Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
ПАРАТГОРМОН-РОДСТВЕННЫЙ ПРОТЕИН
Курзанов А. Н., Ледванов М. Ю., Быков И. М., Медведев В. Л., Стрыгина Е. А., Бизенкова М. Н., Заболотских Н. В., Ковалев Д. В., Стукова Н. Ю.,
5.2.2.2. Влияние паратгормон-родственного протеина на остеотропные эффекты оксидативного стресса
Окислительное повреждение является важным фактором, способствующим морфологическим и функциональным изменениям костной ткани. Общепризнано, что костная масса у людей начинает с возрастом снижаться и это определяется многими причинами, включая увеличение окислительного стресса (Manolagas S.C., 2010; Khosla S., et al., 2011). Старение повышает в организме уровень активных форм кислорода (АФК), которые вызывают оксидативный стресс, возникающий в результате дисбаланса между образованием АФК и механизмов молекулярной защиты, которые контролируют АФК, таких как ферменты каталаза, супероксиддисмутаза, глутатионпероксидаза и иные антиоксидантные соединения (De La Fuente M., Miquel J., 2009). Установлено, что снижение продукции и активности супероксиддисмутазы приводит к ухудшению костной ткани у мышей (Nojiri H., et al., 2011). У людей повышенный окислительный стресс снижает минеральной плотности костной ткани (Cervellati C., et al., 2014; Basu S., et al., 2001). Механизмы, с помощью которых окислительный стресс может нарушать формирование кости, являются сложными и включают повреждение ДНК (Cooke M.S., et al., 2003), перекисное окисление липидов, (Jacob K.D., et al., 2013), ингибирование активации пути Wnt, (Almeida M., et al., 2007), снижение пролиферации остеобластов (Li M., et al., 2009) и их дифференцировки (Mody N., et al., 2001; Bai X.C., et al., 2004), а также увеличение апоптоза остеобластов (Almeida M., et al., 2010).
Существует точка зрения, что остеоанаболический эффект прерывистого ввеления аналога ПТГ (1-34) может частично определяться вследствие уменьшения окислительного стресса связанного с возрастными изменениями в костной ткани (Jilka R.L., et al., 2010). Это представление о вероятных механизмах остеоанаболического действия может быть предпосылкой для использования антиоксидантов в возможных вариантах лечения потери костной массы. Однако использование антиоксидантов в отдельности или в сочетании с ПТГ имеет несколько недостатков. Общие антиоксиданты, такие как N-ацетилцистеин и каталаза, приводят к снижению уровней АФК, но также могут уменьшать остеобластогенез путем блокирования активации пути Wnt (Funato Y., et al., 2006) тем самым ингибируя β-catenin-зависимую транскрипцию остеогенных генов. Кроме того, антиоксиданты обладают антиостеокластическими свойствами, которые препятствуют ремоделированию кости (Jilka R.L., et al., 2010). Оксидативный стресс стимулирует апоптоз остеобластов путем активации митоген-активируемой протеинкиназы (МАРК), связанной с выживаемостью клеток. ПТГрП может регулировать активацию МАРК путем модуляции МАРК фосфатазы-1 (MKP1) и таким образом защитить остеобласты от индуцированного оксидативным стрессом апоптоза. Показано (Ardura J.A., et al., 2017), что в остеобластах линии MC3T3-E1домен ПТГрП (1-37) быстро усиливает экспрессию генов MKP1 и MKP1-зависимую активность каталазы. Кроме того, воздействие ПТГрП (1-37) адсорбированного на гидроксиапатит-керамическом имплантате помещенном в дефект большеберцовой кости стареющих крыс вызвало повышенную экспрессию генов MKP1 и каталазы в области заживления кости. Эти результаты показывают, что ПТГрП противодействует проапоптотическому действию активных форм кислорода с помощью механизма MKP1-индуцированного дефосфорилирования МАРК в остеобластах.
В экспериментах на овариэктомированных мышах изучали изменения гистологической картины костной ткани, а также факторов костного ремоделирования, вызванные путем подкожной инъекции ПТГрП (1-36) или ПТГрП (107-139) (de Castro L.F., et al., 2012), а также исследовали остеогенные эффекты этих пептидов в мезенхимальных клетках мыши при окислительном стрессе в опытах in vitro, вызывающих сходные с овариэктомией эффекты. По данным гистологического исследования маркеров дифференцировки остеобластов в длинных трубчатых костях у мышей с удаленными яичниками было показано, что ПТГрП (1-36) оказывает анаболическое действие на костную ткань. ПТГрП (107-139) был также эффективен в стимуляции нескольких факторов формирования костной ткани, и резком уменьшении маркеров резорбции кости. Оба эти пептида модулируют DKK-1 и Sost/склеростин в клетках остеобластов линии UMR-106, высоко экспрессирующих эти ингибиторы Wnt-сигнального пути, связанные с их остеогенным действием in vivo. Введение ПТГрП улучшало остеогенную дифференцировку в клетках костного мозга овариэктомированных мышей ex vivo и в мышиных мезенхимальных клетках C3H10T1/2 в условиях окислительного стресса in vitro. Это согласуется с недавними результатами, показывающими способность ПТГрП повышать передачу сигналов Wnt/β-catenin в остеобластических клетках, подвергнутых воздействию высоких концентраций глюкозы, моделирующего эффекты окислительного стресса. (López-Herradón A., et al., 2013). Таким образом ПТГрП (1-36) и ПТГрП (107-139) могут оказывать сходные остеогенные эффекты, которые могут происходить частично за счет модуляции Wnt сигнального пути. Это подтверждает, что остеогенное действие ПТГрП (107-139), вероятно, является следствием его противорезорбционного и анаболического эффектов, а также свидетельствуют о перспективности использования ПТГрП (1-36) в качестве костного анаболического фактора при дефиците эстрогенов в организме.
Было установлено, что периодическое введение ПТГрП (1-36) увеличивает массу костной ткани у грызунов (de Castro L.F., et al., 2012; Stewart A.F., 2000). Прерывистое введение ПТГрП для стимуляции остеогенеза рассматривается как потенциальная возможность использования его физиологических эффектов в фармакотерапевтических целях (Martin T.J., 2016).
В недавнем сообщении (Portal-Núñez S., et al., 2018) были представлены результаты исследования антиоксидантных свойств как N-, так и С-концевых доменов ПТГрП, а также фрагмента ПТГ (1-34) и их способность влиять на мышиные остеобластические клетки линии MC3T3-E1 и остеобластические клетки человека. Авторы протестировали как фрагменты ПТГрП (1-37) и ПТГрП (107-139), так и фрагмент С-концевого домена ПТГрП (107-111), известного как остеостатин. Авторы проанализировали изменения индуцированных H2O2 уровней малонового диальдегида, как маркера окислительного стресса и возможное модулирующее действие различных пептидных фрагментов ПТГрП. Под влиянием H2O2 увеличивались уровни малонового диальдегида и активность каспазы-3, свидетельствующей о вызванной оксидативным стрессом индукции апоптотического каскада. Установлено, что как N-, так и C-концевые пептиды ПТГрП противодействуют окислительному стрессу, вызванному H2O2 в остеобластических клетках. Преинкубация клеток линии MC3T3-E1 и остеобластических клетки человека с пептидными фрагментами ПТГрП или ПТГ (1-34) отменяла эффекты H2O2 в этих клетках, уменьшала перекисное окисление липидов, предотвращая увеличение уровней малонового диальдегида, и блокировала активацию каспазы-3, защищая таким образом от апоптоза в обоих типах остеобластических клеток.
Представленные авторами данные показывают, что исследованные пептиды ПТГрП способны предотвращать индуцированную H2O2 генерацию АФК в мышиных остеобластических клетках и остеобластических клетках человека. Кроме того, ферментативная активность и уровни мРНК костной щелочной фосфатазы, а также экспрессия генов других известных маркеров дифференцировки остеобластов уменьшились при остром воздействии H2O2. Паратиреоидный гормон и как N-, так и С-терминальные домены ПТГрП противодействуют отрицательным эффектам H2O2, при дифференцировке остеобластов, которые предотвращались предварительной обработкой исследованными пептидами мышиных и человеческих остеобластических клеток. Взятые вместе, представленные результаты исследования показывают, что как N-, так и С-концевые домены ПТГрП проявляют различные антиоксидантные свойства как в мышиных остеобластических клетках, так и в остеобластических клетках человека. Эти данные являются новыми дополнительными оргументами поддерживающими использование аналогов пептидных доменов ПТГрП в качестве средств терапии остеопороза (Portal-Núñez S., et al., 2018).