Возможности высокотехнологичного фенотипирования методом спектроскопии ЯМР на примере метаболического отклика печени крыс на воздействие алкоголя и Рейши

Для оценки эффективности спектроскопии протонного ядерно-магнитного резонанса (1H ЯМР) как метода метаболомного фенотипирования и метода детектирования ранних метаболических изменений при токсических воздействиях было проведено метаболическое профилирование печени крыс. Образцы тканей были взяты у трех групп крыс: группа К – контрольные животные; группа А – животные, получавшие многократно 15-процентный раствор алкоголя, прием которого не вызывал патологических изменений печени, но стимулировал пролиферацию гепатоцитов, и алкоголя в сочетании с растительным гепатопротекторным препаратом Рейши, Ganoderma lucidum, (группа А +Р). Как следует из полученных результатов, изменения концентрации метаболитов в печени, наблюдаемые в группе А, отражали типичную метабо- лическую реакцию на прием алкоголя и выражались в снижении содержания глицина, лейцина, изолейцина, валина, холина и лактата, а также в повышении уровня ТМАО. При приеме Рейши у крыс группы А +Р восстанавливалась концентрация глицина, валина и ТМАО. Кроме того, в группе А +Р было отмечено увеличение относительно контроля концентрации НАД, АТФ, УТФ, сукцината, пиранозы и ацетата. Индивидуальные вариации содержания валина, изолейцина, лейцина, лактата, холина и пиранозы коррелировали с числом двуядерных гепатоцитов как индикатором пролиферативной активности. Таким образом, исследование тканей печени методом спектроскопии ЯМР 1Н позволяет выявить ранние отклонения уровня метаболитов при хроническом потреблении небольших доз алкоголя и может быть перспективным подходом как для диагностического выявления алкогольного повреждения печени, так и для оценки эффективности применяемой лекарственной терапии.

крысы Sprague-Dawley, печень, алкоголь, Ganoderma lucidum, спектроскопия ЯМР 1Н, in vitro, метабономика, диагностика ранних метаболических нарушений

1. Bollard M.E., Contel N.R., Ebbels T.M., Smith L., Beckonert O., Cantor G.H., Lehman-МcKeeman L., Holmes E.C., Lindon J.C., Nicholson J.K., Keun H.C. NMR-based metabolic profiling identifies biomarkers of liver regeneration following partial hepatectomy in the rat. J. Proteome Res. 2010;9(1):59-69. DOI: 10.1021/pr900200v

2. Bruha R., Dvorak K., Petrtyl J. Alcoholic liver disease. World. J. Hepatol. 2012;4(3):81-90. DOI: 10.4254/wjh.v4.i3.81

3. Fehér P., Ujhelyi Z., Vecsernyés M., Fenyvesi F., Damache G., Ardelean A., Costache M., Dinischiotu A., Hermenean A., Bácskay I. Hepatoprotective effects of a self-micro emulsifying drug delivery system containing Silybum marianum native seed oil against experimentally induced liver injury. Pharmazie. 2015;70(4):231-238. DOI: 10.1691/ph.2015.4146

4. Feng J., Isern N.J., Burton S.D., Zhi Hu J. Studies of secondary melanoma on C57BL/6J mouse liver using 1H NMR metabolomic. Metabolites. 2013;3(4):1011-1035. DOI: 10.3390/metabo3041011

5. Gao Y., Zhou S., Jiang W., Huang M., Dai X. Effects of ganopoly (a Ganoderma lucidum polysaccharide extract) on the immune functions in advanced-stage cancer patients. Immunol. Invest. 2003;32(3):201-215. DOI: 10.1081/IMM-120022979

6. Gika H.G., Wilson I.D. Global metabolic profiling for the study of alcohol-related disorders. Bioanalysis. 2014;6(1):59-77. DOI: 10.4155/bio.13.301

7. Jang Z.H., Chung H.C., Ahn Y.G., Kwon Y.K., Kim J.S., Ryu J.H., Ryu Do H., KimC.H., Hwang G.S. Metabolic profiling of analcoholic fatty liver in zebrafish (Danio rerio). Mol. Biosyst. 2012;8(7):20012009. DOI: 10.1039/c2mb25073j

8. Kato A., Tanaka H., Kawaguchi T., Kanazawa H., Iwasa M., Sakaida I., Moriwaki H., Murawaki Y., Suzuki K., Okita K. Nutritional management contributes to improvement in minimal hepatic encephalopathy and quality of life in patients with liver cirrhosis: A preliminary, prospective, open-label study. Hepatol. Res. 2013;43(5):452-458. DOI: 10.1111/j.1872-034X.2012.01092.x

9. Koeth R.A., Wang Z., Levison B.S., Buffa J.A., Org E., Sheehy B.T., Britt E.B., Fu X., Wu Y., Li L., Smith J.D., DiDonato J.A., Chen J., Li H., Wu G.D., Lewis J.D., Warrier M., Brown J.M., Krauss R.M., Tang W.H., Bushman F.D., Lusis A.J., Hazen S.L. Intestinal microbiota metabolism of L-carnitine, a nutrient in red meat, promotes atherosclerosis. Nat. Med. 2013;19(5):576-585. DOI: 10.1038/nm.3145

10. Kushnerova N.F., Fedoreev S.A., Fomenko S.E., Sprygin V.G., Kulesh N.I., Mishchenko N.P., Veselova M.V., Momot T.V. Hepatoprotective properties of isoflavonoids from roots of Maackia amurensis on experimental carbon tetrachloride-induced hepatic damage. Eksp. Klin. Farmakol. 2014;77(2):26-30.

11. Kwon S.C., Kim Y.B. Antifibrotic activity a fermentation filtrate of Ganoderma lucidum. Lab. Anim. Res. 2011;27(4):369-371. DOI: 10.5625/lar.2011.27.4.369

12. Lieber C.S. Alcoholic fatty liver: its pathogenesis and mechanism of progression to inflammation and fibrosis. Alcohol. 2004;34(1):9-19. DOI: 10.1016/j.alcohol.2004.07.008

13. Malaguarnera M., Risino C., Cammalleri L., Malaguarnera L., Astuto M., Vecchio I., Rampello L. Branched chain amino acids supplemented with L-acetylcarnitine versus BCAA treatment in hepatic coma: a randomized and controlled double blind study. Eur. J. Gastroenterol. Hepatol. 2009;21(7):762-770. DOI: 10.1097/MEG.0b013e328309c791

14. Nelson D.L., Cox M.M. Lehninger Principles of Biochemistry. W.H. Freeman; Fifth Edition, 2008.

15. Nicholas P.C., Kim D., Crews F.T., Macdonald J.M. 1H NMR-based metabolomic analysis of liver, serum, and brain following ethanol administration in rats. Chem. Res. Toxicol. 2008;21(2):408-420. DOI: 10.1021/tx700324t

16. Psychogios N., Hau D.D., Peng J., Gui A.C., Mandal R., Bouatra S., Sinelnikov I., Krishnamurthy R., Eisner R., Gautam B., Young N., Xia J., Knox C., Dong E., Huang P., Hollander Z., Pedersen T.L., Smith S.R., Bamforth F., Greiner R., McManus B., Newman J.W., Goodfriend T., Wishart D.S. The human serum metabolome. PLoS ONE. 2011;6(2):e16957. DOI: 10.1371/journal.pone.0016957

17. Romero-Martínez Á., Moya-Albiol L. Neuropsychology of perpetrators of domestic violence: the role of traumatic brain injury and alcohol abuse and/or dependence. Rev. Neurol. 2013;57(11):515-522.

18. Roslundet M.U., Tahtinen P., Niemitz M., Sjoholm R. Complete assignments of the 1H and 13C chemical shifts and JH,H coupling constants in NMR spectra of d-glucopyranose and all d-glucopyranosyld-glucopyranosides. Carbohydr. Res. 2008;343(1):101-112. DOI: 10.1016/j.carres.2007.10.008

19. Shayakhmetova G.M., Bondarenko L.B., Kovalenko V.M., Kharchenko O.L., Bohun L.I., Omelchenko Y.O. Multiparameter rodent chronic model for complex evaluation of alcoholism-mediated metabolic violations. J. Basic Clin. Physiol. Pharmacol. 2015;26(1):43-51. DOI: 10.1515/jbcpp-2013-0163

20. Shevelev O.B., Akulov A.E., Dotsenko A.S., Kontsevaya G.V., Zolotykh M.A., Gerlinskaya L.A., Veprev S.G., Goryachkovskaya T.N., Zhukova N.A., Kolchanov N.A., Pel’tek S.E., Moshkin M.P. Neurometabolic effect of Altaian fungus Ganoderma lucidum (Reishi mushroom) in rats under moderate alcohol consumption. Alcohol.: Clin. Exp. Res. 2015;39(7):1128-1136. DOI: 10.1111/acer.12758

21. Shi Y., Sun J., He H., Guo H., Zhang S. Hepatoprotective effects of Ganoderma lucidum peptides against D-galactosamine-induced liver injury in mice. J. Ethnopharmacol. 2008;117(3):415-419. DOI: 10.1016/j.jep.2008.02.023

22. Shieh Y.H., Liu C.F., Huang Y.K., Yang J.Y., Wu I.L., Lin C.H., Li S.C. Evaluation of the hepatic and renal-protective effects of Ganoderma lucidum in mice. Am. J. Chin. Med. 2001;29(3/4):501-507. DOI: 10.1142/S0192415X01000526

23. Siler S.Q., Neese R.A., Christiansen M.P., Hellerstein M.K. The inhibition of gluconeogenesis following alcohol in humans. Am. J. Physiol. 1998;275(5 Pt 1):E897-E907.

24. Tang W.H., Wang Z., Levison B.S., Koeth R.A., Britt E.B., Fu X., Wu Y., Hazen S.L. Intestinal microbial metabolism of phosphatidylcholine and cardiovascular risk. N. Engl. J. Med. 2013;368(17):1575-1584. DOI: 10.1056/NEJMoa1109400

25. Wang M.Y., Liu Q., Che Q.M., Lin Z.B. Effects of total triterpenoids extract from Ganoderma lucidum (Curt: Fr) P Karst (Reishi mushroom) on experimental liver injury models induced by carbon tetrachloride or D-galactosamine in mice. Acta Pharmaceut Sin. 2000;35:326-329.

26. Wen H., Kang S., Song Y., Song Y., Sung S.H., Park S. Differentiation of cultivation sources of Ganoderma lucidum by NMR-based metabolomics approach. Phytochem. Anal. 2010;21(1):73-79. DOI: 10.1002/pca.1166

27. Wu Y.W., Fang H.L., Lin W.C. Post-treatment of Ganoderma lucidum reduced liver fibrosis induced by thioacetamide in mice. Phytother. Res. 2010;24(4):494-499. DOI: 10.1002/ptr.2949

28. Zhao H.B., Lin S.Q., Liu J.H., Lin Z.B. Polysaccharide extract isolated from ganoderma lucidum protects rat cerebral cortical neurons from hypoxia/reoxygenation injury. J. Pharmacol. Sci. 2004;95(2):294298. DOI: 10.1254/jphs.SC0040011