Фагоцитарная активность моноцитов периферической крови в условиях in vivo и in vitro гипоксии у высокоустойчивых и низкоустойчивых к недостатку кислорода крыс

Известно, что существуют индивидуальные различия устойчивости к гипоксии, которые могут определять предрасположенность к развитию и тяжесть течения различных заболеваний, в том числе инфекционно-воспалительных и опухолевых. Стандартизованных способов оценки устойчивости к гипоксии экспериментальных животных и людей без гипоксического воздействия не существует. Поиск молекулярно-биологических маркеров, позволяющих выявить людей с различной устойчивостью к дефициту кислорода в условиях нормоксии или при умеренном гипоксическом воздействии, несомненно целесообразен. Возможно, что оценка исходной устойчивости к гипоксии позволит прогнозировать развитие и тяжесть течения заболеваний, механизмы которых связаны с кислородной недостаточностью. Одним из способов оценки устойчивости организма к гипоксии без воздействия в барокамере или в условиях гор может быть моделирование гипоксии in vitro. Цель исследования – охарактеризовать фагоцитарную активность моноцитов периферической крови у высокоустойчивых и низкоустойчивых к гипоксии крыс Wistar в условиях нормоксии, а также после гипоксического воздействия in vitro и in vivo. Устойчивость крыс к гипоксии определяли по «времени жизни» животных «на высоте» 11 500 м в барокамере. Через месяц после определения устойчивости к гипоксии одну группу крыс помещали в барокамеру на высоту 5000 м на 1 час для моделирования гипоксического состояния in vivo, а у другой группы крыс получали кровь из хвостовой вены для моделирования гипоксического состояния in vitro в условиях 1% кислорода в течение 1 часа. Проводили оценку фагоцитарной активности моноцитов периферической крови методом проточной цитофлуориметрии. Показано, что в условиях нормоксии у исходно высокоустойчивых и низкоустойчивых к гипоксии крыс фагоцитарная активность моноцитов не различалась. Фагоцитарная активность моноцитов после in vitro и in vivo гипоксического воздействия была выше у высокоустойчивых к гипоксии животных по сравнению с низкоустойчивыми. Увеличение фагоцитарной активности моноцитов по сравнению с условиями нормоксии наблюдалось только у высокоустойчивых крыс в условиях in vitro гипоксического воздействия. Полученные результаты свидетельствуют о том, что высокоустойчивые и низкоустойчивые к гипоксии организмы различаются по фагоцитарной активности моноцитов в условиях недостатка кислорода, что может определять течение воспалительных и опухолевых заболеваний. При поиске маркеров устойчивости организма к гипоксии целесообразно использовать моделирование гипоксии in vitro.

1. Anand R.J., Gribar S.C., Li J., Kohler J.W., Branca M.F., Dubowski T., Sodhi C.P., Hackam D.J. Hypoxia causes an increase in phagocytosis by macrophages in a HIF-1alpha-dependent manner. J. Leukoc. Biol., 2007, Vol. 82, no. 5, pp. 1257-1265.

2. Dzhalilova D.Sh., Diatroptov M.E., Tsvetkov I.S., Makarova O.V., Kuznetsov S.L. Expression of Hif-1α, Nf-κb, and Vegf genes in the liver and blood serum levels of HIF-1α, erythropoietin, VEGF, TGF-β, 8-isoprostane, and corticosterone in Wistar rats with high and low resistance to hypoxia. Bull. Exp. Biol. Med., 2018, Vol. 165, no. 6, pp. 781-785.

3. Dzhalilova D.Sh., Kosyreva A.M., Diatroptov M.E., Ponomarenko E.A., Tsvetkov I.S., Zolotova N.A., Mkhitarov V.A., Khochanskiy D.N., Makarova O.V. Dependence of the severity of the systemic inflammatory response on resistance to hypoxia in male Wistar rats. J. Inflam. Res., 2019, Vol. 12, pp. 73-86.

4. Ferraro E., Germanò M., Mollace R., Mollace V., Malara N. HIF-1, the Warburg effect, and macrophage/ microglia polarization potential role in COVID-19 pathogenesis. Oxid. Med. Cell Longev., 2021, Vol. 2021, 8841911. doi: 10.1155/2021/8841911.

5. Fritzenwanger M., Jung C., Goebel B., Lauten A., Figulla H.R. Impact of short-term systemic hypoxia on phagocytosis, cytokine production, and transcription factor activation in peripheral blood cells. Mediators Inflamm., 2011, Vol. 2011, 429501. doi: 10.1155/2011/429501.

6. Jain K., Suryakumar G., Prasad R., Ganju L. Upregulation of cytoprotective defense mechanisms and hypoxia-responsive proteins imparts tolerance to acute hypobaric hypoxia. High Alt. Med. Biol., 2013, Vol. 14, pp. 65-77.

7. Julian C.G., Subudhi A.W., Hill R.C., Wilson M.J., Dimmen A.C., Hansen K.C., Roach R.C. Exploratory proteomic analysis of hypobaric hypoxia and acute mountain sickness in humans. J. Appl. Physiol., 2013, Vol. 116, pp. 937-944.

8. Kirova Y.I., Germanova E.L., Lukyanova L.D. Phenotypic features of the dynamics of HIF-1α levels in rat neocortex in different hypoxia regimens. Bull. Exp. Biol. Med., 2013, Vol. 154, pp. 718-722.

9. Lu H., Wang R., Li W., Xie H., Wang C., Hao Y., Sun Y., Jia Z. Plasma cytokine profiling to predict susceptibility to acute mountain sickness. Eur. Cytokine Netw., 2016, Vol. 27, no. 4, pp. 90-96.

10. Martins F., Oliveira R., Cavadas B., Pinto F., Cardoso A.P., Castro F., Sousa B., Pinto M.L., Silva A.J., Adão D., Loureiro J.P., Pedro N., Reis R.M., Pereira L., Oliveira M.J., Costa A.M. Hypoxia and macrophages act in concert towards a beneficial outcome in colon cancer. Cancers (Basel), 2020, Vol. 12, no. 4, 818. doi: 10.3390/cancers12040818.

11. McGettrick A.F., O’Neill L.A.J. The Role of HIF in Immunity and Inflammation. Cell Metab., 2020, Vol. 32, no. 4, pp. 524-536.

12. Soree P., Gupta R.K., Singh K., Desiraju K., Agrawal A., Vats P., Bharadwaj A., Baburaj T.P., Chaudhary P., Singh, V.K. Raised HIF1α during normoxia in high altitude pulmonary edema susceptible non-mountaineers. Sci. Rep., 2016, Vol. 6, 26468. doi: 10.1038/srep26468.

13. Sotoodehnejadnematalahi F., Burke B. Human activated macrophages and hypoxia: a comprehensive review of the literature. Iran J. Basic Med. Sci., 2014, Vol. 17, pp. 820-830.

14. Talla U., Bozonet S.M., Parker H.A., Hampton M.B., Vissers M.C.M. Prolonged exposure to hypoxia induces an autophagy-like cell survival program in human neutrophils. J. Leukoc. Biol., 2019, Vol. 106, no. 6, pp. 1367-1379.

15. van Patot M.C., Gassmann M. Hypoxia: adapting to high altitude by mutating EPAS-1, the gene encoding HIF-2a. High Alt. Med. Biol., 2011, Vol. 12, no. 2, pp. 157-167.