen species (ROS) as pleiotropic physiological signalling agents. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2020; 21(7): 363–83. https://doi.org/10.1038/s41580-020-0230-3

7. Sharma A.K., Taneja G., Khanna D., Rajput S.K. Reactive oxygen species: friend or foe? RSC Advances. 2015; 5(71): 57267–76. https://doi.org/10.1039/c5ra07927f

8. Бойцов С.А., Драпкина О.М., Шляхто Е.В., Конради А.О., Бала-нова Ю.А., Жернакова Ю.В. и др. Исследование ЭССЕ-РФ (Эпидемиология сердечно-сосудистых заболеваний и их факторов риска в регионах Российской Федерации). Десять лет спустя. Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2021; 20(5): 143–52. https://doi.org/10.15829/1728-8800-2021-3007 https://elibrary.ru/zpgrop

9. Галунска Б., Паскалев Д., Янкова Т., Чанкова П. Двуликий Янус биохимии: мочевая кислота – оксидант или антиоксидант? Нефрология. 2004; 8(4): 25–31. https://elibrary.ru/juenbr

10. Yu W., Cheng J.D. Uric acid and cardiovascular disease: an update from molecular mechanism to clinical perspective. Front. Pharmacol. 2020; 11: 582680. https://doi.org/10.3389/fphar.2020.582680

11. DiNicolantonio J.J., McCarty M.F., O’Keefe J.H. Antioxidant bilirubin works in multiple ways to reduce risk for obesity and its health complications. Open Heart. 2018; 5(2): e000914. https://doi.org/10.1136/openhrt-2018-000914

12. Дурнев А.Д., Середенин С.Б. Мутагены (скрининг и фармакологическая профилактика воздействий). М.; 1998. https://elibrary.ru/wetonh

13. Srinivas U.S., Tan B.W.Q., Vellayappan B.A., Jeyasekharan A.D. ROS and the DNA damage response in cancer. Redox. Biol. 2019; 25: 101084. https://doi.org/10.1016/j.redox.2018.101084

14. Juan C.A., Pérez de la Lastra J.M., Plou F.J., Pérez-Lebeña E. The chemistry of reactive oxygen species (ROS) revisited: outlining their role in biological macromolecules (DNA, lipids and proteins) and induced pathologies. Int. J. Mol. Sci. 2021; 22(9): 4642. https://doi.org/10.3390/ijms22094642

15. Хрипач Л.В. Оксидантный статус организма и его роль в чувствительности генома к повреждающим факторам окружающей среды: Автореф. дисс. … д-ра биол. наук. М.; 2003. https://elibrary.ru/qdvyqt

16. Khripach L.V., Zhurkov V.S., Revazova J.A., Revich B.A. High oxidative component in the mechanisms of PCDD/F action can lead to its seeming non-mutagenicity for humans. Organohalogen Compounds. 1999; 42: 445–8. https://elibrary.ru/wigvjd

17. Хрипач Л.В., Журков В.С., Ревазова Ю.А., Рахманин Ю.А. Проблемы оценки канцерогенной опасности диоксинов. Гигиена и санитария. 2005; 84(6): 24–7. https://elibrary.ru/ojnrmj

18. Fenech M., Chang W.P., Kirsch-Volders M., Holland N., Bonassi S., Zeiger E. HUMN project: detailed description of the scoring criteria for the cytokinesis-block micronucleus assay using isolated human lymphocyte cultures. Mutat. Res. 2003; 534(1–2): 65–75. https://doi.org/10.1016/s1383-5718(02)00249-8

19. Kirsch-Volders M., Bonassi S., Knasmueller S., Holland N., Bolognesi C., Fenech M.F. Commentary: critical questions, misconceptions and a road map for improving the use of the lymphocyte cytokinesis-block micronucleus assay for in vivo biomonitoring of human exposure to genotoxic chemicals-a HUMN project perspective. Mutat. Res. Rev. Mutat. Res. 2014; 759: 49–58. https://doi.org/10.1016/j.mrrev.2013.12.001

20. Ингель Ф.И., Кривцова Е.К., Юрцева Н.А., Антипанова Н.А., Легостаева Т.Б. Нестабильность и чувствительность генома здоровых детей в Магнитогорске. Гигиена и санитария. 2013; 92(3): 20–7. https://elibrary.ru/qiqpxv

21. Кривцова Е.К., Ингель Ф.И., Ахальцева Л.В. Цитомный анализ: современный универсальный инструмент медико-биологических и эколого-гигиенических исследований (обзор литературы). Часть 2. Гигиена и санитария. 2021; 100(11): 1333–8. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2021-100-11-1333-1338 https://elibrary.ru/linnde

22. Дружинин В.Г., Минина В.И., Баранова Е.Д., Головина Т.А., Мейер А.В., Михайлова А.О. и др. Базовый уровень цитогенетических повреждений в лимфоцитах и буккальных эпителиоцитах больных раком легкого. Генетика. 2019; 55(10): 1189–97. https://doi.org/10.1134/S0016675819100047 https://elibrary.ru/yxrqbh

23. Stocks J., Dormandy T.L. A direct thiobarbituric acid-reacting chromogen in human red blood cells. Clin. Chim. Acta. 1970; 27(1): 117–20. https://doi.org/10.1016/0009-8981(70)90383-9

24. Sun M., Zigman S. An improved spectrophotometric assay for superoxide dismutase based on epinephrine autoxidation. Anal. Biochem. 1978; 90(1): 81–9. https://doi.org/10.1016/0003-2697(78)90010-6

25. Сирота Т.П. Способ определения антиоксидантной активности супероксиддисмутазы и химических соединений. Патент РФ № 2144674 C1; 2000. https://elibrary.ru/nlhoio

26. Королюк М.А., Иванова И.Г., Токарев В.Е. Метод определения активности каталазы. Лабораторное дело. 1988; (1): 16–9. https://elibrary.ru/sicxej

27. Арутюнян А.В., Дубинина Е.Е., Зыбина Н.Н. Методы оценки свободнорадикального окисления и антиоксидантной системы организма. СПб.: Фолиант; 2000. https://elibrary.ru/ymiuvn

28. Zhao H., Ji B., Chen J., Huang Q., Lu X. Gpx 4 is involved in the proliferation, migration and apoptosis of glioma cells. Pathol. Res. Pract. 2017; 213(6): 626–33. https://doi.org/10.1016/j.prp.2017.04.025

29. Li S., Yan T., Yang J.Q., Oberley T.D., Oberley L.W. The role of cellular glutathione peroxidase redox regulation in the suppression of tumor cell growth by manganese superoxide dismutase. Cancer Res. 2000; 60(14): 3927–39.

30. Rohr-Udilova N., Bauer E., Timelthaler G., Eferl R., Stolze K., Pinter M., et al. Impact of glutathione peroxidase 4 on cell proliferation, angiogenesis and cytokine production in hepatocellular carcinoma. Oncotarget. 2018; 9(11): 10054–68. https://doi.org/10.18632/oncotarget.24300

31. Sugezawa K., Morimoto M., Yamamoto M., Matsumi Y., Nakayama Y., Hara K., et al. GPX4 regulates tumor cell proliferation via suppressing ferroptosis and exhibits prognostic significance in gastric cancer. Anticancer Res. 2022; 42(12): 5719–29. https://doi.org/10.21873/anticanres.16079

32. Naiki T., Naiki-Ito A., Asamoto M., Kawai N., Tozawa K., Etani T., et al. GPX2 overexpression is involved in cell proliferation and prognosis of castration-resistant prostate cancer. Carcinogenesis. 2014; 35(9): 1962–7. https://doi.org/10.1093/carcin/bgu048

33. Kimura M., Cao X., Skurnick J., Cody M., Soteropoulos P., Aviv A. Proliferation dynamics in cultured skin fibroblasts from Down syndrome subjects. Free Radic. Biol. Med. 2005; 39(3): 374–80. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2005.03.023

34. Thomas P., Umegaki K., Fenech M. Nucleoplasmic bridges are a sensitive measure of chromosome rearrangement in the cytokinesis-block micronucleus assay. Mutagenesis. 2003; 18(2): 187–94. https://doi.org/10.1093/mutage/18.2.187

35. Meenakshi C., Sivasubramanian K., Venkatraman B. Nucleoplasmic bridges as a biomarker of DNA damage exposed to radon. Mutat. Res. Genet. Toxicol. Environ. Mutagen. 2017; 814: 22–8. https://doi.org/10.1016/j.mrgentox.2016.12.004

36. Zhao H., Lu X., Li S., Chen D.Q., Liu Q.J. Characteristics of nucleoplasmic bridges induced by 60Co γ-rays in human peripheral blood lymphocytes. Mutagenesis. 2014; 29(1): 49–51. https://doi.org/10.1093/mutage/get062

37. Bitgen N., Donmez-Altuntas H., Bayram F., Cakir I., Hamurcu Z., Diri H., et al. Increased micronucleus, nucleoplasmic bridge, nuclear bud frequency and oxidative DNA damage associated with prolactin levels and pituitary adenoma diameters in patients with prolactinoma. Biotech. Histochem. 2016; 91(2): 128–36. https://doi.org/10.3109/10520295.2015.1101163