КАРНОЗИН ПРЕДОТВРАЩАЕТ РАЗВИТИЕ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА В УСЛОВИЯХ ТОКСИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ КАДМИЯ

В работе исследовано защитное действие природного дипептида карнозина на антиоксидантную систему крыс в условиях окислительного стресса, вызванного хроническим введением кадмия. Окислительный статус экспериментальных животных оценивали по ряду информативных параметров железо-индуцированной хемилюминесценции. Показано, что введение кадмия в течение 7 сут приводит к снижению длительности латентного периода хемилюминесценции в ткани мозга, печени и плазме крови, свидетельствующему об истощении системы эндогенной антиоксидантной защиты. Введение крысам карнозина одновременно с кадмием приводило к значительному повышению уровня антиоксидантной защиты в плазме крови, печени и мозге животных. Вместе с тем карнозин предотвращал нарастание содержания липидных гидроперекисей в мозге и препятствовал развитию перекисного окисления липидов в печени и плазме крови животных. Механизм протекторного действия карнозина в условиях индукции системного окислительного стресса кадмием исследовали на культуре клеток нейробластомы человека SH-SY5Y. Внесение в инкубационную среду кадмия в итоговой концентрации 5 мкМ снижало жизнеспособность клеток культуры, определяемую с помощью МТТ-теста; внесение одновременно с кадмием карнозина (итоговая концентрация 0,25 мМ) при 24-часовой инкубации приводило к повышению жизнеспособности клеток. При этом в конечной концентрации 1 мМ карнозин эффективно препятствовал развитию некротических повреждений клеток нейробластомы, подавляя образование активных форм кислорода, измеренных методом проточной цитометрии. Полученные результаты указывают на способность карнозина препятствовать развитию окислительного стресса в условиях токсического действия кадмия. 

1. Brzoska M.M., Majewska K., Kupraszewicz E. Effects of low, moderate and relatively high chronic exposure to cadmium on long bones susceptibility to fractures in male rats // Environ. Toxicol. Pharmacol. 2010. Vol. 29. N 3. P. 235–245.

2. Hammond P.B., Foulkes E.C. Metal ion toxicity in man and animals // Metal ions in biological systems / Ed. H. Sigel. N.Y.: Marcel Dekker, 1986. P. 157–200.

3. Satoh M., Koyama H., Kaji T., Kito H., Tohyama C. Perspectives on cadmium toxicity research // Tohoku J. Exp. Med. 2002. Vol. 196. N 1. P. 23–32.

4. Thompson J., Bannigan J. Cadmium: toxic effects on the reproductive system and the embryo // Reprod. Toxicol. 2008. Vol. 25. N 3. P. 304–315.

5. Jiang L.F., Yao T.M., Zhu Z.L., Wang C., Ji L.N. Impacts of Cd(II) on the conformation and self-aggregation of Alzheimer’s tau fragment corresponding to the third repeat of microtubule-binding domain // Biochim. Biophys. Acta. 2007. N 1774. P. 1414–1421.

6. Lukawski K., Nieradko B., Sieklucka-Dziuba M. Effects of cadmium on memory processes in mice exposed to transient cerebral oligemia // Neurotoxicol. Teratol. 2005. N 27. P. 575–584.

7. Иноземцев А.Н., Бокиева С.Б., Карпухина О.В., Гумаркалиева К.З. Влияние сочетанного воздействия тяжелых металлов и пирацетама на обучение и память крыс // Докл. РАН. 2008. Т. 422. № 5. С. 700–703.

8. Фролова Н.А. Биологическое действие кадмия при хроническом воздействии в антенатальный и постнатальный периоды развития крыс // Токсикол. Вестник. 2007. № 1. С. 11–14.

9. Watjen W., Beyersmann D. Cadmium-induced apoptosis in C6 glioma cells: influence of oxidative stress // Biometals. 2004. Vol. 17. N 1. P. 65–78.

10. Abu-Taweel G.M., Ajarem J.S., Ahmad M. Protective Effect of curcumin on anxiety, learning behavior, neuromuscular activities, brain neurotransmitters and oxidative stress enzymes in cadmium intoxicated mice // J. Behav. Brain Science. 2013. N 3. P. 74–84.

11. Jomova K., Valko M. Advances in metal-induced oxidative stress and human disease // Toxicology. 2011. Vol. 283. N 2-3. P. 65–87.

12. Nishimura Y., Yamaguchi J.Y., Kanada A., Horimoto K., Kanemaru K., Satoh M., Oyama Y. Increase in intracellular Cd2+ concentration of rat cerebellar granule neurons incubated with cadmium chloride: cadmium cytotoxicity under external Ca2+ -free condition // Toxicol. In Vitro. 2006. Vol. 20. N 2. P. 211–216.

13. Jimi S., Uchiyama M., Takaki A., Suzumiya J., Hara S. Mechanisms of сell death Induced by cadmium and arsenic // Ann. N.Y. Acad. of Sci. 2004. Vol. 1011. N 1. P. 325–331.

14. Halliwell B., Gutteridge J.M.C. Free radical in biology and medicine, 3rd ed. N.Y.: Oxford Univ. Press, 1999. 617– 783 p.

15. Федорова Т.Н., Максимова М.Ю., Варакин Ю.Я., Логвиненко А.А., Гнедовская Е.В., Суслина З.А. Окисляемость липопротеинов крови у пациентов с нарушениями мозгового кровообращения // Анналы клин. и эксперим. неврологии. 2014. Т. 8. № 1. С. 30–33.

16. Болдырев А.А. Карнозин и защита тканей от окислительного стресса. М.: Диалог-МГУ, 1999. 364 с.

17. Berezhnoy D.S., Bokieva S.B., Stvolinskii S.L., Fedorova T.N., Inozemtsev A.N. Effect of carnosine on conditioned passive avoidance response in the norm and under hypoxia conditions // Moscow Univ. Biol. Sci. Bull. 2015. Vol. 70. N 3. P. 105–109.

18. Boldyrev A.A. Carnosine: new concept for the function of an old molecule // Biochemistry (Mosc). 2012. Vol. 77. N 4. P. 313–326.

19. Абаимов Д.А., Сариев А.К., Танкевич М.В., Пантюхова Е.Ю. Прохоров Д.И., Федорова Т.Н., Лопачев А.В., Стволинский С.Л., Коновалова Е.В., Сейфулла Р.Д. Исследование базовых фармакокинетических характеристик и эффективности проникновения в ткань мозга дипептида карнозина в эксперименте // Эксп. клин. фармакол. 2015. Т. 78. № 3. С. 30–35.

20. Федорова Т.Н., Реброва О.Ю., Ларский Э.Г. Микромодефикация метода определения активности процессов свободнорадикального окисления // Лабораторное дело. 1991. № 3. С. 37–39.

21. Akkuratov E.E., Lopacheva O.M., Kruusmägi M., Lopachev A.V., Shah Z.A., Boldyrev A.A., Liu L. Functional interaction between Na/K-ATPase and NMDA receptor in cerebellar neurons // Cell. Mol. Neurobiol. 2015. Vol. 52. N 3. P. 1726–1734.

22. Boldyrev A., Song R., Djatlov V., Lawrence D., Carpenter D. Neuronal cell death and reactive oxigen species // Cell Mol. Neurobiol. 2000. Vol. 20. N 4. P. 433–450.

23. Федорова Т.Н., Куликова О.И., Стволинский С.Л., Орлова В.С. Протекторное действие (S)-тролокс-карнозина на культуру клеток нейробластомы человека SH-SY5Y в условиях токсичности тяжелых металлов // Нейрохимия. 2016. Т. 33. № 1. С. 63–69.

24. Федорова Т.Н., Стволинский С.Л., Куликова О.И., Коновалова Е.В., Левачева И.С., Самсонова О., Баковский У. Эффективность нейропротекторного действия новых производных природного антиоксиданта карнозина в условиях окислительного стресса in vitro и in vivo // Анналы клин. и эксперим. неврологии. 2016. Т. 10. № 1. С. 47–52.

25. Stvolinsky S.L., Bulygina E.R., Fedorova T.N., Meguro K., Sato T., Tyulina O.V., Abe H., Boldyrev A.A. Biological activity of novel synthetic derivatives of carnosine // Cell. Mol. Neurobiol. 2010. Vol. 30. N 3. 395–404.