Liver and skeletal muscle ceramides in alloxan-induced diabetes

Full Text

В последние годы в литературе широко обсуждают вопрос о роли определённых классов липидов в механизмах развития инсулинорезистентности. Церамиды - метаболиты сфингомиелина, являющиеся вторичными мессенджерами многих патологических процессов. Известно, что ряд патологических состояний, в частности стеатогепатит, метаболический синдром, хроническое воспаление, сахарный диабет 2-го типа, алиментарное ожирение, сопровождаются повышением содержания церамидов в тканях. Согласно данным ряда авторов [4, 8-10], накопление церамидов в клетках сопровождается развитием пострецепторной инсулинорезистентности - одного из ключевых звеньев патогенеза сахарного диабета 2-го типа. Инсулинорезистентность преимущественно развивается в мышечной ткани и печени, при этом выделяют два основных её механизма - за счёт вытеснения избытка жиров из жировой ткани с последующим их метаболизмом и образованием специфических липидных метаболитов, а также за счёт выделения при ожирении адипоцитокинов. Церамиды являются промежуточными посредниками обоих этих процессов [10]. Кроме того, сами церамиды играют ключевую роль в развитии инсулинорезистентности, доказана их роль в ингибировании фосфорилирования при инсулиновом сигналинге за счёт блокирования протеинкиназы Б [8]. Показано, что при стрептозотоциновом сахарном диабете (модель сахарного диабета 1-го типа) также происходит повышение активности сфингомиелинового сигнального пути, эффекторами которого служат церамиды [7]. В работе проведено исследование содержания церамидов в инсулинзависимых тканях (печени, мышце) при аллоксановом сахарном диабете на разных сроках после введения аллоксана. Хронические опыты проведены на 114 белых нелинейных половозрелых крысах-самцах с массой тела 180-220 г. Сахарный диабет моделировали путём однократного внутрибрюшинного введения 5% раствора аллоксана гидрохлорида в дозе 100 мг/кг [2]. Контролировали развитие заболевания по клиническим (полиурия, жажда, потеря массы тела) и лабораторным (содержание глюкозы, гликозилированного гемоглобина в крови1) показателям. Церамиды в исследуемых тканях определяли у животных на 10-й, 20-й, 30-й, 45-й и 60-й дни после введения аллоксана, забой животных осуществляли путём кровопускания из сонной артерии под общей анестезией. Брали навески тканей печени (правой доли), мышцы (из передней группы мышц голени). Экстракцию суммарных липидов проводили по методу Фолча [6]. Из общей фракции липидов церамиды выделяли методом тонкослойной хроматографии на пластинах (Sorbfil, Краснодар), окрашивали 5% раствором фосфорномолибденовой кислоты в 95% этаноле [3]. Количество церамидов в пластинах определяли с использованием внешнего стандарта (Ceramide from bovine brain, Sigma) посредством компьютерной обработки (Sorbflil TLC Videodensitometer). Статистическая обработка результатов проведена методом вариационной статистики при помощи стандартных программ (Microsoft Office Excel 2003). Достоверность различий между средними величинами оценивали по непараметрическому критерию Манна-Уитни. Различия считали статистически значимыми при p <0,05. В контрольной группе содержание церамидов было в 2 раза больше в ткани печени. На всех сроках после введения аллоксана содержание исследуемого вещества было достоверно больше по сравнению с контролем (табл. 1). Кроме того, на всех сроках исследования содержание церамидов в мышечной ткани было достоверно меньше, чем в ткани печени. В ткани печени к 10-му и 20-му дням эксперимента зарегистрировано значительное увеличение содержания церамидов (в 8 раз), на 30-й день отмечено частичное восстановление уровня исследуемого вещества, к 45-му дню содержание церамидов печени вновь увеличивалось до уровня 20-го дня, к окончанию эксперимента (60-й день) повышение концентрации церамидов печени было менее выражено. В мышце наблюдалась подобная динамика. До 20-го дня выявлялось повышение содержания церамидов (к 20-му дню - в 7 раз по сравнению с контролем), к 30-му дню эксперимента отмечено частичное восстановление содержания церамидов, их уровень значительно увеличивался к 40-му дню и к окончанию исследования оставался относительно стабильным. Частичное восстановление уровня церамидов в инсулинзависимых тканях к 30-му дню после введения аллоксана, вероятно, связано с подключением механизмов компенсации. Дальнейшее повышение количества церамидов к 40-му дню эксперимента свидетельствует о возможной декомпенсации патологических процессов. По данным других исследований [7], стрептозоциновый сахарный диабет приводит к повышению уровня церамидов в мышечной ткани на 75%. Наши исследования показали, что повышение содержания церамидов происходит не только при стрепотозотоциновом диабете, но и в других экспериментальных моделях сахарного диабета 1-го типа, в частности при аллоксановом сахарном диабете, при этом введение аллоксана вызывает более значительное изменение уровня церамидов, нежели введение стрептозотоцина. Согласно нашим данным, повышение концентрации церамидов при аллоксановом сахарном диабете наблюдается не только в мышечной ткани, но и в печени, при этом обнаружена сходная динамика изменений содержания церамидов в обеих инсулинзависимых тканях. Существует зависимость содержания церамидов в исследуемых тканях от срока экспериментального сахарного диабета. После введения аллоксана, как и при введении стрептозотоцина, развивается сахарный диабет 1-го типа за счёт гибели β-клеток островков Лангерганса поджелудочной железы [1]. Известно, что данный тип сахарного диабета приводит к развитию вторичной инсулинорезистентности [12], которая в свою очередь сопровождается увеличением содержания церамидов в тканях [9]. Результаты нашего исследования свидетельствуют о повышении уровня церамидов в печени и мышце при аллоксановом сахарном диабете, что позволяет предположить участие церамидов в развитии вторичной инсулинорезистентности при сахарном диабете 1-го типа. К настоящему времени проведено экспериментальное обоснование применения веществ, ингибирующих синтез церамидов, в качестве фармакологического средства для лечения сахарного диабета 2-го типа [5]. Их введение приводит к снижению массы тела и улучшению усвоения глюкозы периферическими тканями [13]. Учитывая зависимость уровня церамидов от длительности сахарного диабета в эксперименте, можно предположить различную эффективность данных препаратов при лечении диабета на разных сроках заболевания. Церамиды, синтезируемые в печени, способны проникать в мозг, проходя гематоэнцефалический барьер, где проявляется их нейротоксичность за счёт влияния на энергетический обмен, что приводит к нейродегенерации [11]. ВЫВОДЫ 1. Повышение содержания церамидов в инсулинзависимых тканях (печени, скелетной мышце) происходит не только при стрептозотоциновой модели сахарного диабета 1-го типа, но и при аллоксановом сахарном диабете. При этом после введения аллоксана возникают бо́льшие изменения уровня церамидов, чем при стрептозотоциновом диабете. 2. Динамика изменения содержания церамидов однотипна в печени и скелетной мышце, при этом уровень исследуемого вещества достоверно выше в печени. 3. Содержание церамидов зависит от срока, прошедшего после введения аллоксана, максимальный прирост в печени и мышце возникает на 20-й день, к 30-му дню наблюдается состояние относительной компенсации с дальнейшей декомпенсацией к 40-му дню. 4. Полученные данные имеют значение для исследования механизмов вторичной инсулинорезистентности при сахарном диабете 1-го типа, механизмов иных диабет-ассоциированных патологических состояний (в частности, нейродегенерации), а также для прогнозирования эффективности ингибиторов синтеза церамидов, изучаемых в качестве средств для лечения сахарного диабета. Таблица 1 Содержание церамидов в печени и мышце при аллоксановом сахарном диабете (мг/г) Срок диабета Печень Мышца Контроль (M±m) 1,66±0,09 (n=10) 0,88±0,08 (n=10) 10 дней (M±m) 13,4±1,3 (n=9)**## 4,3±0,4 (n=9)**## 20 дней (M±m) 13,1±1,6 (n=10)**## 6,0±0,9 (n=10)**## 30 дней (M±m) 7,2±1,5 (n=9)**# 4,1±0,3 (n=9)**# 45 дней (M±m) 13,1±3 (n=10)**# 4,5±0,7 (n=10)**# 60 дней (M±m) 9,2±0,7 (n=9)**# 4,4±0,2, (n=9)**# Примечание. Контроль - интактные животные; 10, 20, 30, 45, 60 дней - соответствующие сроки после введения аллоксана; М - среднее арифметическое; m - средняя ошибка среднего арифметического; n - число животных в группе. Статистически значимые различия: с контролем - *р <0,05, **р <0,01; между печенью и мышцей - #р <0,05, ##р <0,01. 1Исследование содержания глюкозы и гликозилированного гемоглобина проведено С.В. Протасовой на кафедре биохимии Ижевской государственной медицинской академии.

About the authors

M R Bagautdinov

Izhevsk State Medical Academy, Izhevsk, Russia; Republican Clinical Hospital for Mental Diseases, Izhevsk, Russia

Email: vesalii@mail.ru

References

Supplementary files