DOSE-DEPENDENT EFFECT OF CADAVERINE ON HYDROXYL RADICALS’ PRODUCTION OF HUMAN PERIPHERAL BLOOD LEUKOCYTES
- Authors: Morozov I.A.1
-
Affiliations:
- E.A. Vagner Perm State Medical University
- Section: Biology and experimental medicine
- Submitted: 08.04.2024
- Accepted: 08.08.2024
- Published: 08.08.2024
- URL: https://permmedjournal.ru/PMJ/article/view/629949
- DOI: https://doi.org/10.17816/pmj414%25p
- ID: 629949
Cite item
Full Text
Abstract
Currently, there is an active study of the role of polyamines synthesized by microorganisms at the site of inflammation. Among polyamines of bacterial origin, cadaverine, which belongs to the aliphatic diamines, is of interest. Considering the function of cadaverine as a “scavenger” of free radicals, it is of interest to study the dose-dependent effect on the generation of radicals by human leukocytes. Objective. The aim of investigation was to evaluate changes in the generation of hydroxyl radicals by leukocytes under the influence of cadaverine at concentrations of 1, 5 and 25 mmol/L. Materials and methods. Peripheral venous blood samples were obtained from 40 apparently healthy donors. To assess the production of hydroxyl radicals, a luminol-dependent chemiluminescence reaction was carried out with blood leukocytes, which were pre-incubated with cadaverine at concentrations of 1, 5 and 25 mmol/L. The study was carried out on a Luminoskan Ascent® Thermo Labsystems luminometer for 180 minutes. Results. It was found that pre-incubation of cells with cadaverine significantly reduces their time to reach the maximum generation of hydroxyl radicals. In addition, cadaverine enhances the intensity of the reaction of luminol-dependent chemiluminescence of leukocytes of healthy donors, and the greatest stimulating effect was recorded for a polyamine concentration of 5 mmol/L (p =0,009 to samples with a spontaneous reaction, p =0,007 and 0,010 to samples with cadaverine 1 mmol/L and 5 mmol/L). Cadaverine increases the area under the reaction curve, and at a concentration of 5 mmol/L most significantly - 20.89±3.00 c.u. versus 0.86±0.07 c.u. with a spontaneous reaction (p=0,001). Conclusions. Thus, microorganisms that produce cadaverine, adapt to their environment, creating a special type of microenvironment, which probably results in an asymptomatic course of the inflammatory process.
Full Text
Введение
В настоящее время наблюдается интерес к роли полиаминов в межклеточных коммуникациях, особенно в контексте микробных сообществ и развития воспаления [1], что обусловлено накопление этих соединений в очаге воспаления, а также их уникальной способностью влиять на клеточные процессы эукариотических клеток без участия специфических рецепторов [2, 3]. Известно, что такие полиамины, как кадаверин и путресцин воздействуют на экспрессию генов, активируют сигнальные каскады и модулируют интерклеточные сигналы, что делает их значимыми объектами для исследований [4, 5, 6]. Считается, что основными точками приложения полиаминов являются проникновение внутрь клетки через вторично-активный транспорт, изменение белковых молекул, связь с молекулами ДНК и РНК [5, 7]. Привлекает внимание среди семейства полиаминов кадаверин, который по своей химической структуре относится к алифатическим диаминам [6]. Показано, что различные факторы, включая недостаток питательных веществ, воздействие антимикробных и других веществ, присутствующих в очаге воспаления в значительном количестве, активизируют синтез кадаверина некоторыми микроорганизмами (Escherichia coli, Salmonella Typhimurium, Vibrio cholerae и др.) [8, 9, 10].
Как известно, образование активных форм кислорода лейкоцитами, таких как пероксид водорода, супероксидный анион-радикал, синглетный кислород, гидроксильный радикал и гипохлорид является ключевым фактором в процессе деструкции поглощенных объектов [11, 12]. Нарушение этого процесса приводит к незавершенности фагоцитоза и способствует в целом неэффективности всего клеточного звена иммунного ответа [13]. Ранее при исследовании полиаминов, было выявлено стимулирующее действие кадаверина на радикалпродуцирующую активность лейкоцитов [4, 14]. В настоящее время представляет интерес изучение дозозависимого эффекта этого полиамина.
Цель исследования – оценить изменение генерации гидроксильных радикалов лейкоцитами под влиянием кадаверина в концентрациях 1, 5 и 25 ммоль/л.
Материалы и методы исследования
Пробы периферической венозной крови были получены от 40 практически здоровых доноров. Для оценки продукции гидроксильных радикалов проводили реакцию люминолзависимой хемилюминесценции (ЛЗХЛ) с лейкоцитами крови [15], выделенными методом седиментации с 0,1% метилцеллюлозой (США), с последующей инкубацией с кадаверином в концентрациях 1, 5 и 25 ммоль/л в течение 60 минут при 37оС. При постановке реакции ЛЗХЛ использовали 2×10–4M натриевой соли люминола (Sigma, США), предобработанные кадаверином клетки (25×106/мл). Измерение проводили на люминометре Luminoskan Ascent® Thermo Labsystems (США) в течение 180 мин. Для статистического анализа использовали интегральный показатель хемилюминисценции за весь период измерения (RLU). Рассчитывали время достижения максимума световспышек в минутах, интенсивность максимального свечения, а также площадь под кривой гашения люминесценции.
Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета Statistica 7.0. Для проверки нормальности распределения использовали критерий Шапиро-Уилка. В случае распределения, приближенного к нормальному, использовали t-критерий Стьюдента, в остальных случаях - критерий Манна-Уитни для оценки значимости различий. За пороговый уровень значимости принимали величину p<0,05. Результаты представлены в виде среднего и его ошибки (M±m).
Результаты и их обсуждение
Установлено, что инкубация клеток с кадаверином существенно сокращает их время выхода на максимум генерации гидроксильных радикалов (рис. 1), которое составило 19,3±0,8 мин при концентрации кадаверина 1 ммоль/л (p=0,009 к пробам со спонтанной реакцией); 32,3±4,8 мин и 19,0±0,8 мин при 5 и 25 ммоль/л соответственно (p=0,09 и 0,02 к пробам со спонтанной реакцией). Максимальный интегральный показатель хемилюминисценции за весь период измерения при концентрации кадаверина 1 ммоль/л составил 0,081±0,004 RLU, при 5 ммоль/л - 0,130±0,013 RLU при 25 ммоль/л - 0,083±0,022 RLU (p=0,008; 0,009 и 0,004 к пробам со спонтанной реакцией). Как видно из рисунка 2 кадаверин статистически значимо усиливает интенсивность реакции ЛЗХЛ лейкоцитов здоровых доноров, при этом наибольший стимулирующий эффект зарегистрирован для концентрации полиамина 5 ммоль/л (p=0,009 к пробам со спонтанной реакцией, p=0,007 и 0,010 к пробам с кадаверином 1 ммоль/л и 25 ммоль/л соответственно). Аналогичный эффект выявлен и при расчете площади под кривой реакции ЛЗХЛ (рис. 3). Кадаверин увеличивает этот показатель, причем в концентрации 5 ммоль/л наиболее существенно - 20,89±3,00 у.е. против 0,86±0,07 у.е. при спонтанной реакции (p=0,001). Известно, что синтез бактериями полиаминов в очаге воспаления повышается. При этом постепенное накопление кадаверина, вероятно, оказывает стимулирующее влияние на генерацию радикалов лейкоцитами, что проявляется увеличением скорости их продукции, о чем говорит ускорение времени выхода на пик, а также накопление активных форм, о чем свидетельствует увеличение площади под кривой. Однако при дальнейшем увеличении концентрации полиаминов кадаверин выполняет роль «скавенджера» радикалов, снижая их содержание, что выражается в уменьшении площади под кривой в реакции ЛЗХЛ. Отмеченное в настоящем исследовании увеличение продукции радикалов, индуцированное предварительной обработкой кадаверином нейтрофилов и моноцитов, указывают на возможное влияние этого соединения на механизмы образования гидроксильных радикалов, а также активность диаминоксидазы в лейкоцитах [16]. Этот фермент катализирует превращение диаминов в аминоальдегид, что сопровождается высвобождением перекиси водорода с последующим взаимодействием с люминолом, присутствующим в реакционной смеси [13]. Стоит отметить, что активность диаминоксидазы возрастает практически мгновенно после инициации фагоцитарной активности [17, 18]. Известно, что диаминоксидаза выполняет антимедиаторные противовоспалительные функции путем инактивации гистамина и других диаминов, включая кадаверин и путресцин [19]. Это создает благоприятную среду для микроорганизмов, поскольку их структуры могут быть защищены избытком полиаминов, которые, в свою очередь, стимулируют антимедиаторную активность диаминоксидазы [20, 21]. В результате этого наблюдается снижение активности воспаления [7, 22], что также подтверждается исследованиями in vivo [23, 24].
Выводы
Таким образом, предыдущие исследования в поддержку гипотезы о полиаминах как рецептор-независимом факторе микробной агрессии [4] получили дополнительное подтверждение. Кадаверин, являющийся продуктом микроорганизмов, можно рассматривать как медиатор, опосредующий реализации персистентного потенциала бактерий путем гашения активности гидроксильного радикала.
About the authors
Ilya A. Morozov
E.A. Vagner Perm State Medical University
Author for correspondence.
Email: Lonny8@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4233-3711
Postgraduate student of the Department of Microbiology and Virology
Russian FederationReferences
- Годовалов А.П., Карпунина Т.И., Гущин М.О. Особенности межмикробных отношений в микробиоте влагалища инфертильных женщин. Медицинский академический журнал. 2017; 17 (4): 53–54. / Godovalov A.P., Karpunina T.I., Gushhin M.O. Features of inter-microbial relations in the infertile women’s vagina microbiota. Medical academic journal. 2017; 17 (4): 53–54.
- Годовалов А.П., Карпунина Т.И., Нестерова Л.Ю., Морозов И.А. Полиамины как рецептор-независимые факторы агрессии условно-патогенных микроорганизмов. Иммунопатология, аллергология, инфектология. 2019; 3: 91–94. / Godovalov A.P., Karpunina T.I., Nesterova L.Yu., Morozov I.A. Polyamines as receptor-independent factors of aggression of opportunistic microorganisms. Immunopatologiya, allergologiya, infektologiya. 2019; 3: 91–94, available at: http://www.immunopathology.com/ru/article.php?carticle=961
- Нестерова Л.Ю., Негорелова Е.В., Ткаченко А.Г. Биогенные полиамины как модуляторы активности Quorum sens-ing системы и биопленкообразования Vibrio harveyi. Вестник Пермского университета. Серия «Биология». 2019; 3: 300–308. / Nesterova L.Yu., Negorelova E.V., Tkachenko A.G. Biogenic polyamines as modulators of the activity of the Quorum sensing system and biofilm formation of Vibrio harveyi. Bulletin of Perm University. Biology Series. 2019; 3: 300–308, available at: http://press.psu.ru/index.php/bio/article/view/2812
- Ткаченко А.Г. Стрессорные ответы бактериальных клеток как механизм развития толерантности к антибиотикам. Прикладная биохимия и микробиология. 2018; 54 (2): 110–133. / Tkachenko A.G. Stress responses of bacterial cells as a mechanism for the development of tolerance to antibiotics. Applied Biochemistry and Microbiology. 2018; 54 (2): 110–133, available at: https://elibrary.ru/item.asp?id=32678857
- Морозов И.А., Карпунина Т.И., Годовалов А.П. Кадаверин как регулятор активности про- и эукариотических клеток Аллергология и иммунология. 2018; 19 (3):149–150 / Morozov I.A., Karpunina T.I., Godovalov A.P. Cadaverine as a regulator of the activity of pro- and eukaryotic cells. Allergology and Immunology. 2018; 19: 149–150.
- Бухарин О. В. Адаптивные стратегии взаимодействия возбудителя и хозяина при инфекции. Вестник Российской академии наук. 2018; 88 (7): 637–643 / Bukharin O.V. Adaptive strategies for the interaction of the pathogen and the host during infection. Bulletin of the Russian Academy of Sciences. 2018; 88 (7): 637–643, available at: https://iimmun.ru/iimm/article/view/1771
- Годовалов А.П., Даниелян Т.Ю., Карпунина Т.И., Вавилов Н.В. Опыт изучения микрофлоры и белков эякулята при разной эхоскопической картине предстательной железы. Инфекция и иммунитет. 2019; 9 (2): 347–353. / Godovalov A.P., Danielyan T.Yu., Karpunina T.I., Vavilov N.V. Experience in studying the microflora and proteins of ejaculate with different echoscopic picture of the prostate gland. Russian Journal of Infection and Immunity. 2019; 9 (2): 347–353, available at: https://iimmun.ru/iimm/article/view/811
- Осипович О.А., Годовалов А.П. К вопросу о роли воспалительных заболеваний в развитии бесплодия у женщин. Медицинский альманах. 2016; 5 (45): 85-87. / Osipovich O.A., Godovalov A.P. To the matter of role of inflammatory diseases in development of women's sterility. Medical almanac. 2016; 5 (45): 85-87.
Supplementary files
![](/img/style/loading.gif)