Влияние постоянного освещения на морфофункциональное состояние и ритмостаз печени крыс
- Авторы: Грабеклис С.А.1, Михалева Л.М.2, Козлова М.А.2, Арешидзе Д.А.2, Дыгай А.М.3
-
Учреждения:
- Институт биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова
- Научно-исследовательский институт морфологии человека им. акад. А.П. Авцына Российского научного центра хирургии им. акад. Б.В. Петровского
- Научно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологии
- Выпуск: Том 23, № 2 (2023)
- Страницы: 63-74
- Раздел: Оригинальные исследования
- URL: https://journals.eco-vector.com/MAJ/article/view/322855
- DOI: https://doi.org/10.17816/MAJ322855
- ID: 322855
Цитировать
Полный текст
Доступ предоставлен
Доступ платный или только для подписчиков
Аннотация
Обоснование. Имеются данные, что световое загрязнение, вызывающее дефицит мелатонина и нарушение циркадной ритмичности, связано с развитием злокачественных новообразований печени, неалкогольной жировой болезни печени, билиарного цирроза и ряда других патологий этого органа.
Цель — изучение особенностей хронического влияния постоянного освещения на лабильность морфофункционального состояния печени и структуры циркадных ритмов показателей, его характеризующих, у половозрелых крыс Вистар.
Материалы и методы. Исследование проведено на 80 крысах, разделенных на 2 группы: контрольную, в ней животных содержали при фиксированном световом режиме (свет/темнота 12/12 ч с включением света в 8:00 и выключением в 20:00), и экспериментальную, с содержанием животных при постоянном освещении 24 ч в сутки. Длительность эксперимента составляла 3 нед.
Результаты. Постоянное освещение вызывает увеличение размеров гепатоцитов, снижение ядерно-цитоплазматического отношения, средней плоидности и доли двухъядерных гепатоцитов, развитие жировой дистрофии, снижение экспрессии Bmal1 и Clock и повышение экспрессии per2 и p53 в гепатоцитах. Отмечается снижение содержания гликогена в гепатоцитах. Темновая депривация также вызывает рост содержания глюкозы, активности аспартатаминотрансферазы и снижение общего белка и альбумина в крови. Постоянное освещение вызывает перестройку циркадных ритмов площади ядра, площади гепатоцита и ядерно-цитоплазматического отношения, экспрессии Bmal1, per2, Clock и разрушение циркадных ритмов Ki67 и p53 в гепатоцитах. В условиях постоянного освещения происходит разрушение циркадных ритмов содержания липидов и гликогена в гепатоцитах, активности аланинаминотрансферазы в крови, содержания общего и прямого билирубина.
Заключение. Постоянное освещение вызывает перестройку циркадных ритмов ряда исследованных показателей на фоне морфофункциональных изменений, свидетельствующих о снижении адаптационных возможностей печени.
Ключевые слова
Полный текст
Список сокращений
ЯЦО — ядерно-цитоплазматическое отношение; ЦР — циркадный ритм; АЛТ — аланинаминотрансфераза; АСТ — аспартатаминотрансфераза.
Обоснование
Ритмичность процессов функционирования жизнедеятельности на клеточном, органном и системном уровнях — одно из фундаментальных свойств всего живого [1, 2]. Среди широкого спектра биоритмов особо важны для млекопитающих циркадные ритмы (ЦР), связанные со сменой дня и ночи, период колебаний которых составляет 24 ± 4 ч. Именно существование циркадной ритмичности позволяет приспособиться организму млекопитающего к успешному существованию в условиях светового цикла на планете [3–5].
В организме млекопитающих охарактеризовано более 500 различных функций и процессов, обладающих суточной ритмичностью. ЦР функций и процессов организма, отличающиеся друг от друга амплитудой и фазой, в норме строго согласованы между собой и с факторами внешней среды, что обеспечивает необходимый порядок их протекания и делает возможным поддержание функционирования систем организма на оптимальном уровне [6, 7].
Комплекс ЦР млекопитающих генетически обусловлен [8], но может модулироваться влиянием факторов внешней и внутренней среды [9, 10], что обеспечивает адаптацию организма к меняющимся условиям. Чередование цикла дня и ночи — наиболее важный регулятор разнообразных физиологических ритмов для всех живых организмов [11]. При адекватном протекании процессов адаптации факторы внешней среды не оказывают значительного влияния на ЦР, но при срыве адаптации наблюдается нарушение ритмичности процессов и функций, а возникающие изменения фазово-амплитудных характеристик ритмов могут привести к возникновению десинхронозов и быть причиной развития многих заболеваний [12–14].
К значимым факторам дезорганизации биоритмов относят нарушение режима свет/темнота, в частности, световое загрязнение — воздействие света в ночное время [15, 16]. Световое загрязнение обусловлено рядом социальных причин: продолжительным взаимодействием с цифровой техникой, сверхурочной и сменной работой, трансмеридианными перелетами (jetlag) и т. д. [17]. Согласно общепринятой гипотезе «циркадианной деструкции», воздействие света в ночные часы нарушает эндогенный ЦР, а также подавляет ночную секрецию мелатонина эпифизом [18]. Последнее вызывает ускоренное старение, развитие онкологических и обменных патологий, а также заболеваний органов желудочно-кишечного тракта и сердечно-сосудистой системы [19, 20].
Установлена взаимосвязь между световым загрязнением и нарушением углеводного и липидного обмена, развитием сахарного диабета II типа, атеросклероза, новообразований [21–23].
В климато-географических условиях нашей страны нарушенный режим фотопериодизма отмечен в условиях высоких северных широт, часто проявляясь у людей, работающих в этих условиях вахтовым методом, затруднением или нарушением течения адаптационных процессов, в том числе циркадной ритмичности функций организма [24, 25]. Установлено, что световое загрязнение, вызывающее дефицит мелатонина и нарушение циркадной ритмичности, связано с развитием злокачественных новообразований печени, неалкогольной жировой болезни печени, билиарного цирроза и ряда других патологий этого органа [26, 27].
Цель исследования — изучение особенностей хронического влияния постоянного освещения на лабильность морфофункционального состояния печени и структуры ЦР показателей, его характеризующих, у половозрелых крыс Вистар.
Материалы и методы
Работа выполнена на 80 самцах крыс аутбредного стока Вистар в возрасте 6 мес. с массой тела 350 ± 15 г. Животные были получены из питомника ФГБУН НЦБМТ ФМБА России «Столбовая». Первоначально животных содержали в стандартных лабораторных условиях. Содержание крыс и эксперименты выполнены в соответствии с Европейской Конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в других научных целях (Страсбург, 18 марта 1986 г.). На проведение исследования получено разрешение биоэтического комитета ФГБНУ НИИМЧ им. А.П. Авцына, протокол № 34(10) от 14.03.2021.
Крысы были случайным образом разделены на 2 равные группы: в 1-й группе (контроль, n = 40) животных содержали при фиксированном световом режиме (свет/темнота 12/12 ч с включением света в 8:00 и выключением в 20:00); во 2-й (экспериментальная, n = 40) — при постоянном освещении 24 ч в сутки. Длительность эксперимента составляла 3 нед.
Выведение крыс из эксперимента осуществляли в углекислотной камере, оборудованной устройством для верхней подачи газа (100 % СО2) в 9:00, 15:00, 21:00 и 3:00, после чего проводили забор крови для биохимических исследований, также осуществляли эвисцерацию печени.
Часть фрагментов печени фиксировали в 10 % нейтральном забуференном формалине с дальнейшим приготовлением гистопрепаратов, окрашенных по общепринятым методикам гематоксилином и эозином. Из другой части фрагментов печени приготавливали серийные замороженные срезы толщиной 6–8 мкм с дальнейшей их окраской раствором судана III в 70 % этиловом спирте для подтверждения наличия жировой дистрофии. На каждом срезе оценивали степень выраженности жировой дистрофии в баллах; оценку проводили исходя из подсчета доли гепатоцитов с жировой дистрофией по следующей градации:
- 0 баллов — менее 5 % гепатоцитов в состоянии жировой дистрофии;
- 1 балл — от 5 до 33 % гепатоцитов в состоянии жировой дистрофии;
- 2 балла — от 33 до 66 % гепатоцитов в состоянии жировой дистрофии;
- 3 балла — более 66 % гепатоцитов в состоянии жировой дистрофии.
Тотальные препараты печени использовали для получения отпечатков, которые затем окрашивали фуксинсернистой кислотой по Фельгену. Плоидность гепатоцитов рассчитывали в единицах плоидности относительно оптической плотности результатов окраски диплоидных ядер малых лимфоцитов [28].
Микроскопию гистологических препаратов проводили на цифровом микроскопе Leica DM 2500 с применением цифровой фотокамеры Leica DFC 290 (Германия). При морфометрических исследованиях использовали программный комплекс Fiji, построенный на базе программы ImageJ v2 с соответствующими плагинами [29]. Измерения проводили в микрометрах после предварительной геометрической калибровки по оцифрованной с тем же увеличением шкале объект-микрометра. Осуществляли микроморфометрию только интерфазных гепатоцитов без признаков патологических изменений. Определяли площадь поперечного сечения ядра клетки (Sя), площадь поперечного сечения клетки (Sкл); ядерно-цитоплазматическое отношение вычисляли по формуле: ЯЦО = Sя/Sкл. Определяли также долю двухъядерных гепатоцитов.
Гистохимическим методом ШИК-реакции определяли гликоген в гепатоцитах. Количественную оценку содержания гистохимически выявляемых соединений проводили по интенсивности окрашивания препаратов на микрофотографиях, которую оценивали как яркость изображения в уровнях серого от 0 до 255 [30].
Иммуногистохимически с применением традиционных методик определяли интенсивность экспрессии Ki-67, per2, Сlock, Bmal1 и p53 в гепатоцитах. Использовали кроличьи поликлональные антитела (Cloud-Clone Corp., Китай). О результатах иммуногистохимической реакции судили по доле окрашенных клеток относительно общего количества гепатоцитов. Оценку проводили в 4 полях зрения при увеличении ×400. На препаратах подсчитывали клетки, окрашенные с помощью антител, затем вычисляли соответствующий индекс как отношение окрашенных клеток к общему числу клеток в процентах [31].
В плазме крови с помощью анализатора StatFax-3300 (США) с соответствующими наборами «Spinreact» (Испания) определяли уровни исследуемых параметров: общего белка, альбумина, аланинаминотрансферазы (АЛТ), аспартатаминотрансферазы (АСТ), билирубина прямого, билирубина общего, глюкозы.
Статистическую обработку результатов выполняли в программе GraphPad Prism v8.41 (США). Для выявления нормальности распределения использовали тест Д’Агостино – Пирсона. При нормальном распределении использовали t-тест Стьюдента для парного сравнения. При ненормальном распределении использовали тест Манна – Уитни для парного сравнения. Статистически значимыми считали различия при уровне статистической значимости (α) или вероятности ошибки отклонения от нулевой гипотезы или ниже 5 % (p < 0,05). Для статистического расчета амплитуды и акрофазы ЦР выполняли косинор-анализ с использованием программы CosinorEllipse2006-1.1.
Результаты
Морфологическая картина печени крыс контрольной группы соответствовала возрастной норме: печень имела сохранную структуру печеночных балок, состоящих из гепатоцитов полигональной формы, имеющих округлое ядро, расположенное по центру клетки, без признаков патологических изменений, апоптоза и некроза (рис. 1).
Рис. 1. Печень крыс контрольной группы. Окраска гематоксилином и эозином: a — ×200, b — ×400
Fig. 1. Liver of rats of the control group. Нematoxylin and eosin: a — ×200, b — ×400
У экспериментальных животных при практически неизмененной структуре печени наблюдаются единичные некротизированные гепатоциты, а также клетки с признаками мелкокапельной жировой дистрофии (рис. 2).
Рис. 2. Печень крыс экспериментальной группы: a — окраска гематоксилином и эозином, ×400; b — окраска суданом III c докраской гематоксилином, ×400
Fig. 2. Liver of rats of the experimental group: a — hematoxylin and eosin, ×400; b — staining with Sudan III with additional staining with hematoxylin, ×400
Трехнедельное пребывание в условиях постоянного освещения приводит к увеличению площади гепатоцита, снижению ЯЦО, плоидности и доли двухъядерных гепатоцитов (табл. 1).
Таблица 1 / Table 1. Результаты микроморфометрических исследований гепатоцитов крыс
Results of micromorphometric studies of rat hepatocytes
Группа животных | Площадь поперечного сечения ядра, мкм2 | Площадь клетки, мкм2 | Ядерно-цитоплазматическое отношение | Плоидность гепатоцитов, n | Доля двухъядерных гепатоцитов, % |
Контроль | 43,87 ± 8,64 | 180,78 ± 28,51 | 0,25 ± 0,05 | 4,62 ± 2,01 | 7,38 ± 1,91 |
Эксперимент | 45,17 ± 5,88 | 268,20 ± 41,91*** | 0,17 ± 0,03*** | 4,01 ± 2,56*** | 4,11 ± 1,58*** |
Примечание. Здесь и далее * p ≤ 0,05; ** p ≤ 0,005; *** p ≤ 0,0005 в сравнении с показателями животных контрольной группы.
Выраженность жировой дистрофии у контрольных крыс составила 0,14 ± 0,09 балла, возрастая у экспериментальной группы до 1,18 ± 0,27 балла.
Анализ содержания липидов в гепатоцитах позволил установить достоверное повышение уровня этих метаболитов относительно контроля (0,271 ± 0,19 ед. опт. пл.) в экспериментальной группе до 0,428 ± 0,054 ед. опт. пл.
В то же время содержание гликогена в гепатоцитах крыс экспериментальной группы достоверно уменьшается относительно 0,315 ± 0,054 ед. опт. пл. в контроле, составляя 0,240 ± 0,048 ед. опт. пл.
Результаты иммуногистохимических исследований продемонстрировали усиление экспрессии р53 при неизменной доле Ki67-позитивных гепатоцитов. Установлено также усиление экспрессии per2 при снижении экспрессии Bmal1 и Clock (табл. 2).
Таблица 2 / Table 2. Интенсивность экспрессии исследованных генов в гепатоцитах
Expression intensity of the studied genes in hepatocytes
Группа животных | Интенсивность экспрессии, % | ||||
р53 | Ki67 | Bmal1 | per2 | Clock | |
Контроль | 2,21 ± 0,38 | 1,10 ± 0,28 | 62,70 ± 6,15 | 55,66 ± 5,87 | 55,28 ± 6,65 |
Эксперимент | 4,05 ± 0,48*** | 1,38 ± 0,59 | 18,14 ± 6,52*** | 17,59 ± 3,39*** | 16,22 ± 3,50*** |
У животных экспериментальной группы содержание глюкозы в крови увеличивается от 7,38 ± 1,08 ммоль/л в контроле до 8,32 ± 1,38 ммоль/л.
Активность АЛТ практически неизменна в экспериментальной группе и составляет 60,33 ± 8,45 Ед/л против 62,77 ± 7,35 Ед/л в контроле. Однако активность АСТ в контроле составила 127,0 ± 24,30 Ед/л, а у крыс экспериментальной группы увеличилась до 163,0 ± 28,61 Ед/л. Общий белок в плазме крови контрольных крыс составляет 71,49 ± 5,86 г/л, его содержание в крови крыс экспериментальной группы оказывается ниже — 63,33 ± 4,90 г/л. Содержание альбумина в контроле 39,58 ± 6,51 г/л, в крови крыс экспериментальной группы снижается до 28,53 ± 5,45 г/л. При анализе содержания прямого и общего билирубина у крыс экспериментальной группы не было отмечено достоверных отличий от уровня контроля (11,56 ± 2,95 и 31,28 ± 6,08 мкмоль/л соответственно).
Для всех исследованных параметров в контроле был обнаружен достоверный ЦР. Так, в гепатоцитах контрольной группы акрофаза размера ядра, клетки и ЯЦО приходится на утренние часы (табл. 3). В результате влияния постоянного освещения уменьшаются амплитуда ритма размеров ядра гепатоцита и ЯЦО и смещается акрофаза ритма ЯЦО в ночные часы.
Таблица 3 / Table 3. Результаты косинор-анализа суточной динамики исследованных микроморфометрических параметров гепатоцитов печени крыс
Results of cosinor analysis of daily dynamics of the studied micromorphometric parameters of rat liver hepatocytes
Параметр | Группа | Акрофаза | Амплитуда |
Площадь ядра | Контроль | 12:18 | 9,45 |
Эксперимент | 11:48 | 5,68 | |
Площадь гепатоцита | Контроль | 10:26 | 18,14 |
Эксперимент | 10:02 | 20,02 | |
Ядерно-цитоплазматическое отношение | Контроль | 11:04 | 0,060 |
Эксперимент | 23:05 | 0,012 |
Косинор-анализ установил наличие ЦР содержания липидов в гепатоцитах крыс контрольной группы: акрофаза ритма приходится на 23:21 часа при амплитуде 0,032 ед. опт. пл. Ритм липидов во второй группе не обнаруживается. Для содержания гликогена в гепатоцитах ритм также отмечен только в контроле, он характеризовался акрофазой в 9:53 и амплитудой 0,024 ед. опт. пл.
Косинор-анализ позволил установить ЦР экспрессии Кi-67 и p53 в гепатоцитах крыс контрольной группы и его отсутствие в клетках крыс экспериментальной группы (табл. 4).
Обнаружен также ритм экспрессии Bmal1, per2 и Clock у животных обеих групп, однако в гепатоцитах экспериментальных крыс эти ритмы претерпевают значительные амплитудно-фазовые перестройки (табл. 4).
Таблица 4 / Table 4. Результаты косинор-анализа суточной динамики экспрессии исследованных генов в гепатоцитах крыс
Results of cosinor analysis of the daily dynamics of the expression of the studied genes in rat hepatocytes
Параметр | Группа | Акрофаза | Амплитуда |
Ki-67 | Контроль | 6:48 | 0,17 |
Эксперимент | Достоверный циркадный ритм не наблюдается | ||
p53 | Контроль | 21:00 | 0,13 |
Эксперимент | Достоверный циркадный ритм не наблюдается | ||
Bmal1 | Контроль | 13:40 | 6,84 |
Эксперимент | 9:48 | 6,02 | |
Per2 | Контроль | 3:48 | 7,54 |
Эксперимент | 12:50 | 13,35 | |
Clock | Контроль | 0:37 | 14,0 |
Эксперимент | 11:42 | 7,54 |
Результаты косинор-анализа свидетельствуют о наличии ЦР глюкозы у животных всех групп. Достоверный ЦР активности АЛТ установлен только в контроле. В то же время ЦР АСТ с близкими характеристиками отмечен в обеих группах. ЦР общего белка и альбумина обнаруживаются у животных обеих групп. В отличие от них ЦР прямого и общего билирубина отмечены только в контроле (табл. 5).
Таблица 5 / Table 5. Результаты косинор-анализа суточной динамики содержания изученных веществ в крови крыс
Results of the cosinor analysis of the daily dynamics of the content of the studied substances in the blood of rats
Параметр | Группа | Акрофаза | Амплитуда |
Глюкоза | Контроль | 13:14 | 1,52 |
Эксперимент | 12:06 | 0,72 | |
Аланинаминотрансфераза | Контроль | 19:08 | 2,03 |
Эксперимент | Достоверный циркадный ритм не наблюдается | ||
Аспартатаминотрансфераза | Контроль | 10:48 | 18,56 |
Эксперимент | 11:15 | 21,31 | |
Общий белок | Контроль | 15:26 | 7,25 |
Эксперимент | 17:01 | 7,64 | |
Альбумин | Контроль | 14:39 | 8,66 |
Эксперимент | 21:25 | 2,25 | |
Общий билирубин | Контроль | 1:08 | 1,38 |
Эксперимент | Достоверный циркадный ритм не наблюдается | ||
Прямой билирубин | Контроль | 13:51 | 3,35 |
Эксперимент | Достоверный циркадный ритм не наблюдается |
Заключение
Темновая депривация вызывает существенные изменения исследованных морфометрических признаков. В частности, происходит увеличение размеров гепатоцитов и снижение ЯЦО, средней плоидности и доли двухъядерных гепатоцитов на фоне повышения апоптической активности.
Поддержание функций печени в стрессогенных условиях может проходить и за счет увеличения плоидности ядер, образования двухъядерных клеток, а также путем компенсаторной гипертрофии клеток [32]. Установлено, что при токсическом воздействии на печень регенерация органа может осуществляться за счет гипертрофии клеток при резком подавлении синтеза ДНК [33]. Возможно, что полиплоидное состояние функционирует как супрессор роста, ограничивая пролиферацию большинства клеток [34]. Снижение доли двухъядерных гепатоцитов свидетельствует о торможении пролиферативных процессов.
Поскольку на начальных этапах адаптации к патогенному воздействию печень реагирует именно гипертрофией гепатоцитов без их пролиферации [35], можно предположить, что в клетках крыс экспериментальной группы адаптация к постоянному освещению и дефициту мелатонина осуществляется преимущественно за счет гипертрофии гепатоцитов вследствие внутриклеточной регенерации, а отмечаемое уменьшение средней плоидности и доли двухъядерных гепатоцитов свидетельствует о снижении регенеративных возможностей органа животных этой группы [36]. Такого рода изменения вызваны тем, что в условиях трехнедельной темновой депривации практически прекращается выработка эпифизарного мелатонина, демонстрирующего многочисленные адаптогенные, в том числе и гепатопротекторные, эффекты [37, 38].
Усиление экспрессии p53 в гепатоцитах крыс экспериментальной группы свидетельствует об увеличении апоптической активности в печени [39]. Снижение экспрессии Bmal1 и Clock и увеличение экспрессии Per2 служат подтверждением хронодеструктивного действия постоянного освещения.
Содержание гликогена в клетках паренхимы печени достоверно уменьшается относительно контроля у животных экспериментальной группы. Этот факт объясняется дефицитом мелатонина, вызывающим как снижение синтеза, так и накопление гликогена в гепатоцитах [40].
Постоянное освещение вызывает начало развития жировой дистрофии, оно коррелирует с продолжительностью стрессорного воздействия [41]. Накопление липидных капель гепатоцитами при стрессе сопровождается усилением экспрессии генов липолиза и β-окисления жирных кислот [42].
Считается, что при нарушениях липидного обмена печени увеличение экспрессии р53 сопровождается снижением интенсивности пролиферации [39]. В наших исследованиях в печени экспериментальных животных наблюдалось повышение как р53, так и per2. По некоторым данным, PER2 может напрямую регулировать активность р53: инактивация PER2 путем мутации задерживает накопление р53 после ионизирующего облучения, повышая чувствительность мышей к развитию рака [43].
Обнаруженная гипергликемия у животных экспериментальной группы обусловлена ответной реакцией на стрессогенное воздействие, а также отсутствием воздействия мелатонина [44].
В крови экспериментальных крыс отмечается только рост активности АСТ, что может быть связано с часто развивающимся при стрессе дефицитом пиридоксина (витамина B6), вследствие чего снижается активность АЛТ в гепатоцитах. В крови крыс экспериментальной группы снижаются уровни общего белка и альбумина как хорошо известного проявления нарушения морфофункциональной целостности печени [45].
При анализе суточного ритма микроморфометрических показателей при постоянном освещении нами установлено, что происходит перестройка суточной ритмичности всех параметров.
Хорошо известно, что размеру как ядер гепатоцитов, так и им самим свойственна циркадная ритмичность, управляемая сменой света и темноты, а также временем приема пищи, однако ее может модулировать значительное количество факторов внешней и внутренней среды, поэтому темновая депривация не могла не вызвать изменений ЦР этих параметров [46]. Механизмы, лежащие в основе циркадной динамики размеров гепатоцитов и их ядер, малоизучены, хотя считается, что размеры ядра отражают степень его функциональной активности, а размеры гепатоцита коррелируют с его белоксинтетической активностью и нарушениями структуры цитоскелета [47].
Постоянное освещение вызывает разрушение ЦР содержания липидов и гликогена в гепатоцитах. Это обусловлено нарушениями ритмов процессов гликогенеза, так как у животных экспериментальной группы сохранился ЦР глюкозы крови, при этом амплитудно-фазовые характеристики его отличаются от контроля незначительно.
Ритмы содержания глюкозы определяются циркадными колебаниями ряда метаболических механизмов, включая периферическую чувствительность к инсулину, чувствительность β-клеток, клиренс инсулина и др. [48]. Доказано существование различных циркадных фенотипов у людей [49], что позволяет предположить их наличие и у грызунов.
Разрушение ритма содержания гликогена в гепатоцитах вызвано рассогласованием ЦР процессов гликогенеза. Нарушение ритмичности липидов вызывается изменением обмена, а также вызванных стрессом и рассогласованием гормональных сигналов, регулирующих метаболизм [50].
У крыс в эксперименте разрушается ЦР экспрессии p53 и Ki67 и перестраиваются ритмы часовых генов. Наиболее устойчивым оказывается ЦР глюкозы крови. В перестроенном виде он обнаруживается у животных экспериментальной группы, во всех случаях его акрофаза приходится на поздние утренние и дневные часы. ЦР АЛТ, обоих типов билирубина у экспериментальных животных разрушаются, а ритмы АСТ, общего белка и альбумина перестраиваются.
Постоянное освещение вызывает увеличение размеров гепатоцитов и снижение ЯЦО, средней плоидности и доли двухъядерных гепатоцитов, развитие жировой дистрофии, снижение экспрессии Bmal1 и Clock и повышение экспрессии per2 и p53 на фоне снижения содержания гликогена.
Темновая депривация вызывает рост содержания глюкозы, активности АСТ и снижение общего белка и альбумина в крови. Постоянное освещение вызывает перестройку ЦР площади ядра, площади гепатоцита и ЯЦО, экспрессии Bmal1, per2, Clock и разрушение ЦР Ki67, p53 в гепатоцитах. В условиях постоянного освещения происходит разрушение ЦР содержания липидов и гликогена в гепатоцитах, активности АЛТ в крови, содержания общего и прямого билирубина.
Дополнительная информация
Источник финансирования. Работа выполнена в рамках государственного задания № 122030200535-1.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией. Наибольший вклад распределен следующим образом: А.М. Дыгай, Д.А. Арешидзе, С.А. Грабеклис — концепция и дизайн исследования; С.А. Грабеклис, Д.А. Арешидзе, М.А. Козлова — литературный поиск, участие в исследовании, обработка материала; С.А. Грабеклис, А.М. Дыгай, Д.А. Арешидзе, Л.М. Михалева, М.А. Козлова — анализ и интерпретация данных, написание и редактирование текста.
Additional information
Source of financing. The research was carried out within the framework of state assignment No. 122030200535-1.
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
Authors’ contribution. All authors made a significant contributions to concept development and paper preparation, read and approved the final version before publication. The largest contribution is distributed as follows: A.M. Dygai, D.A. Areshidze, S.A. Grabeklis — research concept and design; S.A. Grabeklis D.A. Areshidze, M.A. Kozlova — literary search, participation in the research study, data processing; S.A. Grabeklis, A.M. Dygai, D.A. Areshidze, L.M. Mikhaleva, M.A. Kozlova — data analysis and interpretation, text writing and editing.
Об авторах
Севиль Альбертовна Грабеклис
Институт биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова
Email: ombn.ramn@mail.ru
ORCID iD: 0009-0002-3290-3768
инженер лаборатории химии протеолитических ферментов
Россия, МоскваЛюдмила Михайловна Михалева
Научно-исследовательский институт морфологии человека им. акад. А.П. Авцына Российского научного центра хирургии им. акад. Б.В. Петровского
Email: mikhalevalm@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2052-914X
Scopus Author ID: 57213652796
д-р мед. наук, чл.-корр. РАН, директор
Россия, МоскваМария Александровна Козлова
Научно-исследовательский институт морфологии человека им. акад. А.П. Авцына Российского научного центра хирургии им. акад. Б.В. Петровского
Email: ma.kozlova2021@outlook.com
ORCID iD: 0000-0001-6251-2560
Scopus Author ID: 55976515700
канд. биол. наук, научный сотрудник лаборатории патологии клетки
Россия, МоскваДавид Александрович Арешидзе
Научно-исследовательский институт морфологии человека им. акад. А.П. Авцына Российского научного центра хирургии им. акад. Б.В. Петровского
Автор, ответственный за переписку.
Email: labcelpat@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3006-6281
SPIN-код: 4348-6781
Scopus Author ID: 55929152900
ResearcherId: G-8387-2014
канд. биол. наук, зав. лабораторией патологии клетки
Россия, МоскваАлександр Михайлович Дыгай
Научно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологии
Email: ombn.ramn@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6286-5315
Scopus Author ID: 56248430500
ResearcherId: A-4528-2015
д-р мед. наук, академик РАН, главный научный сотрудник
Россия, МоскваСписок литературы
- Рапопорт С.И., Чибисов С.М., Бреус Т.К. и др. Хронобиология и хрономедицина: история и перспективы. Москва, 2018. С. 9–38.
- Forger D.B. Biological clocks, rhythms, and oscillations: The theory of biological timekeeping. Cambridge (MA): MIT Press, 2017.
- Чибисов С.М., Дементьев М.В., Благонравов М.Л. и др. Корреляционно-регрессионный анализ десинхроноза // Материалы конференции «Новые технологии в рекреации здоровья населения». 2018. С. 5–10.
- McKenna H., van der Horst G.T.J., Reiss I., Martin D. Clinical chronobiology: a timely consideration in critical care medicine // Crit. Care. 2018. Vol. 22, No. 1. P. 124. doi: 10.1186/s13054-018-2041-x
- Walker W.H. II, Bumgarner J.R., Walton J.C. et al. Light pollution and cancer // Int. J. Mol. Sci. 2020. Vol. 21, No. 24. P. 9360. doi: 10.3390/ijms21249360
- Panda S. Circadian physiology of metabolism // Science. 2016. Vol. 354, No. 6315. P. 1008–1015. doi: 10.1126/science.aah4967
- Zimmet P., Alberti K.G.M.M., Stern N. et al. The circadian syndrome: is the metabolic syndrome and much more! // J. Intern. Med. 2019. Vol. 286, No. 2. P. 181–191. doi: 10.1111/joim.12924
- Mure L.S., Le H.D., Benegiamo G. et al. Diurnal transcriptome atlas of a primate across major neural and peripheral tissues // Science. 2018. Vol. 359, No. 6381. P. eaao0318. doi: 10.1126/science.aao0318
- Foster R.G., Roenneberg T. Human responses to the geophysical daily, annual and lunar cycles // Curr. Biol. 2008. Vol. 18, No. 17. P. R784–R794. doi: 10.1016/j.cub.2008.07.003
- Michel S., Meijer J.H. From clock to functional pacemaker // Eur. J. Neurosci. 2020. Vol. 51, No. 1. P. 482–493. doi: 10.1111/ejn.14388
- Reppert S.M., Weaver D.R. Coordination of circadian timing in mammals // Nature. 2002. Vol. 418, No. 6901. P. 935–941. doi: 10.1038/nature00965
- Verlande A., Masri S. Circadian clocks and cancer: Timekeeping governs cellular metabolism // Trends Endocrinol. Metab. 2019. Vol. 30, No. 7. P. 445–458. doi: 10.1016/j.tem.2019.05.001
- Anisimov V.N. Light desynchronosis and health // Light and Engineering. 2019. Vol. 27, No. 3. P. 14–25. doi: 10.33383/2018-120
- Leng Y., Musiek E.S., Hu K. et al. Association between circadian rhythms and neurodegenerative diseases // Lancet Neurol. 2019. Vol. 18, No. 3. P. 307–318. doi: 10.1016/S1474-4422(18)30461-7
- Rumanova V.S., Okuliarova M., Zeman M. Differential effects of constant light and dim light at night on the circadian control of metabolism and behavior // Int. J. Mol. Sci. 2020. Vol. 21, No. 15. P. 5478. doi: 10.3390/ijms21155478
- Bumgarner J.R., Nelson R.J. Light at night and disrupted circadian rhythms alter physiology and behavior // Integr. Comp. Biol. 2021. Vol. 61, No. 3. P. 1160–1169. doi: 10.1093/icb/icab017
- Fárková E., Schneider J., Šmotek M. et al. Weight loss in conservative treatment of obesity in women is associated with physical activity and circadian phenotype: a longitudinal observational study // Biopsychosoc. Med. 2019. Vol. 13. P. 24. doi: 10.1186/s13030-019-0163-2
- Stevens R.G., Davis S., Mirick D.K. et al. Alcohol consumption and urinary concentration of 6-sulfatoxymelatonin in healthy women // Epidemiology. 2000. Vol. 11, No. 6. P. 660–665. doi: 10.1097/00001648-200011000-00008
- Audebrand A., Désaubry L., Nebigil C.G. Targeting GPCRs against cardiotoxicity induced by anticancer treatments // Front. Cardiovasc. Med. 2020. Vol. 6. P. 194. doi: 10.3389/fcvm.2019.00194
- Han Y., Chen L., Baiocchi L. et al. Circadian rhythm and melatonin in liver carcinogenesis: updates on current findings // Crit. Rev. Oncog. 2021. Vol. 26, No. 3. P. 69–85. doi: 10.1615/CritRevOncog.2021039881
- Poggiogalle E., Jamshed H., Peterson C.M. Circadian regulation of glucose, lipid, and energy metabolism in humans // Metabolism. 2018. Vol. 84. P. 11–27. doi: 10.1016/j.metabol.2017.11.017
- Mota M.C., Silva C.M., Balieiro L.C.T. et al. Social jetlag and metabolic control in non-communicable chronic diseases: a study addressing different obesity statuses // Sci. Rep. 2017. Vol. 7, No. 1. P. 6358. doi: 10.1038/s41598-017-06723-w
- Yalçin M., El-Athman R., Ouk K. et al. Analysis of the circadian regulation of cancer hallmarks by a cross-platform study of colorectal cancer time-series data reveals an association with genes involved in Huntington’s disease // Cancers (Basel). 2020. Vol. 12, No. 4. P. 963. doi: 10.3390/cancers12040963
- Шуркевич Н.П., Ветошкин А.С., Гапон Л.И. и др. Прогностическая значимость нарушений хронотипа суточного ритма артериального давления у нормотензивных лиц в условиях вахты на Крайнем Севере // Артериальная гипертензия. 2017. Т. 23, № 1. С. 36–46. doi: 10.18705/1607-419X-2017-23-1-36-46
- Ульяновская С.А. Влияние фотопериодики Севера на организм человека (обзор литературы) // Материалы Международной научно-практической конференции «Бородинские чтения», посвященной 90-летию академика РАН Юрия Ивановича Бородина. Новосибирск, 2019. С. 346–352.
- Wei Y., Neuveut C., Tiollais P., Buendia M.A. Molecular biology of the hepatitis B virus and role of the X gene // Pathol. Biol. (Paris). 2010. Vol. 58, No. 4. P. 267–272. doi: 10.1016/j.patbio.2010.03.005
- Masri S., Sassone-Corsi P. The emerging link between cancer, metabolism, and circadian rhythms // Nat. Med. 2018. Vol. 24, No. 12. P. 1795–1803. doi: 10.1038/s41591-018-0271-8
- Автандилов Г.Г. Диагностическая медицинская плоидометрия. Москва: Медицина, 2009. 192 с.
- Schneider C.A., Rasband W.S., Eliceiri K.W. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis // Nat. Methods. 2012. Vol. 9, No. 7. P. 671–675. doi: 10.1038/nmeth.2089
- Ирьянов Ю.М., Силантьева Т.А., Горбач Е.Н., Ирьянова Т.Ю. Переносной аппаратно-программный комплекс и возможности его применения в гистологических исследованиях // Гений ортопедии. 2004. № 3. С. 96–98.
- Rubin Grandis J., Melhem M.F., Barnes E.L., Tweardy D.J. Quantitative immunohistochemical analysis of transforming growth factor-alpha and epidermal growth factor receptor in patients with squamous cell carcinoma of the head and neck // Cancer. 1996. Vol. 78, No. 6. P. 1284–1292. doi: 10.1002/(SICI)1097-0142(19960915)78:6<1284::AID-CNCR17>3.0.CO;2-X
- Lazzeri E., Angelotti M.L., Conte C. et al. Surviving acute organ failure: cell polyploidization and progenitor proliferation // Trends Mol. Med. 2019. Vol. 25, No. 5. P. 366–381. doi: 10.1016/j.molmed.2019.02.006
- Nagy P., Teramoto T., Factor V.M. et al. Reconstitution of liver mass via cellular hypertrophy in the rat // Hepatology. 2001. Vol. 33, No. 2. P. 339–345. doi: 10.1053/jhep.2001.21326
- Zhou D., Wang Y., Chen L. et al. Evolving roles of circadian rhythms in liver homeostasis and pathology // Oncotarget. 2016. Vol. 7, No. 8. P. 8625–8639. doi: 10.18632/oncotarget.7065
- Miyaoka Y., Ebato K., Kato H. et al. Hypertrophy and unconventional cell division of hepatocytes underlie liver regeneration // Curr. Biol. 2012. Vol. 22, No. 13. P. 1166–1175. doi: 10.1016/j.cub.2012.05.016
- Ельчанинов А.В., Фатхудинов Т.Х. Регенерация печени млекопитающих: Межклеточные взаимодействия. Москва: Наука, 2020. 126 с.
- Chojnacki C., Walecka-Kapica E., Romanowski M. et al. Protective role of melatonin in liver damage // Curr. Pharm. Des. 2014. Vol. 20, No. 30. P. 4828–4833. doi: 10.2174/1381612819666131119102155
- Esteban-Zubero E., Alatorre-Jiménez M.A., López-Pingarrón L. et al. Melatonin’s role in preventing toxin-related and sepsis-mediated hepatic damage: a review // Pharmacol. Res. 2016. Vol. 105. P. 108–120. doi: 10.1016/j.phrs.2016.01.018
- Yatsuji S., Hashimoto E., Tobari M. et al. Influence of age and gender in Japanese patients with non-alcoholic steatohepatitis // Hepatol. Res. 2007. Vol. 37, No. 12. P. 1034–1043. doi: 10.1111/j.1872-034X.2007.00156.x
- Hajam Y.A., Rai S. Melatonin and insulin modulates the cellular biochemistry, histoarchitecture and receptor expression during hepatic injury in diabetic rats // Life Sci. 2019. Vol. 239. P. 117046. doi: 10.1016/j.lfs.2019.117046
- Corona-Pérez A., Díaz-Muñoz M., Rodríguez I.S. et al. High sucrose intake ameliorates the accumulation of hepatic triacylglycerol promoted by restraint stress in young rats // Lipids. 2015. Vol. 50, No. 11. P. 1103–1113. doi: 10.1007/s11745-015-4066-0
- Schott M.B., Rasineni K., Weller S.G. et al. β-Adrenergic induction of lipolysis in hepatocytes is inhibited by ethanol exposure // J. Biol. Chem. 2017. Vol. 292, No. 28. P. 11815–11828. doi: 10.1074/jbc.M117.777748
- Panasiuk A., Dzieciol J., Panasiuk B., Prokopowicz D. Expression of p53, Bax and Bcl-2 proteins in hepatocytes in non-alcoholic fatty liver disease // World J. Gastroenterol. 2006. Vol. 12, No. 38. P. 6198–6202. doi: 10.3748/wjg.v12.i38.6198
- Fu L., Pelicano H., Liu J. et al. The circadian gene Period2 plays an important role in tumor suppression and DNA damage response in vivo // Cell. 2002. Vol. 111, No. 1. P. 41–50. doi: 10.1016/s0092-8674(02)00961-3
- Hardeland R. Melatonin and the pathologies of weakened or dysregulated circadian oscilla sis // Oncotarget. 2017. Vol. 8, No. 57. P. 96476–96477. doi: 10.18632/oncotarget.22255
- Scheving L.A. Biological clocks and the digestive system // Gastroenterology. 2000. Vol. 119, No. 2. P. 536–549. doi: 10.1053/gast.2000.9305
- Zatloukal K., Denk H., Spurej G., Hutter H. Modulation of protein composition of nuclear lamina. Reduction of lamins B1 and B2 in livers of griseofulvin-treated mice // Lab. Invest. 1992. Vol. 66, No. 5. P. 589–597.
- Chua E.C., Shui G., Lee I.T. et al. Extensive diversity in circadian regulation of plasma lipids and evidence for different circadian metabolic phenotypes in humans // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2013. Vol. 110, No. 35. P. 14468–14473. doi: 10.1073/pnas.1222647110
- Bailey S.M. Emerging role of circadian clock disruption in alcohol-induced liver disease // Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 2018. Vol. 315, No. 3. P. G364–G373. doi: 10.1152/ajpgi.00010.2018
- DePietro R.H., Knutson K.L., Spampinato L. et al. Association between inpatient sleep loss and hyperglycemia of hospitalization // Diabetes Care. 2017. Vol. 40, No. 2. P. 188–193. doi: 10.2337/dc16-1683