Доклады 2012

История клиник Императорского Института экспериментальной медицины - ИИЭМ
Голиков Ю.П., к.б.н., научно-организационный отдел, апрель 2012

Синтез аполипопротеина А-I в клетках моноцитарно-макрофагального ряда: регуляция и возможные функции
Орлов С.В., к.б.н., отд. биохимии, март 2012

В фундаментальных медико-биохимических исследованиях ранее было установлено, что высокий уровень аполипопротеина А-I (ApoA-I) в плазме крови коррелирует с низким риском развития атеросклероза и ишемической болезни сердца. ApoA-I человека входит в состав липопротеинов высокой плотности (ЛПВП), участвует в обратном транспорте холестерола из периферических тканей в печень, обладает антиокидантными и противовоспалительными свойствами и, по-видимому, может выступать в роли сигнальной молекулы. Основными местами синтеза ApoA-I у взрослого человека являются гепатоциты печени и энтероциты тощей кишки, где вновь синтезированный ApoA-I секретируется в виде липопротеидов высокой плотности (HDL) – печень, или липопротеидов очень низкой плотности (VLDL) – кишечник. Рецептором свободного ApoA-I (не в составе липопротеидных частиц) является кассетный транспортер ABCA1, контролирующий формирование HDL в печени. Мутации по ABCA1 приводят к тяжелому наследственному заболеванию – Тенжерскому синдрому, сопряженному с практически полным отсутствием HDL и ApoA-I в плазме крови и тяжелыми атеросклеротическими поражениями сосудов. Менее изучены функции ABCA1 и ApoA-I в периферических тканях, в частности, в макрофагах сосудистой стенки. Показано, что блокирование синтеза ABCA1 в макрофагах мышей – генетических моделей атеросклероза (условный knock-out) приводит к усилению атеросклеротических повреждений сосудов.

Классической интерпретацией этих результатов является участие ABCA1 в обратном транспорте холестерина из пенистых клеток атеросклеротических бляшек на ApoA-I. Существует, тем не менее, ряд фактов, не укладывающихся в данную гипотезу. Во-первых, установлено, что ABCA1 не способен взаимодействовать с ApoA-I в составе HDL. Учитывая тот факт, что весь ApoA-I, синтезируемый в печени, или кишечнике, секретируется в кровь в составе липопротеидных частиц, а также данные о практически полном отсутствии ApoA-I в плазме крови больных Тенжирским синдромом (несмотря на нормальный уровень экспрессии ApoA-I в печени), непонятно, откуда в стенке сосудов может появиться достаточное количество свободного ApoA-I, необходимого для взаимодействия с ABCA1. Во-вторых, разрушение ABCA1 в макрофагах мышей не приводит к существенному падению уровня обратного транспорта холестерина, так как основной отток холестерина из макрофагов контролируется другим кассетным транспортером ABCG1, взаимодействующим, в отличие от ABCA1, с HDL.

В отделе биохимии НИИЭМ РАМН впервые показан эндогенный синтез ApoA-I в моноцитах и макрофагах человека и изучена регуляции экспрессии гена apoA-I в ответ на провоспалительный цитокин TNFalpha. Дифференцировка моноцитов в макрофаги сопровождается разделением гомогенной по уровню ApoA-I популяции клеток на ApoA-I-богатые и ApoA-I-бедные макрофаги. Установлено, что андогенный ApoA-I локализован в макрофагах во внутриклеточных компартментах и на внешней поверхности цитоплазматической мембраны, где часть молекул ассоциирована с ABCA1, а часть связана с липидными рафтами. Существует прямая корреляция между уровнем ApoA-I на внешней мембране макрофагов и содержанием в них белка ABCA1, Более того, установлено, что эндогенный ApoA-I стабилизирует ABCA1 в макрофагах. Подавление синтеза ApoA-I в макрофагах приводит к падению уровня ABCA1, повышению экспрессии гена Тол-подобного рецептора 4-го типа (TLR4), усилению экспрессии провоспалительного цитокина TNFalpha и усилению LPS-индуцированного ответа таких генов, как индуцибельная NO-синтаза (NOS2) и интерлейкин 1beta (IL1beta). Таким образом, показаны выраженные антивоспалительные свойства эндогенного ApoA-I в макрофагах человека. В параллельных экспериментах продемонстрировано, что подавление синтеза как ApoA-I, так и ABCA1 не приводит к заметному нарушению оттока холестерина как из нормальных макрофагов, так и из пенистых клеток.

На основании полученных данных сформулирована гипотеза об антиатерогенной роли эндогенного синтеза ApoA-I в макрофагах за счет реализации антивоспалительного действия совместно с ABCA1 и позволяющая устранить вышесформулированные противоречия в современных представлениях о роли ApoA-I/ABCA1 в молекулярно-клеточных механизмах атерогенеза.

Доклады 2011 года

Эпигенетика, тандемные ДНК повторы и комплексные патологии человека
Паткин Е.Л. , д.б.н. отдел молекулярной генетики, ноябрь 2011

Эпигенетической регуляции экспрессии генов является ключевым молекулярным механизмом, связывающим экологические факторы с геномом, с последствиями для здоровья на протяжении всей жизни Согласно современным представлениям, эпигенетические изменения с гораздо большей вероятностью, чем генетические изменения возникают при воздействии как внешних, так и внутренних факторов.

В настоящее время представляется вероятным, что адаптивные эпигенетические перестройки могут возникать во время гаметогенеза, эмбриогенеза и в течение взрослой жизни. При этом спектр неблагоприятных условий окружающей среды приведет к увеличению восприимчивости к заболеваниям в более позднем возрасте, то есть получает объяснение связь между развитием и старением. Наиболее вероятное объяснение этому заключается в том, что именно в раннем эмбриогенезе происходят процессы деметилирования и, в том числе активного, и метилирования de novo, которые, как недавно установлено, связаны с процессами репарации.

За последние годы в ряде работ показано, что эпигенетические изменения, индуцированные химическим воздействием участвуют в патогенезе серьезных комплексных заболеваний человека, включая рак, диабет, ожирение, бесплодие, респираторные заболевания, аллергии и нейродегенеративные заболевания. Однако, мало известно об эпигенетических механизмах лежащих в основе нейротоксического действия и об основных геномных мишенях для такого воздействия. Не ясны причины возрастной зависимости возникновения и тяжести протекания патологий, индуцированных внешними факторами.

Выдвигается предположение, заключающееся в том. что одними из основных мишеней для воздействия внешними факторами, являются тандемно повторяющиеся некодирующие белки ДНК последовательности, эпигенетические модификации которых ведут к модуляции экспрессии генов либо в обоих алеллях генов, либо в одном из аллелей. Именно повторяющаяся природа может быть связана с градуальностью эффекта, связанной с возрастом, то есть постепенным увеличением, либо уменьшением метилирования всего повтора в целом, а, следовательно и возможного влияния на уровень экспрессии.

Одновременно может иметь место изменение уровня ацетилирования гистонов и пространственной архитектуры хромосом в ядре. Более того, мы считаем, что именно такие тандемные повторы ДНК, являсь, как хорошо известно, наиболее мутабельными последовательностями ДНК и несущими значительное число потенциально метилируемых GC пар оснований в ходе старения могут под влиянием различных факторов анормально как деметилирорватьтся, так и, в определенных случаях, метилироваться, в результате нарушая экспрессию генов.

Для проверки гипотезы мы используем ряд репортерных генетических конструкций, несущих различные варианты некодирующих белки тандемных повторов ДНК человека, связанных с комплексными патологиями, транcфецированных в культуру стволовых клеток эмбриональной карциномы F9 с последующим анализом экспрессии репортерного гена EGFP как в экспериментах по временной, так и постоянной трансфекции при интеграции конструкции в геном. При этом могут анализироваться различные эпигенетические характеристики трансгенов. Параллельно необходимо исследование подобных эпигенетических характеристик тандемных повторов ДНК в клетках, полученых от пациентов с различными патологиями.

Феномен акцидентальной трансформации тимуса: новый взгляд
Полевщиков А.В., д.м.н., отдел иммунологии , октябрь 2011

Основные представления о тимусе как центральном органе иммунной системы сформировались в середине 1950-х гг., однако до настоящего времени именно тимус является одним из главных объектов исследований. Основными направлениями изучения иммунобиологии тимуса в настоящее время являются исследование механизмов дифференцировки альфа-бета- и гамма-сигма-Т-лимфоцитов, механизмы положительной и негативной селекции, закономерности формирования иных популяций лимфоидных клеток.

К числу актуальных, но не находящихся в настоящее время в фокусе исследований проблем относятся явление возрастной инволюции тимуса, описанное с использованием гистологических методов еще в начале ХХ века, и процесс акцидентальной трансформации тимуса, открытие которого неразрывно связано с работами Г.Селье, начатыми еще в 1937 г. Если биологический смысл возрастной инволюции тимуса считается относительно понятным, то биологический смысл процесса акцидентальной трансформации (именуемой также стресс-индуцированной инволюцией) считается неочевидным. В докладе приводится анализ существующих интерпретаций явления.

Проведенные исследования морфологических изменений в тимусев ходе индуцированной введением гидрокортизона акцидентальной трансформации тимуса (АТТ), оценки массы и клеточности тимуса, а также оценки уровня апоптоза тимоцитов в ходе АТТ позволили получить новые экспериментальные результаты, ставящие под сомнения справедливость некоторых укоренившихся в литературе оценок и суждений. Параллельным результатом стала идентификация популяции тучных клеток тимуса, для которых проведена оценка динамики в ходе АТТ, а также установлен ряд новых фактов о локализации тучных клеток тимуса на разных этапах онтогенеза у мышей.

Обсуждается значение полученных экспериментальных результатов для иммунофизиологических трактовок процесса АТТ, а также процесса селекции Т-лимфоцитов в тимусе, возможная роль тимуса в возникновении популяции тучных клеток и значение их внутритимической локализации. Обосновывается новая трактовка физиологического значения процесса АТТ и возможные последствия для клинической иммунологии.

 

Базофилы и тучные клетки: роль в иммунитете. Современное состояние проблемы.
П.Г. Назаров, д.м.н., проф., отдел иммунологии НИИЭМ СЗО РАМН

Тезисы доклада на ученом совета НИИЭМ СЗО РАМН 22 сентября 2011 г.

Происхождение тучных клеток (ТК) и базофилов. Роль тимуса. Гипотезы. Типы тучных клеток и их распределение в тканях. Мукозальные и серозные ТК. Маркеры, сходство и отличия. Продукты ТК и базофилов и их биологические эффекты (медиаторы воспаления, цитокины, хемокины). Механизмы дегрануляции. Рецепторы базофилов и тучных клеток. Патоген-распознающие рецепторы. Fc-рецепторы для IgE и IgG. Рецепторы для комплемента. Ацетилхолиновые рецепторы. Участие во врожденном иммунитете. Факторы воспалительной реакции как активаторы тучных клеток и базофилов. Дефицит тучных клеток у экспериментальных животных и его последствия для иммунитета. Участие ТК и базофилов в иммунных реакциях. Th2-цитокины, участие в дифференцировке Th2-лимфоцитов и регуляции гуморального иммунного ответа. Представления о физиологической роли ТК и базофилов, их связь с патологией.

Структурная организация субвентрикулярной зоны головного мозга и проблема нейрогенеза
Коржевский Д.Э., д.м.н., зав. лаб. функциональной морфологии центральной и периферической нервной системы
(отдел общей и частной морфологии), июнь 2011

Долгое время общепринятым являлось представление о том, что нейрогенез (формирование новых нервных клеток) у большинства млекопитающих и человека осуществляется только в период формирования нервной системы. Это положение способствовало утверждению в научных кругах мнения о существовании принципиальных ограничений для стимуляции восстановительных процессов в ЦНС. Тем не менее, еще в шестидесятых годах прошлого века J.Altman и G.Das показали с помощью методов авторадиографии, что в головном мозге взрослых млекопитающих постоянно происходит пролиферация клеток. Позже (S.A.Bayer 1983 и др.) было показано, что при этом действительно происходит образование новых нейронов. Было обнаружено, что наибольшее число пролиферирующих клеток локализуется в субвентрикулярной зоне латеральной стенки боковых желудочков (SVZ), которая является одной из наиболее интересных и наименее понятных (с точки зрения клеточной организации) областей головного мозга.

Ранее выполненные исследования позволили ряду авторов предположить, что астроциты в этой зоне обладают свойствами стволовых клеток (НСК), и ввести в обращение, кажущийся странным, термин – «нейрогенные астроциты». До настоящего времени остаются неопределенными морфологические характеристики этих клеток, а вопросы о клеточном составе и трехмерной организации SVZ представляются дискуссионными. В настоящем докладе представлены новые данные, касающиеся клеточного состава и пространственной организации SVZ.

В развивающемся мозге НСК имеют морфологию радиальных глиоцитов, которые проходят через анатомическую область SVZ. В составе цитоскелета у этих клеток обнаруживаются нестин и виментин. У взрослых млекопитающих типичная радиальная глия в SVZ отсутствует, но имеется ее неполный морфологический аналог – танициты (виментин+). Изучение клеточного состава SVZ, дополненное трехмерными реконструкциями, показало, что ведущей популяцией SVZ являются специализированные астроциты (GFAP+), образующие густую сеть переплетающихся отростков, в которую заключены группы прогениторных клеток (нестин+), нейробластов (DCX+), микроглиоциты (Iba1+), единичные нейроны (NeuN+). В отличие от соседней области стриатума, в SVZ отсутствуют синаптические поля и катехоламинергические терминали. Микроглиоциты в SVZ имеют характерные морфологические особенности. Одной из них является наличие небольших отростков, проходящих между эпендимоцитами и вступающих в контакт с цереброспинальной жидкостью. Структурная организация тонкостенных кровеносных сосудов SVZ свидетельствует о существовании у них утолщенной глиальной пограничной мембраны не типичной для других областей мозга.

При изучении микроглиальной реакции в субвентрикулярной зоне было обнаружено, что амебоидная микроглия мигрирует через эпендиму латеральной стенки желудочка в цереброспинальную жидкость, причем нередко этот процесс сопровождается накоплением микроглии в субэпендимной зоне. Не исключено, что активированные микроглиоциты могут пролиферировать в SVZ. Эти данные свидетельствуют в пользу существования особого миграционного пути для фагоцитирующих клеток, который проходит через SVZ и является альтернативой известному пути миграции для клеток Колмера. Таким образом, резидентная и мигрирующая микроглия составляет особую популяцию клеток SVZ, взаимоотношения которой с эпендимоцитами и другими клетками могут оказывать существенное влияние на активацию НСК.

Полученные данные и остающиеся противоречия в вопросе об источниках нейральных стволовых клеток свидетельствуют о необходимости более детальных исследований структуры и функций субвентрикулярной зоны, которые приблизят нас к разработке новых, безопасных для человека, методов стимуляции нейрогенеза.

Качество жизни и психовегетативные особенности больных нейроциркуляторной астенией и гипертонической болезнью
Фролова Н.Л., к.м.н., в.н.с. отдела экологической физиологии, май 2011

В клинической медицине и физиологии в настоящее время назревает проблема целостного подхода, учитывающего не только физиологическую, но и психическую составляющую здоровья, которое по определению ВОЗ «…не только полное физическое, но и социальное и психологическое благополучие человека, а не просто отсутствие заболевания», а, следовательно, связано с субъективным восприятием человеком своего здоровья. В то же время достижения психофизиологической науки, в рамках которой свое развитие получили работы, выполненные в отделе экологической физиологии, могли бы найти применение в клинической практике для диагностики, коррекции и повышения качества жизни больных сердечно-сосудистыми заболеваниями.

Целью настоящей работы являлось изучение психовегетативных особенностей и их связи с качеством жизни больных нейроциркуляторной астенией (НЦА) и гипертонической болезнью (ГБ). Для решения поставленных задач использованы опросники качества жизни, уровня депрессии и тревожности, а также методы анализа нейровегетативной регуляции, в том числе с использованием биоуправления с обратной связью, разработанные в отделе экологической физиологии.
Корреляционный анализ показал, что адаптационная способность здоровых людей к стрессовым факторам оценивается ими в качестве показателя психического здоровья. Нейровегетативные параметры в этой группе были в основном связаны с уровнем депрессии, болью и психическим здоровьем.

Чем выше социальное функционирование пациентов нейроциркуляторной астенией без артериальной гипертензии (АГ), тем выше их жизнестойкость, ролевое эмоциональное функционирование и ролевое физическое функционирование, тем ниже реактивная тревожность (стресс) и уровень депрессии, ограничение болью жизненной активности. Условием для общего благополучия для этих больных является высокая социальная активность. Выявлена обратная сильная связь реактивной тревожности и мощности медленных волн систолического артериального давления (САД) и обратная сильная корреляционная связь с САД.

В группе НЦА с АГ выявлено противоречие: чем активней физическое и социальное функционирование больных НЦА с АГ, тем ниже реактивная тревожность (стресс), а с другой, чем выше уровень реактивной тревожности, тем более здоровыми ощущают себя больные НЦА с АГ. Реактивная тревожность является основным условием социальной и жизненной активности, общего здоровья для больных НЦА с АГ. Параметры, отражающие функции нейровегетативной регуляции в этой группе связаны с уровнем депрессии, жизненной активностью и социальным функцинированием
Чем выше социальная активность больных ГБ 2 стадии, тем более жизнестойкими они себя считают, и тем меньше боль влияет на их активность. В то же время больные ГБ 2 ст. легко попадают в «замкнутый круг» реактивной, личностной тревожности и депрессии (сниженного настроения). Нейровегетативные параметры связаны с жизненной активностью, болью, ролевым эмоциональным функционированием и ролевым физическим функционированием.

У больных ГБ с ИБС при низкой физической активности выявляется низкий уровень тревожности и повышение показателя психического здоровья – ролевое эмоциональное функционирование. Чем лучше самочувствие, тем выше тревожность (личностная и реактивная). Таким образом, они находятся перед выбором: либо хорошее самочувствие и тревожность, либо плохое самочувствие и отсутствие тревожности. Нейровегетативные параметры в этой группе коррелировали с психическим здоровьем и личностной тревожностью.

Таким образом, субъективное восприятие здоровья (качество жизни) в разных нозологических группах имеет свои особенности в зависимости вовлеченности психологической составляющей в кардиологическое заболевание и связано с тревожностью, депрессией и нейровегетативной регуляцией кардиоваскулярной системы.

Противогриппозный иммунитет: вклад отдела вирусологии имени академика А.А. Смородинцева НИИЭМ СЗО РАМН в изучение проблемы
А.Н.Найхин, д.м.н., отд. вирусологии, 21 апреля 2011

полный текст презентации:
при использовании любых частей доклада обязательна ссылка на данный сайт и автора доклада
(Naykhin2011.ppt 1782 KB)

Хронометрические аспекты брадиэнтерии
К.А. Шемеровский д.м.н., отдел физиологии висцеральных систем, 24 марта 2011

полный текст :
при использовании любых частей доклада обязательна ссылка на данный сайт и автора доклада (dok-shemer.ppt 17 MB)

Исследованию биоритмов посвящены многие работы сотрудников ИЭМа, начиная с ученика И.П.Павлова — В.Н.Болдырева. Различные аспекты биоритмов изучали С.В.Аничков, М.М.Богословский,М.И.Лохов, Н.Б.Суворов, Н.И.Моисеева, В.Н.Сысуев. По классификации основателя хронобиологии Франца Хальберга, в структуре биоритмов основными являются циркадианные ритмы.

Брадиэнтерия — это замедление циркадианного ритма эвакуаторной функции кишечника. Актуальность исследования
моторики кишечника обусловлена тремя основными моментами: противоречивостью представлений о нормальном ритме кишечника, широкой распространенностью функциональной патологии кишечника (около 50% населения), доминированием рака толстой кишки в онкопатологии населения Санкт-Петербурга.

В норме циркадианный ритм является атрибутивным свойством всех систем организма, поэтому нормальным следует считать регулярный ритм кишечника с частотой стула не менее 7 раз в неделю, однако, по международным рекомендациям (Римские критерии-III, 2006) критерием нормы до сих пор считают частоту стула 3 раза в неделю. Нами предложен новый метод исследования эвакуаторной функции кишечника - хроноэнтерография - недельный мониторинг циркадианного ритма кишечника, который позволяет дифференцировать нормальный ритм кишечника — эуэнтерию — от нарушенного ритма этой функции — брадиэнтерии. Предложена частотная классификация стадий брадиэнтерии: I - частота стула 5-6 раз в неделю, II - 3-4 раза в неделю, III - 1-2 раза в неделю. Скрининг брадиэнтерии у 2500 медиков показал, что ее I и II стадии диагностируются у 40%, а III стадия у 4% лиц. Определен парциальный вклад основных факторов риска брадиэнтерии: нерегулярный режим питания - 15%, недостаточная физическая активность - 18%, несоблюдение режима сна - 19%, несвоевременный режим стула — 48%. Доказана закономерная зависимость регулярности циркадианного ритма эвакуатолрной функции кишечника от оптимальности ее акрофазы. Сформулирован хронобиологический принцип оптимизации эвакуаторной функции кишечника: утренняя акрофаза циркадианного ритма эвакуаторной функции кишечника является обязательным условием ее оптимальной реализации.

Показано, что брадиэнтерия является одним из доминирующих факторов риска геморроя, дивертикулеза, язвенного колита, полипоза и рака толстой кишки. Риск ожирения у субъектов с брадиэнтерией в 3,4 раза выше, чем у лиц с эуэнтерией. Брадиэнтерия является существенным фактором риска холелитиаза и варикозной болезни нижних конечностей. У субъектов с отсутствием утренней акрофазы ритма эвакуаторной функции кишечника эффективность лечения артериальной гипертензии ниже, чем у лиц с наличием утренней акрофазы этого ритма. У лиц с эуэнтерией обнаружено два уровня нервно-психической адаптации («практически здоров» и «состояние донозологии»), а у субъектов с брадиэнтерией - еще два уровня: «предпатология» и «патология». Лечение больных брадиэнтерией и восстановление эуэнетрии способствовало повышению уровня качества жизни.

Современные данные свидетельствуют о том, что нарушения регулярности циркадианного ритма кишечника диагностируются преимущественно на III стадии брадиэнтерии и что эти нарушения повышают риск рака толстой кишки в 2,5 раза.

Таким образом, хрономедицинские аспекты брадиэнтерии проявляются ее существенной ролью в этиологии как кишечной
патологии (геморрой, колит, дивертикулез, полипоз кишечника и колоректальный рак), так и других заболеваний (ожирение, холелитиаз, варикоз, гипертензия, тревожные расстройства). Внедрение хрономедицинского подхода в клиническую практику может способствовать диагностике ранних стадий брадиэнтерии, а также повышению эффективности лечения и первичной профилактики указанных видов патологии.

Молекулярно-клеточные основы реализации биологической активности антимикробных пептидов и перспективы их практического применения

Шамова О.В. с.н.с., к.б.н., отдел общей патологии и патологической физиологии 24 февраля 2011

Ключевыми эффекторными молекулами системы врожденного иммунитета являются катионные антимикробные пептиды (АМП), участвующие в обеспечении противоинфекционной защиты и, кроме того, обладающие различными видами биологической активности в отношении собственных клеток организма, в том числе иммунокомпетентных, что позволяет рассматривать их как эндогенные иммуномодуляторы. Сочетание у этих пептидов антибиотических и иммуномодулирующих свойств делает АМП перспективными соедиениями для создания на их основе лекарственных препаратов. Изучение различных видов биологической активности АМП необходимо, как для установления мишеней и механизмов их действия, так и для и разработки способов их применения.

Открытые в Отделе пептиды (протегрины и обогащенные пролином бактенецины) проявляют высокую антимикробную активность, в том числе и против бактерий, устойчивых к действию используемых в клинике антибиотиков. Создание нано-комплексов, состоящих из природных антимикробных пептидов и наночастиц серебра, позволило повысить антимикробную активность и расширить спектр действия АМП.

Для понимания роли и механизмов участия АМП в защитных реакциях необходимо изучение их действия на функции эукариотических клеток. В концентрациях, превышающих бактерицидные, АМП, в частности, протегрин 1, проявляют токсическое действие в отношении опухолевых клеток, однако, могут повреждать и нормальные клетки млекопитающих. Токсичность АМП снижается в присутствии белков плазмы, в том числе белков из семейства ингибиторов сериновых протеиназ (серпинов). При этом некоторые пептиды (протегрин, дефенсины) влияют на функциональную активность различных представителей семейства серпинов.

Использование пептидов, несущих флюоресцентную метку, позволило получить дополнительную информацию о действии исследуемых АМП на эукариотические клетки. По данным конфокальной микроскопии и проточной цитометрии, меченые пептиды быстро проникают в клетки млекопитающих, что приводит к повреждению и гибели клеток или не вызывает видимых изменений, в зависимости от природы пептидов и их концентрации. Данные о процессе интернализации молекул АМП в клетки важны для понимания механизмов их действия и также могут иметь практическое значение при разработке новых молекул-переносчиков различных лекарственных агентов через мембраны клеток, в том числе опухолевых.

В низких концентрациях АМП модулируют функциональную активность клеток иммунной и нейроэндокринной систем. Так протегрин 1 и бактенецин 5 усиливают цитотоксическую активность спленоцитов в отношении опухолевых клеток. Дефенсины снижают вызванный введением АКТГ или стрессом подъем уровня кортикостеридов в плазме крови экспериментальных животных. Не исключено, что лиганд-рецепторное взаимодействие дефенсинов с рецепторами к АКТГ на клетках надпочечников, описанное в литературе, объясняет и некоторые эффекты этих пептидов в отношении клеток иммунной системы, тоже имеющих рецепторы к меланокортинам.

Таким образом, в результате проведенной работы получены данные, создавшие основу для разработки инновационных, патентоспособных антимикробных, иммуномодулирующих или противоопухолевых лекарственных препаратов для использвания в медицине. Наиболее перспективным представляется использование комплексов наночастиц металлов и антимикробных пептидов, сочетающих антибиотические и иммуномодулирующие свойства, для создания препаратов местного действия, раневых покрытий, компонентов шовных нитей, покрытий катетеров.

По материалам доклада профессора В.И. Овсянникова «Жизнь для науки», представленного в рамках мероприятий, посвященных 80-летию со дня рождения академика РАМН Б.И. Ткаченко, проведенных в НИИ экспериментальной медицины СЗО РАМН 27 января 2011 г.

Наибольшие успехи научной школы Б.И. Ткаченко связаны с изучением венозного кровообращения. Период конца 50-х - начала 60-х гг. XX в. ознаменовался резким повышением интереса исследователей к венозной части системы кровообращения. Были получены данные, свидетельствовавшие о возможности активных реакций вен, однако механизмы их регуляции оставались практически неисследованными. Это объяснялось отсутствием методов непрерывной прямой количественной регистрации изменений просвета венозного русла.
Качественно новый уровень изучения регуляции венозных сосудов был достигнут в результате разработки таких методов в школе Б.И. Ткаченко Под руководством Б.И. Ткаченко был создан метод перфузии органа при постоянном расходе артериальной крови в сочетании с измерением венозного оттока, который позволил оценивать количественно, в динамике изменения просвета одновременно артериальных и венозных сосудов. Были разработаны способы измерения капиллярного гидростатического давления, коэффициента капиллярной фильтрации, посткапиллярного сопротивления, метод венозной резистографии, метод «управляемого эксперимента». Совместно с учеными из Германии созданы имплантируемые на сосуды датчики артериального и венозного давления, ультразвуковые измерители кровотока в артериях и венах.

Наиболее важные положения, основанные на результатах исследования венозного кровообращения в школе Б.И. Ткаченко.
● Установлено, что венозные сосуды обладают двумя функциями, емкостной и резистивной.
● Направленность изменений емкости органного сосудистого русла определяется уровнем венозного давления. Давление венозного оттока прямо влияет на уровень капиллярного гидростатического давления.
● В основе реализации адренергических констрикторных влияний на органное венозное русло лежат два механизма: сокращение мышечных венозных сосудов и локализованное сокращение сфинктерных участков вен с пассивным расширением предлежащих безмышечных отделов венозного русла.
● Уменьшение емкости сосудистого русла сердца при действии катехоламинов обусловлено активной констрикцией крупных, «мышечных» вен и активной дилатацией венозных сфинктеров с пассивным уменьшением среднего диаметра безмышечных интрамиокардиальных вен в условиях фазных изменений их просвета.
● Адренергическая констрикция венозных сфинктеров в сочетании с повышением давления в органных венозных сосудах является потенциальным механизмом варикозного расширения вен при хроническом стрессе.
● В формировании прессорных реакций системы кровообращения участвуют два механизма: увеличение общего периферического сопротивления обеспечивает начальное повышение системного артериального давления, а увеличение венозного возврата – последующее поддержание его на повышенном уровне.
● Активная реакция органных венозных сосудов обеспечивает 40% прироста венозного возврата при реакциях сердечно-сосудистой системы на катехоламины.
● В сопряжении резистивной и емкостной функций органного сосудистого русла при нейрогуморальных воздействиях участвует биофизический фактор модуляции волновых характеристик кровотока.
● В формировании венозного возврата существенную роль играет присасывающий эффект грудной клетки.
● При гравитационных нагрузках на организм снижение венозного возврата компенсируется увеличением амплитуды и частоты дыхания.
● При нейрогенной и нефрогенной гипертензии повышается реактивность к констрикторным влияниям не только артериального, но и венозного отдела системы кровообращения.
● Эндотелий венозных сосудов является важным компонентом гематоэнцефалического барьера, предохраняющим нейроны мозга от «катехоламинового удара» при стрессе.

Перечисленные положения отражают основные достижения в области физиологии вен. Вместе с тем под руководством Б.И. Ткаченко выполнены актуальные исследования, касающиеся функций и артериального отдела сердечно-сосудистой системы:
● Дана оценка эффективности адренергических констрикторных стимулов в отношении артериальных сосудов сердца, мозга, легких, скелетной мускулатуры и кишечника.
● Показано, что увеличение амплитуды пульсового давления вызывает сужение коронарных артерий вплоть до спазма, ведущего к прекращению коронарного кровотока.
● Установлено, что при адренергической стимуляции системы кровообращения происходит перераспределение сердечного выброса в пользу сосудов бассейна плечеголовной артерии, снабжающих мозг.
● При действии на систему кровообращения прессорных стимулов проявляется закономерная связь изменений венозного возврата крови к сердцу, кровотока и давления в легочной артерии, сердечного выброса.
● В условиях высокогорной гипоксии происходит повышение реактивности артериальных сосудов к адренергическим стимулам. При гипотермии она, наоборот, снижается.
● Гипотермия оказывает протекторное действие в отношении нарушений в сердечно-сосудистой системе при гипоксической гипоксии за счет компенсаторных изменений венозного возврата.

Доклады 2010 года

Экспериментально-теоретическое обоснование методологии прогнозирования фармакокинетического взаимодействия лекарственных веществ и надмолекулярных комплексов

Пшенкина Н. Н., к.б.н., отдел экологической физиологии, май 2010

В современных условиях лекарственные вещества можно рассматривать как облигатный компонент среды обитания человека: достаточно сопоставить дозовые нагрузки, которые в течение жизни человек испытывает со стороны различных токсикантов, в том числе экотоксикантов, с дозовыми нагрузками от принимаемых лекарственных препаратов. Во всем мире отмечается рост потребления лекарств, в том числе сильнодействующих, таких как психотропные, анальгетики и антибактериальные средства. Увеличивается число осложнений, связанных с приемом лекарств. Объем производства и ассортимент лекарственных веществ неуклонно растет.
Развитие наномедицины выдвигает ряд новых проблем, среди которых важное место занимает анализ безвредности и безопасности наноматериалов, применяемых, в том числе, в медицинских целях. Особое значение приобретает оценка влияния наноматериалов на поведение в организме традиционных лекарственных веществ в условиях их совместного применения. Отсутствие методических подходов к решению данной проблемы стимулировало постановку настоящего исследования с целью разработки методологии прогнозирования зависимостей фармакокинетических взаимодействий лекарственных веществ и надмолекулярных комплексов на модели фармакотерапевтических препаратов и перфторуглеродной наноэмульсии Перфторан.

В качестве прототипа наносистемы в работе использован отечественный перфторуглеродный кровезаменитель с газотранспортными свойствами Перфторан, имеющий клиническое применение в РФ и за рубежом. Перечень лекарственных веществ, отобранных для исследования, включает 200 препаратов, относящихся к различным фармакологическим группам. Методы исследования: компьютерное моделирование, спектральный и хроматографический анализы, статистическая обработка результатов наблюдений.
Разработана модель, объединяющая исследования на разных уровнях организации: молекулярном, надмолекулярном и на уровне целого организма. Принцип построения модели обеспечивает проведение исследований in silico, in vitro и in vivo с последующим анализом взаимосвязей между получаемыми результатами. Отдельные блоки модели включают следующие наборы параметров: физико-химические свойства исследуемых веществ; параметры взаимодействия лигандов с альбумином; параметры сорбции лигандов наноэмульсией Перфторан; содержание лекарственных веществ в крови животных после введения лекарств раздельно и в сочетании с Перфтораном.
Установлено, что наноэмульсия Перфторан обладает сорбционной активностью в отношении лекарственных веществ и способна модифицировать фармакокинетику лекарств в организме животных при их совместном применении. Влияние Перфторана на концентрации лекарств в крови было неоднозначным и проявлялось в следующей форме: отсутствие изменений, снижение концентрации, увеличение концентрации.

В процессе исследования проанализированы связи между отдельными блоками модели и всеми параметрами в целом. Установлена связь между физико-химическими свойствами лигандов и их способностью связываться с альбумином и сорбироваться наночастицами Перфторана. На основе анализа выявленных связей разработаны уравнения регрессии, позволяющие, исходя из физико-химических свойств лигандов, прогнозировать характер изменения концентраций лекарств в крови под влиянием наноэмульсии Перфторан. Согласно полученным уравнениям, наиболее существенными для взаимодействия лекарств и надмолекулярного комплекса Перфторан являются липофильность (log P) и константа ионизации (pKa) лигандов.
Таким образом, проведенные исследования показали, что наноэмульсия способна модифицировать поведение лекарств в организме, а характер отклика зависит от физико-химических свойств лигандов. На основе этих характеристик возможно прогнозирование направленности ожидаемых изменений. В частности, полученные результаты целесообразно использовать в целях оптимизации схем сочетанного применения кровезаменителя Перфторан и фармакотерапевтических средств.
Предлагаемая методология представляется конструктивной при оценке влияния других наноматериалов на поведение лекарств в организме. Модель является гибкой и открытой, может дополняться другими параметрами в зависимости от задач исследования.

Механизмы интеграции нейромедиаторов и гормонов в регуляции моторной функции желудочно-кишечного тракта

Овсянников В.И., д.м.н., проф. (отдел физиологии висцеральных систем) март 2010

Методическое обеспечение исследований. Количественную регистрацию сокращений гладкой мускулатуры сегмента тонкой кишки производили в условиях перфузии ее сосудов постоянным объемом артериальной крови животного – донора. Для количественной оценки уровня сократительной активности желудочно-кишечного тракта у бодрствующих животных использовали компьютерный анализ миоэлектрической активности, регистрировавшейся с помощью вживленных электродов. Участие нейромедиаторов и гормонов в моторных эффектах желудочно-кишечного тракта исследовали с применением фармакологического анализа (блокада Н- и М-холинорецепторов, α- и β-адренорецепторов).

Результаты исследований. Проведенные исследования показали, что гастроинтестинальные пептидные гормоны гастрин, соматостатин и мет-энкефалин оказывают модулирующее влияние на моторику желудочно-кишечного тракта. Установлено, что моторные эффекты серотонина, гистамина и брадикинина осуществляются с участием возбуждающего холинергического и тормозного неадренергического контуров энтеральной нервной системы. Серотонин участвует в перистальтическом рефлексе, оказывая неспецифическое активирующее воздействие на нейроны энтеральной нервной системы. Показано, что блокада α-адренорецепторов потенцирует, а блокада β-адренорецепторов ингибирует сократительные реакции тонкой кишки на серотонин, опосредованные холинергическими нейронами энтеральной нервной системы. Указанный эффект блокады β-адренорецепторов не укладывается в представление об исключительно тормозном влиянии симпатико-адреналовой системы на моторную функцию кишечника. Высказано предположение о наличии в тонкой кишке неизвестных ранее β-адренорецепторов, опосредующих стимулирующее действие катехоламинов на сократительную активность кишечника.

Для подтверждения данной гипотезы проведены опыты с применение агониста β-адренорецепторов изопротеренола и антагониста β1/β2-адренорецепторов пропранолола. Оказалось, что стимуляция β-адренорецепторов способна вызывать сократительные реакции тонкой и толстой кишки. Эти реакции устранялись не только блокадой β1/β2-адренорецепторов, но и блокадой М- и Н-холинорецепторов. Полученные результаты позволили заключить, что возбуждающие β-адренорецепторы располагаются на холинергических нейронах энтеральной нервной системы. Дальнейшие исследования показали, что возбуждающие β-адренорецепторы холинергических нейронов участвуют в проявлении сократительных эффектов гистамина и брадикинина.

Для обоснования физиологической роли возбуждающих β-адренорецепторов проведены исследования на бодрствующих животных. Показано, что психогенный стресс вызывает усиление сократительной активности двенадцатиперстной, тощей и толстой кишки. Фармакологический анализ с применением блокаторов β-адренорецепторов и М-холинорецепторов показал, что возбуждающие β-адренорецепторы энтеральных холинергических нейронов участвуют в проявлении стрессорного усиления моторики дистального отдела двенадцатиперстной и проксимального отдела тощей кишки.

На основании полученных данных предложена концепция двойного адренергического контроля холинергических нейронов энтеральной нервной системы, в соответствии с которой, наряду с угнетением их функции в результате пресинаптического α-адренергического торможения, имеет место их активация, обусловленная стимулирующим воздействием циркулирующих в крови катехоламинов на возбуждающие β-адренорецепторы. Таким образом, установлен неизвестный ранее функционально значимый механизм интеграции адренергического и холинергического механизмов в энтеральной нервной системе.

Атеросклероз. Иммунопатологическое звено болезни.

Пигаревский П.В., д.б.н. (отдел Общей и частной морфологии) февраль 2010 г.

В докладе рассмотрено развитие иммуновоспалительных реакций в стенке артерий при атерогенезе у человека. Модифицированные апоВ-содержащие липопротеины низкой плотности (мЛПНП) оцениваются в качестве ведущего этиологического фактора заболевания. В атеросклеротических поражениях аорты человека иммуногистохимически впервые выявлены эпитопы, распознаваемые антителами к ацетилированным, малеилированным и МДА-модифицированным ЛПНП. На экспериментальной модели прослежены пути транспорта ЛПНП в интиму артерий.

Показано значение модифицированных липопротеинов в развитии иммунного воспаления в интиме артерий. Раскрыта роль иммунорегуляторного сигнала CD40 – CD40L в инициальной фазе иммунопатологического процесса при атеросклерозе. Выявлено ключевое значение макрофагов и лимфоцитов в становлении и развитии иммунопатологического звена заболевания. Впервые обсуждаются вопросы, связанные с существованием двух фенотипов макрофагов и их пролиферацией в атеросклеротических поражениях артерий человека. Данные иммуногистохимического и морфометрического исследования позволили установить сочетанный характер изменений в парааортальных лимфатических узлах и контролируемых ими участках сосудистой стенки в динамике атеросклероза у человека. Формирующийся иммунный ответ модулирует развитие атеросклероза, придавая процессу хроническое течение с развитием замкнутой порочной реакции по типу реакции гиперчувствительности замедленного типа. Направленное изменение баланса Th1/Th2 – лимфоцитов – возможный путь управления иммуновоспалительными реакциями при атерогенезе.

Показано, что наряду с ведущим этиопатогенетическим фактором – модифицированными липопротеинами низкой плотности, в качестве аутоантигенов, способных вызывать развитие иммунного воспаления в стенке артерий, могут выступать гликопротеины микробной природы (облигатные паразиты) и белки теплового шока или шапероны (HSPs).

В заключении рассмотрены перспективы развития научных исследований в лаборатории атеросклероза им. Н.Н.Аничкова и в отделе общей и частной морфологии.

 

Доклады 2009 года

Развитие представлений об оптимальном артериальном давлении у человека в клинической и экологической физиологии (тезисы доклада)

Жирков А.М., д.м.н., профессор, отд.экологической физиологии, октябрь 2009

Актуальность исследования параметров артериального давления у человека связана с широким распространением артериальной гипертензии. Изучение роли экологических факторов в развитии гипертонических и гипотонических реакций у человека требуют развития представлений об оптимальных значениях артериального давления.

Для обоснования предлагаемой автором точки зрения, рассмотрена эволюция представлений об оптимальном артериальном давлении у человека от открытия Н. С. Коротковым звукового метода определения артериального давления до наших дней. Подчеркивается роль отечественных ученых в разработке нормативов артериального давления у человека и их вклад в изучение механизмов его регуляции. Подвергнуты критическому анализу классические определения понятий «норма», «должное значение», «оптимальность» применительно к показателям артериального давления.

На основании анализа причин дискуссий, возникающих при использовании статистического подхода к определению нормативов артериального давления, постулируются новые принципы определения понятия «оптимальное артериальное давление». Для этой цели предложена концепция минимального расхода энергии при перемещении крови по артериальным сосудам. Разработана теоретическая модель, описывающая оптимальное соотношение видов артериального давления с позиций минимального расхода энергии при движении крови по сосудам, отличающееся простотой и информативностью. Последующее использование этой модели при описании результатов обследования артериального давления у более 1500 человек разного пола и возраста позволило предложить оригинальные формулы для определения оптимального артериального давления у человека. Они названы по фамилиям разработчиков: А. М. Жиркова, А. П. Голикова, А. Г. Субботы (ZhGS-formulas). Формулы имеют вид:

САД=100+(Ф-1)хА

ДАД=100х(Ф-1)+(2-Ф)хА

СрАД=(Ф-1)хДАД+(2-Ф)хСАД

РД=(Ф-1)хДАД

где:

Ф- число Фидия (1,618...)
А- возраст в годах
САД - систолическое артериальное давление
ДАД - диастолическое артериальное давление
ПД - пульсовое давление
СрАД - среднее артериальное давление

формулы позволяют определить оптимальные значения, как отдельных видов артериального давления, так и соотношения между ними.

Представлены доказательства эффективности использования формул ZhGS для анализа результатов таких многоцентровых клинических исследований как HOT, HYVET, MONICA и других. Показана хорошая корреляция данных теоретических расчетов с использованием формул ZhGS и реальных результатов целого ряда популяционных и экспериментальных исследований. Показаны перспективы использования формул для уточнения нормативов артериального давления в детском и подростковом возрасте.

Направленное изменение структурно-функциональных свойств антибиотических пептидов (тезисы доклада)

Д.С. Орлов,  отдел общей патологии и патофизиологии,  май 2009

Антибиотические пептиды (АП) – защитные факторы врожденного иммунитета человека и животных. Широкий спектр антимикробной, противогрибковой и противовирусной активности обусловливает актуальность работ по созданию на их основе антибиотиков нового поколения.

Применение АП в медицине связано с необходимостью преодоления их токсичности по отношению к клеткам человека. Направленное изменение биологических свойств АП затруднено, поскольку остается малоизученным, как структура АП связана с их биологической активностью.

В результате изучения природных АП - представителей важнейших структурных семейств, в том числе, открытых в Отделе, были разработаны их структурные синтетические варианты. Установлено, что у протегрина-1 (ПГ-1) изменение природной вторичной структуры бетта-шпильки ведет к диссоциации антимикробных и цитотоксических свойств, что может быть использовано для получения малотоксичного по отношению к клеткам человека пептида с высокой антимикробной активностью. Обнаружено, что синтетическая линейная форма пептида, сходного с ПГ-1 – ареницина -1 также обладает сниженной токсичностью, а циклическая имеет повышенную антимикробную активность.

Изменение оригинальной особенности ареницина – симметрии расположения аминокислотных остатков приводит к снижению цитотоксической и гемолитической активности. Ареницин-подобные пептиды были активны и в отношении патогенных резистентных штаммов клинических изолятов. У спирального АП индолицидина изменение содержания остатков триптофана и распределения гидрофобных и гидрофильных участков в синтетических модификациях приводит к изменению мембранолитических свойств и может быть использовано для снижения токсичности. Среди структурных вариантов индолицидина выявлен пептид с иммуномодулирующим действием - прямым митогенным эффектом в отношении спленоцитов. Оценивая биологические свойства модификаций природных АП, необходимо учитывать и значение их неантимикробных эффектов, таких как обнаруженные нами ранее кортикостатическое, стресс-протективное действие, влияние на ионные каналы, продукцию цитокинов.

Полученные данные определяют пути направленного изменения биологической активности природных АП для создания новых антимикробных и иммуномодулирующих веществ с оптимальными свойствами.

 

Нейропептид галанин - ингибиторный модулятор реакций ЦНС на действие психотравмирующих факторов (тезисы доклада)

В.И. Людыно, отд. физиологии им. Павлова,   апрель 2009

Современные медико-биологические исследования убедительно показывают, что чрезмерные по силе либо длительно сохраняющиеся психические перегрузки и вызванное ими состояние психоэмоционального стресса становятся одной из ведущих причин заболеваемости и снижения качества жизни. Исследования механизмов предотвращения стрессорной патологии приобретают в этой связи особую актуальность.

Галанин, нейропептид из 29-30 а/к (30 а/к содержит галанин человека), обладает широким спектром биологической активности, включая регуляцию пищевого поведения, процессов обучения и памяти, контроль болевой чувствительности. Продуцируемый в центральном и периферическом отделах нервной системы, галанин оказывает выраженное ингибиторное действие на нейроны-мишени, подавляет высвобождение нейротрансмиттеров и является важным регулятором процессов возбуждения в ЦНС. Исследования нейробиологии галанина выявили консервативность его структуры в филогенезе и обнаружили высокую степень индуцибельности экспрессии мРНК и продукции пептида в различных моделях патологии ЦНС: травме, ишемии, гипогликемии. Ингибиторный потенциал галанина, взаимодействие с основными нейромедиаторными системами, высокий уровень продукции пептида и экспрессии его рецепторов в лимбических структурах мозга, обеспечивающих адаптацию индивидуума к разнообразным факторам среды, определили интерес к исследованию функций этой нейропептидной системы мозга в регуляции психо-эмоционального состояния, в том числе в условиях психического напряжения.

Известно, что адаптивные возможности организма в значительной мере определяются характером реагирования на эмоциогенные воздействия. Наши исследования доказали участие базального пула галанина в формировании индивидуально-типологических особенностей поведения и определении базового уровня тревожности. На модели острой психогенной травмы установлена вовлеченность галанинергической системы в регуляцию ответа ЦНС на стресс, продемонстрирована способность галанина купировать повышение уровня тревожности при стрессорных воздействиях. Полученные данные позволили сделать вывод о том, что галанин, наряду с опиоидергической и ГАМКергической стресс-лимитирующими системами, участвует в формировании адекватной приспособительной стратегии, предотвращая чрезмерное развитие ответа ЦНС на стрессорные стимулы. Основными механизмами, определяющими стресс-протективное действие галанина, являются, по-видимому, его ингибиторное влияние на активность гипоталамо-гипофизарной системы, а также участие в модуляции пластических перестроек в лимбических зонах мозга, запускаемых в ответ на стрессорные воздействия психогенной природы.

Исследование молекулярных основ протективного действия галанина в ЦНС и разработка селективных агонистов и антагонистов рецепторов пептида представляется перспективным направлением в фармакотерапии стресс-обусловленных заболеваний, в том числе посттравматического стрессового расстройства.

Молекулярно-генетические аспекты аттенуации и изменчивости вируса гриппа
(тезисы доклада)

И.В.Киселева, отд. вирусологии, 19 февраля 2009 г.