Анализ экспрессии генов в печени крыс как специфическая тест-система для оценки прооксидантной активности токсикантов

Введение. Прооксиданты — это вещества, способные вызывать окислительный стресс посредством генерации активных форм кислорода. Пероксид водорода относится к окислителям, биологический эффект которых определяется не только величиной дозы, но и состоянием антиоксидантных и детоксикационных систем клетки. Печень, являясь центральным органом биотрансформации ксенобиотиков, представляет интерес для оценки ранних молекулярных признаков адаптации к хроническому пероксидному воздействию. Разработка специфичных подходов к оценке прооксидантной активности химических веществ является актуальной задачей профилактической токсикологии.

Цель исследования — разработать специфичную тест-систему оценки прооксидантной активности токсикантов на основе метода анализа экспрессии генов печени крыс и продемонстрировать её возможности на примере определения порога хронического действия пероксида водорода при пероральном поступлении.

Материалы и методы. Исследование выполнено на образцах печени белых беспородных крыс-самок, получавших пероксид водорода внутрижелудочно в течение 6 месяцев в дозах 0,05; 0,5; 5 и 50 мг/кг. Контрольным животным вводили дистиллированную воду. Экспрессию генов NFE2L2, Gstp1, Gstt1 и Gstm определяли методом количественной ОТ-ПЦР в режиме real-time с нормализацией относительно Gapdh. Дополнительно рассчитывали интегральный показатель GST‑индекс как среднее значение экспрессии Gstp1, Gstt1 и Gstm.

Результаты. При воздействии 0,05 и 0,5 мг/кг статистически значимых изменений экспрессии GST-генов не установлено. При дозе 5 мг/кг выявлено значимое повышение NFE2L2 до 1,51±0,28, Gstp1 до 1,97±0,07, Gstt1 до 2,04±0,12, Gstm до 2,31±0,14 относительных единиц. GST-индекс увеличивался с 1,00±0,06 в контроле до 2,11±0,06 при 5 мг/кг и до 4,22±0,08 при 50 мг/кг. Расчёт benchmark dose для двукратного повышения GST-индекс дал BMD=4,06 мг/кг и BMDL=2,65 мг/кг.

Ограничения исследования. Исследование выполнено на одной экспериментальной модели и одном прооксиданте, что ограничивает прямую экстраполяцию результатов на другие соединения. Анализ экспрессии генов отражал уровень мРНК и не включал определение соответствующих белков и активности ферментов GST. Полученные пороговые значения требуют подтверждения в независимых экспериментальных сериях.

Заключение. Полученные данные свидетельствуют о ступенчатой активации NFE2L2/GST-оси в печени при хроническом воздействии пероксида водорода, что позволяет использовать анализ экспрессии генов печени крыс в качестве специфичной тест-системы для оценки прооксидантыной активности химических веществ при их гигиеническом нормировании. Доза 5 мг/кг может рассматриваться как молекулярный порог компенсированного адаптивного ответа, при котором происходит включение ферментов второй фазы детоксикации без признаков тотальной транскрипционной декомпенсации.

Этика. Экспериментальное исследование проводилось с соблюдением необходимых нормативных актов (Хельсинкской декларации 2013 г., ГОСТ 33044–2014 «Принципы надлежащей лабораторной практики»; Приказ МЗ РФ № 188н от 01.04.2016 г. «Правила надлежащей лабораторной практики»). Протокол исследования был одобрен комиссией по этике ФБУН «ФНЦГ им. Ф.Ф. Эрисмана» Роспотребнадзора (протокол заседания № 7 от 21 октября 2024 г.).

Участие авторов:
Каримов Д.О. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка экспериментальных данных, написание текста;
Тоньшин А.А. — концепция и дизайн исследования, написание текста;
Бидевкина М.В. — концепция и дизайн исследования, проведение экспериментов, написание текста;
Виноградова А.И. — концепция и дизайн исследования, проведение экспериментов, сбор и обработка экспериментальных данных;
Рябова Ю.В. — сбор и обработка экспериментальных данных;
Гизатуллина А.А. — сбор и обработка экспериментальных данных;
Ахмадеев А.Р. — сбор и обработка экспериментальных данных;
Зиатдинова М.М. — сбор и обработка экспериментальных данных.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Дата поступления: 15.09.2026 / Дата принятия к печати: 17.09.2026 / Дата публикации: 09.10.2026

1. Li N., Ragheb K, Lawler G., Sturgis J., Rajwa B., Melendez J.A., Robinson J.P. Mitochondrial complex I inhibitor rotenone induces apoptosis through enhancing mitochondrial reactive oxygen species production. J. Biol. Chem. 2003; 278(10): 8516–25. https://doi.org/10.1074/jbc.M210432200

2. Stading R., Gastelum G., Chu C., Jiang W., Moorthy B. Molecular mechanisms of pulmonary carcinogenesis by polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs): Implications for human lung cancer. Semin. Cancer Biol. 2021; 76: 3–16. https://doi.org/10.1016/j.semcancer.2021.07.001

3. Deavall D.G., Martin E.A., Horner J.M., Roberts R. Drug-induced oxidative stress and toxicity. J. Toxicol. 2012; 2012: 645460. https://doi.org/10.1155/2012/645460

4. Nguyen T., Nioi P., Pickett C.B. The Nrf2-antioxidant response element signaling pathway and its activation by oxidative stress. J. Biol. Chem. 2009; 284(20): 13291–5. https://elibrary.ru/mjuasz

5. Зенков Н.К., Ланкин В.З., Меньщикова Е.Б. Окислительный стресс: биохимический и патофизиологический аспекты. М.: МАИК «Наука/Интерпериодика»; 2001. https://elibrary.ru/ruqssz

6. Никитина О.А., Даренская М.А., Семенова Н.В., Колесникова Л.И. Система антиоксидантной защиты: регуляция метаболических процессов, генетические детерминанты, методы определения. Сибирский научный медицинский журнал. 2022; 42(3): 4–17. https://doi.org/10.18699/SSMJ20220301 https://elibrary.ru/shhave

7. Sies H. Hydrogen peroxide as a central redox signaling molecule in physiological oxidative stress: Oxidative eustress. Redox Biology. 2017; 11: 613–619. https://doi.org/10.1016/j.redox.2016.12.035

8. Antunes F., Brito P.M. Quantitative biology of hydrogen peroxide signaling. Redox Biology. 2017; 13: 1–7. https://doi.org/10.1016/j.redox.2017.04.039

9. Кулакова Е.С., Дрововозова Т.И. Анализ санитарно-гигиенической безопасности природной воды, обработанной пероксидом водорода. Природообустройство. 2010; (2): 86–90. https://elibrary.ru/muqapl

10. Сиволобова Н.О., Коротицкая В.Е., Ндильбэ Д., Грачева Н.В., Желтобрюхов В.Ф. Обеззараживание воды комплексной электрохимической обработкой с использованием пероксида водорода. Инженерный вестник Дона. 2023; (7): 293–302. https://elibrary.ru/scgeaz

11. Бидёвкина М.В., Виноградова А.И., Морозов А.С., Матросенко М.В., Панкратова Г.П., Латипова Р.И., Шайхутдинова З.К., Каримов Д.О., Валова Я.В., Гизатуллина А.А., Синицкая Т.А., Сафандеев В.В. Возможность использования перекиси водорода для обеззараживания воды плавательных бассейнов. Гигиена и санитария. 2025; 104(9): 1097–1103. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2025-104-9-1097-1103 https://elibrary.ru/oggfwj

12. Weiner M.L., Freeman C., Trochimowicz H., de Gerlache J., Jacobi S., Malinverno G., et al. 13-Week drinking water toxicity study of hydrogen peroxide with 6-week recovery period in catalase-deficient mice. Food and Chemical Toxicology. 2000; 38(7): 607–615. https://doi.org/10.1016/S0278-6915(00)00048-X

13. Ahmed-Farid O.A., Rizk H.A., Shehata A.M. Hydrogen peroxide modulates redox status, energy metabolism, and gene expression in a dose- and time-dependent manner in rat liver. Journal of Biochemical and Molecular Toxicology. 2018; 32(10): e22199. https://doi.org/10.1002/jbt.22199

14. Дьякович О.А. Роль системы биотрансформации ксенобиотиков в развитии поражений печени при производственном воздействии винилхлорида. Acta Biomedica Scientifica. 2013; (3–1): 164–168. https://elibrary.ru/rdfimj

15. Ляхович В.В., Вавилин В.А., Зенков Н.К., Меньщикова Е.Б. Активная защита при окислительном стрессе. Антиоксидант-респонсивный элемент. Биохимия. 2006; 71(9): 1183–1198. https://elibrary.ru/hvaeex

16. Itoh K., Chiba T., Takahashi S., Ishii T., Igarashi K., Katoh Y., et al. An Nrf2/small Maf heterodimer mediates the induction of phase II detoxifying enzyme genes through antioxidant response elements. Biochemical and Biophysical Research Communications. 1997; 236(2): 313–322. https://doi.org/10.1006/bbrc.1997.6943

17. Ma Q. Role of Nrf2 in oxidative stress and toxicity. Annual Review of Pharmacology and Toxicology. 2013; 53: 401–426. https://doi.org/10.1146/annurev-pharmtox-011112-140320

18. Hayes J.D., Dinkova-Kostova A.T. The Nrf2 regulatory network provides an interface between redox and intermediary metabolism. Trends in Biochemical Sciences. 2014; 39(4): 199–218. https://doi.org/10.1016/j.tibs.2014.02.002

19. Zhou J., Zheng Q., Chen Z. The Nrf2 Pathway in Liver Diseases. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 2022; 10: 826204. https://doi.org/10.3389/fcell.2022.826204

20. Hayes J.D., Flanagan J.U., Jowsey I.R. Glutathione transferases. Annual Review of Pharmacology and Toxicology. 2005; 45: 51–88. https://doi.org/10.1146/annurev.pharmtox.45.120403.095857

21. Townsend D.M., Tew K.D., Tapiero H. The importance of glutathione in human disease. Biomedicine & Pharmacotherapy. 2003; 57(3-4): 145–155. https://doi.org/10.1016/S0753-3322(03)00043-X

22. Chanas S.A., Jiang Q., McMahon M., McWalter G.K., McLellan L.I., Elcombe C.R., et al. Loss of the Nrf2 transcription factor causes a marked reduction in constitutive and inducible expression of the glutathione S-transferase Gsta1, Gsta2, Gstm1, Gstm2, Gstm3 and Gstm4 genes in the livers of male and female mice. Biochemical Journal. 2002; 365(2): 405–416. https://doi.org/10.1042/BJ20020320

23. Дроздова Е.В., Колеснева Е.В., Сяхович В.Э., Долгина Н.А. Полиморфные варианты генов ферментов системы детоксикации ксенобиотиков CYP2E1, GSTM1, GSTT1, EPHX1 как биомаркеры чувствительности к экспозиции побочными продуктами водоподготовки. Анализ риска здоровью. 2023; (1): 157–170. https://doi.org/10.21668/health.risk/2023.1.15

24. Becker L.C., Cherian P.A., Bergfeld W.F., et al. Safety Assessment of Hydrogen Peroxide as Used in Cosmetics. International Journal of Toxicology. 2024; 43(3): 5S–63S. https://doi.org/10.1177/10915818241237790

25. Kawasaki C., Kondo M., Nagayama T. Effect of hydrogen peroxide on the growth of rats. Food Hyg. Safety Sci. (Shokuhin Eiseigaku Zasshi). 1969; 10(2): 68–72. https://doi.org/10.3358/shokueishi.10.68

26. European Chemicals Agency (ECHA). Hydrogen peroxide, EC number 231-765-0/CAS number 7722-84-1. https://clck.ru/3VuH7h European Chemicals Agency (ECHA). Last Updated 2017. (Accessed 11.21.2017)

27. Антонова В.И., Салмина З.А., Латкина Л.Л., Букина, Н.Е. Мишина А.П. Гигиеническое обоснование предельно допустимой концентрации перекиси водорода в водоёмах. Гигиена и санитария. 1974; 10. https://clck.ru/3VuBnN