Изучение изменений метаболомного профиля крови крыс, вызванных воздействием свинца

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Распространённость свинца в окружающей среде, обусловленная производственно-хозяйственной деятельностью человека, а также токсичность соединений элемента обосновывают актуальность исследования изменений, вызванных действием данного металла.

Материалы и методы. Проведён нецелевой метаболомный скриниг крови крыс, подвергнутых внутрибрюшинному введению ацетата свинца, методом ВЭЖХ-масс-спектрометрии. Экспрессию выявленных масс сравнивали с аналогичными для контрольной группы животных. Массы, статистически значимо изменившие интенсивность в сравнении с контролем, подвергали фрагментации с целью получения характеристических осколков. Аннотацию метаболитов проводили посредством поиска по МС/МС базам данных, а также сравнением с in silico спектрами фрагментации. Вовлечённость в метаболические процессы аннотированных метаболитов устанавливали посредством анализа литературных источников.

Результаты. Нецелевой метаболомный скриниг выявил 37 значений m/z экспонированной группы, статистически значимо изменяющих интенсивность в сравнении с контролем. Аннотация с использованием спектров фрагментации, а также in silico фрагментации позволила установить структуру 8 метаболитов, в числе которых эпоксипроизводное линолевой кислоты, 15-гидроксиэйкозатетраеновая кислота, 4 оксо- и гидроксиацилкарнитиновых производных длинноцепочечных жирных кислот, один представитель ацилкарнитинов среднецепочечных жирных кислот и лизофосфатидилсериновое производное.

Заключение. При анализе литературы были соотнесены функции выявленных метаболитов, а также произведено отнесение к известным метаболическим процессам. Так, и оксо- и гидроксиацилкарнитины представляют собой производные промежуточных продуктов β-окисления жирных кислот — их повышенная концентрации в сравнении с контролем свидетельствует о нарушении этого процесса под влиянием окислительного стресса, вызванного свинцом. Эпокси- и 15-гидроксипроизводные жирных кислот выступают в роли регуляторных метаболитов, с одной стороны, и с другой — являются маркерами гипоксии, вызванной свинцом. Повышение концентрации лизофосфатидилсеринового производного свидетельствует об интенсификации апоптических процессов в организме животных экспонированной группы в сравнении с контрольной.

Участие авторов:

Чемезов А.И. — концепция и дизайн исследования, сбор и обработка материала, статистическая обработка, написание текста;

Сутункова М.П. — концепция и дизайн исследования, редактирование, утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи;

Рябова Ю.В. — сбор и обработка материала, статистическая обработка.

Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Заключение биоэтического комитета: исследование было проведено в соответствии с положениями Хельсинкской декларации и одобрено Локальным этическим комитетом Федерального бюджетного учреждения науки «Екатеринбургский медицинский-научный центр биопрофилактики и охраны здоровья рабочих промышленных предприятий» Роспотребнадзора (Протокол № 8 от 8.11.2018 г.).

Поступила: 08.11.2021 / Принята к печати: 25.11.2021 / Опубликована: 30.12.2021

Об авторах

Алексей Игоревич Чемезов

ФБУН «Екатеринбургский медицинский - научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека

Автор, ответственный за переписку.
Email: chemezov@ymrc.ru
ORCID iD: 0000-0001-6167-7347

Мл. науч. сотр. отд. молекулярной биологии и электронной микроскопии ФБУН ЕМНЦ ПОЗРПП, 620014, Екатеринбург.

e-mail: chemezov@ymrc.ru

Россия

М. П. Сутункова

ФБУН «Екатеринбургский медицинский - научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-1743-7642
Россия

Ю. В. Рябова

ФБУН «Екатеринбургский медицинский - научный центр профилактики и охраны здоровья рабочих промпредприятий» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека

Email: noemail@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0003-2677-0479
Россия

Список литературы

  1. Seleznev A.A., Yarmoshenko I.V., Malinovsky G.P. Urban geochemical changes and pollution with potentially harmful elements in seven Russian cities. Sci. Rep. 2020; 10(1): 1668. https://doi.org/10.1038/s41598-020-58434-4
  2. Liu G., Yu Y., Hou J., Xue W., Liu X., Liu Y., et al. An ecological risk assessment of heavy metal pollution of the agricultural ecosystem near a lead-acid battery factory. Ecol. Indic. 2014; 47: 210-8. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2014.04.040
  3. Snakin V.V., Prisyazhnaya A.A. Lead contamination of the environment in Russia. Sci. Total. Environ. 2000; 256(2-3): 95-101. https://doi.org/10.1016/s0048-9697(00)00452-6
  4. Simons T.J. Cellular interactions between lead and calcium. Br. Med. Bull. 1986; 42(4): 431-4. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.bmb.a072162
  5. Habermann E., Crowell K., Janicki P. Lead and other metals can substitute for Ca2+ in calmodulin. Arch. Toxicol. 1983; 54(1): 61-70. https://doi.org/10.1007/bf00277816
  6. Batra N., Nehru B., Bansal M.P. Reproductive potential of male Portan rats exposed to various levels of lead with regard to zinc status. Br. J. Nutr. 2004; 91(3): 387-91. https://doi.org/10.1079/bjn20031066
  7. Wang Q., Luo W., Zheng W., Liu Y., Xu H., Zheng G., et al. Iron supplement prevents lead-induced disruption of the blood-brain barrier during rat development. Toxicol. Appl. Pharmacol. 2007; 219(1): 33-41. https://doi.org/10.1016/j.taap.2006.11.035
  8. Turgut S., Polat A., Inan M., Turgut G., Emmungil G., Bican M., et al. Interaction between anemia and blood levels of iron, zinc, copper, cadmium and lead in children. Indian J. Pediatr. 2007; 74(9): 827-30. https://doi.org/10.1007/s12098-007-0147-2
  9. Eguchi A., Nomiyama K., Sakurai K., Kim Trang P.T., Viet P.H., Takahashi S., et al. Alterations in urinary metabolomic profiles due to lead exposure from a lead-acid battery recycling site. Environ. Pollut. 2018; 242(Pt. A): 98-105. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.06.071
  10. Hammond P.B. Exposure of humans to lead. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 1977; 17: 197-214. https://doi.org/10.1146/annurev.pa.17.040177.001213
  11. Cleveland L.M., Minter M.L., Cobb K.A., Scott A.A., German V.F. Lead hazards for pregnant women and children: part 1: immigrants and the poor shoulder most of the burden of lead exposure in this country. Part 1 of a two-part article details how exposure happens, whom it affects, and the harm it can do. Am. J. Nurs. 2008; 108(10): 40-9; quiz 50. https://doi.org/10.1097/01.naj.0000337736.76730.66
  12. Flora G., Gupta D., Tiwari A. Toxicity of lead: A review with recent updates. Interdiscip. Toxicol. 2012; 5(2): 47-58. https://doi.org/10.2478/v10102-012-0009-2
  13. Kelly R.S., Bayne H., Spiro A. 2nd, Vokonas P., Sparrow D., Weiss S.T., et al. Metabolomic signatures of lead exposure in the VA Normative Aging Study. Environ. Res. 2020; 190: 110022. https://doi.org/10.1016/j.envres.2020.110022
  14. Cheng M., Wu H., Wu H., Liu X., Zhou A. Metabolic profiling of copper-laden hepatolenticular degeneration model rats and the interventional effects of Gandou decoction using UPLC-Q-TOF/MS. J. Pharm. Biomed. Anal. 2019; 164: 187-95. https://doi.org/10.1016/j.jpba.2018.10.041
  15. Tsugawa H., Kind T., Nakabayashi R., Yukihira D., Tanaka W., Cajka T., et al. Hydrogen rearrangement rules: computational MS/MS fragmentation and structure elucidation using MS-FINDER software. Anal. Chem. 2016; 88(16): 7946-58. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.6b00770
  16. Lai Z., Tsugawa H., Wohlgemuth G., Mehta S., Mueller M., Zheng Y., et al. Identifying metabolites by integrating metabolome databases with mass spectrometry cheminformatics. Nat. Methods. 2018; 15(1): 53-6. https://doi.org/10.1038/nmeth.4512
  17. Ruttkies C., Schymanski E.L., Wolf S., Hollender J., Neumann S. MetFrag relaunched: incorporating strategies beyond in silico fragmentation. J. Cheminform. 2016; 8: 3. https://doi.org/10.1186/s13321-016-0115-9
  18. Hannemann K., Puchta V., Simon E., Ziegler H., Ziegler G., Spiteller G. The common occurrence of furan fatty acids in plants. Lipids. 1989; 24(4): 296-8. https://doi.org/10.1007/bf02535166
  19. Batna A., Scheinkönig J., Spiteller G. The occurrence of furan fatty acids in Isochrysis sp. and Phaeodactylum tricornutum. Biochim. Biophys. Acta. 1993; 1166(2-3): 171-6. https://doi.org/10.1016/0005-2760(93)90093-o
  20. Wahl H.G., Tetschner B., Liebich H.M. The effect of dietary fish oil supplementation on the concentration of 3-carboxy-4-methyl-5-propyl-2-furanpropionic acid in human blood and urine. J. High Resol. Chromatogr. 1992; 15(12): 815-8.
  21. Jensen S., Ragnarsdottir O., Johannsson R. Marine sources of furan fatty acids. J. Aquat. Food Prod. Technol. 2019; 28(1): 74-83. https://doi.org/10.1080/10498850.2018.1561569
  22. Okada Y., Okajima H., Konishi H., Terauchi M., Ishii K., Liu I.M., et al. Antioxidant effect of naturally occurring furan fatty acids on oxidation of linoleic acid in aqueous dispersion. J. Am. Oil. Chem. Soc. 1990; 67(11): 858-62. https://doi.org/10.1007/BF02540506
  23. Teixeira A., Cox R.C., Egmond M.R. Furan fatty acids efficiently rescue brain cells from cell death induced by oxidative stress. Food Funct. 2013; 4(8): 1209-15. https://doi.org/10.1039/c3fo60094g
  24. Yu X.H., Shanklin J. Solving a furan fatty acid biosynthesis puzzle. J. Biol. Chem. 2020; 295(29): 9802-03. https://doi.org/10.1074/jbc.h120.014701
  25. Gurer-Orhan H., Sabir H.U., Ozgüneş H. Correlation between clinical indicators of lead poisoning and oxidative stress parameters in controls and lead-exposed workers. Toxicology. 2004; 195(2-3): 147-54. https://doi.org/10.1016/j.tox.2003.09.009
  26. Mateo R., Beyer W.N., Spann J.W., Hoffman D.J., Ramis A. Relationship between oxidative stress, pathology, and behavioral signs of lead poisoning in mallards. J. Toxicol. Environ. Health A. 2003; 66(14): 1371-89. https://doi.org/10.1080/15287390306390
  27. Bechara E.J. Oxidative stress in acute intermittent porphyria and lead poisoning may be triggered by 5-aminolevulinic acid. Braz. J. Med. Biol. Res. 1996; 29(7): 841-51.
  28. Smith E.H., Matern D. Acylcarnitine analysis by tandem mass spectrometry. Curr. Protoc. Hum. Genet. 2010; Chapter 17: Unit 17.8.1-20. https://doi.org/10.1002/0471142905.hg1708s64
  29. Wojtczak L. Effect of long-chain fatty acids and acyl-CoA on mitochondrial permeability, transport, and energy-coupling processes. J. Bioenerg. Biomembr. 1976; 8(6): 293-311. https://doi.org/10.1007/bf00765158
  30. Su X., Han X., Mancuso D.J., Abendschein D.R., Gross R.W. Accumulation of long-chain acylcarnitine and 3-hydroxy acylcarnitine molecular species in diabetic myocardium: identification of alterations in mitochondrial fatty acid processing in diabetic myocardium by shotgun lipidomics. Biochemistry. 2005; 44(13): 5234-45. https://doi.org/10.1021/bi047773a
  31. Violante S., Ijlst L., Te Brinke H., Tavares de Almeida I., Wanders R.J., Ventura F.V., et al. Carnitine palmitoyltransferase 2 and carnitine/acylcarnitine translocase are involved in the mitochondrial synthesis and export of acylcarnitines. FASEB J. 2013; 27(5): 2039-44. https://doi.org/10.1096/fj.12-216689
  32. Papamandjaris A.A., MacDougall D.E., Jones P.J. Medium chain fatty acid metabolism and energy expenditure: obesity treatment implications. Life Sci. 1998; 62(14): 1203-15. https://doi.org/10.1016/s0024-3205(97)01143-0
  33. Taguchi R., Houjou T., Nakanishi H., Yamazaki T., Ishida M., Imagawa M., et al. Focused lipidomics by tandem mass spectrometry. J. Chromatogr. B. Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. 2005; 823(1): 26-36. https://doi.org/10.1016/j.jchromb.2005.06.005
  34. Ahmed M.B., Ahmed M.I., Meki A.R., Abdraboh N. Neurotoxic effect of lead on rats: Relationship to Apoptosis. Int. J. Health Sci. (Qassim). 2013; 7(2): 192-9. https://doi.org/10.12816/0006042
  35. Vermes I., Haanen C., Steffens-Nakken H., Reutelingsperger C. A novel assay for apoptosis. Flow cytometric detection of phosphatidylserine expression on early apoptotic cells using fluorescein labelled Annexin V. J. Immunol. Methods. 1995; 184(1): 39-51. https://doi.org/10.1016/0022-1759(95)00072-i
  36. Park K.S., Lee H.Y., Kim M.K., Shin E.H., Jo S.H., Kim S.D., et al. Lysophosphatidylserine stimulates L2071 mouse fibroblast chemotactic migration via a process involving pertussis toxin-sensitive trimeric G-proteins. Mol. Pharmacol. 2006; 69(3): 1066-73. https://doi.org/10.1124/mol.105.018960
  37. Murphy R.C., Fiedler J., Hevko J. Analysis of nonvolatile lipids by mass spectrometry. Chem. Rev. 2001; 101(2): 479-526. https://doi.org/10.1021/cr9900883
  38. Profita M., Sala A., Riccobono L., Paternò A., Mirabella A., Bonanno A., et al. 15-Lipoxygenase expression and 15(S)-hydroxyeicoisatetraenoic acid release and reincorporation in induced sputum of asthmatic subjects. J. Allergy. Clin. Immunol. 2000; 105(4): 711-6. https://doi.org/10.1067/mai.2000.105122
  39. Vanderhoek J.Y., Bryant R.W., Bailey J.M. Inhibition of leukotriene biosynthesis by the leukocyte product 15-hydroxy-5,8,11,13-eicosatetraenoic acid. J. Biol. Chem. 1980; 255(21): 10064-6.
  40. Vanderhoek J.Y., Bryant R.W., Bailey J.M. 15-hydroxy-5,8,11,13-eicosatetraenoic acid: A potent and selective inhibitor of platelet lipoxygenase. J. Biol. Chem. 1980; 255(13): 5996-8.
  41. Van Diest M.J., Verbeuren T.J., Herman A.G. 15-lipoxygenase metabolites of arachidonic acid evoke contractions and relaxations in isolated canine arteries: role of thromboxane receptors, endothelial cells and cyclooxygenase. J. Pharmacol. Exp. Ther. 1991; 256(1): 194-203.
  42. Wang S., Wang Y., Jiang J., Wang R., Li L., Qiu Z., et al. 15-HETE protects rat pulmonary arterial smooth muscle cells from apoptosis via the PI3K/Akt pathway. Prostaglandins Other Lipid Mediat. 2010; 91(1-2): 51-60. https://doi.org/10.1016/j.prostaglandins.2009.12.007

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Чемезов А.И., Сутункова М.П., Рябова Ю.В., 2024


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 37884 от 02.10.2009.