Показатели окислительного гомеостаза и генотоксичности у больных бронхиальной астмой при воздействии твердых взвешенных частиц атмосферного воздуха

Введение. Параметры, характеризующие интенсивность процессов пероксидации и генотоксичности у лиц с бронхиальной астмой (БА), в том числе при воздействии неблагоприятных факторов внешней среды, могут являться индикаторами течения заболевания, поэтому существует необходимость детализации этих показателей у больных БА разных степеней тяжести и уровней контроля. Цель. Установление особенностей нарушений окислительного гомеостаза и повреждения геномного аппарата у лиц с бронхиальной астмой легкой и средней степени тяжести при воздействии твердых взвешенных частиц (ТВЧ) атмосферного воздуха in vitro. Материалы и методы. В исследование in vitro включено 244 больных БА, 60 условно здоровых лиц. В качестве нагрузки ис- пользовали модельные взвеси (МВ) веществ, имитирующие многокомпонентное загрязнение атмосферного воз- духа. Исследовали общую антиоксидантную активность (AOA), уровни малонового диальдегида (MDA), 8-гидроксидезоксигуанозина (8-OHdG), тиоредоксина-1 (Trx-1), общего и окисленного глутатиона (GSH, GSSG). Рассчитывали соотношения MDA/AOA, GSH/GSSG. Результаты действия ТВЧ представлены в виде индексов, отражающих параметры показателей под воздействием МВ и без него. Результаты. При БА средней степени тяжести регистрировались более выраженные изменения показателей окислительного гомеостаза при воздействии ТВЧ по сравнению с БА легкой степени тяжести. При контролируемой БА максимальные отличия в индексах между группами с легкой и средней степенями тяжести наблюдались в величинах уровней GSSG (в 1,6 раза) и Trx-1 (в 1,3 раза). При частично контролируемой БА наибольшие изменения были выявлены в показателях MDA/AOA (в 2,7 раза) и 8-OHdG (в 1,6 раза). Заключение. По мере утяжелении БА происходит возрастание оксидативного повреждения биоорганических молекул, запуск повреждения генома, что вызывает активацию работы тиоредоксинового звена антиоксидантной системы, обеспечивающего процессы восстановления поврежденной ДНК. Под воздействием ТВЧ при утяжелении БА происходят более выраженные нарушения окислительного гомеостаза и возрастание генотоксичности несмотря на стимуляцию репаративных процессов. Существенное повышение уровней 8-OHdG и Trx-1 при возрастании степени тяжести БА и воздействии ТВЧ может свидетельствовать о перспективности использования данных маркеров для оценки прогрессирования заболевания в условиях техногенной среды.

1. 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. https://doi.org/10.3390/atmos12081010

2. Кондратьева Е.В., Веремчук Л.В., Виткина Т.И. Воздействие пылевых фракций воздушной среды на иммунную систему пациентов с бронхолегочной патологией // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2023. Вып.88. С.27–34. https://doi.org/10.36604/1998-5029-2023-88-27-34

3. Barskova L.S., Vitkina T.I., Gvozdenko T.A., Kondratyeva E.V., Veremchuk L.V. Mechanism of response of alveolar macrophages in Wistar rats to the composition of atmospheric suspensions // Atmosphere. 2022. Vol.13, Iss.9. Article number:1500. https://doi.org/10.3390/atmos13091500

4. Global Initiative for Asthma (GINA). Global strategy for asthma management and prevention (Update 2023). URL: https://ginasthma.org/

5. Burnett R., Chen H., Szyszkowicz M., Fann N., Hubbell B., Pope C.A. 3rd, Apte J.S., Brauer M., Cohen A., Weichenthal S., Coggins J., Di Q., Brunekreef B., Frostad J., Lim S.S., Kan H., Walker K.D., Thurston G.D., Hayes R.B., Lim C.C., Turner M.C., Jerrett M., Krewski D., Gapstur S.M., Diver W.R., Ostro B., Goldberg D., Crouse D.L., Martin R.V., Peters P., Pinault L., Tjepkema M., van Donkelaar A., Villeneuve P.J., Miller A.B., Yin P., Zhou M., Wang L., Janssen N.A.H., Marra M., Atkinson R.W., Tsang H., Quoc Thach T., Cannon J.B., Allen R.T., Hart J.E., Laden F., Cesaroni G., Forastiere F., Weinmayr G., Jaensch A., Nagel G., Concin H., Spadaro J.V. Global estimates of mortality associated with long-term exposure to outdoor fine particulate matter // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2018. Vol. 115, Iss.38. P.9592–9597. https://doi.org/10.1073/pnas.1803222115

6. Habib N., Pasha M.A., Tang D.D. Current understanding of asthma pathogenesis and biomarkers // Cells. 2022. Vol.11, Iss.17. Article number:2764. https://doi.org/10.3390/cells11172764

7. Gans M.D., Gavrilova T. Understanding the immunology of asthma: Pathophysiology, biomarkers, and treatments for asthma endotypes // Paediatr. Respir. Rev. 2020. Vol.36. P.118–127. https://doi.org/10.1016/j.prrv.2019.08.002

8. Chuchalin A.G., Khaltaev N., Antonov N.S., Galkin D.V., Manakov L.G., Antonini P., Murphy M., Solodovnikov A.G., Bousquet J., Pereira M.H., Demko I.V. Chronic respiratory diseases and risk factors in 12 regions of the Russian Federation // Int. J. Chron. Obstruct. Pulmon. Dis. 2014. Vol.9. P.963–974. https://doi.org/10.2147/COPD.S67283

9. Michaeloudes C., Abubakar-Waziri H., Lakhdar R., Raby K., Dixey P., Adcock I.M., Mumby S., Bhavsar P.K., Chung K.F. Molecular mechanisms of oxidative stress in asthma // Mol. Aspects Med. 2022. Vol.85. Article number:101026. https://doi.org/10.1016/j.mam.2021.101026

10. Karadogan B., Beyaz S., Gelincik A., Buyukozturk S., Arda N. Evaluation of oxidative stress biomarkers and antioxidant parameters in allergic asthma patients with different level of asthma control // J. Asthma. 2022. Vol.59, Iss.4. P.663–672. https://doi.org/10.1080/02770903.2020.1870129

11. Erdal H., Gunaydın F., Karaoglanoglu S. Oxidative stress in asthma // Aksaray university journal of sport and health researches. 2023. Vol.4, Iss.1. P.62–70. https://doi.org/10.54152/asujshr.1290539

12. Valacchi G., Magnani N., Woodby B., Ferreira S.M., Evelson P. Particulate matter induces tissue oxinflammation: from mechanism to damage // Antioxid. Redox Signal. 2020. Vol.33, Iss.4. P.308–326. https://doi.org/10.1089/ars.2019.8015

13. 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/10.36604/1998-5029-2024-91-68-76

14. Sahiner U.M., Birben E., Erzurum S., Sackesen C., Kalayci O. Oxidative stress in asthma: part of the puzzle // Pediatr. Allergy Immunol. 2018. Vol.29, Iss.8. P.789–800. https://doi.org/10.1111/pai.12965

15. Kleniewska, P., Pawliczak R. The participation of oxidative stress in the pathogenesis of bronchial asthma // Biomed. Pharmacother. 2017. Vol.94. P.100–108. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2017.07.066

16. Azab M., Khabour O.F., Alzoubi K.H., Mahmoud S.A., Anabtawi M., Quttina M. Assessment of genotoxicity of waterpipe smoking using 8-OHdG biomarker // Genet. Mol. Res. 2015. Vol.14, Iss.3. P.9555–9561. https://doi.org/10.4238/2015

17. Pilger A., Rudiger H.W. 8-Hydroxy-2'-deoxyguanosine as a marker of oxidative DNA damage related to occupational and environmental exposures // Int. Arch. Occup. Environ. Health. 2006. Vol.80, Iss.1. P.1–15. https://doi.org/10.1007/s00420-006-0106-7

18. Korkmaz K.S., Butuner B.D., Roggenbuck D. Detection of 8-OHdG as a diagnostic biomarker // J. Lab. Precis. Med. 2018. Vol.3. Article number:95. https://doi.org/10.21037/jlpm.2018.11.01

19. Zhou J., Wang C., Wu J., Fukunaga A., Cheng Z., Wang J., Yamauchi A., Yodoi J., Tian H. Anti-allergic and antiinflammatory effects and molecular mechanisms of thioredoxin on respiratory system diseases // Antioxid. Redox Signal. 2020. Vol.32, Iss.11. P.785–801. https://doi.org/10.1089/ars.2019.7807

20. El Hadri K., Smith R., Duplus E., El Amri C. Inflammation, oxidative stress, senescence in atherosclerosis: thioredoxine-1 as an emerging therapeutic target // Int. J. Mol. Sci. 2021. Vol.23, Iss1. Article number:77. https://doi.org/10.3390/ijms23010077

21. Mohamed I.N., Li L., Ismael S., Ishrat T., El-Remessy A.B. Thioredoxin interacting protein, a key molecular switch between oxidative stress and sterile inflammation in cellular response // World J. Diabetes. 2021. Vol.12, Iss12. P.1979– 1999. https://doi.org/10.4239/wjd.v12.i12.1979

22. Palacionyte J., Januskevicius A., Vasyle E., Rimkunas A., Bajoriuniene I., Vitkauskiene A., Miliauskas S., Malakauskas K. Novel serum biomarkers for patients with allergic asthma phenotype // Biomedicines. 2024. Vol.12, Iss.1. Article number:232. https://doi.org/10.3390/biomedicines12010232

23. Hanschmann E.M., Berndt C., Hecker C., Garn H., Bertrams W., Lillig C.H., Hudemann C. Glutaredoxin 2 reduces asthma-like acute airway inflammation in mice // Front. Immunol. 2020. Vol.11. Article number:561724. https://doi.org/10.3389/fimmu.2020.561724

24. Boukhenouna S., Wilson M.A., Bahmed K., Kosmider B. Reactive oxygen species in chronic obstructive pulmonary disease // Oxid. Med. Cell Longev. 2018. Vol. 2018. Article number:5730395. https://doi.org/10.1155/2018/5730395

25. Wang J., Zhou J., Wang C., Fukunaga A., Li S., Yodoi J., Tian H. Thioredoxin-1: A promising target for the treatment of allergic diseases // Front Immunol. 2022. Vol.13. Article number:883116. https://doi.org/10.3389/fimmu.2022.883116

26. Chew S., Kolosowska N., Saveleva L., Malm T., Kanninen K.M. Impairment of mitochondrial function by particulate matter: Implications for the brain // Neurochem. Int. 2020. Vol.135. Article number:104694. https://doi.org/10.1016/j.neuint.2020.104694

27. Hu W., Wang Y., Wang T., Ji Q., Jia Q., Meng T., Ma S., Zhang Z., Li Y., Chen R., Dai Y., Luan Y., Sun Z., Leng S., Duan H., Zheng Y. Ambient particulate matter compositions and increased oxidative stress: exposure-response analysis among high-level exposed population // Environ. Int. 2021. Vol.147. Article number:106341. https://doi.org/10.1016/j.envint.2020.106341

28. Golokhvast K., Vitkina T., Gvozdenko T., Kolosov V., Yankova V., Kondratieva E., Gorkavaya A., Nazarenko A., Chaika V., Romanova T., Karabtsov A., Perelman J., Kiku P., Tsatsakis A. Impact of atmospheric microparticles on the development of oxidative stress in healthy city/industrial seaport resident // Oxid. Med. Cell. Longev. 2015. Vol.2015. Article number:412173. https://doi.org/10.1155/2015/412173

29. Виткина Т.И., Барскова Л.С., Зюмченко Н.Е., Токмакова Н.П., Гвозденко Т.А., Голохваст К.С. Баланс глутатионзависимых процессов в альвеолярных макрофагах крыс линии Wistar при воздействии твёрдых взвешенных частиц атмосферного воздуха // Гигиена и санитария. 2020. Т.99, №2. С.200–205. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2020-99-2-200-205

30. Барскова Л.С., Виткина Т.И. Регуляция тиол-дисульфидными антиоксидантными системами окислительного стресса, индуцированного атмосферными взвешенными частицами // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2019. Вып.73. С.112–124. https://doi.org/10.36604/1998-5029-2019-73-112-124