Эффективность комбинации метформина и интраназального инсулина для коррекции метаболических и гормональных нарушений у взрослых самцов крыс с метаболическим синдромом, вызванным нарушением грудного вскармливания

Полный текст

Актуальность

Нарушение пищевого поведения в раннем детском возрасте, включая недостаточное или, напротив, избыточное потребление пищи, а также замену грудного молока искусственными смесями, вызывает функциональные изменения в формировании эндокринной и других систем организма, что во взрослом возрасте может приводить к развитию метаболических и гормональных расстройств, включая ожирение и метаболический синдром (МС). В соответствии с этим одной из важнейших задач современной медицины является изучение механизмов развития метаболических, гормональных и эндокринных дисфункций, вызванных нарушением питания в раннем возрасте, а также поиск эффективных путей для их коррекции во взрослом возрасте.

Подходящая модель для исследования взаимо­связи между нарушением питания в ранний постнатальный период и отставленными метаболическими и гормональными нарушениями является прекращение грудного вскармливания крысят с 19-го по 21-й дни постнатального развития путем индуцированного бромокриптином или метилглиоксалем подавления лактации у кормящих самок [1, 2]. В результате у животных во взрослом возрасте развиваются ожирение и некоторые признаки МС, что было продемонстрировано ранее как нами [3, 4], так и другими авторами [1, 2].

Одной из причин развития во взрослом возрасте метаболических и гормональных расстройств, вызванных прерыванием грудного вскармливания, является нарушение инсулиновой сигнализации в мозге, что может быть, по крайней мере, отчасти устранено введением крысятам, непосредственно после периода голодания в ранний постнатальный период, интраназального инсулина (ИИ) [4]. Однако с практической точки зрения использование терапии ИИ в раннем возрасте трудно осуществимо, особенно с учетом отсутствия явных признаков метаболических и гормональных расстройств, которые развиваются существенно позднее. В этой связи важно отметить, что в более позднем возрасте ИИ оказывается малоэффективным, существенно не влияя на паттерн неонатально запрограммированных нарушений [4]. Поэтому важным является поиск эффективных путей коррекции уже развившегося МС, для чего может быть использована терапия метформином (МФ), которая, как показано нами, восстанавливает ряд метаболических и гормональных показателей у взрослых самцов крыс с ограничением грудного вскармливания в раннем возрасте [3]. Имеются многочисленные свидетельства высокой эффективности МФ в клинике для коррекции МС и сахарного диабета 2-го типа (СД2), вследствие чего он становится одним из наиболее широко применяемых для этой цели фармакологическим препаратом [5–7]. Однако применение МФ имеет ряд ограничений, что обусловлено серьезными побочными эффектами при использовании его сравнительно высоких доз [8, 9]. Поэтому актуальной задачей является снижение дозы МФ путем применения его комбинаций с другими препаратами, усиливающими его терапевтический эффект. Перспективной здесь может быть комбинация МФ и ИИ. Такая комбинация позволяет, с одной стороны, нормализовать массу тела, улучшить метаболический статус и повысить системную чувствительность к инсулину (при использовании МФ), а с другой — нормализовать активность инсулиновой системы мозга, сниженной при различных формах МС, предотвратив тем самым развитие нейродегенеративных процессов в мозге и улучшив центральную инсулиновую регуляцию физиологических функций (при использовании ИИ). До настоящего времени в экспериментальных условиях комбинацию МФ и ИИ применяли только с целью коррекции нарушений при индуцированном диетой СД2 [10] и вызванном контрацептивами МС [11], а также для ослабления инсулиновой резистентности (ИР), индуцированной обработкой крыс дексаметазоном [12].

Цель работы — изучить влияние длительной МФ-терапии в комбинации с ИИ для коррекции метаболических и гормональных показателей, нарушенных у взрослых самцов крыс с МС, обусловленным краткосрочным прерыванием грудного вскармливания, и провести это исследование в сравнении с монотерапией МФ и ИИ в тех же дозах и той же продолжительности.

Материалы и методы

Для экспериментов по индукции МС и его лечению МФ и ИИ совместно и раздельно использовали самцов крыс линии Wistar, которых содержали в стандартных условиях вивария при свободном доступе к воде и сухому корму. Все процедуры осуществляли в полном соответствии с требованиями Комитета по биоэтике ИЭФБ РАН (протокол № 2–1/2023 от 26.01.2023), а также с требованиями Директивы Совета Европейских сообществ (European Communities Council Directive, 1986, 86/609/EEC) и руководства по уходу и использованию лабораторных животных (Guide for the Care and Use of Laboratory Animals).

Модель МС, обусловленную прерыванием грудного вскармливания крысят, обозначаемую как «неонатальная» модель, вызывали по описанной нами ранее методике [3, 4]. Самцов-крысят в течение трех дней, с 19-го по 21-й дни постнатального развития, лишали как грудного вскармливания, так и иных источников пищи, после чего, на 22-й день, переводили на стандартный сухой корм. Прерывание вскармливания осуществляли обработкой лактирующих самок с помощью бромокриптина-мезилата, который вводили ежедневно, на протяжении 3 дней, перорально через зонд, в суточной дозе 10 мг/кг. В результате лактация прекращалась, и вместо грудного молока у самок начинало выделяться молозиво, которое не содержало необходимых для полноценного роста и развития крысят питательных веществ, гормональных агентов и микроэлементов, содержащихся в грудном молоке. Контрольную группу составляли самцы-крысята с нормальным режимом грудного вскармливания, которых кормили самки, получавшие плацебо вместо бромокриптина-мезилата. В дальнейшем самцы крыс находились на стандартной диете вплоть до шестимесячного возраста, когда у части животных начинали развиваться признаки МС. Для отбора животных с выраженным МС оценивали массу тела и уровень постпрандиальной глюкозы в крови. Концентрацию глюкозы измеряли, используя тест-полоски и глюкометр Life Scan (Johnson & Johnson, Дания). Животных с массой тела, которая была повышена не менее чем на 8 % в сравнении с массой тела у контрольных крыс, и с концентрацией постпрандиальной глюкозы в крови не менее 6,0 ммоль/л относили к животным с развившимся МС, случайным образом распределяя их на экспериментальные группы.

Формировали следующие группы (в каждой по 6 крыс): контроль (К), в которой вместо препаратов животные получали 0,9 % раствор натрия хлорида; МС без лечения (МС), МС с 4-недельным лечением МФ (перорально, в дозе 120 мг/кг × сут; МС–М), МС с 4-недельным лечением ИИ (в дозе 1,2 МЕ/кг×сут; МС-И), МС с совместным лечением МФ и ИИ в тех же дозах (МС-МИ). Для интраназального введения инсулин растворяли в необходимой концентрации в 0,1 М Na-цитратном буфере (pH 4,5) и, переворачивая крысу на спину, вводили раствор в обе ноздри (примерно по 10–20 мкл в каждую), как описано ранее [13]. МФ растворяли в воде и вводили с помощью желудочного зонда. За 3 дня до окончания эксперимента, используя интраперитонеальный глюкозотолерантный тест (ИГТТ), оценивали толерантность к глюкозе. В ходе ИГТТ крысам внутрибрюшинно вводили 40 % раствор глюкозы в суммарной дозе 2 г/кг и оценивали уровень глюкозы в крови в течение 120 мин после глюкозной нагрузки. Измеряли также уровни инсулина и лептина в крови до глюкозной нагрузки и через 120 мин после нее с помощью ИФА-наборов «Rat Insulin ELISA» (Mercodia, Швеция) и ELISA for Leptin, Rat (Cloud-Clone Corp., США). Кровь забирали из хвостовой вены под местным наркозом, для чего использовали раствор лидокаина в дозе 3 мг/кг.

Перед окончанием эксперимента в крови крыс (натощак) измеряли уровень свободных жирных кислот с помощью набора NEFA FS kit (DiaSys, Германия), содержание гликированного гемоглобина, используя набор Multi Test HbA1c System kit (Polymer Technology Systems, США), концентрацию триглицеридов и общего холестерина с помощью тест-полосок Triglycerides multiCare-in и Cholesterol multiCare-in (Biochemical Systems International, Италия). Затем крыс наркотизировали (хлоральгидрат, 400 мг/кг, внутрибрюшинно), декапитировали, забирали ткани поджелудочной железы для оценки морфологии панкреатических островков, оценивали массу абдоминального жира.

Образцы ткани поджелудочной железы фиксировали в формалине (конечная концентрация 10 %), растворенном в 50 мМ Na-фосфатном буфере, pH 7,4, используя их затем для гистологического анализа. Процедуру гистохимического окрашивания панкреатических островков с помощью гематоксилина и эозина проводили с использованием Thermo Scientific Lab Vision Autostainer 720 (Thermo Fisher Scientific, США). Морфометрическую оценку изображений осуществляли с использованием программного обеспечения AxioVision (Carl Zeiss, Германия). Оценивали число панкреатических островков, их диаметр (в микронах), для количественной оценки площади островков использовали произведение этих показателей.

Статистический анализ проводили с использованием пакета программ IBM SPSS Statistics 26 (IBM, США). Нормальность распределения проверяли с помощью критерия Шапиро–Уилка, а также использовали критерий Ливиня на равенство дисперсий. Сравнения между группами проводили с помощью однофакторного дисперсионного анализа с поправкой Тьюки. Достоверными считали различия при p < 0,05. Результаты представляли как среднее и ошибка среднего (M ± SEM).

Результаты

У взрослых самцов крыс с «неонатальной» моделью МС были значимо повышены общая масса тела и масса абдоминального жира. Были также повышены уровни триглицеридов и общего холестерина, отмечалась тенденция к повышению уровня свободных жирных кислот, что указывает на признаки дислипидемии. В соответствии с результатами ИГТТ в группе МС была нарушена толерантность к глюкозе, на что указывают повышение концентрации глюкозы через 120 мин после глюкозной нагрузки и повышенные значения AUC_0–120 (интегрированная площадь под глюкозной кривой в ИГТТ) (табл. 1, рисунок). Наряду с этим было повышено содержание гликированного гемоглобина в крови и имелась тенденция к повышению уровня глюкозы натощак, хотя различия с контролем в этом случае не были значимыми.

Помимо метаболических нарушений у крыс группы МС отмечали изменение гормональных показателей. У них были значимо повышены базальный и стимулированный глюкозой уровни лептина, продуцируемого адипоцитами белого жира и регулирующего пищевое поведение и периферический энергетический обмен, что свидетельствует в пользу развития лептиновой резистентности. Довольно неожиданным было то, что базовый уровень инсулина у крыс с МС не отличался от такового в контроле, и только через 120 мин после глюкозной нагрузки выявлялось значимое его повышение. При этом значение индекса инсулиновой резистентности, рассчитанное как произведение базовых концентраций инсулина и глюкозы, в группе МС не отличалось от контроля, что указывает на отсутствие явных признаков инсулиновой резистентности при этой модели МС (табл. 2).

 

Таблица 1. Масса тела и абдоминального жира, содержание липидов, гликированного гемоглобина, а также значение AUC0-120 для глюкозных кривых у взрослых самцов крыс с «неонатальной» моделью метаболического синдрома и влияние на эти показатели лечения метформином и интраназальным инсулином и их комбинацией, M ± SEM Table 1. Body weight and abdominal fat mass, lipid content, glycated hemoglobin levels, as well as AUC0-120 values for glucose curves in adult male rats with the “neonatal” model of metabolic syndrome and the effects of treatment with metformin, intranasal insulin, and their combination on these parameters, M ± SEM
Показатель	Группы
	К (n = 6)	МС (n = 6)	МС-М (n = 6)	МС-И (n = 6)	МС-МИ (n = 6)
Масса тела, г	401 ± 7	461 ± 10*	429 ± 9	456 ± 12*	412 ± 10**, ##
Масса абдоминального жира, г	6,9 ± 0,4	11,0 ± 0,7*	7,9 ± 0,7	9,3 ± 0,8*	7,0 ± 0,3**, ##
Триглицериды, мМ	2,15 ± 0,10	3,34 ± 0,15*	2,53 ± 0,08**	2,94 ± 0,09*	2,46 ± 0,12**, ##
Общий холестерин, мМ	4,52 ± 0,09	5,66 ± 0,21*	4,65 ± 0,19**	4,75 ± 0,25**	4,62 ± 0,11**
Свободные жирные кислоты, мМ	3,92 ± 0,24	4,75 ± 0,35	4,32 ± 0,19	4,05 ± 0,25	4,15 ± 0,26
HbA1c, %	4,53 ± 0,21	5,43 ± 0,16*	4,75 ± 0,29	4,45 ± 0,06**	4,33 ± 0,15**
Глюкоза (0 мин), мМ	4,05 ± 0,15	4,75 ± 0,29	4,27 ± 0,17	4,37 ± 0,29	4,23 ± 0,20
Глюкоза (120 мин), мМ	4,52 ± 0,17	5,73 ± 0,22*	4,72 ± 0,18**	4,88 ± 0,32	4,23 ± 0,12**
AUC0–120, усл. ед.	1126 ± 70	1420 ± 37*	1225 ± 52	1249 ± 51	1063 ± 36**, #
Примечание. К — контроль; МС — метаболический синдром без лечения; МС-М — МС с 4-недельным лечением метформином; МС-И — МС с 4-недельным лечением интраназальным инсулином; МС-МИ — МС с совместным лечением метформином и интраназальным инсулином; AUC0–120 — площадь под кривой «концентрация глюкозы, ммоль/л — время, мин» (в условных единицах) в интраперитонеальном глюкозотолерантном тесте. Различия с контролем (*) и группой МС (**), а также между группами МС-М и МС-МИ (#) или между группами МС-И и МС-МИ (##) статистически значимы при p < 0,05. Note. К, control; МС, untreated metabolic syndrome; МС-M, MС with 4-week metformin treatment; МС-М, MС with 4-week intranasal insulin treatment; МС-MИ, MС with combined metformin and intranasal insulin treatment; AUC0–120, area under the curve “glucose concentration, mmol/l — time, min” (in arbitrary units) in the intraperitoneal glucose tolerance test. Differences with the control (*) and MС group (**), as well as between the MС-M and МС-MИ groups (#) or between the MС-И and МС-MИ groups (##) are statistically significant at p < 0.05.

 

Таблица 2. Базовые и стимулированные глюкозой уровни лептина и инсулина в крови самцов крыс с «неонатальной» моделью метаболического синдрома и влияние на них лечения метформином и интраназальным инсулином и их комбинацией, M ± SEM Table 2. Baseline and glucose-stimulated levels of leptin and insulin in the blood of male rats with the “neonatal” model of metabolic syndrome and the effects of treatment with metformin, intranasal insulin, and their combination on these parameters, M ± SEM
Показатель	Группы
	К (n = 6)	МС (n = 6)	МС-М (n = 6)	МС-И (n = 6)	МС-МИ (n = 6)
Инсулин (0 мин), нг/мл	0,51 ± 0,07	0,48 ± 0,07	0,58 ± 0,09	0,39 ± 0,06	0,53 ± 0,06
Инсулин (120 мин), нг/мл	0,70 ± 0,09	1,42 ± 0,18*	0,82 ± 0,14**	0,88 ± 0,12**	0,80 ± 0,10**
Лептин (0 мин), нг/мл	1,14 ± 0,14	2,43 ± 0,21*	1,51 ± 0,18**	1,91 ± 0,23*	1,37 ± 0,18**
Лептин (120 мин), нг/мл	1,50 ± 0,17	3,28 ± 0,29*	1,99 ± 0,18**	2,36 ± 0,20*,**	1,74 ± 0,19**
Индекс инсулиновой резистентности, усл. ед.	2,05 ± 0,29	2,38 ± 0,47	2,51 ± 0,43	1,70 ± 0,29	2,20 ± 0,18
Примечание. Представлены значения концентраций инсулина и лептина в крови до (0) и через 120 мин (120) после глюкозной нагрузки. Инсулиновая резистентность рассчитана как произведение базовых концентраций глюкозы и инсулина в крови. К — контроль; МС — метаболический синдром без лечения; МС-М — МС с 4-недельным лечением метформином; МС-И — МС с 4-недельным лечением интраназальным инсулином; МС-МИ — МС с совместным лечением метформином и интраназальным инсулином. Различия с группами К (*) и МС (**) статистически значимы при p < 0,05. Note. Presented are the values of blood insulin and leptin concentrations before (0) and 120 minutes (120) after glucose load. Insulin resistance is calculated as the product of the baseline blood glucose and insulin concentrations. К, control; MС, untreated metabolic syndrome; МС-M, MС with 4-week metformin treatment; МС-И, MС with 4-week intranasal insulin treatment; МС-MИ, MС with combined metformin and intranasal insulin treatment. Differences between the К (*) and МС (**) groups are statistically significant at p < 0.05.

 

Рисунок. Концентрация глюкозы в крови самцов крыс в течение 120 мин после нагрузки глюкозой в интраперитонеальном глюкозотолерантном тесте. К — контроль; МС — метаболический синдром без лечения; МС-М — МС с 4-недельным лечением метформином; МС-И — МС с 4-недельным лечением интраназальным инсулином; МС-МИ — МС с совместным лечением метформином и интраназальным

Figure. Blood glucose concentration in male rats at 120 minutes after glucose load in the intraperitoneal glucose tolerance test. К, control; МС, untreated metabolic syndrome; МС-M, MС with 4-week metformin treatment; МС-И, MС with 4-week intranasal insulin treatment; МС-МИ, MС with combined metformin and intranasal insulin treatment

 

Таблица 3. Число и диаметр панкреатических островков в поджелудочной железе крыс с «неонатальной» моделью метаболического синдрома и влияние на эти показатели лечения метформином и интраназальным инсулином и их комбинацией, M ± SEM Table 3. Number and diameter of pancreatic islets in the pancreas of rats with the “neonatal” model of metabolic syndrome, and the effects of treatment with metformin, intranasal insulin, and their combination on these parameters, M ± SEM
Группа	Число островков*	Диаметр островков, мкм	Произведение числа островков на их диаметр, ×103
К (n = 6)	43 ± 4	182 ± 9	7,7 ± 0,5
МС (n = 6)	27 ± 5**	168 ± 8	4,3 ± 0,6**
МС-М (n = 6)	39 ± 3	194 ± 9	7,4 ± 0,4#
МС-И (n = 6)	34 ± 4	185 ± 20	5,9 ± 0,3**
МС-МИ (n = 6)	38 ± 3	197 ± 9	7,5 ± 0,4#
Примечание. К — контроль; МС — метаболический синдром без лечения; МС-М — МС с 4-недельным лечением метформином; МС-И — МС с 4-недельным лечением интраназальным инсулином; МС-МИ — МС с совместным лечением метформином и интраназальным инсулином. *Число островков рассчитано для одного из срезов с максимальной площадью поджелудочной железы. Различия с группами К (**) и МС (#) статистически значимы при p < 0,05. Note. К, control; МС, untreated metabolic syndrome; МС-M, MС with 4-week metformin treatment ; МС-И, MС with 4-week intranasal insulin treatment; МС-МИ, MС with combined metformin and intranasal insulin treatment. *The number of islets is calculated for one of the sections with the maximum area of the pancreas. Differences between the К (**) and MС (#) groups are statistically significant at p < 0.05.

 

Для выяснения возможных причин, обусловливающих отсутствие базовой гиперинсулинемии у крыс с МС, с помощью гистологического анализа была изучена морфология панкреатических островков. В группе МС было снижено общее число островков и на 42 % снижено произведение числа островков на их размер (диаметр), что позволяет оценить их общую площадь (табл. 3). Полученные данные указывают на снижение у крыс с «нео­натальной» моделью МС числа инсулин-продуцирующих панкреатических клеток, что, как мы полагаем, является причиной близкого к норме базового уровня инсулина.

Далее изучали влияние четырехнедельной комбинированной терапии МФ (перорально, в дозе 120 мг/кг × сут) и ИИ (в дозе 1,2 МЕ/кг × сут) на выявленные нами метаболические и гормональные нарушения у МС-крыс. Исследование проводили в сравнении с монотерапией теми же препаратами в тех же дозах. Монотерапия МФ нормализовала массу тела, показатели липидного обмена (уровни триглицеридов, холестерина и свободных жирных кислот), восстанавливала чувствительность к глюкозе, что иллюстрируется нормализацией уровня глюкозы в крови через 120 мин после глюкозной нагрузки и снижением значения AUC_0–120 (табл. 1, рисунок). МФ также снижал повышенные при МС базовый и стимулированный глюкозой уровни лептина, что указывает на повышение чувствительности тканей к лептину (табл. 2). В группе МС-М восстанавливались общее число и площадь панкреатических островков (табл. 3). При этом базовый уровень инсулина существенно не менялся, будучи близок его значениям в норме, а стимулированный глюкозой уровень инсулина (через 120 мин после глюкозной нагрузки) не отличался от такового в контрольной группе (табл. 2). Монотерапия ИИ существенного влияния на оцениваемые метаболические и гормональные показатели не оказывала (табл. 1–3). Так, в группе МС-И масса тела и жировой ткани, уровень триглицеридов и уровни лептина значимо отличались от их значений в контроле. Исключение составили содержание общего холестерина, гликированного гемоглобина, а также уровень инсулина через 120 мин после нагрузки, которые при лечении ИИ значимо снижались в сравнении с необработанными МС-крысами и не отличались от контроля (табл. 1, 2). В группе МС-И было также показано частичное восстановление числа панкреатических островков, но их общая площадь, хотя и повысилась на 37 % в сравнении с группой МС, но оставалась ниже таковой в контроле (табл. 3).

Совместное применение МФ и ИИ по влиянию на ряд показателей демонстрировало более выраженный восстанавливающий эффект, чем монотерапия МФ. Группа крыс МС-МИ ни по одному из оцениваемых показателей значимо не отличалась от группы К (табл. 1–3). Так, в отличие от монотерапии МФ, в группе МС-МИ значимо снижались масса тела и абдоминального жира, содержание гликированного гемоглобина и значение AUC_0–120 для глюкозной кривой в ИГТТ. Более того, значение AUC_0–120 в группе МС-МИ было значимо ниже, чем в группе МС-М, что свидетельствует о более выраженном восстанавливающем потенциале комбинированной терапии в отношении толерантности к глюкозе. В отношении восстановления площади панкреатических островков комбинированная терапия и монотерапия МФ были сопоставимы.

Обсуждение результатов

Нами показано, что в возрасте 6–7 мес. у самцов крыс, которые в раннем возрасте (P19–P21) были подвергнуты трехдневному прерыванию грудного вскармливания, возникали отчетливо выраженные признаки МС, в том числе повышалась масса тела и жировой ткани, нарушались толерантность к глюкозе и ответы инсулина и лептина на глюкозную нагрузку, повышались уровни триглицеридов и общего холестерина, снижались число инсулин-продуцирующих β-клеток и общая площадь панкреатических островков. Эти изменения в целом согласуются с метаболическими и гормональными нарушениями, которые ранее были выявлены нами и другими авторами у взрослых крыс с прерыванием грудного вскармливания [1–4, 14, 15]. При этом подобные нарушения начинают выявляться уже у трехмесячных животных [2] и в дальнейшем усугубляются, будучи наиболее выраженными в возрасте 6–10 мес. [1, 3, 4].

Одним из подходов для коррекции этих нарушений при «неонатальном» МС является курсовое применение МФ, который характеризуется высокой эффективностью при метаболических расстройствах — СД2 и МС, сопровождающихся ожирением, дислипидемией и нарушенной чувствительностью к инсулину и лептину [5, 7, 16]. Ранее нами было показано, что четырехнедельное лечение МФ 9-месячных самцов крыс с МС, индуцированным нарушением грудного вскармливания, приводило к восстановлению у них ряда метаболических и гормональных показателей [3]. При этом высокая суточная доза МФ (250 мг/кг) была наиболее эффективной в отношении снижения массы тела и восстановления метаболических показателей, нормализуя липидный статус и уровень лептина, в то время как сравнительно низкая доза (125 мг/кг × сут) положительно влияла на показатели тиреоидной и гонадной осей, но была менее эффективна в отношении нормализации массы тела и метаболических показателей [3]. В этой связи необходимо учитывать, что длительная терапия высокими дозами МФ может приводить к ряду нежелательных эффектов, таким как дисфункции желудочно-кишечного тракта, включая изменения в нем микробиома, и лактоацидоз [8, 9, 17]. В связи с этим большие надежды связывают с разработкой подходов для потенцирования восстанавливающего эффекта МФ без повышения его дозы, что возможно при использовании комбинированной терапии.

Ранее мы показали, что ИИ эффективен при ряде метаболических расстройств [18], в том числе при МС, вызванном ограничением грудного вскармливания [4], для которых характерны функциональные нарушения в инсулиновой сигнальной системе мозга. Одна из причин этих нарушений — усиление активности негативных регуляторов инсулинового сигналинга в нейронах и глиальных клетках, что ведет к центральной инсулиновой резистентности [19–21]. Другая причина состоит в ослаблении транспорта инсулина через гематоэнцефалический барьер, что снижает эффективность его доставки в мозг из кровотока и обусловлено нарушениями работы инсулин-транспортного механизма и структурной организации гематоэнцефалического барьера [18, 19, 22]. Введение инсулина непосредственно в мозг интраназально нормализует инсулиновый сигналинг в ЦНС и тем самым обеспечивает нормальную регуляцию зависимых от него физиологических процессов. Однако, согласно нашим данным, у крыс с нарушением грудного вскармливания ИИ был эффективен только в раннем возрасте, предотвращая развитие метаболических нарушений во взрослом возрасте, но был малоэффективным при коррекции уже развившегося «неонатального» МС у взрослых животных [4]. Низкая эффективность монотерапии ИИ у взрослых животных с «неонатальным» МС была подтверждена и в настоящем исследовании.

Изученная нами комбинированная терапия МФ и ИИ по ряду показателей превосходила монотерапию МФ, на что указывают следующие данные. Комбинированная терапия приводила к восстановлению всего спектра оцениваемых нами метаболических и гормональных показателей, которые менялись в условиях «неонатального» МС. Эти показатели не только значимо отличались от таковых у МС-крыс, но при этом не отличались от таковых в контрольной группе. Значение AUC_0–120, иллюстрирующее толерантность к глюкозе, в группе с комбинированным лечением было значимо ниже, чем в группе с монотерапией МФ, что указывает на более высокую эффективность восстанавливающего влияния комбинации МФ и ИИ на глюкозный гомеостаз в сравнении с МФ-терапией. В пользу этого свидетельствует и более выраженное снижение в группе МС-МИ содержания гликированного гемоглобина. Кроме того, в отличие от монотерапии МФ комбинированная терапия приводила к значимому снижению массы тела и абдоминального жира, что, как мы полагаем, обусловлено анорексигенным влиянием ИИ.

Ранее нами были получены данные об эффективности совместного применения МФ и ИИ при лечении самцов крыс с СД2, индуцированным высокожировой диетой и низкой дозой стрептозотоцина [10]. Однако СД2 существенно отличается от «неонатального» МС как по патогенезу, так и по характеру и степени выраженности метаболических и гормональных нарушений. Имеются работы по изучению эффективности совместного применения МФ и ИИ для лечения самок крыс с моделью МС, вызываемой длительным введением им оральных контрацептивов — этинилэстрадиола и левоноргестрела [11], а также самцов крыс с инсулиновой резистентностью и гипергликемией, индуцированными дексаметазоном, хотя эта модель метаболических расстройств по этиологии и патогенезу имеет мало общего с МС и не сопровождается ожирением [12]. Лечение МС, индуцированного обработкой контрацептивами, проводимое в течение недели с помощью средней дозы МФ (150 мг/кг × сут) и достаточно высокой дозы ИИ (2 МЕ/крыса × сут), снижало уровни глюкозы и гликированного гемоглобина, нормализовало уровни липидов, активность каталазы, маркера окислительного стресса и экспрессию фактора некроза опухолей-α, маркера воспаления. В совокупности эти и полученные нами данные свидетельствуют о перспективах совместного применения МФ и ИИ для лечения различных по этиологии и патогенезу форм МС и СД2, в том числе для лечения МС, в генезисе которого определяющую роль играют нарушения пищевого поведения в раннем онтогенезе.

Вызываемое ИИ потенцирование восстанавливающего влияния МФ на метаболические и гормональные нарушения обусловлено взаимодополняемостью эффектов и мишеней МФ и ИИ. МФ легко проникает в ткани мозга через гематоэнцефалический барьер и улучшает метаболические процессы как в мозге (воздействуя на нейроны), так и на периферии (через центральные механизмы). Этим во многом обусловлено его восстанавливающее влияние на нарушенный при МС и СД2 углеводный и липидный обмен, а также на функции нервной системы не только в экспериментальных условиях, но и в клинике [23–26]. Основными механизмами действия МФ в мозге являются активация АМФ-активируемой протеинкиназы, ключевого энергетического сенсора клеток [27], а также нормализация продукции активных форм кислорода и активности провоспалительных и апоптотических факторов, повышенных при СД2, МС и ассоциированных с ними нейродегенеративных заболеваниях [28–30].

Имеются данные, что восстанавливающее метаболизм антиоксидантное и противовоспалительное действие МФ приводит к повышению чувствительности тканей к инсулину и лептину не только на периферии, но и в мозге [31–33]. Вследствие этого стимулирующее влияние ИИ на инсулиновую систему мозга в условиях обработки МФ усиливается, и это обусловливает более выраженный эффект ИИ в условиях комбинированной терапии на выживаемость и функциональную активность нейронов, а также на периферический метаболизм. Это, в свою очередь, способствует более эффективному воздействию МФ на ткани-мишени, включая мозг. Здесь воспроизводится механизм потенцирующего влияния инсулина на лептиновые сигнальные пути в ЦНС, и наоборот, лептина на инсулиновый сигналинг [34–36], впервые продемонстрироованный еще двадцать лет назад [37, 38]. В этой связи необходимо отметить, что ряд авторов предлагают использовать совместное введение лептина и инсулина у пациентов с формами диабета и другими метаболическими расстройствами, которые характеризуются сниженным уровнем лептина [36, 39].

Заключение

Таким образом, впервые показано, что у взрослых самцов крыс с нарушением грудного вскармливания развиваются характерные для МС метаболические и гормональные нарушения, а также снижается площадь панкреатических островков. Их длительное лечение с помощью МФ и его комбинации с ИИ частично или полностью восстанавливает эти показатели, причем комбинированная терапия по эффективности восстановления ряда показателей (масса тела и жировой ткани, уровень гликированного гемоглобина, толерантность к глюкозе, оцениваемая в ИГТТ) превосходит монотерапию МФ. Это свидетельствует в пользу перспективности применения комбинации МФ и ИИ для нормализации метаболических и гормональных нарушений при МС, развившихся вследствие дефицита грудного вскармливания в раннем онтогенезе.

Дополнительная информация

Благодарности. Определение гормонов с помощью иммуноферментного анализа выполнено с использованием оборудования Центра коллективного пользования ФГБУН «Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова» РАН.

Вклад авторов. Все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией. Личный вклад каждого автора: К.В. Деркач, А.О. Иванцов, Н.Е. Басова — получение и анализ данных, написание статьи; А.О. Шпаков — разработка общей концепции.

Источник финансирования. Работа поддержана Минобрнауки России, соглашение № 075-15-2022-296, на создание и развитие научного центра мирового уровня НЦМУ Павловский центр «Интегративная физиология — медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям стрессоустойчивости».

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Этический комитет. Протокол исследования был одобрен локальным этическим комитетом ФГБУН «Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова» РАН (протокол № 2-3/2023 от 28.02.2023).

Additional info

Acknowledgements. Determination of hormones using enzyme immunoassay was performed using the equipment of the Shared Use Center of the Sechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences.

Authors’ contributions. All authors made significant contributions to the conception and preparation of the article, and read and approved the final version before publication. Personal contribution of each author: K.V. Derkach, A.O. Ivantsov, N.E. Basova — recei­ving and data analysis, article writing; A.O. Shpakov — development of the general concept.

Funding source. The work was supported by the Ministry of Education and Science of the Russian Federation, agreement No. 075-15-2022-296, for the creation and development of a world-class scientific center Pavlovsk Center “Integrative physio­logy — medicine, high-tech healthcare and stress resistance technologies”.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.

Ethics approval. The study protocol was approved by the local ethics committee of the Sechenov Institute of Evolutionary Physio­logy and Biochemistry of the Russian Academy of Sciences (protocol No. 2-3/2023 dated 28 Feb 2023).

Об авторах

Кира Викторовна Деркач

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: derkatch_k@list.ru
ORCID iD: 0000-0001-6555-9540
SPIN-код: 6925-1558

канд. биол. наук

Россия, Санкт-Петербург

Александр Олегович Иванцов

Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Петрова

Email: shurikiv@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6279-2312
SPIN-код: 8347-0332

д-р мед. наук, профессор

Россия, Санкт-Петербург

Наталия Евгеньевна Басова

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук

Email: basovnat@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-7316-2882
SPIN-код: 7047-8940

канд. биол. наук

Россия, Санкт-Петербург

Александр Олегович Шпаков

Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наук; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: alex_shpakov@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-4293-3162
SPIN-код: 6335-8311

д-р биол. наук

Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Список литературы