Глутатион как важнейший компонент тиолдисульфидной системы в патогенезе бесплодия мужчин с избыточной массой тела

АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ АНДРОЛОГИИ

Л.И. Колесникова, О.А. Вантеева, Н.А. Курашова, Б.Я. Власов

Научный центр проблем здоровья семьи и репродукции человека, Иркутск, Российская Федерация

Т1 С» U _

Глутатион как важнейший компонент тиолдисульфидной системы в патогенезе бесплодия мужчин с избыточной массой тела

Цель исследования: изучить состояние глутатионового звена тиолдисульфидной системы у мужчин с бесплодием с различными индексами массы тела на фоне окислительного стресса. Пациенты и методы: обследовано 60 мужчин с бесплодием с нормальной и избыточной массой тела и 40 практически здоровых мужчин с доказанной фертильностью. Активность компонентов системы антиоксидантной защиты организма оценивалась по уровню восстановленного и окисленного глутатиона по методу P.Y. Hissin, определение содержания ТБК-активных продуктов осуществляли по методу В.Б. Гаврилова. При анализе межгрупповых различий для независимых выборок использовали параметрический критерий Стьюдента. Результаты: у мужчин с бесплодием и избыточной массой тела окислительный стресс характеризовался статистически значимым повышением концентрации окисленной формы глутатиош (GSSG) по сравнению с ее восстановленной формой. Полученные результаты обсуждаются в связи с «поливалентностью» GSSG по отношению ко многим клеточным процессам, которая проявляется специфическим образом на фоне серьезной дисрегуляции метаболизма у бесплодных мужчин с высокой массой тела. Выводы: глутатион является важнейшим звеном при изучении окислительного стресса у мужчин с бесплодием. Повышение уровня окисленного глутатиона связано с наличием у него дополнительных функций, которые реализуются при повышении величины индекса массы тела, особенно в ассоциации с бесплодием.

Ключевые слова: система глутатиона, мужское бесплодие, индекс массы тела, перекисное окисление липидов.

Ф

Введение

Несмотря на значительные успехи и внедрение в клиническую практику современных репродуктивных технологий в Российской Федерации, проблема лечения бесплодия, в т.ч. мужской инфертильности, далека от окончательного разрешения [1, 2]. Наряду с проблемой бесплодия в последние годы отмечается неуклонный рост распространенности ожирения. По предварительным данным, в России не менее 30% трудоспособного населения имеют избыточную массу тела и 25% — ожирение [3].

Мужчины с высоким индексом массы тела (ИМТ) с большей вероятностью страдают от бесплодия по сравне-

нию с мужчинами с нормальным весом. Как показало исследование Национального института наук о гигиене окружающей среды (National Institute of Environmental Health Sciences, США), превышение веса на 20 фунтов (около 9 кг) увеличивает шансы развития бесплодия на 10% [4].

Среди разнообразных причин, вызывающих увеличение ИМТ и ожирение, в последнее время значительное место уделяют феномену развития оксидативного стресса (OC) [5], который ранее был описан при многих других заболеваниях [6—11]. В результате исследований A. Bou-loumie и соавт., в 1999 г. было показано, что повышение концентрации лептина у субъектов с ожирением вызывает состояние выраженного ОС [12].

#

L.I. Kolesnikova, O.A. Vanteeva, N.A. Kurashova, B.Ya. Vlasov

Scientific Center of the Problems of Family Health and Human Reproduction, Irkutsk, Russian Federation

Glutathion as an Important Component of Thiosulfid System of Infertility Pathogenesis in Overweight Men

Aim: to study the glutathionic part of thiosulfid system and oxidative stress in infertile men with different body mass index. Patients and methods: examined 60 infertile men with normal and overweight, and 40 healthy men with proven fertility. Active components of the antioxidant defense system of the body was assessed by the level of reduced and oxidized glutathione by the method of PY Hissin, determination of TBA-active products was carried out by the method VB Gavrilova. In the analysis of inter-group differences for independent samples was used parametric Student criterion. Results: the oxidative stress in obese men was characterized by significant elevation of oxidized form of glutathione (GSSG) in comparison with its reduced form. We discussed our results in the context of GSSG «quantivalence» to numerous of cellular processes in the setting of metabolic disorders in infertile and obese men. The ratio of reduced glutathione to oxidized infertile men decreased by 1,5 times in patients with obesity and 1,2 times in those with normal body mass index. Conclusions: Glutathione is the most important link in the study of oxidative stress in men with infertility. Raising the level of oxidized glutathione is due to the presence of his additional functions that are implemented at higher values of body mass index, especially in association with infertility.

Key words: glutathione system, men infertility, body mass index, lipid peroxidation.

#

10

ВЕСТНИК РАМН /2013/ № 7

На первых рубежах защиты от ОС в клетках всех организмов стоят многочисленные низкомолекулярные компоненты т.н. тиолдисульфидной системы (цистеин и гомоцистеин, эрготионеин, липоевая кислота, кофермент А и другие), общей особенностью которых является присутствие в них сульфгидрильных SH-групп, которые при мягком окислении образуют биотиолы, содержащие дисульфидные -S-S- связи [13]. Важным химическим свойством биотиолов, с которым непосредственно связана их специфическая биологическая активность, является высокая реакционная способность сульфгидрильных групп, обусловленная уникальными особенностями атома серы: легкой поляризуемостью электронов и подвижностью незанятых d-орбиталей, допускающей d-орбитальное замещение. Вследствие этого биотиолы в физиологических условиях легко вступают в разнообразные химические реакции (окисления, алкилирования, меркаптидообразова-ния). Исключительное значение в биологическом плане имеют окислительно-восстановительные превращения тиолов. Необходимо отметить, что уникальные возможности тиолдисульфидной редокс-системы, отражающей наиболее фундаментальные проявления жизнедеятельности, в последние 10—15 лет эффективно используют для развития персонализированной медицины, цель которой состоит в назначении конкретного лекарственного средства больному на основании фармакокинетических и фармакогеномных сведений [14].

Среди многочисленных компонентов тиолдисульфидной системы наибольший интерес представляет ре-докс-пара «восстановленный — окисленный глутатион» (GSH — GSSG), содержащаяся во всех компартментах клетки в очень значительных (миллимолярных) концентрациях. Глутатион, наряду с участием в самых разнообразных катаболических и анаболических, транспортных и детоксикационных процессах, выделяется среди других соединений как антиоксидантный буфер чрезвычайно высокой емкости, выполняющий эту функцию при многочисленных заболеваниях у человека [15].

Таким образом, избыточный вес и ожирение, являющиеся фактором риска развития мужской инфертиль-ности, ассоциируются с дисбалансом редокс-статуса организма, одним из центральных компонентов которых, а также их своеобразным маркером является состояние глутатионовой системы.

Цель исследования: изучить концентрацию восстановленного и окисленного глутатиона в эритроцитарном цитолизате у бесплодных мужчин с разной величиной ИМТ

Пациенты и методы Участники исследования

По результатам клинико-лабораторного обследования 60 мужчин с бесплодием были разделены на 2 группы: 1-я группа — с ИМТ 18—25 кг/м2 в возрасте 29+0,63 лет (п =30); 2-я группа — с ИМТ 25—30 кг/м2 в возрасте 27+0,63 лет (п =30). Контрольную группу составили практически здоровые мужчины с ИМТ 18—25 кг/м2 в возрасте 30+0,69 лет (п =40) с доказанной фертильностью на момент исследования.

Методы исследования

Основополагающим методом диагностики мужского бесплодия было исследование эякулята, которое проводилось согласно документу «Руководство ВОЗ по лабораторному исследованию эякулята человека и взаимодействия сперматозоидов с цервикальной слизью» (2001), двукрат-

но, с минимальным интервалом 2 нед. В ходе клинического обследования пациентов, состоявших в бесплодном браке, были установлены причины бесплодия согласно рекомендациям экспертов ВОЗ (1993). Чаще других были диагностированы воспаление репродуктивного тракта (67—69% случаев), варикоцеле (10—11%), изолированная патология семенной плазмы (8,32%), необъяснимое бесплодие (6—8%) и эндокринное бесплодие (4—6%).

В качестве материала для исследований использовался гемолизат, приготовленный из эритроцитов. Забор крови проводился из локтевой вены в соответствии с общепринятыми требованиями. Получение информированного согласия на участие в исследовании являлось обязательной процедурой при включении мужчин в одну из групп. В работе с больными были соблюдены этические принципы, предъявляемые Хельсинкской Декларацией Всемирной медицинской ассоциации (World Medical Association Declaration of Helsinki; 1964, 2000 ред.).

Активность компонентов антиоксидантной системы защиты организма оценивали по уровню восстановленного и окисленного глутатиона, а также по соотношению GSH/GSSG в эритроцитах. Концентрацию глутатиона определяли по методу P.Y Hissin (1976), концентрацию выражали в ммоль/л.

Для того чтобы получить информацию об интенсивности одного из важнейших свободнорадикальных процессов — перекисного окисления липидов (ПОЛ), контролируемого системой глутатиона, в сыворотке крови обследуемых определяли содержание ТБК (2-тиобар-битуровая кислота)-реактантов по методу В.Б. Гаврилова (1987), концентрацию которых выражали в мкмоль/л.

Статистическая обработка данных

Статистический анализ результатов выполняли с применением программы «Statistica 6.1» (Statsoft Inc., США). Данные представлены в виде среднегрупповых значений показателей и среднеквадратичной ошибки (М + m, где М — среднее арифметическое, m — ошибка среднего). Для оценки статистически значимых различий полученных данных использовали критерии Стьюдента и Фишера. Различия считали статистически значимыми при p <0,05.

Результаты и обсуждение

Рассматривая представленные в табл. статистические результаты по определению содержания компонентов глутатиона и ТБК-реактантов у бесплодных мужчин с различной величиной ИМТ, следует отметить, что их сочетание соответствует общепринятым представлениям о дисбалансе про- и антиоксидантных факторов, который лежит в основе ОС. Действительно, в группе мужчин с бесплодием отмечается статистически значимое по сравнению с контрольной группой снижение концентрации GSH (антиоксидантный фактор) и повышение содержания ТБК-реактантов (прооксидантный компонент). Более наглядную информацию дает отношение GSH/GSSG, которое при сдвиге редокс-статуса в окси-дантном направлении в большей или меньшей степени снижается (см. табл.).

Однако если подвергнуть более детальному анализу полученные данные, то оказывается, что у бесплодных мужчин с высоким ИМТ содержание GSH практически не отличается от аналогичного параметра инфертильных мужчин с нормальным ИМТ. Важно отметить, что этот феномен наблюдается на фоне повышения содержания

#

#

АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ АНДРОЛОГИИ

Таблица. Содержание компонентов глутатионовой системы и ТБК-реактантов у бесплодных мужчин в зависимости от величины индекса массы тела, М±m

Показатель Контрольная группа, М±т (1) Группа с бесплодием, М±т p <0,05

ИМТ = 18-25

GSH, ммоль/л 2,15±0,07 1,82±0,06* 1,72±0,04* 1-2; 1-3

GSSG, ммоль/л 2,11±0,05 2,15±0,08 2,54±0,05* 1-3; 2-3

ТБК-реактанты, мкмоль/л 1,90±0,06 2,36±0,08 2,65±0,05* 1-2; 1-3; 2-3

GSH/GSSG 1,00±0,05 0,85±0,04 0,68±0,04 1-2; 1-3; 2-3

Примечание. * — разница статистически значима (р<0,05).

Ф

ТБК-реактантов. Другими словами, восстановленный глутатион не играет существенной роли в возникновении бесплодия у мужчин при повышении ИМТ на фоне активации прооксидантных процессов.

Результаты исследования позволяют отметить еще один факт, касающийся концентрации GSSG, измеренной у бесплодных мужчин с разными показателями ИМТ содержание окисленного компонента статистически значимо превышают соответствующие величины GSH в этих обследованных группах. Повышение концентрации GSSG, которое ранее рассматривалось с точки зрения потенциальной метаболической агрессии [16] и обычно не наблюдалось при других нозологических формах, вероятно, неслучайно и может быть объяснено наличием у окисленного глутатиона дополнительных функций, которые реализуются при повышении ИМТ, особенно в ассоциации с бесплодием.

О такой возможности свидетельствуют результаты исследований, полученные в России и за рубежом. Так, установлено, что GSSG (фармакологический аналог — глутамил-цистеинил-глицин) в концентрациях, близких или превышающих те, что определяются вне клеток, продемонстрировал способность оказывать рецептор-опосре-дованное Са1 2 3 4 5+-зависимое влияние на клеточные процессы при ряде заболеваний [17]. Обнаружено модулирующее влияние окисленного глутатиона на регуляцию функций цитокинов и воспалительные процессы [18]. Весьма примечательно, что в ряде случаев проявление иммуномодулирующего и гемопоэтического действия GSSG обусловлено его опосредованным антиоксидантным эффектом [19].

Среди других метаболических эффектов GSSG, которые так или иначе могут иметь отношение к повышению массы тела у мужчин в ассоциации с бесплодием, можно указать на участие трипептида в процессах клеточного сигналинга [20], механизмах формирования лекарственной устойчивости [21], контроле пролиферативной активности [22].

Представленные выше литературные данные со всей очевидностью свидетельствуют о том, что повышение содержания GSSG как одного из компонентов тиолди-сульфидной системы не может абсолютно достоверно интерпретироваться с точки зрения развития ОС, который, в свою очередь, включается в патогенез повышения массы тела и развития мужского бесплодия. Вместе с тем такое положение не является исключительным и может быть подтверждено многими классическими примерами. Так, хорошо известно, что аскорбиновая кислота является признанным водорастворимым антиоксидантом, но, с другой стороны, она необходима для синтеза коллагена, транспорта железа и выполнения других функций, т.е. выполняет роль прооксиданта [23]. Таким образом, по важности реализации ее метаболических потенций 2 данные ипостаси как минимум равнозначны, а конкретный путь использования аскорбиновой кислоты будет определяться приоритетными метаболическими потребностями в каждый момент времени.

Заключение

Приведенный пример, касающийся и окисленного глутатиона, является прекрасной иллюстрацией отмеченного еще А. Ленинджером факта того, что за счет выполнения молекулами различных функци, число и разнообразие молекул в организме относительно невелико. Все вышеперечисленное заложено в фундаменте молекулярной «рентабельности» живых систем, их пластичности и поразительной способности при адаптации к действию самых разнообразных факторов внутренней и внешней среды.

Исследования выполнены при поддержке гранта Президента РФ НШ-494. 2012.7.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кулаков В.И. Бесплодный брак. Современные подходы к диагностике и лечению. М.: ГЭОТАР.-Медиа. 2005. 616 с.

2. Сухих Г.Т., Божедомов В.А. Мужское бесплодие. М.: Эксмо. 2009. 240 с.

3. Мельниченко Г.А., Романцова Т.И. Ожирение. Под ред. И.И. Дедова, Г.А. Мельниченко. М.: Медицинское информационное агенство. 2004. С. 16—43.

4. Sallmen М., Sandler D., Hoppin J.A., Blair A., Baird D.D. Reduced fertility among overweight and obese men. Epidemiology. 2006; 17 (5): 520-523.

5. Fisher-Wellman K.H., Bloomer R.J. Exacerbated postprandial oxidative stress induced by the acute intake of a lipid meal compared to isoenergetically administered carbohydrate, protein, and mixed meals in young, healthy men. J. Am. Coll. Nutr. 2010; 29: 373-381.

6. Бардымова Т.П., Ухова А.Ю., Даренская М.А. Перекисное окисление липидов и антиоксидантная защита у больных сахарным диабетом. Сибирский мед. журн. (Иркутск).2010; 6: 106-108.

7. Колесникова Л.И., Даренская М.А., Гребенкина Л.А., Осипова Е.В., Долгих М.И., Болотова Ц.Ц. Изучение состояния процесса липопероксидации у женщин различных этнических групп с угрозой прерывания беременности. Бюлл. ВСНЦ СО РАМН. 2010; 6 (76 ч. 2): 31-33.

8. Куликов В.Ю., Семенюк А.В., Колесникова Л.И. Перекисное окисление липидов и холодовой фактор. Новосибирск: Наука. 1988. 192 с.

9. Протопопова Н.В., Колесникова Л.И., Ильин В.П. Метаболизм и гемодинамика у беременных с артериальной гипертензией. Новосибирск: Наука. 2000. 260 с.

#

11

ВЕСТНИК РАМН /2013/ № 7

10. Сутурина Л.В., Колесникова Л.И. Основные патогенетические механизмы и методы коррекции репродуктивных нарушений у больных с гипоталамическими синдромами. Новосибирск: Наука. 2001. 134 с.

11. Колесникова Л.И., Осипова Е.В., Гребенкина Л.А. Окислительный стресс при репродуктивных нарушениях эндокринного генеза у женщин. Новосибирск: Наука. 2011. 116 с.

12. Bouloumie A., Marumo T., Lafontan M., Busse R. Leptin induces oxidative stress in human endothelial cells. FASEB J. 1999; 13: 1231-1238.

13. Ghezzi P., Bonetto V., Fratelli M. Thiol-disulfide balance: from the concept of oxidative stress to that of redox regulation. Antioxidants Redox Signaling. 2005; 7 (8): 964-972.

14. Волчек И.В., Петров А.С. Возможности персонализированной терапии человека: двенадцатилетний опыт. Terra Medica. 2010; 3: 3-10.

15. Towsend D.M., Tew K.D., Tapiero H. The importance of glutathione in human disease. Biomed. Pharmacother. 2003; 57: 145-157.

16. Кулинский В.И., Колесниченко Л.С. Биологическая роль глутатиона. Успехи совр. биол. 1990; 110: 20-32.

17. Курилова Л.С., Крутецкая З.И., Лебедев О.Е., Антонов В.Г. Влияние окисленного глутатиона и его фармакологического

аналога глутоксим на внутриклеточную концентрацию Са2+ в макрофагах. Цитология. 2008; 50: 452-461.

18. Антонов В.Г, Антушевич А.Е., Бурова Е.Б. и др. Возможный механизм модулирующего влияния препарата Глутоксим на регуляторное действие цитокинов. Цитокины и воспаление. 2005; 2: 72-73.

19. Diaz-Montero C.M., Wang Y, Shao L., Feng W. et al. The glutatione disulfide mimetic NOV-002 inhibits cyclophosphamide-induced hematopoetic and immune supression by reducing oxidative stress. Free Radic. Biol. Med. 2012; 52: 1560-1568.

20. Крутецкая З.И., Лебедев О.Е., Крутецкая Н.И. и др. Возможное участие фосфатидилинозитокиназ в действии окисленного глутатиона и препарата глутоксим на внутриклеточную концентрацию Са2+ в макрофагах. Доклады Акад. наук. 2008; 422: 562-563.

21. Богуш Т.А., Дудко Е.А., Богуш Е.А., Кирсанов В.Ю., Антонов В.Г Глутоксим как ингибитор фенотипа множественной лекарственной устойчивости, ассоциированной с экспрессией Рgр. Антибиотики и химиотерапия. 2010; 55: 5-6.

22. Махинас ГМ., Жукова ГМ. Применение препарата глутоксима у больных раком желудка, получающих платиносодержащую терапию. Онкология. 2012; 1: 44-46.

23. Чистяков В.А. Неспецифические механизмы: защиты от деструктивного действия активных форм кислорода. Успехи совр. биол. 2008; 3: 300-306.

12

Ф

КОНТАКТНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Колесникова Любовь Ильинична, доктор медицинских наук, профессор, член-корреспондент РАМН, директор ФГБУ «НЦ ПЗСРЧ» СО РАМН

Адрес: 664003, Иркутск, ул. Тимирязева, д. 16, тел.: (3952) 20-76-36, 20-73-67, e-mail: iphr@sbamsr.irk.ru Вантеева Ольга Андреевна, аспирант ФГБУ «НЦ ПЗСРЧ» СО РАМН

Адрес: 664003, Иркутск, ул. Тимирязева, д. 16, тел.: (3952) 20-76-36, e-mail: olga_tolpygina@mail.ru

Курашова Надежда Александровна, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории патофизиологии

репродукции ФГБУ «НЦ ПЗСРЧ» СО РАМН

Адрес: 664003, Иркутск, ул. Тимирязева, д. 16, тел.: (3952) 20-76-36, e-mail: nakurashova@yandex.ru Власов Борис Яковлевич, доктор медицинских наук, профессор, старший научный сотрудник лаборатории физиологии и патологии эндокринной системы ФГБУ «НЦ ПЗСРЧ» СО РАМН

Адрес: 664003, Иркутск, ул. Тимирязева, д. 16, тел.: (3952) 20-76-36, 20-73-67, e-mail: iphr@sbamsr.irk.ru

#

#