Hyperhomocysteinemia enhances the negative influence of Salmonella typhimurium LPS on vascular contractility and gene expression of receptor and regulatory proteins in rats
Authors: Кожевникова Л.М. , Суханова И.Ф. , Иванов А.В. , Александрин В.В. 
Published: August 2021

Наиболее тяжелым проявлением SARS-CoV-2 инфекции является развитие острого респираторного дистресс-синдрома. Высокий уровень гомоцистеина в крови пациентов - прогностически неблагоприятный фактор течения COVID-19 инфекции. Также развитие полиорганной недостаточности при COVID-19 инфекции часто утяжеляется эндотоксемией. Цель исследования. Изучение влияния гипергомоцистеинемии и липополисахарида (ЛПС) Salmonella Typhimurium на сократимость аорты и почечной артерии крыс и экспрессию генов рецепторных и регуляторных белков. Методикы. Моделирование гипергомоцистеинемии проводили путем добавления в воду L-метионина в концентрации 5 г/л (0,5%) в течение 14 дней. Эндотоксемию вызывали введением ЛПС Salmonella Typhimurium (Sigma, 5 мг/кг, в/б). Силу сокращения изолированных сосудов измеряли в изометрическом режиме. Экспрессию генов оценивали при помощи ПЦР-анализа. Результаты. Установлено, что через 24 часа после однократного введения животным ЛПС сила сокращения аорты возрастает в ответ на воздействие ангиотензина II (ATII, в 1,6 раза), аргнинвазопрессина (AVP, в 1,5 раза), и снижается после введения эндтелина-1 (ET-1, в 1,6 раза), по сравнению с аналогичными показателями контрольных крыс. При повторном введении ЛПС сосуды теряют чувствительность к вазоконстрикторам. У крыс после метиониновой нагрузки в плазме крови более чем в 3 раза повышается уровень общего гомоцистеина. Гомоцистеинемия приводит к выраженным нарушениям нейроэндокринной регуляции сократимости сосудов: снижается чувствительность аорты и почечной артерии к вазоконстрикторному действию ATII (в 1,7 и 2,6 раза соответственно), AVP (в 1,5 и 1,7 раза), серотонина (5HT, в 1,2 и 1,8 раза) и ET1 (в 1,5 и 1,6 раза). Установлено, что введение ЛПС крысам на фоне высокого уровня гомоцистеина в плазме ещё в большей степени усиливает выявленные нарушения сократительной активности сосудов. У крыс после введения ЛПС выявлен низкий уровень экспрессии вазоконстрикторных адренорецепторов α1A-AR, α1D-AR и вазодилататорных β1- и β2-адренорецепторов и высокий - ETA и ETB рецепторов. Как ЛПС, так и гипергомоцистеинемия приводят к значительному снижению содержания мРНК ангиотензинпревращающих ферментов ACE, ACE2 и рецепторов MasR, V1AR. У крыс после метиониновой нагрузки выявлено снижение экспрессии генов инозитолтрисфосфатных рецепторов IP3R2, IP3R3, что свидетельствует о нарушении кальциевого гомеостаза в сосудах. Метиониновая нагрузка не приводила к летальным исходам. В группе животных после однократного введения ЛПС смертность составляла 7%, а в группе с введением ЛПС после метиониновой нагрузки - 50%. Заключение. Таким образом, гипергомоцистеинемия усиливает ЛПС-индуцированные нарушения нейроэндокринной регуляции тонуса сосудов, отягощает течение и увеличивает смертность при эндотоксемии.

The most severe manifestation of SARS-CoV-2 infection is the development of acute respiratory distress syndrome. A high blood level of homocysteine in patients is a prognostically unfavorable factor for the course of COVID-19 infection. The development of multiple organ failure in COVID-19 infection is aggravated by endotoxemia. The aim of the study was to investigate the effect of hyperhomocysteinemia and Salmonella Typhimurium lipopolysaccharide (LPS) on the rat aorta and renal artery contractility and the gene expression of receptor and regulatory proteins. Methods. Hyperhomocysteinemia was modeled in rats by adding L-methionine to drinking water at a concentration of 5 g/L (0.5%) for 14 days. Endotoxemia was induced with a single injection of Salmonella Typhimurium LPS (Sigma, 5 mg/kg, intraperitoneally). The contractile force of isolated blood vessels was measured in the isometric mode. Gene expression was assessed with the PCR analysis. Results. At 24 h after a single injection of LPS, the force of aortic contractile response to angiotensin II (ATII) increased 1.6 times and to arginine vasopressin (AVP) 1.5 times whereas the response to endothelin-1 (ET1) decreased by 37.5% compared to the respective values for control rats. Upon repeated administration of LPS, the blood vessels lost the sensitivity to vasoconstrictors. After methionine loading, the plasma level of total homocysteine increased more than three times. Homocysteinemia resulted in severe disorders in the neuroendocrine regulation of vascular contractility, including decreased sensitivity of the aorta and the renal artery to vasoconstrictor effects of ATII (41.2% and 61.5%, respectively), AVP (33.3% and 41.2%, respectively), serotonin (5HT, 16.7% and 44.4%, respectively) and ET1 (33.3% and 37.5%, respectively). The administration of LPS to rats on the background of a high plasma level of homocysteine further aggravated the disorders of vascular contractile activity. Administration of LPS was associated with lower expression of vasoconstrictor α1A- and α1D-adrenoceptors, and of vasodilator β1- and β2-adrenoceptors and with a higher expression of ETA and ETB receptors. Both LPS and hyperhomocysteinemia led to significant decreases in angiotensin-converting enzymes ACE and ACE2 mRNA, and in MasR and V1AR receptor mRNA. The methionine loading induced a decrease in the gene expression of inositol trisphosphate receptors IP3R2 and IP3R3, which indicated a disorder of calcium homeostasis in the blood vessels. The methionine loading was not fatal. In the group of animals after a single administration of LPS, the mortality rate was 7%, and in the group after the administration of LPS and methionine loading, the mortality rate was 50%. Conclusion. Thus, hyperhomocysteinemia enhances LPS-induced disorders in the neuroendocrine regulation of vascular tone, aggravates the course of endotoxemia, and increases the mortality rate.