mimmunМедицинская иммунологияMedical Immunology (Russia)1563-06252313-741XSPb RAACI10.15789/1563-0625-TRO-3217mimmun-3217Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESРоль генетически обусловленной устойчивости организма теплокровных к гипоксии в реализации эффекторных функций нейтрофилов в модели адъювант-индуцированного ревматоидного артритаThe role of genetically determined hypoxia resistance in warm-blooded animals related to the neutrophil effector functions in experimental adjuvant-induced rheumatoid arthritishttps://orcid.org/0000-0003-0506-7776ПухаеваЕ. Г.PukhaevaE. G.

Пухаева Елена Георгиевна – научный сотрудник лаборатории субклеточных структур отдела молекулярных и клеточных механизмов аутоиммунных заболеваний.

363110, Республика Северная Осетия – Алания, Пригородный р-н, с. Михайловское, ул. Вильямса, 1. Тел.: 8 (928) 491-16-91

Researcher, Laboratory of Subcellular Structures, Department of Molecular and Cellular Mechanisms of Autoimmune Diseases.

1 Williams St Mikhailovskoye village, Prigorodny District, Republic of North Ossetia–Alania 363110 Phone: +7 (928) 491-16-91

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

Бадтиев А.К. – к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории субклеточных структур отдела молекулярных и клеточных механизмов аутоиммунных заболеваний.

Владикавказ, Республика Северная Осетия – Алания

PhD (Biology), Senior Researcher, Laboratory of Subcellular Structures, Department of Molecular and Cellular Mechanisms of Autoimmune Diseases.

Vladikavkaz, Republic of North Ossetia–Alania

abadtiev@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9105-0350СаламоваФ. Э.SalamovaF. E.

Саламова Ф.Э. – научный сотрудник лаборатории субклеточных структур отдела молекулярных и клеточных механизмов аутоиммунных заболеваний.

Владикавказ, Республика Северная Осетия – Алания

Researcher, Laboratory of Subcellular Structures, Department of Molecular and Cellular Mechanisms of Autoimmune Diseases.

Vladikavkaz, Republic of North Ossetia–Alania

anechca2003@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2428-8024ДзгоевС. Г.DzgoevS. G.

Дзгоев С.Г. – к.б.н., научный сотрудник лаборатории субклеточных структур отдела молекулярных и клеточных механизмов аутоиммунных заболеваний.

Владикавказ, Республика Северная Осетия – Алания

PhD (Biology), Researcher, Laboratory of Subcellular Structures, Department of Molecular and Cellular Mechanisms of Autoimmune Diseases.

Vladikavkaz, Republic of North Ossetia–Alania

stanislavdzgoev@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1767-1033КупееваА. М.KupeevaA. M.

Купеева А.М. – младший научный сотрудник лаборатории субклеточных структур отдела молекулярных и клеточных механизмов аутоиммунных заболеваний.

Владикавказ, Республика Северная Осетия – Алания

Junior Researcher, Laboratory of Subcellular Structures, Department of Molecular and Cellular Mechanisms of Autoimmune Diseases.

Vladikavkaz, Republic of North Ossetia–Alania

kupeeva-alina1@mail.ruИнститут биомедицинских исследований – филиал ФГБУН «Федеральный научный центр “Владикавказский научный центр” Российской академии наук»РоссияInstitute of Biomedical Research, Vladikavkaz Research Center, Russian Academy of SciencesRussian Federation2026140220262813142Copyright © Пухаева Е.Г., Бадтиев А.К., Саламова Ф.Э., Дзгоев С.Г., Купеева А.М., 20262026Пухаева Е.Г., Бадтиев А.К., Саламова Ф.Э., Дзгоев С.Г., Купеева А.М.Pukhaeva E.G., Badtiev A.K., Salamova F.E., Dzgoev S.G., Kupeeva A.M.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/3217

Гипоксия может выступать одновременно причиной и следствием патогенетических механизмов инфекционных, аутовоспалительных и аутоиммунных процессов. Учитывая, что популяции человека и животных генетически гетерогенны по резистентности организма к недостатку кислорода, современный подход к прогнозированию и терапии заболеваний, связанных с нарушением иммунной регуляции организма, требует учета роли гипоксии в реализации патогенетических механизмов воспаления. Цель исследования – дать оценку особенностям реализации эффекторных функций нейтрофилов в норме и на фоне индуцированного воспалительного процесса у животных с генетически предопределенной высокой и низкой устойчивостью к гипоксии. Материалом для исследования послужили 8-месячные самцы крыс с генетически обусловленной толерантностью к гипоксии (высокоустойчивая линия ВУ/SmY; низкоустойчивая линия НУ/SmY), весом 400-450 г. Крысам опытных групп линий ВУ/SmY, НУ/SmY индуцировали развитие иммунных реакций в модели ревматоидного артрита (РА). Через 35 дней отобранную у животных кровь инкубировали с суспензией туши (1:10). Зафиксированные в парах формалина мазки окрашивали 0,5%-ным раствором метиленового синего, анализировали при 400-кратном увеличении микроскопа. Рассчитывали фагоцитарный индекс (ФИ), фагоцитарное число (ФЧ), количество суицидального нетоза с частичной и полной деконденсацией хроматина. Достоверность различий в группах оценивали по критерию Манна–Уитни и t-критерию Стьюдента. В контрольных группах животных НУ/SmY и ВУ/SmY ФИ и ФЧ нейтрофилов достоверно не различались (52,5%/49%; 1,68/1,80 соответственно). В опытных группах ФИ нейтрофилов линии НУ/SmY (66 %, p ≤ 0,05) превышал таковой у группы линии ВУ/SmY (56%). При системном воспалении ФИ нейтрофилов в группе низкоустойчивых крыс увеличивался в 1,26 (p ≤ 0,05) раза, а количество нейтрофилов, захватывающих по 2-8 частиц, – в 1,3 (p ≤ 0,01) раза на фоне здоровых. В опытной группе ВУ/SmY, где зафиксирован 1,81% более эффективных нейтрофилов, способных поглощать от 9 до 12 частиц (p ≤ 0,01), ФИ был в 1,2 раза ниже такового у линии НУ/SmY. В процесс суицидального нетоза у здоровых крыс ВУ/SmY вовлечено в 1,4 (p ≤ 0,05) раза нейтрофилов больше, чем у аналогичной группы линии НУ/SmY. Системное воспаление в группе НУ/SmY вызывало двукратный рост NETs (19,67%), что в 1,7 раза превышало показатели опытной группы ВУ/SmY. У организмов с генетически обусловленной низкой устойчивостью к гипоксии на фоне воспалительного процесса существует большее напряжение на клеточно-опосредованное звено иммунитета в процессе ликвидации флогогена по сравнению с высокоустойчивыми, что может являться причиной развития у них более тяжелых патогенетических форм воспалительных и аутоиммунных заболеваний.

Hypoxia can be both a cause and a consequence of pathogenic events in the infectious, autoinflammatory, and autoimmune processes. Given that human and animal populations are genetically heterogeneous in terms of whole-body resistance to oxygen deficiency, the modern approach to predicting and treating diseases associated with impaired immune regulation requires taking into account the role of hypoxia among pathogenetic mechanisms of inflammation. The purpose of the study was to evaluate the features of neutrophil effector functions under normal conditions and in presence of an induced inflammatory process in animals with genetically predetermined high and low resistance to hypoxia. For our studies, we used 8-monthold male rats of two breedings with different genetic tolerance to hypoxia (highly resistant HR/SmY line; and low-resistant LR/SmY line), weighing 400-450 g. Rats from the experimental groups of the HR/SmY and LR/SmY lines were induced to develop immune responses in a model of rheumatoid arthritis (RA). After 35 days, the blood samples from the animals were incubated with Indian ink suspension (1:10). The smears fixed in formalin vapor were stained with 0.5% methylene blue solution and analyzed with light microscopy (400×). Phagocytic index (PHI), phagocytic number (PN), and the number of suicidal netosis with partial and complete chromatin decondensation were calculated. The significance of differences in the groups was assessed by the Mann–Whitney test and the Student’s t-test. PHI and PN of neutrophils did not significantly differ between control groups of LR/SmY and HR/SmY animals (52.5%/49%; 1.68/1.80, respectively). In experimental groups, the PHI of neutrophils of LR/SmY line (66%, p ≤ 0.05) exceeded that of the HR/SmY line (56%). With systemic inflammation model, the PHI of neutrophils in the group of low-tolerance rats increased by 1.26 (p ≤ 0.05) times, and the number of neutrophils capturing 2-8 particles increased by 1.3 (p  0.01) times in healthy rats. In experimental HR/SmY group, 1.81% of more active neutrophils absorbing 9 to 12 particles (p ≤ 0.01) were recorded, with PHI was 1.2 times lower than that of the LR/SmY line. In healthy HR/SmY rats, higher ratio of neutrophils (1.4-fold increase) was involved in the process of suicidal netosis than in similar group of the LR/SmY line (p ≤ 0.05). Systemic inflammation in the LR/SmY group caused a twofold increase in NETs (19.67%), which was 1.7 times higher than in the experimental HR/SmY group. The organisms with genetically determined low resistance to hypoxia, when accompanied by inflammatory process, show higher burden on cell immunity in the course of phlogogen elimination as compared to highly resistant ones, which may predispose them for more severe pathogenic forms of inflammatory and autoimmune diseases.

системное воспалениеэффекторные функции нейтрофиловфагоцитознетозгенетически обусловленная устойчивость к гипоксииревматоидный артритsystemic inflammationneutrophilseffector functionsphagocytosisnetosisresistance to hypoxiagenetic factorsrheumatoid arthritisАвторы выражают глубокую благодарность главному ветеринарному врачу Филиала «Андреевка» ФГБУН НЦБМТ ФМБА России Наталии Львовне Тишкиной за оказание помощи в приобретении линейных животных ВУ/SmY и НУ/SmYReferencesБочкарева Л.А., Недосугова Л.В., Петунина Н.А., Тельнова М.Э., Гончарова Е.В. Некоторые механизмы развития воспаления при сахарном диабете 2 типа // Сахарный диабет, 2021. Т. 24, № 4. С. 334-341.Bochkareva L.A., Nedosugova L.V., Petunina N.A., Telnova M.E., Goncharova E.V. Some mechanisms of inflammation development in type 2 diabetes mellitus. Sakharnyy diabet = Diabetes Mellitus, 2021, Vol. 24, no. 4, pp. 334-341. (In Russ.)Громыко М.В., Грицук А.И. Экспериментальные модели ревматоидного артрита // Проблемы здоровья и экологии, 2012, № 2. С. 115-118.Gromyko M.V., Gritsuk A.I. Experimental models of rheumatoid arthritis. Problemy zdorovya i ekologii = Health and Ecology Issues, 2012, no. 2, pp. 115-118. (In Russ.)Донина Ж.А., Баранова Е.В., Александрова Н.П. Сравнительная оценка влияния основных медиаторов острофазового ответа (ИЛ-1, ФНО-α и ИЛ-6) на паттерн дыхания и выживаемость крыс при острой нарастающей гипоксии // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова, 2021. Т. 107, № 8. С. 996-1006.Donina J.A., Baranova E.V., Alexandrova N.P. Comparative Assessment of the Effect of the Main Mediators of Acute Phase Response (IL-1, TNF-α and IL-6) on Breathing Pattern and Survival in Rats with Acute Progressive Hypoxia. Rossiyskiy fiziologicheskiy zhurnal im. I.M. Sechenova = I.M. Sechenov Russian Journal of Physiology, 2021, Vol. 107, no. 8, pp. 996-1006. (In Russ.)Жапаралиева Ч.О., Мухамедова И.П., Вишневский А.А. Изменения мембран эритроцитов и некоторых морфофункциональных особенностей головного мозга в условиях гипоксической гипоксии в группах крыс с различной устойчивостью к гипоксии // Ульяновский медико-биологический журнал, 2012. №1. С. 57-63.Japaralieva Ch.O., Muhamedova I.P., Vishnevskii A.A. Changes of membranes of erythrocytes and some morphological and functional features of the brain in the conditions of a hypoxemic hypoxemia in groups of rats with different resistance to hypoxia. Ulyanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal = Ulyanovsk Medical and Biological Journal, 2012, no. 1, pp. 57-63. (In Russ.)Зарубина И.В. Молекулярные механизмы индивидуальной устойчивости к гипоксии // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии, 2005. Т. 4, № 1. С. 49-51.Zarubina I.V. Molecular mechanisms of individual resistance to hypoxia. Obzory po klinicheskoy farmakologii i lekarstvennoy terapii = Reviews of Clinical Pharmacology and Drug Therapy, 2005, Vol. 4, no. 1, pp. 49-51. (In Russ.)Литвицкий П.Ф. Гипоксия // Вопросы современной педиатрии, 2016. Т. 15, № 1. С. 45-58.Litvitsky P.F. Hypoxia. Voprosy sovremennoy pediatrii = Current Pediatrics, 2016, Vol. 15, no. 1, pp. 45-58. (In Russ.)Лукьянова Л.Д., Дудченко А.М., Белоусова В.В. Влияние различных концентраций кислорода на содержание АТФ в изолированных гепатоцитах адаптированных и неадаптированных к гипоксии крыс // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, 1994. Т. 118, № 12. С. 576-581.Lukyanova L.D., Dudchenko A.M., Belousova V.V. The effect of different oxygen concentrations on the ATP content in isolated hepatocytes of rats adapted and non-adapted to hypoxia. Byulleten eksperimentalnoy biologii i meditsiny = Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 1994, Vol. 118, no. 12, pp. 576-581. (In Russ.)Медведев А.Н., Маянский А.Н., Чаленко В.В. Способ исследования поглотительной фазы фагоцитоза // Лабораторное дело, 1991. № 2. C. 19-20.Medvedev A.N., Mayansky A.N., Chalenko V.V. Method of studying the absorption phase of phagocytosis. Laboratornoye delo = Laboratory Case, 1991, no. 2, pp. 19-20. (In Russ.)Нестерова И.В., Чудилова Г.А., Ломтатидзе Л.В. Ковалева С.В., Чапурина В.Н., Тетерин Ю.В. Расчетный индекс нейтрофильных гранулоцитов в дифференциальной диагностике степени тяжести бактериальных инфекционно-воспалительных заболеваний // Эффективная фармакотерапия, 2024. Т. 20, № 38. С. 34-44.Nesterova I.V., Chudilova G.A., Lomtatidze L.V., Kovaleva S.V., Chapurina V.N., Teterin Yu.V. The calculated index of neutrophilic granulocytes in the differential diagnosis of the severity of bacterial infectious and inflammatory diseases. Effektivnaya farmakoterapiya = Effective Pharmacotherapy, 2024, Vol. 20, no. 38, pp. 34-44. (In Russ.)Овсепян Л.М., Карагезян К.Г., Мелкумян А.В, Захарян Г.В. Взаимосвязь окислительного фосфорилирования и процесса перекисного окисления липидов в митохондриальной фракции головного мозга при гипоксии // Биохимия, 2006. Т. 34. С. 76-79.Hovsepyan L.M., Karagezyan K.G., Melkumyan A.V., Zakharyan G.V. The relationship between oxidative phosphorylation and lipid peroxidation in the mitochondrial fraction of the brain during hypoxia. Biokhimiya = Biochemistry, 2006, Vol. 34, pp. 76-79. (In Russ.)Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. Часть первая / под ред. А.Н. Миронова. М.: Гриф и К, 2012. 944 с.Guidelines for conducting preclinical studies of medicines. Part one / Ed. by A.N. Mironov]. Moscow: Grif and K, 2012. 944 p.Cramer T., Yamanishi Y., Clausen B.E., Förster I., Pawlinski R., Mackman N., Haase V.H., Jaenisch R., Corr M., Nizet V., Firestein G.S., Gerber H.P., Ferrara N., Johnson R.S. HIF-1alpha is essential for myeloid cellmediated inflammation. Cell, 2003, Vol. 112, no. 5, pp. 645-657.Cramer T., Yamanishi Y., Clausen B.E., Förster I., Pawlinski R., Mackman N., Haase V.H., Jaenisch R., Corr M., Nizet V., Firestein G.S., Gerber H.P., Ferrara N., Johnson R.S. HIF-1alpha is essential for myeloid cellmediated inflammation. Cell, 2003, Vol. 112, no. 5, pp. 645-657.Devraj G., Beerlage C., Brüne B., Kempf V.A. Hypoxia and HIF-1 activation in bacterial infections. Microbes Infect., 2017, Vol. 19, no. 3, pp. 144-156.Devraj G., Beerlage C., Brüne B., Kempf V.A. Hypoxia and HIF-1 activation in bacterial infections. Microbes Infect., 2017, Vol. 19, no. 3, pp. 144-156.Fensterheim B.A., Guo Y., Sherwood E.R., Bohannon J.K. The cytokine response to lipopolysaccharide does not predict the host response to infection. J. Immunol., 2017, Vol. 198, no. 8, pp. 3264-3273.Fensterheim B.A., Guo Y., Sherwood E.R., Bohannon J.K. The cytokine response to lipopolysaccharide does not predict the host response to infection. J. Immunol., 2017, Vol. 198, no. 8, pp. 3264-3273.Gierlikowska B., Stachura A., Gierlikowski W., Demkow U. Phagocytosis, degranulation and extracellular traps release by neutrophils – the current knowledge, pharmacological modulation and future prospects. Front. Pharmacol., 2021, Vol. 12, 666732. doi: 10.3389/fphar.2021.666732.Gierlikowska B., Stachura A., Gierlikowski W., Demkow U. Phagocytosis, degranulation and extracellular traps release by neutrophils – the current knowledge, pharmacological modulation and future prospects. Front. Pharmacol., 2021, Vol. 12, 666732. doi: 10.3389/fphar.2021.666732.Greer S.N., Metcalf J.L., Wang Y., Ohh M. The updated biology of hypoxia-inducible factor. EMBO J., 2012, Vol. 31, no. 11, pp. 2448-2460.Greer S.N., Metcalf J.L., Wang Y., Ohh M. The updated biology of hypoxia-inducible factor. EMBO J., 2012, Vol. 31, no. 11, pp. 2448-2460.Hirota K. Involvement of hypoxia-inducible factors in the dysregulation of oxygen homeostasis in sepsis. Cardiovasc. Hematol. Disord. Drug Targets, 2015, Vol. 15, no. 1, pp. 29-40.Hirota K. Involvement of hypoxia-inducible factors in the dysregulation of oxygen homeostasis in sepsis. Cardiovasc. Hematol. Disord. Drug Targets, 2015, Vol. 15, no. 1, pp. 29-40.Hochachka P.W. Mechanism and evolution of hypoxia-tolerance in humans. J. Exp. Biol., 1998, Vol. 201, no. 8, pp. 1243-1254.Hochachka P.W. Mechanism and evolution of hypoxia-tolerance in humans. J. Exp. Biol., 1998, Vol. 201, no. 8, pp. 1243-1254.Jantsch J., Wiese M, Schödel J., Castiglione K., Gläsner J., Kolbe S., Mole D., Schleicher U., Eckardt K.U., Hensel M., Lang R., Bogdan C., Schnare M., Willam C. Toll-like receptor activation and hypoxia use distinct signaling pathways to stabilize hypoxia-inducible factor 1α (HIF1A) and result in differential HIF1A-dependent gene expression. J. Leukoc Biol., 2011, Vol. 90, no. 3, pp. 551-562.Jantsch J., Wiese M, Schödel J., Castiglione K., Gläsner J., Kolbe S., Mole D., Schleicher U., Eckardt K.U., Hensel M., Lang R., Bogdan C., Schnare M., Willam C. Toll-like receptor activation and hypoxia use distinct signaling pathways to stabilize hypoxia-inducible factor 1α (HIF1A) and result in differential HIF1A-dependent gene expression. J. Leukoc Biol., 2011, Vol. 90, no. 3, pp. 551-562.Kiers H.D., Scheffer G.-J., van der Hoeven J.G., Eltzschig H.K., Pickkers P., Kox M. Immunologic Consequences of hypoxia during critical illness. Anesthesiology, 2016, Vol. 125, no. 1, pp. 237-249.Kiers H.D., Scheffer G.-J., van der Hoeven J.G., Eltzschig H.K., Pickkers P., Kox M. Immunologic Consequences of hypoxia during critical illness. Anesthesiology, 2016, Vol. 125, no. 1, pp. 237-249.Peyssonnaux C., Datta V., Cramer T., Doedens A., Theodorakis E.A., Gallo R.L., Hurtado-Ziola N., Nizet V., Johnson R.S. HIF-1alpha expression regulates the bactericidal capacity of phagocytes. J. Clin. Invest., 2005, Vol. 115, no. 7, pp. 1806-1815.Peyssonnaux C., Datta V., Cramer T., Doedens A., Theodorakis E.A., Gallo R.L., Hurtado-Ziola N., Nizet V., Johnson R.S. HIF-1alpha expression regulates the bactericidal capacity of phagocytes. J. Clin. Invest., 2005, Vol. 115, no. 7, pp. 1806-1815.Song D., Li L.S., Arsenault P.R., Tan Q., Bigham A.W., Heaton-Johnson K.J., Master S.R., Lee F.S. Defective Tibetan PHD2 binding to p23 links high altitude adaption to altered oxygen sensing. J. Biol Chem., 2014, Vol. 289, no. 21, pp. 14656-14665.Song D., Li L.S., Arsenault P.R., Tan Q., Bigham A.W., Heaton-Johnson K.J., Master S.R., Lee F.S. Defective Tibetan PHD2 binding to p23 links high altitude adaption to altered oxygen sensing. J. Biol Chem., 2014, Vol. 289, no. 21, pp. 14656-14665.Uribe-Querol E., Rosales C. Phagocytosis: our current understanding of a universal biological process. Front. Immunol., 2020, Vol. 11, 1066. doi: 10.3389/fimmu.2020.01066.Uribe-Querol E., Rosales C. Phagocytosis: our current understanding of a universal biological process. Front. Immunol., 2020, Vol. 11, 1066. doi: 10.3389/fimmu.2020.01066.Wang J.S., Chiu Y.T. Systemic hypoxia enhances exercise-mediated bactericidal and subsequent apoptotic responses in human neutrophils. J. Appl. Physiol., 2009, Vol. 107, no. 4, pp. 1213-1222.Wang J.S., Chiu Y.T. Systemic hypoxia enhances exercise-mediated bactericidal and subsequent apoptotic responses in human neutrophils. J. Appl. Physiol., 2009, Vol. 107, no. 4, pp. 1213-1222.Xiu Q., Kong C., Gao Y, Gao Y., Sha J., Cui N., Zhu D. Hypoxia regulates IL-17A secretion from nasal polyp epithelial cells. Oncotarget, 2017, Vol. 8, no. 60, pp. 102097-102109.Xiu Q., Kong C., Gao Y, Gao Y., Sha J., Cui N., Zhu D. Hypoxia regulates IL-17A secretion from nasal polyp epithelial cells. Oncotarget, 2017, Vol. 8, no. 60, pp. 102097-102109.Zagórska A., Dulak J. HIF-1: the knowns and unknowns of hypoxia sensing. Acta Biochim. Pol., 2004, Vol. 51, no. 3, pp. 563-585.Zagórska A., Dulak J. HIF-1: the knowns and unknowns of hypoxia sensing. Acta Biochim. Pol., 2004, Vol. 51, no. 3, pp. 563-585.

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