Влияние полиаминов бактериального происхождения на продукцию ключевых цитокинов в культуре мононуклеарных лейкоцитов человека

К настоящему времени подробно изучено участие биогенных полиаминов в регуляции экспрессии генов микроорганизмов, межмикробных отношений, формировании персистентного состояния, активно оценивается возможность их использования в качестве маркеров патологических состояний человека. Цель исследования – оценить влияние бактериальных диаминов – кадаверина и путресцина – на продукцию ключевых цитокинов (IFNγ и IL-4) в культуре мононуклеарных лейкоцитов человека. Объектом исследования служили лейкоциты периферической венозной крови, полученной от 18 практически здоровых мужчин-добровольцев (средний возраст – 24,0±0,6 года). Выделение лейкоцитов проводили путем градиентного центрифугирования с использованием смеси фиколл-верографин. Для культивирования лимфоцитов использовали микрометод и пластиковые круглодонные 96-луночные планшеты. В качестве Т-клеточного митогена использовали конканавалин А в концентрации 5 мкг/мл. Полиамины использовали в конечных концентрациях 5, 25, 50, 75 и 100 мкМ/л. Культивирование осуществляли во влажной атмосфере с 5% СО2 при 37 °С в течение 72 ч. По окончании срока инкубации культуральную жидкость стягивали и замораживали для последующего определения концентрации цитокинов с помощью реагентов для иммуноферментного определения концентрации IFNγ и IL-4 производства АО «Вектор-Бест» (Россия). Число жизнеспособных клеток учитывали с помощью камеры Горяева после окраски 0,1% раствором трипанового синего. Статистический анализ проводился с помощью критерия Стьюдента или Манна–Уитни. Добавление кадаверина во всех концентрациях снижает продукцию IFNγ в культуре митоген-активированных клеток. В случае культивирования лейкоцитов в присутствии путресцина в концентрациях от 5 до 50 мкМ/л наблюдается дозозависимое снижение продукции IFNγ. При дальнейшем увеличении концентрации путресцина продукция IFNγ восстанавливается до значений контрольных проб. Выявлено прямое токсическое действие полиаминов на клетки. Оба диамина в концентрациях 50, 75 и 100 мкМ/л увеличивали продукцию IL-4 митоген-активированными клетками. Подобные изменения могут быть связаны как с прямым цитотоксическим действием кадаверина и путресцина, так и опосредованным через изменение ряда метаболических путей. Кроме этого, действие полиаминов на присутствующие в культуре моноциты может поддерживать их противовоспалительный статус, что выражается в повышении продукции IL-4. В целом кадаверин и путресцин, продуцируемые микроорганизмами различных таксономических групп, регулируют эффективность компенсаторно-приспособительных реакций,обеспечивающих адаптацию микробных популяций к изменяющимся или неблагоприятным условиям окружения.

1. Нестерова Л.Ю., Ахова А.В., Шумков М.С., Ткаченко А.Г. ДНК-протекторное действие полиаминов как фактор резистентности Escherichia coli к левофлоксацину // Вестник Пермского университета. Серия: Биология, 2016. № 1. С. 54-59.

2. Нестерова Л.Ю., Караваева Е.А., Ткаченко А.Г. Полиамины как регуляторы биоплёнкообразования природных изолятов Escherichia coli с разной степенью устойчивости к фторхинолонам // Вестник Пермского университета. Серия: Биология, 2011. № 2. С. 32-37.

3. Нестерова Л.Ю., Цыганов И.В., Ткаченко А.Г. Влияние биогенных полиаминов на антибиотикочувствительность и поверхностные свойства клеток Mycobacterium smegmatis // Прикладная биохимия и микробиология, 2020. Т. 56, № 4. С. 342-351.

4. Николаев Ю.А., Мулюкин А.Л., Степаненко И.Ю., Эль-Регистан Г.И. Ауторегуляция стрессового ответа микроорганизмов // Микробиология, 2006. Т. 75, № 4. С. 489.

5. Ткаченко А.Г., Нестерова Л.Ю. Полиамины как модуляторы экспрессии генов окислительного стресса у Escherichia coli // Биохимия, 2003. Т. 68, № 8. С. 1040-1048.

6. Шилов Ю.И., Шилов С.Ю., Жукова А.Е., Барков С.Ю., Петухова А.А. Изменение уровня ацидификации фагосом у крыс в зависимости от фазы эстрального цикла // Российский иммунологический журнал, 2016. Т. 10, № 2. С. 183-184.

7. Эль-Регистан Г.И., Николаев Ю.А., Мулюкин А.Л., Лойко Н.Г., Демкина Е.В., Писарев В.М., Гапонов А.М., Тутельян А.В. Явление персистенции – формы и механизмы выживаемости популяций // Медицинский алфавит, 2014. Т. 2, № 10. С. 49-54.

8. de Boccardo G., Drayer D., Rubin A.L., Novogrodsky A., Reidenberg M.M., Stenzel K.H. Inhibition of pokeweed mitogen-induced B cell differentiation by compounds containing primary amine or hydrazine groups. Clin. Exp. Immunol., 1985, Vol. 59, no. 1, pp. 69-76.

9. del Rio B., Redruello B., Linares D.M., Ladero V., Ruas-Madiedo P., Fernandez M., Martin M.C., Alvarez M.A. The biogenic amines putrescine and cadaverine show in vitro cytotoxicity at concentrations that can be found in foods. Sci. Rep., 2019, Vol. 9, no. 1, 120. doi: 10.1038/s41598-018-36239-w.

10. Hölttä E., Jänne J., Hovi T. Suppression of the formation of polyamines and macromolecules by DL-alphadifluoromethylornithine and methylglyoxal bis(guanylhydrazone) in phytohaemagglutinin-activated human lymphocytes. Biochem. J., 1979, Vol. 178, no. 1, pp. 109-117.

11. Köhler H., Rodrigues S.P., Maurelli A.T., McCormick B.A. Inhibition of Salmonella typhimurium enteropathogenicity by piperidine, a metabolite of the polyamine cadaverine. J. Infect. Dis., 2002, Vol. 186, no. 8, pp. 1122-1130.

12. Labib R.S., Tomasi T.B. Jr. Enzymatic oxidation of polyamines. Relationship to immunosuppressive properties. Eur. J. Immunol., 1981, Vol. 11, no. 3, pp. 266-269.

13. Ladero V., Calles-Enríquez M., Fernández M., Alvarez M.A. Toxicological effects of dietary biogenic amines. Curr. Nutr. Food Sci., 2010, no. 6, pp. 145-156.

14. Latour Y.L., Gobert A.P., Wilson K.T. The role of polyamines in the regulation of macrophage polarization and function. Amino Acids., 2020, Vol. 52, no. 2, pp. 151-160.

15. Linares D.M., del Rio B., Redruello B., Ladero V., Martin M.C., Fernandez M., Ruas-Madiedo P., Alvarez M.A. Comparative analysis of the in vitro cytotoxicity of the dietary biogenic amines tyramine and histamine. Food Chem., 2016, Vol. 197, Pt A, pp. 658-663.

16. Lugrin J., Rosenblatt-Velin N., Parapanov R., Liaudet L. The role of oxidative stress during inflammatory processes. Biol. Chem., 2014, Vol. 395, no. 2, pp. 203-230.

17. McCormick B.A., Fernandez M.I., Siber A.M., Maurelli A.T. Inhibition of Shigella flexneri-induced transepithelial migration of polymorphonuclear leucocytes by cadaverine. Cell Microbiol., 1999, Vol. 1, no. 2, pp. 143-155.

18. Nakamya M.F., Ayoola M.B., Park S., Shack L.A., Swiatlo E., Nanduri B. The role of cadaverine synthesis on pneumococcal capsule and protein expression. Med. Sci. (Basel), 2018, Vol. 6, no. 1, 8. doi: 10.3390/medsci6010008.

19. Rabinovitch R.C., Samborska B., Faubert B., Ma E.H., Gravel S.P., Andrzejewski S., Raissi T.C., Pause A., StPierre J., Jones R.G. AMPK maintains cellular metabolic homeostasis through regulation of mitochondrial reactive oxygen species. Cell Rep., 2017, Vol. 21, no. 1, pp. 1-9.

20. Torres A.G. The cad locus of Enterobacteriaceae: more than just lysine decarboxylation. Anaerobe, 2009, Vol. 15, no. 1-2, pp. 1-6.

21. Zhang M., Borovikova L.V., Wang H., Metz C., Tracey K.J. Spermine inhibition of monocyte activation and inflammation. Mol. Med., 1999, Vol. 5, no. 9, pp. 595-605.

22. Zhang M., Caragine T., Wang H., Cohen P.S., Botchkina G., Soda K., Bianchi M., Ulrich P., Cerami A., Sherry B., Tracey K.J. Spermine inhibits proinflammatory cytokine synthesis in human mononuclear cells: a counterregulatory mechanism that restrains the immune response. J. Exp. Med., 1997, Vol. 185, no. 10, pp. 1759-1768.

23. Zhou S., Gu J., Liu R., Wei S., Wang Q., Shen H., Dai Y., Zhou H., Zhang F., Lu L. Spermine alleviates acute liver injury by inhibiting liver-resident macrophage pro-inflammatory response through ATG5-dependent autophagy. Front. Immunol., 2018, no. 9, 948. doi: 10.3389/fimmu.2018.00948.

24. Zheliaskova A., Naydenova S., Petrov A.G. Interaction of phospholipid bilayers with polyamines of different length. Eur. Biophys. J., 2000, Vol. 29, no. 2, pp. 153-157.