Hygiene and SanitationHygiene and SanitationГигиена и санитария0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman63855710.47470/0016-9900-2023-102-5-421-425icmpizENVIRONMENTAL HYGIENEГИГИЕНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫFeatures 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)Особенности цитокинового профиля при его модификации техногенными факторами в условиях эксперимента in vitro (на примере бенз(а)пирена и вакцинного антигена SARS-CoV-2)https://orcid.org/0000-0002-2057-9828AlikinaInga N.АликинаИнга Николаевна
Russian Federation

MD, junior researcher of the Department of Immunobiological Diagnostics, Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies, Perm, 614045, Russian Federation.

e-mail: alikina.in@mail.ru

Мл. науч. сотр. отд. иммунобиологических методов диагностики ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения», 614045, Пермь.

e-mail: alikina.in@mail.ru

alikina.in@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4860-3145DolgikhOleg V.ДолгихОлег В.
Russian Federation
Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies of the Federal Service for Surveillance over Consumer Rights Protection and Human WellbeingФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека23062023102542142525102024Copyright ©; 2024, Alikina I.N., Dolgikh O.V.Copyright ©; 2024, Аликина И.Н., Долгих О.В.2024Alikina I.N., Dolgikh O.V.Аликина И.Н., Долгих О.В.https://journals.eco-vector.com/0016-9900/article/view/638557

Introduction. The immune system plays the key role in the formation of adaptive responses and is the most sensitive to environmental exposures. An immune response under exposure to viruses or other factors is induced by toll-like receptors stimulating production of pro-inflammatory cytokines. Simultaneous exposure to exogenous chemical pollutants in ambient air modifies the adaptation process.

Materials and methods. An in vitro experiment was accomplished on samples of peripheral blood. The study focused on a mixed population of immune-competent cells (n=64 samples). Effects produced by exogenous factors (benz(a)pyrene, SARS-CoV-2) and managing elements (interleukin-1β, cortisol) were considered influencing factors. All the lymphocyte cultures were incubated for 72 hours; after that, the quantitative content of cytokines in the samples was determined by the ELISA tests.

Results. The inhibition of cytokines was experimentally demonstrated when the SARS-CoV-2 vaccine antigen was introduced into cell culture in combination with cortisol and an immunomodulator (IL-6, IL-10), and a significant decrease in the level of INF-gamma in samples with the addition of IL-1β was also noted. Benz(a)pyrene exerted a catalytic effect on the cytokine-producing function of immunocompetent cells with an increase in the production of IL-6 and IFN-gamma relative to spontaneous production. Suppression of cytokines (IL-6, IFN-gamma, and IL-10) was observed in samples containing vaccine antigens SARS-CoV-2, compared with the spontaneous level, which suggests the formation of possible mechanisms of post-vaccination complications.

Limitations. The study has no limitations associated with the use of the selected methods or characteristics of the research objects.

Conclusions. Experimental modelling in vitro made it possible to estimate the additive effects of the mixed action of benz(a)pyrene and SARS-CoV-2 (vaccine antigen) on protein molecules and hyperproduction of inflammatory modulators was evaluated. The study aimed to facilitate investigation of the examined mechanism and development of relevant programs for preventing risks of negative effects produced on health by chemical and biological factors.

Compliance with ethical standards. The study was accomplished in accordance with the WMA Declaration of Helsinki — Ethical Principles for Medical Research Involving Human Subjects and the National Standard of the Russian Federation GOST-R 52379-2005 Good Clinical Practice (ICH E6 GCP).

Contributions: Alikina I.N. — data collection and analysis, writing and editing the text; Dolgikh О.V. — the study concept and design, writing, editing. All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of the manuscript final version.

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

Acknowledgement. The study had no sponsorship.

Received: March 27, 2023 / Accepted: May 31, 2023 / Published: June 20, 2023

Введение. Иммунная система играет ключевую роль в формировании адаптационных реакций и наиболее чувствительна к воздействию факторов окружающей среды [1]. Запуск иммунного ответа при воздействии вирусов и других факторов осуществляется Toll-подобными рецепторами, стимулирующими выработку провоспалительных цитокинов. Одновременное воздействие экзогенных химических веществ, загрязняющих воздух, модифицирует процесс адаптации [2, 3].

Материалы и методы. Эксперимент in vitro выполнен на образцах периферической крови. В исследовании использована смешанная популяция иммунокомпетентных клеток (64 пробы). В качестве действующих факторов рассматривалось влияние экзогенных факторов (бенз(а)пирен, SARS-CoV-2) и управляющих элементов (интерлейкин (IL)-1β, кортизол). Все культуры лимфоцитов инкубировали в течение 72 ч, после чего определяли количественное содержание цитокинов в пробах методом ИФА.

Результаты. Экспериментально продемонстрировано угнетение цитокинов при внесении в культуру клеток вакцинного антигена SARS-CoV-2 в сочетании с кортизолом и иммуномодулятором (IL-6, IL-10), также отмечалось значительное снижение уровня ИНФ-γ в образцах с добавлением IL-1β. Бенз(а)пирен оказывал каталитическое действие на цитокинпродуцирующую функцию иммунокомпетентных клеток с увеличением продукции IL-6 и ИФН-γ относительно спонтанной продукции. Подавление цитокинов (IL-6, ИНФ-γ, IL-10) наблюдалось в образцах, содержащих вакцинные антигены SARS-CoV-2, по сравнению со спонтанным уровнем, что позволяет предположить формирование возможных механизмов поствакцинальных осложнений.

Ограничения исследования. Ограничения при проведении исследований, связанные c применением выбранных методов, характеристиками объектов исследования, отсутствовали.

Заключение. В результате экспериментального моделирования в условиях in vitro установлен аддитивный эффект сочетанного действия бенз(а)пирена и SARS-CoV-2 (вакцинный антиген) на белковые молекулы и продукцию модуляторов воспаления, что актуально для задач формирования программ профилактики по предотвращению риска развития негативных эффектов химических и биологических факторов на здоровье.

Соблюдение этических стандартов. Исследование проводилось в соответствии с нормами Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации «Этические принципы проведения медицинских исследований с участием людей в качестве субъектов» и Национальным стандартом Российской Федерации ГОСТ Р 52379–2005 «Надлежащая клиническая практика» (ICH E6 GCP).

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

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

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила: 27.03.2023 / Принята к печати: 31.05.2023 / Опубликована: 20.06.2023

benz(a)pyrenecytokine profilevaccine antigenSARS-CoV-2experiment in vitroбенз(а)пиренцитокиновый профильвакцинный антигенSARS-CoV-2эксперимент in vitroAnokhin Yu.N. Ecological principle of morphofunctional organization of immune system. Ekologiya cheloveka. 2005; (10): 39–42. https://elibrary.ru/hrtckj (in Russian)Анохин Ю.Н. Экологический принцип морфофункциональной организации иммунной системы. Экология человека. 2005; (10): 39–42. https://www.elibrary.ru/hrtckjEgorova V.N., Babachenko I.V., Degtyareva M.V., Popovich A.M. Interleukin-2: Synthesis of Clinical Experience [Interleykin-2: obobshchennyy opyt klinicheskogo primeneniya]. St. Petersburg: Ultra Print Publ.; 2012. (in Russian)Егорова В.Н., Бабаченко И.В., Дегтярёва М.В., Попович А.М. Интерлейкин-2: обобщенный опыт клинического применения. СПб.: Ультра Принт; 2012.Medzhitov R., Janeway C.Jr. Innate immunity. N. Engl. J. Med. 2000; 343(5): 338–44. https://doi.org/10.1056/nejm200008033430506Starkova K.G., Dolgikh O.V., Legostaeva T.A., Ukhabov V.M. Risk of allergy and its immune phenotypes in children with MMP9 Q279R gene polymorphism. Analiz riska zdorov’yu. 2022; (4): 168–76. https://doi.org/10.21668/health.risk/2022.4.16 https://elibrary.ru/lhospn (in Russian)Старкова К.Г., Долгих О.В., Легостаева Т.А., Ухабов В.М. Риск формирования аллергии и ее иммунные фенотипы у детей с полиморфизмом гена MMP9 Q279R. Анализ риска здоровью. 2022; (4): 168–76. https://doi.org/10.21668/health.risk/2022.4.16 https://www.elibrary.ru/lhospnBelykh L.I., Kireeva A.N., Smagunova A.N., Malykh Yu.M. Quantitative Determination of Benzapyrene in Soils Using Low-Temperature Luminescence [Kolichestvennoe opredelenie benzapirena v pochvakh s pomoshch’yu nizkotemperaturnoy lyuministsentsii]. Moscow; 2000: 5−27. (in Russian)Белых Л.И., Киреева А.Н., Смагунова А.Н., Малых Ю.М. Количественное определение бензапирена в почвах с помощью низкотемпературной люминисценции. М.; 2000: 5−27.Safina A.I. Antibacterial therapy for pyelonephritis in children, by taking into account the resistance of causative agents. Rossiyskiy pediatricheskiy zhurnal. 2007; (3): 44–9. https://elibrary.ru/iawigf (in Russian)Сафина А.И. Антибактериальная терапия пиелонефритов у детей с учетом состояния резистентности возбудителей. Российский педиатрический журнал. 2007; (3): 44–9. https://elibrary.ru/iawigfSeliverstova M.S., Lebedeva O.P., Tarasova T.K. Herpes simplex virus: some strategies of evading the innate antiviral immunity. Fundamental’nye issledovaniya. 2013; (12-3): 542–5. https://elibrary.ru/rxydhz (in Russian)Селиверстова М.С., Лебедева О.П., Тарасова Т.К. Вирус простого герпеса: некоторые стратегии уклонения от системы врожденного противовирусного иммунитета. Фундаментальные исследования. 2013; (12–3): 542–5. https://www.elibrary.ru/rxydhzGushchina Ya.S., Kassner L.N., Markelova E.V., Itskovich A.I. The levels of anti-inflammatory cytokines in evaluation of inflammatory process activity in bronchial-pulmonary pathology in children. Tsitokiny i vospalenie. 2006; 5(4): 36–8. https://elibrary.ru/tfvctn (in Russian)Гущина Я.С., Касснер Л.Н., Маркелова Е.В., Ицкович А.И. Уровень провоспалительных цитокинов в оценке активности воспалительного процесса при бронхолегочной патологии у детей. Цитокины и воспаление. 2006; 5(4): 36–8. https://www.elibrary.ru/tfvctnKucherenko A.G., Smirnov I.E., Meshcheryakov K.L., Yakushenkova A.P., Svetlova E.A. Cytokines in chronic inflammatory pathology of lymphoid tissue of the pharynx in children. Rossiyskiy pediatricheskiy zhurnal. 2010; (4): 7–11. (in Russian)Кучеренко А.Г., Смирнов И.Е., Мещеряков К.Л., Якушенкова А.П., Светлова Е.А. Цитокины при хронической воспалительной патологии лимфоидной ткани глотки у детей. Российский педиатрический журнал. 2010; (4): 7–11.Smirnov I.E., Kucherenko A.G., Tsevegmid U., Tylo O.V., Sorokina T. E., Volkov I.K. Interleukines and nitric oxide in developmental defects of the lungs ABD bronchi in children. Rossiyskiy pediatricheskiy zhurnal. 2010; (1): 12–7. (in Russian)Смирнов И.Е., Кучеренко А.Г., Цэвэгмид У., Тыло О.В., Соро-кина Т.Е., Волков И.К. Интерлейкины и оксид азота при пороках развития лёгких и бронхов у детей. Российский педиатрический журнал. 2010; (1): 12–7.Ketlinskiy S.A., Simbirtsev A.S. Cytokines [Tsitokiny]. St. Petersburg: Foliant; 2008. (in Russian)Кетлинский С.А., Симбирцев А.С. Цитокины. СПб.: Фолиант; 2008.Zheleznikova G.F. Cytokines as predictors of infection course and outcome. Tsitokiny i vospalenie. 2009; 8(1): 10–7. (in Russian)Железникова Г.Ф. Цитокины как предикторы течения и исхода инфекций. Цитокины и воспаление. 2009; 8(1): 10–7.Zheleznikova G.F., Ivanova V.V., Monakhova N.E. Variants of the Immunopathogenesis of Acute Infections in Children [Varianty immunopatogeneza ostrykh infektsiy u detey]. St. Petersburg: Foliant; 2007. (in Russian)Железникова Г.Ф., Иванова В.В., Монахова Н.Е. Варианты иммунопатогенеза острых инфекций у детей. СПб.: Фолиант; 2007. https://www.elibrary.ru/qloaxzSemenov B.F., Zverev V.V. Concept of inducing of rapid immunological protection against pathogens. Zhurnal mikrobiologii, epidemiologii i immunobiologii. 2007; (4): 93–100. https://elibrary.ru/iauxgr (in Russian)Семенов Б.Ф., Зверев В.В. Концепция быстрой иммунологической защиты от патогенов. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2007; (4): 93–100. https://www.elibrary.ru/iauxgrTurner M.D., Nedjai B., Hurst T., Pennington D.J. Cytokines and chemokines: At the crossroads of cell signalling and inflammatory disease. Biochim. Biophys. Acta. 2014; 1843(11): 2563–82. https://doi.org/10.1016/j.bbamcr.2014.05.014Isa A., Lundqvist A., Lindblom A., Tolfvenstam T., Broliden K. Cytokine responses in acute and persistent human parvovirus B19 infection. Clin. Exp. Immunol. 2007; 147(3): 419–25. https://doi.org/10.1111/j.1365-2249.2006.03286.xAntonov P.V., Tsinzerling V.A. The current state of the problem of chronic and slow neuroinfections. Arkhiv patologii. 2001; (1): 47–50. (in Russian)Антонов П.В., Цинзерлинг В.А. Современное состояние проблемы хронических и медленных нейроинфекций. Архив патологии. 2001; (1): 47–50.Kohara M., Inoue K. Mechanism of persistence in HCV infection. Uirusu. 2004; 54(2): 197–204. https://doi.org/10.2222/jsv.54.197Baydakova E.V., Unguryanu T.N., Buzinov R.V., Gudkov A.B. The incidence of bronchial asthma in the population of the Arkhangelsk region. Ekologiya cheloveka. 2011; (12): 8–13. (in Russian)Байдакова Е.В., Унгуряну Т.Н., Бузинов Р.В., Гудков А.Б. Заболеваемость бронхиальной астмой населения Архангельской области. Экология человека. 2011; (12): 8–13.R 2.1.10.1920–04. Guidelines for assessing the risk to public health from exposure to chemicals that pollute the environment. Moscow; 2004. (in Russian)P 2.1.10.1920–04. Руководство по оценке риска для здоровья населения при воздействии химических веществ, загрязняющих окружающую среду. М.; 2004.Unguryanu T.N., Lazareva N.K., Gudkov A.B., Buzinov R.V. Assessment of the intensity of the medical and environmental situation in the industrial cities of the Arkhangelsk region. Ekologiya cheloveka. 2006; (2): 7–10. (in Russian)Унгуряну Т.Н., Лазарева Н.К., Гудков А.Б., Бузинов Р.В. Оценка напряжённости медико-экологической ситуации в промышленных городах Архангельской области. Экология человека. 2006; (2): 7–10.Luzhetskiy K.P. Methodical approaches to managing risks for endocrine diseases evolvement in children related to impacts of environmental factors occuring on areas aimed for development. Analiz riska zdorov’yu. 2017; (2): 47–56. https://doi.org/10.21668/health.risk/2017.2.05 (in Russian)Лужецкий К.П. Методические подходы к управлению риском развития у детей эндокринных заболеваний, ассоциированных с воздействием внешнесредовых факторов селитебных территорий. Анализ риска здоровью. 2017; (2): 47–56. https://doi.org/10.21668/health.risk/2017.2.05Popova A.Yu., Zaytseva N.V., May I.V. Population health as a target function and criterion for assessing efficiency of activities performed within “pure air” federal project. Analiz riska zdorov’yu. 2019; (4): 4–13. https://doi.org/10.21668/health.risk/2019.4.01.eng https://elibrary.ru/ohxxbj (in Russian)Попова А.Ю., Зайцева Н.В., Май И.В. Здоровье населения как целевая функция и критерий эффективности мероприятий федерального проекта «Чистый воздух». Анализ риска здоровью. 2019; (4): 4–13. https://doi.org/10.21668/health.risk/2019.4.01 https://www.elibrary.ru/mlcdpgArtamonova V.G. Actual problems of industrial ecology and prevention of occupational diseases. Vestnik Rossiyskoy akademii meditsinskikh nauk. 1998; (1): 38–42. (in Russian)Артамонова В.Г. Актуальные проблемы промышленной экологии и профилактики профессиональных заболеваний. Вестник Российской академии медицинских наук. 1998; (1): 38–42.