cfpdБюллетень физиологии и патологии дыханияBulletin Physiology and Pathology of Respiration1998-5029Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания10.36604/1998-5029-2025-97-25-32cfpd-1268Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL RESEARCHМитохондриальный мембранный потенциал CD4+ клеток у больных бронхиальной астмой легкой степени тяжести при воздействии твердых взвешенных частиц атмосферного воздухаMitochondrial membrane potential of CD4⁺ cells in patients with mild bronchial asthma exposed to atmospheric particulate matterКондратьеваЕ. В.KondratyevaE. V.

Елена Викторовна Кондратьева, канд. биол. наук, старший научный сотрудник лаборатории биомедицинских исследований

690105, г. Владивосток, ул. Русская, 7

Elena V. Kondratyeva, PhD (Biol.), Senior Staff Scientist, Laboratory of Biomedical Research

73g Russkaya Str., Vladivostok, 690105

elena.v.kondratyeva@yandex.ruВладивостокский филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» – Научно-исследовательский институт медицинской климатологии и восстановительного леченияVladivostok Branch of Far Eastern Scientific Centre of Physiology and Pathology of Respiration - Research Institute of Medical Climatology and Rehabilitation Treatment2025210920250972532Copyright © Кондратьева Е.В., 20252025Кондратьева Е.В.Kondratyeva E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cfpd.elpub.ru/jour/article/view/1268

Введение. Патогенетические механизмы формирования бронхиальной астмы (БА) во многом основаны на процессах изменения энергетического состояния клеток (в том числе иммунной системы), большую роль в котором играет состояние митохондриального мембранного потенциала (ММП). Снижение последнего проявляется уже на ранних этапах развития БА и может являться одним из ключевых признаков ее течения. Течение и прогрессирование БА способны усугубляться под влиянием разных факторов, в том числе твердых взвешенных частиц (ТВЧ) атмосферного воздуха. Однако сведения об изменении ММП в отдельных лимфоцитарных субпопуляциях при БА под воздействием ТВЧ практически отсутствуют.Цель. Установление нарушений мембранного потенциала митохондрий CD4+ клеток больных бронхиальной астмой легкой степени тяжести под воздействием ТВЧ приземного слоя атмосферного воздуха.Материалы и методы. В исследование in vitro были включены образцы периферической крови 131 больных БА и 60 условно здоровых лиц. В качестве нагрузки при проведении эксперимента использовали модельные взвеси веществ, имитирующие многокомпонентное загрязнение атмосферного воздуха г. Владивостока. Уровни интенсивности нарушений ММП (от 1 до 5) CD4+ определяли методом проточной цитофлуориметрии. При анализе использовали коэффициент ММП (кММП).Результаты. При БА основные перестройки процентного соотношения лимфоцитарной субпопуляции происходили среди клеток, имеющих уровни ММП-1, ММП-2 и ММП-3: наблюдалось уменьшение количества клеток с высоким ММП и увеличение числа CD4+, характеризующихся снижением структурно-функциональных свойств (ММП-2 и ММП-3). Воздействие ТВЧ вызывало перераспределение клеток между уровнями ММП у больных БА. При снижении контроля БА были установлены более выраженные нарушения энергетического состояния клеток. У больных при контролируемом течении БА по сравнению с частично контролируемом кММП был ниже на 82,9%. При воздействии ТВЧ на больных БА кММП снижался относительно групп без нагрузки на 27,2% и 16,3% при контролируемом и частично контролируемом течении соответственно.Заключение. Установлены особенности нарушения мембранного потенциала митохондрий CD4+ клеток больных бронхиальной астмой легкой степени тяжести под воздействием ТВЧ приземного слоя атмосферного воздуха в зависимости от уровня контроля заболевания. Оценка перераспределения уровней ММП и коэффициента ММП как интегрального показателя энергетического состояния CD4+ клеток может способствовать раннему выявлению нарушений энергетического обмена при БА, что позволит оптимизировать профилактику прогрессирования патологии.

Introduction. The pathogenesis of bronchial asthma largely depends on changes in the cells’ energy state, in which the mitochondrial membrane potential (MMP) plays a major role. A decrease in MMP is evident at the early stages of asthma development and may be one of the key pathological signs of the disease. The course and progression of asthma can be aggravated by various factors, including airborne particulate matter (PM). However, information on MMP changes in individual lymphocyte subpopulations under PM exposure is scarce.Aim. To establish disturbances in the mitochondrial membrane potential of CD4+ cells in patients with mild asthma under the influence of ground-level atmospheric particulate matter.Materials and methods. This in vitro study included 131 patients with asthma and 60 apparently healthy individuals. Model suspensions simulating the multicomponent pollution of Vladivostok air were used as a challenge. MMP levels (MMP-1 – MMP-5) were determined by flow cytometry, and the MMP coefficient (cMMP) was calculated.Results. In asthma the main shifts occurred at MMP-1, MMP-2 and MMP-3 levels: the proportion of cells with high MMP decreased, whereas that of cells with moderately reduced MMP (MMP-2 and MMP-3) increased. PM exposure induced significant redistribution of MMP levels in asthma patients. Lower disease control was associated with more pronounced energy disturbances: in controlled versus partially controlled asthma, cMMP was 82.9% lower. Under PM exposure, cMMP fell by 27.2% and 16.3% in controlled and partially controlled asthma, respectively, compared with unexposed groups.Conclusion. The study reveals features of CD4+-cell MMP impairment in mild bronchial asthma under atmospheric PM exposure, depending on disease-control level. Assessing MMP-level redistribution and the cMMP as an integral indicator of CD4+-cell energy status may facilitate early detection of energy-metabolism disorders in asthma and help optimise prevention of disease progression.

твердые взвешенные частицыбронхиальная астмамитохондриальный мембранный потенциалsuspended particulate matterasthmamitochondrial membrane potentialReferencesAsher M.I., Rutter C.E., Bissell K., Chiang C.Y., El Sony A., Ellwood E., Ellwood P., Garcia-Marcos L., Marks G.B., Morales E., Mortimer K., Perez-Fernandez V., Robertson S., Silverwood R.J., Strachan D.P., Pearce N., Global Asthma Network Phase I Study Group. Worldwide trends in the burden of asthma symptoms in school-aged children: Global Asthma Network Phase I cross-sectional study // Lancet. 2021. Vol.398, Iss.10311, P.1569–1580. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(21)01450-1Asher M.I., Rutter C.E., Bissell K., Chiang C.Y., El Sony A., Ellwood E., Ellwood P., Garcia-Marcos L., Marks G.B., Morales E., Mortimer K., Perez-Fernandez V., Robertson S., Silverwood R.J., Strachan D.P., Pearce N.; Global Asthma Network Phase I Study Group. Worldwide trends in the burden of asthma symptoms in school-aged children: Global Asthma Network Phase I cross-sectional study. Lancet 2021; 398(10311):1569–1580. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(21)01450-1Global Initiative for Asthma (GINA). Global strategy for asthma management and prevention (Update 2024). URL: https://ginasthma.org/Global Initiative for Asthma (GINA). Global strategy for asthma management and prevention (Update 2024). Available at: https://ginasthma.org/Mortimer K., Lesosky M., Garcia-Marcos L., Asher M.I., Pearce N., Ellwood E., Bissell K., El Sony A., Ellwood P., Marks G.B., Martkinez-Torres A., Morales E., Perez-Fernandez V., Robertson S., Rutter C.E., Silverwood R.J., Strachan D.P., Chiang C.Y., Global Asthma Network Phase I Study Group. The burden of asthma, hay fever and eczema in adults in 17 countries: GAN Phase I study // Eur. Respir. J. 2022. Vol.60, Iss.3. Article number:2102865. https://doi.org/10.1183/13993003.02865-2021Mortimer K., Lesosky M., Garcia-Marcos L., Asher M.I., Pearce N., Ellwood E., Bissell K., El Sony A., Ellwood P., Marks G.B., Martkinez-Torres A., Morales E., Perez-Fernandez V., Robertson S., Rutter C.E., Silverwood R.J., Strachan D.P., Chiang C.Y.; Global Asthma Network Phase I Study Group. The burden of asthma, hay fever and eczema in adults in 17 countries: GAN Phase I study. Eur. Respir. J. 2022; 60(3):2102865. https://doi.org/10.1183/13993003.02865-2021Farraia M., Cavaleiro Rufo J., Paciencia I., Castro Mendes F., Delgado L., Laerte Boechat J., Moreira A. Metabolic interactions in asthma // Eur. Ann. Allergy Clin. Immunol. 2019. Vol.51, Iss.5. P.196–205. https://doi.org/10.23822/EurAnnACI.1764-1489.101Farraia M., Cavaleiro Rufo J., Paciencia I., Castro Mendes F., Delgado L., Laerte Boechat J., Moreira A. Metabolic interactions in asthma. Eur. Ann Allergy Clin. Immunol. 2019; 51(5):196–205. https://doi.org/10.23822/EurAnnACI.1764-1489.101Herrera-De La Mata S., Ramirez-Suastegui C., Mistry H., Castañeda-Castro F.E., Kyyaly M.A., Simon H., Liang S., Lau L., Barber C., Mondal M., Zhang H., Arshad S.H., Kurukulaaratchy R.J., Vijayanand P., Seumois G. Cytotoxic CD4+ tissue-resident memory T cells are associated with asthma severity // Med. 2023. Vol.4, Iss.12. P.875–897.e8. https://doi.org/10.1016/j.medj.2023.09.003Herrera-De La Mata S., Ramirez-Suastegui C., Mistry H., Castañeda-Castro F.E., Kyyaly M.A., Simon H., Liang S., Lau L., Barber C., Mondal M., Zhang H., Arshad S.H., Kurukulaaratchy R.J., Vijayanand P., Seumois G. Cytotoxic CD4+ tissue-resident memory T cells are associated with asthma severity. Med. 2023; 4(12):875–897.e8. https://doi.org/10.1016/j.medj.2023.09.003Jeong J., Lee H.K. The role of CD4+ T cells and microbiota in the pathogenesis of asthma // Int. J. Mol. Sci. 2021. Vol.22, Iss.21. Article number:11822. https://doi.org/10.3390/ijms222111822Jeong J., Lee H.K. The role of CD4+ T cells and microbiota in the pathogenesis of asthma. Int. J. Mol. Sci. 2021; 22(21):11822. https://doi.org/10.3390/ijms222111822Cloonan S.M., Choi A.M. Mitochondria in lung disease // J. Clin. Invest. 2016. Vol.126, Iss.3, P.809–820. https://doi.org/10.1172/JCI81113Cloonan S.M., Choi A.M. Mitochondria in lung disease. J. Clin. Invest. 2016; 126(3):809–820. https://doi.org/10.1172/JCI81113Bhatti J.S., Bhatti G.K., Reddy P.H. Mitochondrial dysfunction and oxidative stress in metabolic disorders – a step towards mitochondria based therapeutic strategies // Biochim. Biophys. Acta Mol. Basis Dis. 2017. Vol.1863, Iss.5, P.1066–1077. https://doi.org/10.1016/j.bbadis.2016.11.010Bhatti J.S., Bhatti G.K., Reddy P.H. Mitochondrial dysfunction and oxidative stress in metabolic disorders – a step towards mitochondria based therapeutic strategies. Biochim. Biophys. Acta Mol. Basis Dis. 2017; 1863(5):1066–1077. https://doi.org/10.1016/j.bbadis.2016.11.010Способ приготовления стандартных образцов аэрозолей: патент 2525427 RU / авторы и заявители К.С. Голохваст, А.М. Паничев, А.Н. Гульков, В.В. Чайка; патентообладатель К.С. Голохваст, А.М. Паничев, А.Н. Гульков; заяв. 27.08.2012; опубл. 10.08.2014.Golokhvast K.S., Panichev A.M., Gulkov A.N., Chaika V.V. Patent 2525427 RU. [Method for preparing standard aerosol samples]; published 10.08.2014 (in Russian).Veremchuk L.V., Vitkina T.I., Barskova L.S., Gvozdenko T.A., Mineeva E.E. Estimation of the size distribution of suspended particulate matters in the urban atmospheric surface layer and its influence on bronchopulmonary pathology // Atmosphere. 2021. Vol.12, Iss.8. Article number:1010. https://doi.org/10.3390/atmos12081010Veremchuk L.V., Vitkina T.I., Barskova L.S., Gvozdenko T.A., Mineeva E.E. Estimation of the size distribution of suspended particulate matters in the urban atmospheric surface layer and its influence on bronchopulmonary pathology. Atmosphere 2021; 12(8):1010. https://doi.org/10.3390/atmos12081010Hou T., Zhu L., Wang Y., Peng L. Oxidative stress is the pivot for PM2.5-induced lung injury // Food Chem. Toxicol. 2024. Vol.184. Article number:114362. https://doi.org/10.1016/j.fct.2023.114362Hou T., Zhu L., Wang Y., Peng L. Oxidative stress is the pivot for PM2.5-induced lung injury. Food Chem. Toxicol. 2024; 184:114362. https://doi.org/10.1016/j.fct.2023.114362Международная классификация болезней 10-го пересмотра (МКБ-10). 2016. URL: https://mkb-10.com/International statistical classification of diseases and related health problems 10th revision. 2016. Available at: https://mkb-10.com/Кондратьева Е.В., Виткина Т.И., Веремчук Л.В. Загрязнение приземного слоя атмосферного воздуха твердыми взвешенными частицами территорий с различной техногенной нагрузкой // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2024. Вып.91. С.68–76. https://doi.org/10.36604/1998-5029-2024-91-68-76Kondratyeva E.V., Vitkina T.I., Veremchuk L.V. [Atmospheric ground layer pollution by suspended solid particles in areas with different technogenic loads]. Bûlleten' fiziologii i patologii dyhaniâ = Bulletin Physiology and Pathology of Respiration 2024; 91:68–76 (in Russian). https://doi.org/10.36604/1998-5029-2024-91-68-76Способ прогнозирования обострений при бронхиальной астме лёгкой и средней степени тяжести: пат. 2835342 RU / авторы и заявители Т.И. Виткина, Е.В. Кондратьева, Е.Е. Минеева, Т.А. Гвозденко; патентообладатель Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания; заяв. 05.10.2023; опубл. 24.02.2025.Vitkina T.I., Kondrateva E.V., Mineeva E.E., Gvozdenko T.A. Patent 2835342 RU. [Method for predicting exacerbations of mild to moderate bronchial asthma]; published 24.02.2025 (in Russian).Супрун Е.Н. Оценка мембранного потенциала митохондрий иммунокомпетентных клеток крови при бронхиальной астме у детей в зависимости от контролируемости течения заболевания // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2022. Вып.86. С.50–55. https://doi.org/10.36604/1998-5029-2022-86-50-55Suprun E.N. [Assessment of the membrane potential of mitochondria in immunocompetent blood cells of children with asthma, depending on controllability of the course of the disease]. Bûlleten' fiziologii i patologii dyhaniâ = Bulletin Physiology and Pathology of Respiration 2022; 86:50–55 (in Russian). https://doi.org/10.36604/1998-5029-2022-86-50-55Кондратьева Е.В., Виткина Т.И. Функциональное состояние митохондрий при хронических респираторных заболеваниях // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2022. Вып.84. С.116–126. https://doi.org/10.36604/1998-5029-2022-84-116-126Kondratyeva E.V., Vitkina T.I. [Functional state of mitochondria in chronic respiratory diseases]. Bûlleten' fiziologii i patologii dyhaniâ = Bulletin Physiology and Pathology of Respiration 2022; 84:116–126 (in Russian) https://doi.org/10.36604/1998-5029-2022-84-116-126Zhou W.C., Qu J., Xie S.Y., Sun Y., Yao H.W. Mitochondrial dysfunction in chronic respiratory diseases: implications for the pathogenesis and potential therapeutics // Oxid. Med. Cell Longev. 2021. Vol.2021. Article number:5188306. https://doi.org/10.1155/2021/5188306Zhou W.C., Qu J., Xie S.Y., Sun Y., Yao H.W. Mitochondrial dysfunction in chronic respiratory diseases: implications for the pathogenesis and potential therapeutics. Oxid. Med. Cell Longev. 2021; 2021:5188306. https://doi.org/10.1155/2021/5188306Денисенко Ю.К., Новгородцева Т.П., Виткина Т.И., Антонюк М.В., Бочарова Н.В. Состав жирных кислот мембран митохондрий тромбоцитов при хронических заболеваниях органов дыхания // Клиническая медицина. 2018. Т.96, № 4. С.343–347. https://doi.org/10.18821/0023-2149-2018-96-4-343-347Denisenko Y.K., Novgorodtseva T.P., Vitkina T.I., Antonyuk M.V., Bocharova N.V. [The fatty acid composition of the mitochondrial membranes of platelets in chronic obstructive pulmonary disease]. Klinicheskaya meditsina = Clinical medicine 2018; 96(4):343–347 (in Russian). https://doi.org/10.18821/0023-2149-2018-96-4-343-347Кондратьева Е.В., Виткина Т.И. Влияние микротоксикантов атмосферного воздуха на энергетическое состояние клеток крови при бронхиальной астме // Дальневосточный медицинский журнал. 2024. №2. С.30–33.Kondrateva E.V., Vitkina T.I. [Impact of air microtoxicants on the blood cells energy state in bronchial asthma]. Dal′nevostochnyy meditsinskiy zhurnal = Far Eastern Medical Journal 2024; 2:30–33 (in Russian). http://dx.doi.org/10.35177/1994-5191-2024-2-5

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