zurniimtpeМедицина труда и промышленная экологияRussian Journal of Occupational Health and Industrial Ecology1026-94282618-8945FSBSI “Izmerov Research Institute of Occupational Health”10.31089/1026-9428-2020-60-3-178-183zurniimtpe-2426Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESРоль дигидрокверцетина в молекулярных механизмах защиты миокарда при пылевой патологииThe role of dihydroquercetin in the molecular mechanisms of myocardial protection in dust- induced pathologyЖуковаА. Г.ZhukovaA. G.

Жукова Анна Геннадьевна, зав. лаб. молекулярно-генетических и экспериментальных исследований

д-р биол. наук

Anna G. Zhukova, Head of laboratory of molecular-genetic and experimental studies 

Dr. of Sci. (Biol.)

nyura_g@mail.ruКазицкаяА. С.KazitskayaA. S.

Anastasiуa S. Kazitskaya

ЖдановаН. Н.ZhdanovaN. N.

Natalya N. Zhdanova

ГороховаЛ. Г.GorokhovaL. G.

Larisa G. Gorokhova

МихайловаН. Н.MikhailovaN. N.

Nadezhda N. Mikhailova

СазонтоваТ. Г.SazontovaT. G.

Tatyana G. Sazontova

ФГБНУ «Научно-исследовательский институт комплексных проблем гигиены и профессиональных заболеваний»РоссияResearch Institute for Complex Problems of Hygiene and Occupational DiseasesRussian FederationФГБОУ ВО «Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова»РоссияFaculty of Fundamental Medicine of Lomonosov Moscow State UniversityRussian Federation20202803202003178183Copyright © Жукова А.Г., Казицкая А.С., Жданова Н.Н., Горохова Л.Г., Михайлова Н.Н., Сазонтова Т.Г., 20202020Жукова А.Г., Казицкая А.С., Жданова Н.Н., Горохова Л.Г., Михайлова Н.Н., Сазонтова Т.Г.Zhukova A.G., Kazitskaya A.S., Zhdanova N.N., Gorokhova L.G., Mikhailova N.N., Sazontova T.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-irioh.ru/jour/article/view/2426Введение

Введение. Пылевая патология легких у шахтеров часто сочетается с сердечно-сосудистыми заболеваниями, такими как ишемическая болезнь сердца, артериальная гипертензия и атеросклероз. В связи с этим поиск способов профилактики развития сочетанной патологии при пылевых воздействиях на организм является актуальной проблемой в медицине труда.

Цель исследования — в эксперименте изучить влияние комплексного препарата с дигидрокверцетином на уровень защитных белков и морфоструктуру миокарда в динамике развития пылевой патологии при вдыхании угольно-породной пыли.

Материалы и методы

Материалы и методы. Исследование проведено на белых лабораторных крысах-самцах массой 200–250 г. Животные были разделены на две группы: крысы, вдыхавшие угольно-породную пыль в затравочной пылевой камере ежедневно по 4 часа в течение 1, 3, 6, 9 и 12 недель; крысы, получавшие ежедневно комплексный препарат с дигидрокверцетином. В крови методом иммуноферментного анализа определялась концентрация провоспалительного цитокина IL–6 и кардиомаркеров: мозгового натрийуретического пептида В-типа, сосудистого эндотелиального фактора роста, фракталкина. В цитозольной фракции ткани сердца определялся уровень экспрессии фактора транскрипции, индуцируемого гипоксией HIF–1α, индуцибельных форм белков — HSP72 и гем-оксигеназы–1.

Результаты

Результаты. Длительное пылевое воздействие на ранних сроках (1–3 недели) повышало экспрессию фактора транскрипции HIF–1α и стресс-индуцибельных белков  — HSP72 и HOx–1  — в миокарде. Увеличение сроков пылевого воздействия больше 6 недель сопровождалось снижением уровня транскрипционного фактора HIF–1α до контрольных значений, но сохранением интенсивного синтеза HSP72 и HOx–1. Кроме того, в динамике длительного пылевого воздействия на организм изменялся уровень кардиомаркеров в сыворотке крови: 1) повышался сосудистый эндотелиальный фактор; 2) снижался фракталкин и IL–6 на ранних сроках, а также мозговой натрийуретический пептид типа В — весь период исследования. К 12 неделе пылевого воздействия в ткани миокарда выявлены: дистрофические изменения белкового характера, признаки апоптоза, атрофия части волокон и развитие диффузного кардиосклероза.

Ежедневное введение комплексного препарата с дигидрокверцетином лабораторным животным с длительным воздействием угольно-породной пыли в течение 12 недель приводило к восстановлению уровня защитных кардиомаркеров до контрольных значений и снижению выраженности морфологический изменений в ткани сердца.

Выводы

Выводы. Назначение комплексного препарата с дигидрокверцетином при длительном пылевом воздействии на организм оказывает кардиопротекторный эффект, что подтверждается достижением контрольных уровней факторов клеточной пролиферации (мозговой натрийуретический пептид типа В), ангиогенеза (сосудистый эндотелиальный фактор), провоспалительного (IL–6) и противовоспалительного ответа (CX3CL1), а также снижением выраженности дистрофических изменений мышечных волокон миокарда и почти полным исчезновением лимфоцитарной инфильтрации в сосудах сердца.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Introduction

Introduction. Dust-induced lung pathology in miners is often combined with cardiovascular diseases such as coronary heart disease, hypertension, and atherosclerosis. In this regard, the search for ways to prevent the development of combined pathology with dust effects on the body is an urgent problem in occupational health.

The aim of the study was to explore the effect of a complex preparation with dihydroquercetin on the level of protective proteins and myocardial morphostructure in the dynamics of dust-induced pathology development when inhaling coal-rock dust.

Materials and methods

Materials and methods. The study was conducted on white laboratory male rats weighing 200–250 g. The animals were divided into two groups: rats that inhaled coal-rock dust in the priming dust chamber daily for 4 hours for 1, 3, 6, 9 and 12 weeks; rats that received a daily complex drug with dihydroquercetin. The concentration of IL–6 proinflammatory cytokine and cardiomarkers (B-type brain natriuretic peptide, vascular endothelial growth factor, and fractalkin) was determined in the blood by enzyme immunoassay. In the cytosolic fraction of heart tissue, the level of expression of the hypoxia-induced transcription factor HIF — 1α, the inducible forms of proteins HSP72 and heme-oxygenase–1 was determined.

Results

Results. Prolonged dust exposure in the early stages (1–3 weeks) increased the expression of HIF–1α transcription factor and stress-inducible proteins — HSP72 and HOx–1 — in the myocardium. An increase in the dust exposure period of more than 6 weeks was accompanied by a decrease in the level of the HIF–1α transcription factor to control values, but the intensive synthesis of HSP72 and HOx–1 was maintained. In addition, the dynamics of long-term dust exposure to the body changed the level of cardiomarkers in the blood serum: 1) increased vascular endothelial factor; 2) fractalkin and IL–6 decreased in the early stages, as well as brain natriuretic peptide type B — the entire period of the study. By week 12 of dust exposure in the myocardial tissue it was revealed: dystrophic changes of a protein nature, signs of apoptosis, atrophy of some fibers and the development of diff use cardiosclerosis. Daily administration of a complex drug with dihydroquercetin to laboratory animals with prolonged exposure to coal-rock dust for 12 weeks led to the restoration of the level of protective cardiomarkers to control values and reduced the severity of morphological changes in the heart tissue.

Conclusions

Conclusions. The administration of a complex drug with dihydroquercetin during prolonged dust exposure on the body has a cardioprotective effect, which is confirmed by the achievement of control levels of cell proliferation factors (B- type brain natriuretic peptide), angiogenesis (vascular endothelial factor), proinflammatory (IL–6) and anti-inflammatory response (CX3CL1), as well as a decrease in the severity of dystrophic changes in myocardial muscle fibers and almost complete disappearance of lymphocytic infiltration in heart vessels.

Th e authors declare no confl ict of interests.

пылевая патология легкихугольно-породная пыльмиокардHIF–1αбелки семейства HSPкардиомаркерыlung dust pathologycoal-rock dustmyocardiumHIF–1αHSP family proteinscardiomarkersReferencesПанев Н.И., Коротенко О.Ю., Филимонов С.Н., Бурдейн А.В., Амбросова М.О. Структурно-функциональные изменения миокарда в покое и после нагрузочной пробы у больных пылевым бронхитом в сочетании с ишемической болезнью сердца и артериальной гипертензией. Мед. труда и пром. экол. 2009; (11): 43–8.Panev N.I., Korotenko O.Yu., Filimonov S.N., Bourdein A.V., Ambrosova M.O. Structural and functional changes in myocardium at rest and under exertional test in dust bronchitis patients having coronary heart disease and arterial hypertension. Med. truda i prom. ekol. 2009; (11): 43–8 (in Russian).Бондарев О.И., Бугаева М.С. Системное морфологическое ремоделирование сосудов сердца и легких при пневмокониозе. Акад. ж. Зап. Сиб. 2017; 13(2): 31–3.Bondarev O.I., Bugaeva M.S. Systemic morphological remodeling of the heart and lung vessels in pneumoconiosis. Akademicheskiy zhurnal Zapadnoy Sibiri. 2017; 13(2): 31–3 (in Russian).Лукьянова Л.Д. Сигнальная функция митохондрий при гипоксии и адаптации. Патогенез. 2008; 6(3): 4–12.Lukyanova L.D. Mitochondrial signaling in hypoxia and adaptation. Patogenez. 2008; 6(3): 4–12 (in Russian).Semenza G.L. Hydroxylation of HIF–1: oxygen sensing at the molecular level. Physiology (Bethesda). 2004; 19: 176–82. DOI:10.1152/physiol. 00001.2004.Semenza G.L. Hydroxylation of HIF–1: oxygen sensing at the molecular level. Physiology (Bethesda). 2004; 19: 176–82. DOI: 10.1152/physiol.00001.2004.Prabhakar N.R., Semenza G.L. Adaptive and maladaptive cardiorespiratory responses to continuous and intermitt ent hypoxia mediated by hypoxia-inducible factors 1 and 2. Physiol. Rev. 2012; 92(3): 967–1003. DOI: 10.1152/physrev. 00030.2011.Prabhakar N.R., Semenza G.L. Adaptive and maladaptive cardiorespiratory responses to continuous and intermitt ent hypoxia mediated by hypoxia-inducible factors 1 and 2. Physiol. Rev. 2012; 92(3): 967–1003. DOI: 10.1152/physrev.00030.2011.Жукова А.Г., Казицкая А.С., Сазонтова Т.Г., Михайлова Н.Н. Гипоксией индуцируемый фактор (HIF): структура, функции и генетический полиморфизм. Обзор. Гигиена и сан. 2019. 98(7): 723–8. DOI: 10.18821/0016–9900–2019–98–7–723–728.Zhukova A.G., Kazitskaya A.S., Sazontova T.G., Mikhailova N.N. Hypoxia-inducible factor (HIF): structure, function and genetic polymorphism. Gigiena i sanitariya. 2019; 98(7): 723–8. DOI: 10.18821/0016-9900-2019-98-7-723-728 (in Russian).Дмитриева М.К., Прокофьев А.Б., Яковлев Д.И. Влияние периодической барокамерной гипоксии на уровень BNP у больных с ранними стадиями хронической сердечной недостаточности. Биомедицина. 2011; (4): 81–3.Dmitrieva M.K., Prokofyev A.B., Yakovlev D.I. Eff ect of hypoxia on the periodic barocamera level brain natriuretic peptide in patients with early-stage chronic heart failure. Biomedicine. 2011; (4): 81–3 (in Russian).Weidemann A., Klanke B., Wagner M., Volk T., Willam C., Wiesener MS. et al. Hypoxia, via stabilization of the hypoxia-inducible factor HIF–1alpha, is a direct and suffi cient stimulus for brain-type natriuretic peptide induction. Biochem J. 2008; 409(1): 233–42. DOI: 10.1042/BJ20070629.Weidemann A., Klanke B., Wagner M., Volk T., Willam C., Wiesener MS. et al. Hypoxia, via stabilization of the hypoxia-inducible factor HIF–1alpha, is a direct and suffi cient stimulus for brain-type natriuretic peptide induction. Biochem J. 2008; 409(1): 233–42. DOI: 10.1042/BJ20070629.Черток В.М., Черток А.Г., Зенкина В.Г. Эндотелиозависимая регуляция ангиогенеза. Цитология. 2017; 59(4): 243–58.Chertok V.M., Chertok A.G., Zenkina V.G. Endotelial-dependent regulation of angiogenesis. Tsitologiya. 2017; 59(4): 243–58 (in Russian).Zhang L.J., Liu W.X., Chen Y.D., Song X.T., Jin Z.N., Lu S.Z. Proliferation, migration and apoptosis activities of endothelial progenitor cells in acute coronary syndrome. Chin. Med. J. 2010; 123(19): 2655–61.Zhang L.J., Liu W.X., Chen Y.D., Song X.T., Jin Z.N., Lu S.Z. Proliferation, migration and apoptosis activities of endothelial progenitor cells in acute coronary syndrome. Chin. Med. J. 2010; 123(19): 2655–61.Wu J., Yin R.X., Lin Q.Z., Guo T., Shi G.Y., Sun J.Q. et al. Two polymorphisms in the Fractalkine receptor CX3CR1 gene infl uence the development of atherosclerosis: a meta-analysis. Dis. Markers. 2014; 2014: 913678. DOI: 10.1155/2014/913678.Wu J., Yin R .X., Lin Q.Z., Guo T., Shi G.Y., Sun J.Q. et al. Two polymorphisms in the Fractalkine receptor CX3CR1 gene influence the development of atherosclerosis: a meta-analysis. Dis. Markers. 2014; 2014: 913678. DOI: 10.1155/2014/913678.Сазонтова Т.Г., Анчишкина Н.А., Жукова А.Т., Бедарева И.В., Пылаева Е.А., Кривенцова Н.А. и др. Роль активных форм кислорода и редокс-сигнализации при адаптации к изменению содержания кислорода. Фiзiол. ж. 2008; 54(2): 18–32.Sazontova T.G., Anchishkina N.A., Zhukova A.G., Bedareva I.V., Pylaeva E.A., Kriventsova N.A. et al. Reactive oxygen species and redox-signaling during adaptation to changes of oxygen level. Fiziologichniy zhurnal. 2008; 54(2): 18–32 (in Russian).Новиков В.Е., Левченкова О.С. Гипоксией индуцированный фактор (HIF–1α) как мишень фармакологического воздействия. Обз. по клин. фармакол. и лекарств. терапии. 2013; 11(2): 8–16.Novikov V.Ye., Levchenkova O.S. Hypoxia-inducible factor as a pharmacological target. Obzory po klinicheskoy farmakologii i lekarstvennoy terapii. 2013; 11(2): 8–16 (in Russian).Triantafyllou A., Mylonis I., Simos G., Bonanou S., Tsakalof A. Flavonoids induce HIF–1 alpha but impair its nuclear accumulation and activity. Free Radic. Bio.l Med. 2008; 44(4): 657–70. DOI: 10.1016/j. freeradbiomed. 2007.10.050.Triantafyllou A., Mylonis I., Simos G., Bonanou S., Tsakalof A. Flavonoids induce HIF–1 alpha but impair its nuclear accumulation and activity. Free Radic Biol Med. 2008; 44(4): 657–70. DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2007.10.050.Владимиров Ю.А., Проскурнина Е.В., Демин Е.М., Матвеева Н.С., Любицкий О.Б., Новиков А.А. и др. Дигидрокверцетин (таксифолин) и другие флавоноиды как ингибиторы образования свободных радикалов на ключевых стадиях апоптоза. Биохимия. 2009; 74 (3): 372–79.Vladimirov Yu.A., Proskurnina E.V., Demin E.M., Matveeva N.S., Lubitskiy O.B., Novikov A.A. et al. Dihydroquercetin (taxifolin) and other fl avonoids as inhibitors of free radical formation at key stages of apoptosis. Biokhimiya. 2009; 74(3): 372–79 (in Russian).Роговский В.С., Матюшин А.И., Шимановский Н.Л., Семейкин А.В., Кухарева Т.С., Коротеев А.М и др. Антипролиферативная и антиоксидантная активность новых производных дигидрокверцетина. Эксперим. и клин. фармакол. 2010; 73(9): 39–42.Rogovskii V.S., Matyushin A.I., Shimanovskii N.L., Semeikin A.V., Kukhareva T.S., Koroteev A.M. et al. Antiproliferative and antioxidant activity of new dihydroquercetin derivatives. Eksperimental’naya i klinicheskaya farmakologiya. 2010; 73(9): 39–42 (in Russian).Горохова Л.Г., Бугаева М.С., Уланова Е.В., Фоменко Д.В., Кизиченко Н.В., Михайлова Н.Н. Способ затравки лабораторных животных пылью промышленного происхождения для моделирования силикоза: пат. № 2546096 Рос. Федерация; 2015.Gorokhova L.G., Bugaeva M.S., Ulanova E.V., Fomenko D.V., Kizichenko N.V., Mikhailova N.N. Method of priming laboratory animals with industrial dust for modeling silicosis. Patent № 2546096; 2015 (in Russian).Захаренков В.В., Михайлова Н.Н., Горохова Л.Г., Романенко Д.В., Жукова А.Г., Бугаева М.С. и др. Способ профилактики антракосиликоза при моделировании в эксперименте: пат. № 2611935 Рос. Федерация; 2017.Zakharenkov V.V., Mikhailova N.N., Gorokhova L.G., Romanenko D.V., Zhukova A.G., Bugaeva M.S. et al. Method of prevention of anthracosilicosis in simulation in the experiment. Patent № 2611935; 2017. (in Russian).Zakharenkov V.V., Mikhailova N.N., Zhdanova N.N., Gorokhova L.G., Zhukova A.G. Experimental study of the mechanisms of intracellular defense in cardiomyocytes associated with stages of anthracosilicosis development. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2015; 159(4): 431–5. DOI: 10.1007/s10517–015–2983–9.Zakharenkov V.V., Mikhailova N.N., Zhdanova N.N., Gorokhova L.G., Zhukova A.G. Experimental study of the mechanisms of intracellular defense in cardiomyocytes associated with stages of anthracosilicosis development. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2015; 159(4): 431–5. DOI: 10.1007/s10517-015-2983-9.Андреева Л.И., Бойкова А.А., Маргулис Б.А. Особенности внутриклеточного содержания и функциональная роль белков теплового шока семейства 70 кДа при стрессе и адаптации. Технол. жив. систем. 2009; 6(3): 11–7.Andreeva L.I., Boykova A.A., Margulis B.A. Peculiarities of intracellular content and functional role of heat shock proteins 70 kDa under stress and adaptation. Tekhnologii zhivykh sistem. 2009; 6(3): 11–7 (in Russian).Arjamaa O., Nikinmaa M. Hypoxia regulates the natriuretic peptide system. Int. J. Physiol. Pathophysiol. Pharmacol. 2011; 3(3): 191–201.Arjamaa O., Nikinmaa M. Hypoxia regulates the natriuretic peptide system. Int. J. Physiol. Pathophysiol. Pharmacol. 2011; 3(3): 191–201.Бондарев О.И., Бугаева М.С. Патогенетические аспекты развития артериальной гипертензии у работников угольной промышленности. Комплекс. пробл. серд.-сосуд. заболев. 2015; (1): 46–50.Bondarev O.I., Bugaeva M.S. Pathogenetic aspects of development of arterial hypertension in coal workers. Kompleksnyye problemy serdechno-sosudistykh zabolevaniy. 2015; (1): 46–50 (in Russian).Меснянкина О.А., Янчевская Е.Ю., Бен М. Фракталкин: патогенетическая роль и диагностические возможности. Кубан. науч. мед. вестн. 2017; (2): 148–51.Mesnyankina O.A., Yanchevskaya E.Yu., Ben M. Fractalkine: pathogenic role and diagnostic capabilities. Kubanskiy nauchnyy meditsinskiy vestnik. 2017; (2): 148–51 (in Russian).Жукова А.Г., Михайлова Н.Н., Сазонтова Т.Г., Жданова Н.Н., Казицкая А.С., Бугаева М.С. и др. Участие свободнорадикальных процессов в структурно-метаболических нарушениях ткани легких в динамике воздействия угольно-породной пыли и их адаптогенная коррекция. Бюл. эксперим. биол. и мед. 2019; 168(10): 420–4.Zhukova A.G., Mikhailova N.N., Sazontova T.G., Zhdanova N.N., Kazitskaya A.S., Bugaeva M.S. et al. Participation of free-radical processes in structural and metabolic disordes of lung tissues in the dynamics of coal-rock dust exposure and the adaptogenic correction. Byulleten’ eksperimental’noy biologii i meditsiny. 2019; 168(10): 420–4 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.