Механизмы радиобиологического и физиологического действия химических ингибиторов синтеза биогенного оксида азота (NO)

Рис. 7. Влияние темпола на выживаемость животных, подвергнутых комбинированному радиационно-термическому воздействию.

1 - КРТП (Контроль); 2 - темпол сразу после КРТП, внутрибрюшинно;

3 - через 4 ч после КРТП; 4 - трехкратная обработка препаратом, через 4 ч и на 5-ые и 6-ые сутки после КРТП. Зависимости 2, 3 и 4 статистически достоверно отличаются от контрольной, Р<0,05.

Увеличение выживаемости животных с КРТП под действием препарата темпол, впервые обнаруженное в модели КРТП, в целом соответствует известным данным об универсальных протективных свойствах этого соединения. Оно эффективно в ограничении патологических последствий септического и геморрагического шока [Mota-Filipe et al., 1999; Liaw et al., 2005], увеличивает выживаемость гамма-облученных животных и защищает нормальные ткани при радио- и химиотерапии [Hahn et al., 1998; Schor et al., 2004; Vitolo et al., 2004].

В табл. 5 суммированы данные о влиянии изученных в модели КРТП препаратах, влияющих на отдельные этапы молекулярных NO-зависимых процессов, индуцированных КРТП. Среди них лекарственное средство пентоксифиллин. Этот агент является ингибитором активности фермента (фосфодиэстеразы), разрушающего одно из звеньев передачи вазорелаксирующего сигнала NO, а также ингибитором транскрипционного фактора NFkB, управляющего экспрессией, индуцируемой NOS [Waxman K. et al., 1993; Ji Q. et al., 2004]. Из табл. 5 видно, что достоверный эффект защиты животных пентоксифиллин проявлял, если вводился сразу после облучения и ожога - 50% выживших. Но когда его вводили через 4 ч, т.е. в период экспрессии контролируемых NFkB белков (iNOS, провоспалительные цитокины) защитный эффект отсутствовал.

Таблица. 5. Влияние модификаторов продукции и обмена биогенного NO на выживаемость животных с КРТП.

* - данные, статистически достоверно отличающиеся от контроля.

При определении NO-ингибирующей активности in vivo на модели эндотоксемических животных этот препарат также оказывал эффект. При дозе 40 и 80 мг/кг (время инъекции - за 10 мин до ЛПС) продукция NO в печени мышей уменьшалась до 71 и 46%, соответственно.

Значительный эффект из изученных NO-модификаторов проявил антибиотик полимиксин В - соединение, обладающее способностью образовывать прочный комплекс с ЛПС и, таким образом, препятствовать его контакту с соответствующими рецепторами на иммуноцитах, что приводит к активации NFkB, экспрессии iNOS и сверхпродукции NO. При разных планах введения (внутрибрюшинно) антибиотик увеличивал выживаемость животных до 100% (4-х кратное введение), по сравнению с 20% выживших в контрольной группе с КРТП. Это убедительным образом свидетельствует о том, что подобно ожоговой травме, КРТП также вызывает поступление эндотоксина в циркуляцию, что определяющим образом влияет на частоту летальных исходов. Поскольку защитное действие полимиксина В проявляется уже в первые часы после КРТП, можно заключить, что источником эндотоксина служат грам-отрицательные бактерии эндогенной флоры, чему способствует нарушение барьерных функций желудочно-кишечного тракта [Deitch E.A. et al., 2006; Spehlmann ME, Eckmann L., 2009]. Эти данные подтверждаются также ранее открытым феноменом защиты животных с КРТП антителами к IL-6 (анти-IL-6) [Будагов Р.С., Ульянова Л.П., 2004]. Поскольку ЛПС, как сигнальное звено, стоящее выше NFkB, регулирующего экспрессию IL-6, может быть удалено с помощью полимиксина В, то и патогенетическое действие IL-6 также будет отменяться [Cone J.B. et al., 1997; Cruz D.N. et al., 2007].

Прямые измерения влияния полимиксина В на продукцию NO в модели эндотоксемического шока подтвердили его эффективность. По сравнению с контрольной группой мышей, получавшей только ЛПС, у мышей, которым за 10 мин до ЛПС инъецировали полимиксин В, содержание NO снизилось до 4%, что фактически не отличается от его уровня у мышей, не получавших ЛПС.

Выводы

1. Модифицированный метод ЭПР-спектроскопии спиновой ловушки адекватно регистрирует модифицирующее действие различных соединений на продукцию оксида азота NO in vivo.

2. Многие радиопротективные соединения оказывают ингибирующее действие на продукцию биогенного оксида азота in vivo.

3. Выявлены закономерности, связывающие NO-ингибирующую активность веществ и особенности их структуры, в ряду производных изотиомочевины (соединения, содержащие тиоамидиновый структурный фрагмент) и на их основе созданы новые соединения с высокой активностью.

4. Показано, что новые производные изотиомочевины проявляют радиозащитное действие на стволовые клетки гемопоэза и эпителия кишечника и по критерию выживаемости животных.

5. Производные изотиомочевины оказывают гипертензивное действие вследствие вазоконстрикции, которая может вызывать гипоксию ряда тканей и органов и вносить вклад в радиопротекцию.

6. Производные изотиомочевины оказывают антигипотензивное действие у наркотизированных животных, находящихся в состоянии шока, вызванного липополисахаридом или кровопотерей.

7. Вещества с NO-ингибирующими и антиоксидантными свойствами снижают летальные последствия комбинированного радиационно-термического поражения.

8. Существенную роль в патогенетических механизмах комбинированного радиационно-термического поражения играет эндотоксин грамотрицательных бактерий микрофлоры, оксид азота и активные формы кислорода.

Список основных научных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Проскуряков С.Я., Коноплянников А.Г., Иванников А.И., Скворцов В.Г. Биология окиси азота // Успехи современной биологии. - 1999. - Т. 119, № 3. - С. 380-395.

2. Коноплянников А.Г., Проскуряков С.Я., Штейн Л.В., Кучеренко Н.Г., Скворцов В.Г., Иванников А.И., Коноплянников М.А., Верховский Ю.Г. Ослабляющее действие фенитоина на продукцию оксида азота в тканях -облученных животных // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 1999. - Т. 127, № 6. - С. 648-650.

3. Проскуряков С.Я., Коноплянников А.Г., Иванников А.И., Скворцов В.Г., Цыб А.Ф. Оксид азота и терапия новообразований // Российский онкологический журнал. - 2000. - Т.4, № 3. - С. 41-45.

4. Проскуряков С.Я., Коноплянников А.Г., Иванников А.И., Скворцов В.Г., Цыб А.Ф. Оксид азота в неопластическом процессе // Вопросы онкологии. - 2001. - Т.47, № 3. - С. 257-269.

5. Проскуряков С.Я., Кучеренко Н.Г., Тришкина А.И., Филимонова М.В., Шевчук А.C., Штейн Л.В., Верховский Ю.Г., Коноплянников, А.Г, Мандругин А.А., Федосеев В.М., Скворцов В.Г. NO-ингибирующая и вазотропная активность некоторых соединений, содержащих тиоамидиновую группу // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2002. - Т. 134, № 10. - С. 393-396.

6. Проскуряков С.Я., Кучеренко Н.Г., Семененко М.Н., Тришкина А.И., Трофимова Т.П., Филимонова М.В., Штейн Л.В., Верховский Ю.Г, Коноплянников, А.Г, Мандругин А.А., Федосеев В.М., Скворцов В.Г. NO-ингибирующая активность радиопротекторов // Радиационная биология. Радиоэкология. - 2003. - Т. 43, Вып.1. - С. 57-61.

7. Проскуряков С.Я., Филимонова М.В., Верховский Ю.Г., Коноплянников А.Г., Мандругин А.А., Федосеев В.М., Скворцов В.Г. Влияние ингибитора синтазы оксида азота, 2-АДТ на эндотоксин-индуцированные изменения гемодинамики и дыхания крыс // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2004. - Т. 138, № 10. - С. 446-449.

8. Коноплянников А.Г., Коноплянникова О.А., Проскуряков С.Я. Реакция "ишемия/реперфузия" для стволовых клеток двух "критических" систем клеточного обновления организма // Радиационная биология. Радиоэкология. - 2005.- Т. 45, Вып. 4. - С. 418-422.

9. Проскуряков С.Я., Коноплянников А.Г., Скворцов В.Г., Мандругин А.А., Федосеев В.М. Структура, активность и биологические эффекты субстрат-подобных ингибиторов NO-синтаз // Биохимия. - 2005.- Т. 70, № 1.- С. 14-32.

10. Проскуряков С.Я., Коноплянников А.Г., Скворцов В.Г., Мандругин А.А., Федосеев В.М. Ингибиторы NO-синтаз, содержащие карбоксамидиновую группу и ее изостеры // Успехи химии. - 2005. - Т. 74, № 9. - С. 939-950.

11. Проскуряков С.Я., Ульянова Л.П., Скворцов В.Г., Будагов Р.С. Оценка роли оксида азота в отягощении исходов комбинированных радиационно-термических поражений // Радиационная биология. Радиоэкология. - 2005. - Т. 45, Вып. 3. - С. 316-319.

12. Мандругин А.А., Трофимова Т.П., Федосеев В.М., Проскуряков С.Я. Исследования свойств серосодержащих органических соединений методами радионуклидной диагностики // Российский химический журнал. - 2005. - Т. XLIX, N 6. - С. 35-46.

13. Верховский Ю.Г., Коноплянников А.Г., Проскуряков С.Я., Скворцов В.Г., Цышкова Н.Г., Шевченко Л.И., Штейн Л.В. Влияние модификаторов продукции и обмена оксида азота на радиочувствительность ранних предшественников гемопоэза // Труды Регионального конкурса научных проектов в области естественных наук. - Калуга. - 2005. - Вып. 8. - С. 305-312.

14. Верховский Ю.Г., Проскуряков С.Я., Коноплянников А.Г., Шевченко Л.И., Штейн Л.В. Об участии оксида азота в механизмах радиопротекции ранних предшественников гемопоэза // Труды Регионального конкурса научных проектов в области естественных наук. - Калуга. - 2006. - Вып. 10. - С. 365-370.

15. Проскуряков С.Я., Петров В.Н., Саяпина Е.В., Скворцов В.Г. Влияние ингибиторов NO-синтазы, содержащих тиоамидиновый фрагмент, на люминол-зависимую хемилюминесценцию нейтрофилов человека // Вопросы биологической, медицинской и фармакологической химии. - 2006. - № 2.- С. 31-33.

16. Борышева Н.Б., Донцов А.Е., Кузнецов Ю.В., Проскуряков С.Я., Смирнов Л.Д., Яснецов В.В. Исследование NO-ингибирующей и антирадикальной активности ?-гидроксипроизводных азотистых гетероциклов (пиридина, бензимидазола) // Вестник новых медицинских технологий. - 2006. - Т. 13, № 3. - С. 10-11.

17. Будагов Р.С., Ульянова Л.П., Проскуряков С.Я. Повышение уровня оксида азота и гиперфибриногенемия в патогенезе комбинированных радиационно-термических поражений // Цитокины и воспаление. - 2006.- Т. 5, № 1.- С. 53-55.

18. Ульянова Л.П., Скворцов В.Г., Верховский Ю.Г., Шевченко Л.И., Штейн Л.В. Проскуряков С.Я., Будагов Р.С. Регуляция численности ранних предшественников гемопоэза в модели сочетанного радиационно-термического воздействия: роль оксида азота и активных форм кислорода // Труды Регионального конкурса научных проектов в области естественных наук. - Калуга. - 2007. - Вып. 12. - С. 325-336.

19. Скворцов В.Г., Ульянова Л.П., Верховский Ю.Г., Шевченко Л.И., Штейн Л.В. Проскуряков С.Я., Будагов Р.С. Экспериментальная разработка новых методов терапии комбинированного радиационно-термического поражения на основе регуляции синтеза и обмена активных форм кислорода и азота // Труды Регионального конкурса научных проектов в области естественных наук. - Калуга. - 2007. - Вып. 12. - С. 353-363.

20. Верховский Ю.Г., Коноплянников А.Г., Проскуряков С.Я., Скворцов В.Г., Шевченко Л.И., Штейн Л.В. Новые способы химической радиопротекции: модификация продукции и обмена биогенного оксида азота // Труды Регионального конкурса научных проектов в области естественных наук. - Калуга. - 2007. - Вып. 11. - С. 388-398.

21. Коноплянников А.Г., Проскуряков С.Я., Коноплянникова О.А., Тришкина А.И., Штейн Л.В., Верховский Ю.Г., Колесникова А.И., Трофимова Т.П., Мандругин А.А., Федосеев В.М., Бачурин С.О., Прошин А.Н., Скворцов В.Г. Влияние некоторых ингибиторов NOS из дигидротиазин-тиазолинового ряда на пострадиационное восстановление эндогенных КОЕ-С-8 у мышей // Радиационная биология. Радиоэкология. - 2007. - Т. 47, Вып. 1.- С. 5-9.

22. Замулаева И.А., Смирнова С.Г., Орлова Н.В., Проскуряков С.Я., Саенко А.С. Корреляция между внутриклеточным содержанием оксида азота и частотой мутантных лимфоцитов после радиационного воздействия в малых дозах // Радиационная биология. Радиоэкология. - 2007. - Т.47, Вып. 1. - С. 86-92.

23. Мандругин А. А., Трофимова Т. П., Федосеев В. М., Проскуряков С. Я., Штейн Л.В., Прошин А.Н., Пушин А.Н. NO-ингибирующая активность производных 2-амино-2-тиазолина // Химико-фармацевтический журнал. - 2007. - Т. 41, № 12. - С. 61-63.

24. Проскуряков С.Я., Коноплянников А.Г., Коноплянникова О.А., Ульянова Л.П., Цыб А.Ф. Об участии циклооксигеназ в стимуляции выживаемости стволовых клеток эпителия кишечника и костного мозга канцерогеном 1,2-диметилгидразином // Клеточные технологии в биологии и медицине. - 2008. - № 4.- С. 226-229.

25. Зефирова О.Н., Нуриева Е.В., Баранова Т.Ю., Трофимова Т.П., Мандругин А.А., Зык Н.В, Проскуряков С.Я., Федосеев В.М, Зефиров Н.С. О некоторых примерах "рационального" создания физиологически активных веществ // Альманах современной науки и образования. - Тамбов: "Грамота". - 2008. - № 5. - С. 61-63.

26. Верховский Ю.Г., Борышева Н.Б., Лушникова Г.А., Орленко С.П., Проскуряков С.Я., Филимонова М.В., Цышкова Н.Г., Шевченко Л.И., Шевчук А.Г., Штейн Л.В. Синтез и отбор новых ингибиторов продукции биогенного оксида азота // Труды Регионального конкурса научных проектов в области естественных наук. - Калуга. - 2008. - Вып. 13. - С. 254-265.

27. Проскуряков С.Я., Коноплянников А.Г., Коноплянникова О.А., Ульянова Л.П. Модификаторы выживаемости/гибели стволовых клеток эпителия кишечника и танатогенные механизмы // Радиационная биология. Радиоэкология. - 2008. - Т. 48, Вып. 6. - С. 721-729.

28. Верховский Ю.Г., Боровая О.Н., Лушникова Г.А., Орленко С.П., Проскуряков С.Я., Филимонова М.В., Цышкова Н.Г., Шевченко Л.И., Шевчук А.Г., Штейн Л.В. Исследование связи между структурой и NOS-нгибирующей активностью S,N-замещенных производных изотиомочевины и обоснование нового направления в создании на их основе антигипотензивных средств широкого спектра действия // Труды Регионального конкурса научных проектов в области естественных наук. Калуга. - 2009. - Вып. 14. - C. 361-372.

29. Проскуряков С.Я., Шевченко Л.И., Цышкова Н.Г., Трофимов Ф.А., Мандругин А.А., Смирнов Л.Д., Скворцов В.Г. NO-ингибирующая активность соединений, содержащих в своей структуре тиоамидиновую группу // Вопросы биологической, медицинской и фармакологической химии. - 2009. - № 3.- С. 15-18.

30. Проскуряков С.Я., Коноплянников А.Г., Коноплянникова О.А., Шевченко Л.И.,, Верховский Ю.Г., Цыб А.Ф. О возможном участии NO в стимулирующем действии пифитринов на выживаемость гемопоэтических клоногенных клеток // Биохимия. - 2009. - Т. 74, № 2. - С. 164-171.

31. Проскуряков С.Я., Коноплянников А.Г., Ульянова Л.П., Логунов Д.Ю., Народицкий А.Л., Гинцбург А.Л. Стволовые клетки кишечного эпителия. Механизмы выживаемости и роль микробиоты // Биомедицинская химия. - 2009. - Т. 55, № 5. - С. 587-609.

Список патентов на изобретения по теме диссертации

1. Мандругин А. А., Проскуряков С. Я., Трофимова Т. П., Верховский Ю. Г., Зефиров Н. С., Зефирова О. Н., Федосеев В. М. Антигипотензивное средство. Патент РФ на изобретение RU2338538. Дата публикации: 20.11.2008.

2. Проскуряков С.Я., Верховский Ю.Г., Филимонова М.В., Шевченко Л.И., Мандругин А.А., Трофимова Т.П., Федосеев В.М. Антигипотензивное средство. Патент РФ на изобретение RU2353614. Дата публикации: 27.04.2009.