Роль компонентов сфингомиелинового цикла в развитии экспериментального рака печени

Актуальность темы

В настоящее время смертность от онкологических заболеваний: занимает второе место в мире, уступая, лишьпатологии сердечно-сосудистой системы. В? связи с этим изучение внутриклеточных механизмов развития злокачественных новообразований, а также поиск эффект тивных способов их лечения" является^ одной из актуальных проблем современной био л оги" имедицины.

Важную роль в развитии процессов малигнизации. отводят липидам [25- 36, 64, 78, 86]. Липиды, какизвестноявляются' основными структурными компонентами, клеточных мембран, служат формой запасания: и транспорта^ энергетического «топлива» [12, 14, 89, 90]. Кроме того, в качестве вторичных посредников-, липиды могут передавать внутрь клетки различные внешние сигналы, а также являются важнейшей системой биологических эффекторов, регуляторов и медиаторов [9].

Особый, интерес представляет изучение ролисфингомиелинового циклав- процессах гепатоканцерогенеза. Это связано с тем, что сфингомиелин и продукты его * ферментативного гидролиза (сфингозин, сфингозин-1 -фосфат, церамиды) в• качестве вторичных посредников играют определяющую роль в сигнальной трансдукцищ регулирующей ведущие клеточные процессы— иммунный! ответ, рост, дифференцировку, пролиферацию и апоптоз [7, 41, 43, 44, 70, 94, 135−137, 149, — 157, 159].

Функциональное состояние-липидовмембран зависит от интенсивности процессов перекисного окисления липидов^ (ПОЛ) ифосфолиполиза-.которые • в раковых клетках, в период формирования опухолипротекают более интенсивно [31, 121, 124, 144]. Окисленные липиды легче подвергаются гидролизу фосфолипазами, а фосфолипазы, в свою очередь, нарушая целостность, липидного слоя^ мембран, делают липиды: более доступнымидля? процессов: свободнорадикального окисления [31]. Это является дополнительным факторомповреждения для перерожденных клеток. Данные, процессы: активно участвуют в появлении дополнительных мутаций в уже поврежденном геноме, что способствует прогрессии злокачественной трансформации клеток, а также меняет метаболизм окружающих опухоль тканей.

В связи с вышесказанным, многообразие функций сфингомиелина и его производных, связанных с важнейшими клеточными событиями в норме и при патологии, определяет необходимость изучения особенностеймеханизмов^изменений уровня* компонентов сфингомиелинового цикла в ткани печени, как в динамике развития гепатоцеллюлярного рака, так и в ситуации попыток регуляции сфингомиелинового цикла.

Цель работы: изучить роль основньткомпонентов сфингомиелинового цикла в развитии экспериментального гепатоцеллюлярного рака:

Для достижения данной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Определить содержание компонентов сфингомиелинового цикла (сфингомиелина, церамида и сфингозина) в печени крыс в норме и при развитии экспериментальнойгепатоцеллюлярной’карциномы, а также после курсового введения на фоне гепатоканцерогенеза липосомсодержащих сфингомиелин или церамид.

2. Оценить <содержание ТБК-активных продуктов и активность каталазы в, печени в процессе развития гепатоцеллюлярной карциномы у крыс, а также при введении липосом, содержащих сфингомиелин илш церамид, нафоне развития рака печени.

3. Исследовать активность фосфолипазы А2 и фосфолипазы D в динамике развития гепатоцеллюлярной карциномыи после введения в процессе развития рака печени-липосом, содержащих сфингомиелин или церамид.

4. С помощью морфологических методов — оценить динамику развития экспериментальной гепатоцеллюлярной: карциномы при введениилипосом, содержащих сфингомиелинили церамид.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Развитие экспериментального гепатоцеллюлярногорака у крыс проявляется в повышении содержания сфингомиелина и уменьшении количества це-рамидов. Повышенное содержаниесфингозина в раннем периоде: гепатокан-церогенеза сменяется снижением его уровня к моменту формированиярака печени:

2. Изменения содержания компонентов сфингомиелинового цикла в печени у крыс на фоне развития гепатоцеллюлярной карциномы реализуются при активации фосфолипаз А2 и D, а также сопровождаются повышением. уровня ТБК-активных продуктов и активности каталазы.

3. Курсовое введениена фоне: гепатоканцерогенеза липосом, нагруженных сфингомиелином' или. церамидом, приводит к повышению! содержания! этихкомпонентов вшеченишри снижении уровняюфингозина, 1 что сопровождается ^ снижением активности фосфолипаз, А г иD, каталазы и содержания ТБК-активных продуктов.

4. Церамид, введенный в составе липосом на фоне развития гепатоцеллюлярного рака, способствует более выраженному, по сравнению с введением сфингомиелина, повышению содержанияцерамидав печени, что сопровождается более существенным s снижением: — содержания ТБК-активных продуктов, активности каталазы, фосфолипаз А2 и D, интенсивности хронического воспалительного процессаявляющегося фактором формирования гепатоцеллюлярного рака.

Научная новизна.

Получены новые данные, касающиеся: выяснения роли биоактивных ли-пидов — компонентов сфингомиелинового цикла — в процессах гепатоканце-рогенеза. Показано, что при развитии экспериментального рака печени снижение содержания церамида, сфингозина вгепатоцитах сопровождается повышением содержания сфингомиелина, ТБК-активных продуктов, активности каталазы, фосфолипазАг и D;

Впервые в эксперименте in vivo на крысах предпринята попытка воздействия на интенсивность процесса канцерогенеза, индуцированного N— диэтилнитрозамином-, путем курсового введения? компонентов сфингомиелинового цикла (сфингомиелина или церамида) в составе липосом.

Установлено, что церамид, введенный в составе липосом, на фоне развития гепатоцеллюлярного рака вызывает выраженное (по сравнению с введением сфингомиелина) повышение его содержания, приводит к уменьшению количества ТБК-активных продуктов, активности фосфолипаз Л2 и D в печени, что способствует, по данным морфологического исследования, снижению интенсивности хронического воспалительного процессаявляющегося одним из факторов формирования гепатоцеллюлярного рака:

Практическая значимость работы.

Настоящая работа вносит вклад в развитие: представлений о патогенезе гепатоцеллюлярного рака. Результаты исследований свидетельствуют о важной роли: основных компонентов сфингомиелинового цикла (сфингомиелин и церамид) в регуляции процессов развития гепатоцеллюлярной карциномы, что является предметом проведения дальнейших исследований в области создания новых фармакологических средств.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 15 работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.

Апробация работы.

Основные положения работы были представлены и обсуждены на научных семинарах кафедры биохимии и молекулярной биологии, региональных, российских и международных, конференциях: VII Русско-Корейском Международном симпозиуме (Южная Корея, Ульсан, 2003) — VIII Международной конференции «Eicosanoids and Other BioactiveEipids in Cancer, Inflammation and: Related Diseases» (США, Чикаго, 2003) — конференции, посвященной 25-летию факультета повышения квалификации и профессиональной переподготовки-специалистов (Томск, 2004) — VIII Русско-Корейском Международном симпозиуме. (Томск, 2004) — Международной юбилейной конференции:" Актуальные проблемы биологии, медицины и экологии" (Томск, 2004) — симпозиуме FEB S № 05−28W «Recent Advances in ISipid Metabolism and Related Disorders» (Франция, Дижон, 2005) — V Сибирском Физиологическом съезде (Томск, 2005) — Международном симпозиуме «Молекулярные механизмы регуляции функции клетки» (Тюмень, 2005) — IX Международной конференции «Eicosanoids and Other Bidactive Lipids in Cancer, Inflammation and Related Diseases» (США, Сан-Франциско, 2005).

Объем и структура диссертации.

ВЫВОДЫ:

1. Развитие экспериментальной гепатоцеллюлярнойкарциномы у крыс характеризуется увеличением в печени уровня сфингомиелина и снижением содержания церамида на всех этапах наблюдения (2 — 12 недели: эксперимента). Повышение содержания сфингозина^ на начальных этапах гепатоканцерогенеза (2 — 4 недели исследований)? сменяется его снижением к моменту формирования признаков рака печени и цирроза (8 — 12 недели).

2. В процессе формирования гепатоцеллюлярного рака у крыс содержание ТБК-активных продуктов в печени на начальных этапах развития рака превышает показатели интактных животных в 2,5 раза, а к моменту появления морфологически, выраженных признаков рака и цирроза печени уровень ТБК-активных продуктов снижается в 1,4 раза. Эти сдвиги сопровождаются стабильным увеличением активности каталазы в печени крыс.

3. В' процессе гепатоканцерогенеза у крыс наблюдается увеличение активности фосфолипаз А2 и D.

Введение

на фоне развития рака печени липосомнагруженных сфингомиелином или церамидом, приводит к снижению активности этих ферментов до уровня активности фосфолипаз А2 и D в группе интактных животных лишь к моменту окончания курсового введения липосом (4 неделя эксперимента).

4. Курсовое введение на фоне развития рака печени липосом, содержащих сфингомиёлин. или церамид, приводит к выраженному повышению содержания в печени сфингомиелина и церамида при параллельном снижении уровня сфингозина. Эти сдвиги сопровождаются, снижением, активности каталазы и уменьшением содержания ТБК-активных продуктов.

5.

Введение

липосом, нагруженных церамидом, в динамике развития гепатоцеллюлярного рака способствует более выраженному по сравнению с введением липосом, содержащих сфингомиелин, повышению содержания церамида и менее значимому увеличению уровня сфингомиелина, и сопровождается более существенным снижением уровня ТБК-активных продуктов, активности каталазы, фосфолипаз А2 и D.

6. Церамид, введенный в составе липосом на фоне развития гепатоцеллюлярного рака, способствует более выраженному, по сравнению со сфингомиелином, снижению интенсивности процесса малигнизации печени в результате понижения степени выраженности хронического воспаления и фиброза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Таким образом, к настоящему времени доказано, что биоактивные липиды являются важными биоэффекторами, без которых не может протекать жизнедеятельность клетки и организма в целом. В качестве вторичных посредников липиды могут передавать внутрь клетки различные внешние сигналы, а также являются важнейшей системой биологических эффекторов, регуляторов и медиаторов. Они играют ключевую роль в регуляции процессов канцерогенеза.

В последние годы пристальное внимание исследователей привлекают продукты сфингомиелинового цикла, которые являются вторичными мессенджерами и участвуют в процессах регуляции пролиферации, дифференцировки и апоптоза клеток. В связи с тем, что церамиды оказывают антипролиферативный эффект, была высказана гипотеза, что они являются супрессорами опухолевого роста. На основании того, что перекисное окисление липидов и активность фосфолипаз являются основными механизмами повреждения липидов клетки, важно выяснить, существует ли взаимосвязь между содержанием сфингомиелина, церамидов, сфингозина и, данными процессами и как она изменяется при развитии рака печени. Именно поэтому в настоящей работе проведено сравнительное исследование содержания компонентов сфингомиелинового цикла (содержания сфингомиелина, церамидов и сфингозина), активности ферментов фосфолиполиза и процессов перекисного окисления липидов в печени при развитии гепатоцеллюлярного рака.

Кроме того, определенный интерес представляет изучение влияния введения экзогенных компонентов сфингомиелинового цикла на процессы канцерогенеза. Использование фосфатидилхолиновых липосом, нашедших широкое применение в клинической и экспериментальной медицине, является эффективным способом доставки компонентов цикла сфингомиелина в клетку и, соответственно, вариантом воздействия на регуляцию развития рака печени.

Глава 2. Материал и методы исследований 2.1 Материал исследования.

Исследования проводились в осеннее — зимний период на 150 беспородных белых крысах-самцах массой 100−150г Животные содержались в условиях вивария на стандартном водно-пищевом рационе. Характеристика исследуемых групп животных представлена в таблице 1.