mimmunМедицинская иммунологияMedical Immunology (Russia)1563-06252313-741XSPb RAACI10.15789/1563-0625-MCO-2408mimmun-2408Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESМетаболические изменения лимфоцитов в условиях срыва иммунной толерантности у крысMetabolic changes of lymphocytes in a rat model of autoimmunityhttps://orcid.org/0000-0002-6233-5944СкупневскийС. В.SkupnevskyS. V.

Скупневский Сергей Валерьевич – доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник

Республика Северная Осетия – Алания, г. Владикавказ

PhD, MD (Biology), Leading Research Associate

Vladikavkaz, Republic of North Ossetia – Alania

dreammas@yandex.comhttps://orcid.org/0000-0003-0506-7776ПухаеваЕ. Г.PukhaevaE. G.

Пухаева Елена Георгиевна – младший научный сотрудник

362025, Республика Северная Осетия – Алания, г. Владикавказ, ул. Пушкинская, 47

Pukhaeva Elena G., Junior Research Associate

362025, Republic of North Ossetia – Alania, Vladikavkaz, Pushkinskaya str., 47

medgenetika435@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5850-5173БадтиевА. К.BadtievA. K.

Бадтиев Алибек Кирилович – кандидат биологических наук, научный сотрудник

Республика Северная Осетия – Алания, г. Владикавказ

PhD (Biology), Senior Research Associate

Vladikavkaz, Republic of North Ossetia – Alania

medgenetika435@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9424-0467РуруаФ. К.RuruaF. K.

Руруа Фатима Карловна – младший научный сотрудник

Республика Северная Осетия – Алания, г. Владикавказ

Junior Research Associate

Vladikavkaz, Republic of North Ossetia – Alania

medgenetika435@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9105-0350БатаговаФ. Э.BatagovaF. E.

Батагова Фатима Эльбрусовна – младший научный сотрудник

Республика Северная Осетия – Алания, г. Владикавказ

Batagova F.E., Junior Research Associate

Vladikavkaz, Republic of North Ossetia – Alania

medgenetika435@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9154-4729ФарниеваЖ. Г.FarnievaZ. G.

Фарниева Жанна Григорьевна – младший научный сотрудник

Республика Северная Осетия – Алания, г. Владикавказ

Farnieva Z.G., Junior Research Associate

Vladikavkaz, Republic of North Ossetia – Alania

medgenetika435@yandex.ruИнститут биомедицинских исследований – филиал ФГБУН «Федерального научного центра “Владикавказский научный центр Российской академии наук”»РоссияInstitute of Biomedical Investigations, Affiliation of Vladikavkaz Research Centre, Russian Academy of SciencesRussian Federation202220042022242247256Copyright © Скупневский С.В., Пухаева Е.Г., Бадтиев А.К., Руруа Ф.К., Батагова Ф.Э., Фарниева Ж.Г., 20222022Скупневский С.В., Пухаева Е.Г., Бадтиев А.К., Руруа Ф.К., Батагова Ф.Э., Фарниева Ж.Г.Skupnevsky S.V., Pukhaeva E.G., Badtiev A.K., Rurua F.K., Batagova F.E., Farnieva Z.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.mimmun.ru/mimmun/article/view/2408

Широкая распространенность аутоиммунных заболеваний, характеризуемых ранним дебютом и высокими рисками инвалидизации населения, определяет актуальность работы, цель которой заключалась в изучении метаболических особенностей лимфоцитов на фоне адъювант-индуцированной аутоиммунной патологии у крыс. У крыс линии Wistar вызывали патологию субкутанным введением полного адъюванта Фрейнда, представляющего собой водно-масляную эмульсию, содержащую в качестве антигенов термически инактвированные микобактерии туберкулеза. Гематологические (общий анализ крови), биохимические (гидроперекиси, малоновый диальдегид (МДА), каталаза) и цитобиохимические изменения в лимфоцитах (лактатдегидрогеназа, сукцинатдегидрогеназа; ЛДГ, СДГ) наблюдали в динамике. Рентгенографию проводили по окончании эксперимента. На начальной стадии (2 недели) формирования аутоиммунного артрита отмечается патологический лейкоцитоз (26,12±2,30 × 109 /л, что на 65% выше контроля, p < 0,01), тромбоцитоз (675±30 × 109 /л на фоне контроля 536±27 × 109 /л, p < 0,01) и развивается окислительный стресс (увеличение гидроперекисей на 7% и МДА на 32%, p < 0,001); энергетический статус лимфоцитов повышается за счет роста активности ЛДГ на 6,5% и СДГ на 49% относительно контроля. В хронической стадии (7 недель) на фоне снижения системного воспаления (общее количество лейкоцитов в опыте 19,59±1,40 × 109 /л, в контроле 13,68±0,86 × 109 /л, p < 0,01; правый сдвиг в лейкоцитарной формуле) сохраняется оксидативный стресс (превышение МДА на 37% относительно контроля; активность каталазы снижается) и уменьшается активность ЛДГ (на 43%, p < 0,01) в лимфоцитах, что сопровождается их микроцитозом (коэффициент корреляции между радиусом лимфоцитов и активностью ЛДГ rxy = 0,87). Наиболее характерные изменения затронули механизм энергетического обеспечения клеток: дыхательный коэффициент для контрольных животных (отношение ЛДГ/СДГ) варьирует в пределах 4,6-5,0, а на фоне формируемой патологии вклад процессов гликолиза существенным образом снижается до 3,2 ко 2-й неделе и 2,4 к 7-й неделе. На рентгенограмме к 7-й неделе у опытных животных отмечается неравномерное сужение суставных щелей, кистовидные образования и субхондральный склероз головок костей. В условиях аутоиммунного ревматоидного артрита у крыс выявляются нарушения метаболического статуса лимфоцитов в виде общего энергетического дефицита и дисбаланса между процессами гликолиза и окислительного фосфорилирования, что позволяет глубже раскрыть патогенез и определяет направление поиска средств молекулярно-таргетной терапии и профилактики заболевания.

Autoimmune diseases are highly prevalent in humans, being characterized by early onset and high risks of disability, thus determining the relevance of the present work and its aim, i.e., studying metabolic characteristics of lymphocytes upon the adjuvant-induced autoimmune disorder in rats. Modeling of the autoimmune process was performed in Wistar rats by subcutaneous administration of a Freund’s complete adjuvant, i.e., water-oil emulsion with heat-killed M. tuberculosis. Hematology testing (complete blood counts), biochemical markers (hydroperoxides, malondialdehyde (MDA), catalase), and cytobiochemical changes in lymphocytes (lactate dehydrogenase, succinate dehydrogenase; LDH, SDH) were followed in dynamics. X-ray examination was performed at the end of the experiment. At the initial stage of autoimmune arthritis (2 weeks), leukocytosis was registered (26.12±2.30 × 109 /L, i.e., 65% over the controls, p < 0.01), thrombocytosis (675±30 × 109 /L, compared with 536±27 × 109 /L in controls, p < 0.01), and oxidative stress were also observed (hydroperoxides increased by 7%, and MDA, by 32%, p < 0.001); energy levels of the lymphocytes increased due to activation of LDH by 6.5%, and SDH, by 49% against the controls. At chronic stage of the disorder (7 weeks), the systemic inflammation was milder (total WBC counts of 19.6±1.40 × 109 /L, compared with 13.68±0.86 × 109 /L in controls, p < 0.01, associated with shift to the right in differential conuts), along with persisting oxidative stress (MDA exceeds the control levels by 37%; decrease in catalase activity), and lower LDH activity in lymphocytes (by 43%, p < 0.01) associated by their decrease in size (the correlation quotient between the lymphocyte radius and LDH activity is rxy = 0.87). Profound molecular changes were observed in the cell energy supply: the respiratory quotient for control animals (LDH/SDH ratio) varied within 4.6-5.0. Meanwhile, in autoimmune animals, metabolic contribution of glycolysis showed a significant decrease (the quotient of 3.2 by the 2nd week, and 2.4 by the 7th week). On the radiograph by 7th week, the experimental animals show uneven joint space narrowing, cyst-like formations and subchondral sclerosis of the bone heads. Autoimmune rheumatoid arthritis in rats is characterized by metabolic disorders of lymphocytes manifesting as general energy deficiency, and imbalance between glycolysis and oxidative phosphorylation pathways. These findings allow of deeper insight into pathogenesis and suggesting further search for molecular targeted therapy and prevention of the disease.

 

аутоиммунные заболеваниягликолизлимфоцитыметаболический статус лимфоцитовокислительный стрессоксигеназная активность лимфоцитовревматоидный артритautoimmune diseasesglycolysislymphocytesmetabolic statusoxidative stressoxygenase activityrheumatoid arthritisReferencesВатутин Н.Т., Калинкина Н.В., Смирнова А.С. Анемия при ревматоидном артрите // Вестник Харьковского национального университета. Серия «Медицина», 2010. Т. 19, № 898. С. 76-82.Vatutin N.T., Kalinkina N.V., Smirnova A.S. Anemia in rheumatoid arthritis. Vestnik Kharkovskogo natsionalnogo universiteta. Seriya “Meditsina” = Bulletin of the Kharkiv National University. Series “Medicine”, 2010, Vol. 19, no. 898, pp. 76-82. (In Russ.)Кондрашова М.Н., Захарченко М.В., Хундерякова Н.В., Маевский Е.И. Цитобиохимический способ определения активности сукцинатдегидрогеназы, окисления эндогенной янтарной кислоты, сигнального действия микромолярных концентраций янтарной кислоты, его применение для количественной оценки уровня адренергической регуляции в организме, среда и набор для осуществления // Патент РФ№ 2364868. Патентообладатель Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН (ИТЭБ РАН), Кондрашова Мария Николаевна. Открытое акционерное общество «Диод»; опубликовано 20.08.2009.Kondrashova M.N., Zakharchenko M.V., Khunderyakova N.V., Maevsky E.I. Cytobiochemical method of determining activity of succinate dehydrogenase, endogenic succinic acid oxidation, signal action of micromolecular concentrations of succinic acid, its application for quantitative evaluation of level of adrenergetic regulation in organism, medium and set for method realisation. Patent RU 2364868 C1.Методы клинических лабораторных исследований / Под ред. В.С. Камышникова. 8-е изд. М.: МЕДпресс-информ, 2016. 736 с.Methods of clinical laboratory research. Ed. V.S. Kamyshnikov. 8th ed.]. Moscow: MEDpress-inform, 2016. 736 p.Москалец О.В. Роль инфекций в развитии аутоиммунных заболеваний // Казанский медицинский журнал, 2017. Т. 98, № 4. С. 586-591.Moskalets O.V. Role of infections in autoimmune disease development. Kazanskiy meditsinskiy zhurnal = Kazan Medical Journal, 2017, Vol. 98, no. 4, pp. 586-591. (In Russ.)Пашнина И.А., Криволапова И.М., Козлова Е.С., Скоробогатова О.В. Иммунологические параметры у детей с артритами различной этиологии // Медицинская иммунология, 2011. Т. 13, № 4-5. С. 369-370. doi: 10.15789/1563-0625-2011-4-5-369-370.Pashnina I.A., Krivolapova I.M., Kozlova E.S., Skorobogatova O.V. Immunological parameters in children with arthritis of various etiologies. Meditsinskaya immunologiya = Medical Immunology (Russia), 2011, Vol. 13, no. 4-5, pp. 369-370. (In Russ.) doi: 10.15789/1563-0625-2011-4-5-369-370.Справочник по лабораторным методам исследования / Под ред. Л.А. Даниловой. М.: Питер, 2003. 733 с.Handbook of laboratory research methods. Ed. L.A. Danilova]. Moscow: Piter, 2003. 733 p.Трошина Е.А., Юкина М.Ю., Нуралиева Н.Ф., Мокрышева Н.Г. Роль генов системы HLA: от аутоиммунных заболеваний до COVID-19 // Проблемы эндокринологии, 2020. Т. 66, № 4. С. 9-15.Troshina E.A., Yukina M.Yu., Nuralieva N.F., Mokrysheva N.G. The role of HLA genes: from autoimmune diseases to covid-19. Problemy endokrinologii = Endocrinology Problems. 2020, Vol. 66, no. 4, pp. 9-15. (In Russ.)Шейбак В.М., Павлюковец А.Ю. Биохимическая гетерогенность Т-лимфоцитов // Вестник витебского государственного медицинского университет, 2018. Т. 17, № 6. С. 7-17.Sheibak V.M., Pavlyukovets A.Yu. Biochemical heterogeneity of T lymphocytes. Vestnik vitebskogo gosudarstvennogo meditsinskogo universiteta = Vitebsk State Medical University Bulletin, 2018, Vol. 17, no. 6, pp. 7-17. (In Russ.)Almeida L., Lochner M., Berod L., Sparwasser T. Metabolic pathways in T cell activation and lineage differentiation. Semin. Immunol., 2016, Vol. 28, no. 5, pp. 514-524.Almeida L., Lochner M., Berod L., Sparwasser T. Metabolic pathways in T cell activation and lineage differentiation. Semin. Immunol., 2016, Vol. 28, no. 5, pp. 514-524.Anaya J.M., Shoenfeld Y., Rojas-Villarraga A., Levy R.A., Cervera R., editors. Autoimmunity: from bench to bedside [Internet]. Bogota (Colombia): El Rosario University Press. 2013. 856 p.Anaya J.M., Shoenfeld Y., Rojas-Villarraga A., Levy R.A., Cervera R., editors. Autoimmunity: from bench to bedside [Internet]. Bogota (Colombia): El Rosario University Press. 2013. 856 p.Apostólico J. de S., Lunardelli V.A., Coirada F.C., Boscardin S.B., Rosa D.S. Adjuvants: classification, modus operandi, and licensing. J. Immunol. Res., 2016, Vol. 2016, 1459394. doi: 10.1155/2016/1459394.Apostólico J. de S., Lunardelli V.A., Coirada F.C., Boscardin S.B., Rosa D.S. Adjuvants: classification, modus operandi, and licensing. J. Immunol. Res., 2016, Vol. 2016, 1459394. doi: 10.1155/2016/1459394.Askanase A.D., Khalili L., Buyon J.P. Thoughts on COVID-19 and autoimmune diseases. Lupus Sci. Med., 2020, Vol. 7, no. 1, 000396. doi: 10.1136/lupus-2020-000396.Askanase A.D., Khalili L., Buyon J.P. Thoughts on COVID-19 and autoimmune diseases. Lupus Sci. Med., 2020, Vol. 7, no. 1, 000396. doi: 10.1136/lupus-2020-000396.Billiau A., Matthys P. Modes of action of Freund’s adjuvants in experimental models of autoimmune diseases. J. Leukoc. Biol., 2001, Vol. 70, no. 6, pp. 849-860.Billiau A., Matthys P. Modes of action of Freund’s adjuvants in experimental models of autoimmune diseases. J. Leukoc. Biol., 2001, Vol. 70, no. 6, pp. 849-860.Cui X., Wang R., Bian P., Wu Q., Seshadri V.D.D., Liu L. Evaluation of antiarthritic activity of nimbolide against Freund’s adjuvant induced arthritis in rats. Artif. Cells Nanomed. Biotechnol., 2019, Vol. 47, no. 1, pp. 3391- 3398.Cui X., Wang R., Bian P., Wu Q., Seshadri V.D.D., Liu L. Evaluation of antiarthritic activity of nimbolide against Freund’s adjuvant induced arthritis in rats. Artif. Cells Nanomed. Biotechnol., 2019, Vol. 47, no. 1, pp. 3391- 3398.Domblides C., Lartigue L., Faustin B. Metabolic Stress in the immune function of t cells, macrophages and dendritic cells. Cells, 2018, Vol. 7, no. 7, 68. doi: 10.3390/cells7070068.Domblides C., Lartigue L., Faustin B. Metabolic Stress in the immune function of t cells, macrophages and dendritic cells. Cells, 2018, Vol. 7, no. 7, 68. doi: 10.3390/cells7070068.Ehrenfeld M., Tincani A., Andreoli L., Cattalini M., Greenbaum A., Kanduc D., Alijotas-Reig J., Zinserling V., Semenova N., Amital H., Shoenfeld Y. COVID-19 and autoimmunity. Autoimmun. Rev., 2020, Vol. 19, no. 8, 102597. doi: 10.1016/j.autrev.2020.102597.Ehrenfeld M., Tincani A., Andreoli L., Cattalini M., Greenbaum A., Kanduc D., Alijotas-Reig J., Zinserling V., Semenova N., Amital H., Shoenfeld Y. COVID-19 and autoimmunity. Autoimmun. Rev., 2020, Vol. 19, no. 8, 102597. doi: 10.1016/j.autrev.2020.102597.Fontes J.A., Barin J.G., Talor M.V., Stickel N., Schaub J., Rose N.R., Čiháková D. Complete Freund’s adjuvant induces experimental autoimmune myocarditis by enhancing IL-6 production during initiation of the immune response. Immun. Inflamm. Dis., 2017, Vol. 5, no. 2, pp. 163-176.Fontes J.A., Barin J.G., Talor M.V., Stickel N., Schaub J., Rose N.R., Čiháková D. Complete Freund’s adjuvant induces experimental autoimmune myocarditis by enhancing IL-6 production during initiation of the immune response. Immun. Inflamm. Dis., 2017, Vol. 5, no. 2, pp. 163-176.Gerriets V.A., Rathmell J.C. Metabolic pathways in T cell fate and function. Trends Immunol., 2012, Vol. 33, no. 4, pp. 168-173.Gerriets V.A., Rathmell J.C. Metabolic pathways in T cell fate and function. Trends Immunol., 2012, Vol. 33, no. 4, pp. 168-173.Halpert G., Shoenfeld Y. SARS-CoV-2, the autoimmune virus. Autoimmun. Rev., 2020, Vol. 19, no. 12, 102695. doi: 10.1016/j.autrev.2020.102695.Halpert G., Shoenfeld Y. SARS-CoV-2, the autoimmune virus. Autoimmun. Rev., 2020, Vol. 19, no. 12, 102695. doi: 10.1016/j.autrev.2020.102695.Jacobson P.B., Morgan S.J., Wilcox D.M., Nguyen P., Ratajczak C.A., Carlson R.P., Harris R.R., Nuss M. A new spin on an old model: in vivo evaluation of disease progression by magnetic resonance imaging with respect to standard inflammatory parameters and histopathology in the adjuvant arthritic rat. Arthritis Rheum., 1999, Vol. 42, no. 10, pp. 2060-2073.Jacobson P.B., Morgan S.J., Wilcox D.M., Nguyen P., Ratajczak C.A., Carlson R.P., Harris R.R., Nuss M. A new spin on an old model: in vivo evaluation of disease progression by magnetic resonance imaging with respect to standard inflammatory parameters and histopathology in the adjuvant arthritic rat. Arthritis Rheum., 1999, Vol. 42, no. 10, pp. 2060-2073.Liu M., Gao Y., Zhang Y., Shi S., Chen Y., Tian J. The association between severe or dead COVID-19 and autoimmune diseases: A systematic review and meta-analysis. J. Infect., 2020, Vol. 81, no. 3, pp. 93-95.Liu M., Gao Y., Zhang Y., Shi S., Chen Y., Tian J. The association between severe or dead COVID-19 and autoimmune diseases: A systematic review and meta-analysis. J. Infect., 2020, Vol. 81, no. 3, pp. 93-95.Lorente L., Martín M.M., Franco A., Barrios Y., Cáceres J.J., Solé-Violán J., Perez A., Ramos J.A.M.Y., RamosGómez L., Ojeda N., Jiménez A., Working Group on COVID-19 Canary ICU; Annex. Members of the BIOMEPOC group. HLA genetic polymorphisms and prognosis of patients with COVID-19. Med. Intensiva (Engl. Ed.), 2021, Vol. 45, no. 2, pp. 96-103.Lorente L., Martín M.M., Franco A., Barrios Y., Cáceres J.J., Solé-Violán J., Perez A., Ramos J.A.M.Y., RamosGómez L., Ojeda N., Jiménez A., Working Group on COVID-19 Canary ICU; Annex. Members of the BIOMEPOC group. HLA genetic polymorphisms and prognosis of patients with COVID-19. Med. Intensiva (Engl. Ed.), 2021, Vol. 45, no. 2, pp. 96-103.Macintyre A.N., Gerriets V.A., Nichols A.G., Michalek R.D., Rudolph M.C., Deoliveira D., Anderson S.M., Abel E.D., Chen B.J., Hale L.P., Rathmell J.C. The glucose transporter Glut1 is selectively essential for CD4 T cell activation and effector function. Cell Metab., 2014, Vol. 20, no. 1, pp. 61-72.Macintyre A.N., Gerriets V.A., Nichols A.G., Michalek R.D., Rudolph M.C., Deoliveira D., Anderson S.M., Abel E.D., Chen B.J., Hale L.P., Rathmell J.C. The glucose transporter Glut1 is selectively essential for CD4 T cell activation and effector function. Cell Metab., 2014, Vol. 20, no. 1, pp. 61-72.Maciver N.J., Jacobs S.R., Wieman H.L., Wofford J.A., Coloff J.L., Rathmell J.C. Glucose metabolism in lymphocytes is a regulated process with significant effects on immune cell function and survival. J. Leukoc. Biol., 2008, Vol. 84, no. 4, pp. 949-957.Maciver N.J., Jacobs S.R., Wieman H.L., Wofford J.A., Coloff J.L., Rathmell J.C. Glucose metabolism in lymphocytes is a regulated process with significant effects on immune cell function and survival. J. Leukoc. Biol., 2008, Vol. 84, no. 4, pp. 949-957.Nasonov E., Aleksandrova E.N., Novikov A.A. Autoimmune rheumatic diseases: results and prospects for esearches. Rheumatol. Sci. Pract., 2015, Vol. 53, no. 3, pp. 230-237.Nasonov E., Aleksandrova E.N., Novikov A.A. Autoimmune rheumatic diseases: results and prospects for esearches. Rheumatol. Sci. Pract., 2015, Vol. 53, no. 3, pp. 230-237.Yang Z., Matteson E.L., Goronzy J.J., Weyand C.M. T-cell metabolism in autoimmune disease. Arthritis Res. Ther., 2015, Vol. 17, no. 1, 29. doi: 10.1186/s13075-015-0542-4.Yang Z., Matteson E.L., Goronzy J.J., Weyand C.M. T-cell metabolism in autoimmune disease. Arthritis Res. Ther., 2015, Vol. 17, no. 1, 29. doi: 10.1186/s13075-015-0542-4.Zhang P., Lu Q. Genetic and epigenetic influences on the loss of tolerance in autoimmunity. Cell. Mol. Immunol., 2018, Vol. 15, no 6, pp. 575-585.Zhang P., Lu Q. Genetic and epigenetic influences on the loss of tolerance in autoimmunity. Cell. Mol. Immunol., 2018, Vol. 15, no 6, pp. 575-585.Zheng Y., Collins S.L., Lutz M.A., Allen A.N., Kole T.P., Zarek P.E., Powell J.D. A role for mammalian target of rapamycin in regulating T cell activation versus anergy. J. Immunol., 2007, Vol. 178, no. 4, pp. 2163-2170.Zheng Y., Collins S.L., Lutz M.A., Allen A.N., Kole T.P., Zarek P.E., Powell J.D. A role for mammalian target of rapamycin in regulating T cell activation versus anergy. J. Immunol., 2007, Vol. 178, no. 4, pp. 2163-2170.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.