Биохимические маркеры повреждения организма при пероральном введении крысам однослойных углеродных нанотрубок в комбинации с антиоксидантным препаратом «Аевит»

Введение. Токсичность химически инертных углеродных нанотрубок (УНТ) связывают с развитием асептического воспаления, в котором большую роль играет окислительный стресс. Данное исследование было проведено с целью установить, в какой степени введение антиоксидантов может снизить повреждающее действие УНТ в опыте на лабораторных животных. 

Материал и методы. Самцам крыс Wistar вводили внутрижелудочным зондом взвесь однослойных УНТ марки Tuball в растительном масле в дозах 0,05 и 0,5 мг/кг/день в течение двух недель без модификатора или в комбинации с препаратом «Аевит» (смесь ретинола и α-токоферола в дозах 25 000 МЕ/кг/день и 25 мг/кг/день соответственно). Контрольным животным вводили растительное масло или «Аевит» без УНТ. В пробах крови животных определяли 10 показателей окислительного стресса и 12 клинико-лабораторных показателей состояния организма. 

Результаты. «Аевит» не влиял на использованные показатели, но в комбинации с УНТ усиливал его прооксидантное действие и вызывал появление биохимических маркеров мальабсорбции предположительно за счёт замедления ретинолом репарации эпителиоцитов кишечника, повреждаемых нанотрубками. 

Обсуждение. Отсутствие защитного действия со стороны токоферола, который обычно снимает прооксидантные эффекты повышенных концентраций ретинола, можно объяснить наложением двух механизмов: 1) два компонента препарата «Аевит» при введении его с УНТ, возможно, разделяются в пространстве, поскольку только ретинол имеет изопреноидную боковую цепь, необходимую для образования донорно-акцепторных комплексов с поверхностью УНТ; 2) влияние ретинола на процессы размножения, дифференцировки и заживления ран не связано с его анти- или прооксидантными свойствами и осуществляется на уровне транскрипции генов-мишеней путём связывания ретиноевой кислоты с  ядерными рецепторами RARs и RXRs. Полученные данные позволяют предположить, что механизмом увеличения заболеваемости раком легкого в группах риска проектов ATBC и CARET является не прооксидантное действие ретинола и его предшественника β-каротина, а регуляторное торможение ретиноевой кислотой скорости репарации эпителиоцитов легочной ткани, повреждаемых компонентами сигаретного дыма и волокнами асбеста.

Заключение. «Аевит» (и, по-видимому, любые препараты, содержащие ретиноиды) не может быть рекомендован для обеспечения безопасности организма человека и животных при пероральном поступлении УНТ. Объяснить полученные данные можно только сочетанием двух функциональных активностей ретинола, являющегося антиоксидантом и одним из регуляторов дифференцировки, что, в свою очередь, приводит к новому предположению о механизмах неудачного завершения проектов ATBC и CARET.

1. Хрипач Л.В., Рахманин Ю.А., Михайлова Р.И., Князева Т.Д., Коганова З.И., Железняк Е.В. и др. Влияние углеродных нанотрубок и активированного угля на биохимические показатели состояния организма при хроническом введении препаратов крысам с питьевой водой. Гигиена и санитария. 2014; 5: 36-43

2. Occupational Exposure to Carbon Nanotubes and Nanofibers (DHHS/CDC/NIOSH Publication No. 2013-145), April 2013; 51 P. Available from http://www.cdc.gov/niosh/pubs

3. Krestinin A.V., Dremova N.N., Knerel’man E.I., Blinova L.N., Zhigalina V.G., Kiselev N. A. Characterization of SWCNT products manufactured in Russia and the prospects for their industrial application. Nanotechnol. Russ. 2015; 10(7-8): 537-548.

4. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ. Под ред. Р.У. Хабриева. Москва: «Медицина», 2005: 48-49.

5. Шестаков В.А., Бойчевская Н.О., Шерстнев М.П. Хемилюминесценция плазмы крови в присутствии перекиси водорода. Вопросы мед. химии. 1979; 2: 132-137.

6. Хрипач Л.В., Железняк Е.В., Князева Т.Д., Коганова З.И., Салихова Д.И., Гришин Д.А. Методы оценки оксидантного равновесия в биологических образцах, основанные на использовании окрашенных модельных радикалов. Гигиена и санитария. 2016; 9: 884-990.

7. Stocks J., Dormandy T.L. A direct thiobarbituric acid-reacting chromogen in human red blood cells. Clin. Chim. Acta. 1969; 27: 117-120.

8. Ellman G.L. Tissue sulfhydryl groups. Arch. Biochem. Biophys. 1959; 82: 70-77.

9. Sun N., Zigmun S. An improved spectrophotometric assay for superoxide dismutase based on epinephrine autoxidation. Analyt. Biochem. 1978; 90(1): 81-89.

10. Королюк М.А., Иванова Л.И., Майорова И.Г., Токарев В.Е. Метод определения активности каталазы. Лаб. дело. 1988; 1б: 16-19.

11. Арутюнян А.В., Дубинина Е.Е., Зыбина Н.Н. Методы оценки свободнорадикального окисления и антиоксидантной системы организма (под ред. В.Х. Хавинсона). С.-Петербург: ИКФ «Фолиант», 2000: 78-80.

12. Методические указания к оценке биохимических, морфологических, иммунологических и физиологических показателей ранних изменений функциональных реакций человека при воздействиии факторов окружающей среды. М. - Пермь, 1986. - 138 С.

13. Беляева Н.Н., Михайлова Р.И., Сычева Л.П., Савостикова О.Н., Зеленкина Е.А., Гасимова З.М. и др. Оценка влияния многослойных углеродных нанотрубок на морфофункциональное клеточное состояние тонкого кишечника мышей. Гигиена и санитария. 2012; 6: 58-61.

14. Масютин А.Г., Ерохина М.В., Сычевская К.А., Гусев А.А., Васюкова И.А. и др. Многостенные углеродные нанотрубки индуцируют патологические изменения в органах пищеварительной системы мышей. Бюлл. эксп. биол. мед. 2016; 161(1): 143-148.

15. Oliveira M.R., Oliveira M.W., Lorenzi R., da Rocha R.F., Moreira J.C. Short-term vitamin A supplementation at therapeutic doses induces a pro-oxidative state in the hepatic environment and facilitates calcium-ion-induced oxidative stress in rat liver mitochondria independently from permeability transition pore formation. Cell Biol. Toxicol. 2009; 25: 545-560.

16. Roehrs R., Freitas D.R., Masuda A., Henriques J.A., Guecheva T.N. et al. Effect of vitamin A treatment on superoxide dismutase-deficient yeast strains. Arch. Microbiol. 2010; 192(3): 221-228.

17. Petiz L.L., Kunzler A., Bortolin R.C., Gasparotto J., Matté C. et al. Role of vitamin A oral supplementation on oxidative stress and inflammatory response in the liver of trained rats. Appl. Physiol. Nutr. Metab. 2017; 42(11): 1192-1200.

18. Oliveira M.R. Vitamin A and retinoids as mitochondrial toxicants. Oxid. Med. Cell. Longev. 2015; 2015:140267. https://doi.org/10.1155/2015/140267

19. Alakhras R.S., Stephanou G., Demopoulos N.A., Nikolaropoulos S.S. Genotoxicity of all-trans retinoic acid (ATRA) and its steroidal analogue EA-4 in human lymphocytes and mouse cells in vitro. Cancer Lett. 2011; 306: 15-26.

20. Mei N., Hu J., Xia Q., Fu P.P., Moore M.M., Chen T. Cytotoxicity and mutagenicity of retinol with ultraviolet A irradiation in mouse lymphoma cells. Toxicol. In Vitro. 2010; 24(2): 439-444.

21. Polyakov N.E., Leshina T.V., Konovalova T.A., Kispert L.D. Carotenoids as scavengers of free radicals in a Fenton reaction: antioxidants or pro-oxidants? Free Radic. Biol. Med. 2001; 31: 398-404.

22. Theodosiou M., Laudet V., Schubert M. From carrot to clinic: an overview of the retinoic acid signaling pathway. Cell. Mol. Life Sci. 2010; 67: 1423-45

23. Stobinski L., Mazurkiewicz J., Lin H.M., Tomasik P. Complexes of carbon nanotubes with selected carotenoids. J. Nanosci. Nanotechnol. 2005; 5(12): 2121-2127.

24. Hung V.C., Lee J.Y., Zitelli J.A. Topical tretinoin and epithelial wound healing. Arch. Dermatol. 1989; 125(1): 65-69.

25. Kitano Y., Yoshimura K., Uchida G., Sato K., Harii K. Pretreatment with topical all-trans-retinoic acid is beneficial for wound healing in genetically diabetic mice. Arch. Dermatol. Res. 2001; 293(10): 515-521.

26. Tseng S.C., Hirst L.W., Farazdaghi M., Green W.R. Inhibition of conjunctival transdifferentiation by topical retinoids. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 1987; 28(3): 538-542.

27. Abdelmalek M., Spencer J. Retinoids and wound healing. Dermatol. Surg. 2006; 32(10): 1219-1230.

28. Arboleda B., Cruz N.I. The effect of systemic isotretinoin on wound contraction in guinea pigs. Plast. Reconstr. Surg. 1989; 83(1): 118-121.

29. Blot W.J., Li J.-Y., Taylor P.R., Li B. Nutrition intervention trials in Linxian, China: supplementation with specific vitamin/mineral combinations, cancer incidence, and disease-specific mortality in the general population. J. Nat. Cancer Inst. 1993; 85(18): 1483-1491. https://doi.org/10.1093/jnci/85.18.1483

30. The ATBC Cancer Preventive Group. The effect of vitamin E and beta carotene on the incidence of lung cancer and other cancers in male smokers. New Engl. J. Med. 1994; 330: 1029-1035.

31. Omenn G.S., Goodman G.E., Thornquist M.D., Balmes J., Cullen M.R. et al. Effects of a combination of beta-carotene and vitamin A on lung cancer and cardiovascular disease. New Engl. J. Med. 1996; 334: 1150-1155.

32. Hennekens C.H., Buring J.E., Manson J.E., Stampfer M., Rosner B. et al. Lack of effect of long-term supplementation with β-carotene on the incidence of malignant neoplasms and cardiovascular disease. New Engl. J. Med. 1996; 334: 1145-1149.

33. Albanes D. β-Carotene and lung cancer: a case study. Am. J. Clin. Nutr. 1999; 69 (suppl): 1345S-1350S. https://doi.org/10.1093/ajcn/69.6.1345S

34. Bowen D.J., Thornquist M.D., Anderson K., Barnett M., Powell C. et al. Stopping the active intervention: CARET. Control. Clin. Trials. 2003; 24: 39-50.

35. Goodman G.E., Thornquist M.D., Balmes J., Cullen M.R., Meyskens F.L. et al. The beta-carotene and retinol efficacy trial: incidence of lung cancer and cardiovascular disease mortality during 6-year follow-up after stopping beta-carotene and retinol supplements. J. Nat. Cancer Inst. 2004; 96(23): 1743-1750.