Регуляция тиол-дисульфидными антиоксидантными системами окислительного стресса, индуцированного атмосферными взвешенными частицами
https://doi.org/10.36604/1998-5029-2019-73-112-124
Аннотация
В обзоре литературы показана роль тиоредоксиновой и глутатионовой антиоксидантных систем в защите организма от действия окислительного стресса, вызываемого воздействием микроразмерных твердых взвешенных частиц атмосферного воздуха. Дана характеристика свойств компонентов и параметров твердых взвешенных частиц, обусловливающих их окислительные способности. Основное внимание уделяется внутриклеточным и молекулярным механизмам, влияющим на многие антиокислительные реакции. Рассмотрены вопросы регуляции, модуляции и поддержания клеточного окислительно-восстановительного гомеостаза основными восстановительными тиолами.
Об авторах
Л. С. Барскова
Владивостокский филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» - Научно-исследовательский институт медицинской климатологии и восстановительного лечения
Россия
Россия
Людмила Сергеевна Барскова - аспирант, младший научный сотрудник, лаборатория медицинской экологии и рекреационных ресурсов.
690105, Владивосток, ул. Русская, 73 г
Т. И. Виткина
Владивостокский филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Дальневосточный научный центр физиологии и патологии дыхания» - Научно-исследовательский институт медицинской климатологии и восстановительного лечения
Россия
Россия
Татьяна Исааковна Виткина - доктор биологических наук, профессор РАН, заведующий лабораторией медицинской экологии и рекреационных ресурсов.
690105, Владивосток, ул. Русская, 73 г
Список литературы
1. Виткина Т.И., Янькова В.И., Гвозденко Т.А., Денисенко Ю.К., Голохваст К.С. Формирование оксидативных нарушений, вызванных воздействием микрочастиц атмосферных взвесей у населения г. Владивостока // Бюллетень Восточно-Сибирского научного центра Сибирского Отделения Российской Академии медицинских наук. 2016. Т.1, №3(2). С.82-85. doi: 10.12737/article_590823a47defa8.34126398
2. Виткина Т.И., Янькова В.И., Городный В.А. Динамика содержания гидропероксидов липидов в альвеолярных макрофагах при воздействии модельных взвесей атмосферных твердых частиц микроразмерного ряда // Биорадикалы и антиоксиданты. 2016. Т.3, №3. С.22 -23.
3. Калинина Е.В., Чернов Н.Н., Новичкова М.Д. Роль глутатиона, глутатионтрансферазы и глутаредоксина в регуляции редокс-зависимых процессов // Успехи биологической химии. 2014. Т.54. С.299-384.
4. Янькова В.И., Виткина Т.И., Зюмченко Н.Е., Барскова Л.С., Голохваст К.С. Влияние модельных взвесей микроразмерных твердых взвешенных частиц атмосферного воздуха на морфофункциональную характеристику и параметры пероксидации липидов альвеолярных макрофагов крыс линии Вистар // Здоровье. Медицинская экология. Наука. 2017. №4(71). С.80-86. doi:10.5281/zenodo.835330
5. Atkinson R.W., Kang S., Anderson H.R., Mills I.C., Walton H.A. Epidemiological time series studies of PM2.5 and daily mortality and hospital admissions: a systematic review and meta-analysis // Thorax. 2014. Vol.69, №7. Р.660-665. doi: 10.1136/thoraxjnl-2013-204492
6. Bhatia M., McGrath K.L., Di Trapani G., Charoentong P., Shah F., King M.M., Clarke F.M.,Tonissen K.F. The thioredoxin system in breast cancer cell invasion and migration // Redox Biol. 2016. Vol.8. Р.68-78. doi: 10.1016/j.redox.2015.12.004
7. Bwititi P.T., Chinkwo K. Oxidative stress markers in infectious respiratory diseases: current clinical practice // Int. J. Res. Med. Sci. 2016. Vol.4, №6. Р. 1802-1813. doi: http://dx.doi.org/10.18203/2320-6012.ijrms20161727
8. Boukhenouna S., Wilson M.A, Bahmed K., Kosmider B.R. Reactive oxygen species in chronic obstructive pulmonary disease // Oxid. Med. Cell. Longev. 2018. Vol.2018. P. ID 5730395. doi: 10.1155/2018/5730395
9. Carmona J.J., Sofer T., Hutchinson J., Cantone L., Coull B., Maity A., Vokonas P., Lin X., Schwartz J., Baccarelli A.A. Short-term airborne particulate matter exposure alters the epigenetic landscape of human genes associated with the mitogen-activated protein kinase network: a cross-sectional study // Environ. Health. 2014. Vol.13. Р94. doi: 10.1186/1476-069X-13-94.
10. Cesaroni G., Forastiere F., Stafoggia M., Andersen Z.J., Badaloni C., Beelen R., Caracciolo B., de Faire U., Erbel R., Eriksen K.T., Fratiglioni L., Galassi C., Hampel R., Heier M., Hennig F., Hilding A., Hoffmann B., Houthuijs D., Jockel K.H., Korek M., Lanki T., Leander K., Magnusson P.K., Migliore E., Ostenson C.G., Overvad K., Pedersen N.L., J J.P., Penell J., Pershagen G., Pyko A., Raaschou-Nielsen O., Ranzi A., Ricceri F., Sacerdote C., Salomaa V., Swart W., Turunen A.W., Vineis P., Weinmayr G., Wolf K., de Hoogh K., Hoek G., Brunekreef B., Peters A. Long term exposure to ambient air pollution and incidence of acute coronary events: Prospective cohort study and meta-analysis in 11 European cohorts from the ESCAPE Project // BMJ. 2014. Vol.348. Pf7412. doi: 10.1136/bmj.f7412.
11. Cheng H., Saffari A., Sioutas C., Forman H.J., Morgan T.E., Finch C.E. Nanoscale particulate matter from urban traffic rapidly induces oxidative stress and inflammation in olfactory epithelium with concomitant effects on brain // Environ. Health Perspect. 2016. Vol.124, №10. Р. 1537-1546. doi:10.1289/ehp134
12. Couto N., Wood J., Barber J. The role of glutathione reductase and related enzymes on cellular redox homoeostasis network // Free Radic. Biol. Med. 2016. Vol.95. Р.27-42. doi:10.1016/j.freeradbiomed.2016.02.028
13. Delfino R.J., Wu J., Tjoa T., Gullesserian S.K., Nickerson B., Gillen D.L. Asthma morbidity and ambient air pollution: effect modification by residential traffic-related air pollution // Epidemiology. 2014. Vol.25, №1. Р.48-57. doi: 10.1097/EDE.0000000000000016
14. Dominko K., Bikic D. Glutathionylation: a regulatory role of glutathione in physiological processes // Arh. Hig. Rada Toksikol. 2018. Vol.69, №1. Р.1-24. doi:10.2478/aiht-2018-69-2966
15. Doyle K. Pollution particles damage blood vessels, may lead to heart disease. Reuters: New York, 2016. URL: https://www.reuters.com/article/us-health-cardiovascular-pm2-5-pollution/pollution-particles-damage-blood-vessels-may-lead-to-heart-disease-idU SKCN12Q2LM
16. Du Y., Xu X., Chu M., Guo Y, Wang J. Air particulate matter and cardiovascular disease: The epidemiological, biomedical and clinical evidence // J. Thorac. Dis. 2016. Vol.8, №1. Р.Е8-Е19. doi: 10.3978/j.issn.2072-1439.2015.11.37
17. Espinosa-Diez C., Miguel V, Mennerich D., Kietzmann T., Sanchez-Perez P., Cadenas S., Lamas S Antioxidant responses and cellular adjustments to oxidative stress // Redox Biol. 2015. Vol.6. Р.183-197. doi: 10.1016/j.redox.2015.07.00.
18. Fang T., Zeng L., Gao D., Verma V, Stefaniak A.B., Weber R.J. Ambient size distributions and lung deposition of aerosol dithiothreitol-measured oxidative potential: contrast between soluble and insoluble particles // Environ. Sci. Tech-nol. 2017. Vol.51, №12. Р6802-6811. doi: 10.1021/acs.est.7b01536
19. Fatani S.H. Biomarkers of oxidative stress in acute and chronic bronchial asthma // J. Asthma. 2014. Vol.51, №6. Р.578-584. doi: 10.3109/02770903.2014.892965
20. GBD 2015 Risk Factors Collaborators. Global, regional, and national comparative risk assessment of 79 behavioural, environmental and occupational, and metabolic risks or clusters of risks, 1990-2015: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2015 // Lancet. 2016. Vol.388, №10053. Р.1659-1724. doi: 10.1016/S0140-6736(16)31679-8
21. Golokhvast K.S., Vitkina T.I., Gvozdenko T.A., Kolosov V.P., Yankova VI., Kondratieva E.V., Gorkavaya A., Nazarenko A., Chaika V, Romanova T., Karabtsov A., Perelman Ju., Kiku P., Tsatsakis A. Impact of atmospheric microparticles on the development of oxidative stress in healthy city/industrial seaport residents // Oxid. Med. Cell. Longev. 2015. Vol.2015. Р.412173. doi:10.1155/2015/412173
22. Hansel N.N., Paulin L.M., Gassett A.J., Peng R.D., Alexis N., Fan V.S., Bleecker E., Bowler R., Comellas A.P., Dransfield M., Han M.K, Kim V, Krishnan J.A., Pirozzi C., Cooper C.B., Martinez F., Woodruff P. G., Breysse P.J., Barr R.G., Kaufman J.D. Design of the subpopulations and intermediate outcome measures in COPD (SPIROMICS) AIR Study // BMJ Open Resp. Res. 2017. Vol.4, №1. P.e000186. doi:10.1136/bmjresp-2017-000186
23. Hamad S.H., Schauer J.J., Antkiewicz D.S., Shafer M.M., Kadhim A.Kh. ROS production and gene expression in alveolar macrophages exposed to PM2.5 from Baghdad, Iraq: Seasonal trends and impact of chemical composition // Sci. Tot. Environ. 2016. Vol.543 (Pt A). Р.739-745. doi: 10.1016/j.scitotenv.2015.11.065
24. Helmholtz Zentrum Munchen-German Research Center for Environmental Health. Particulate air pollution leads to increased heart attack risk. Science Daily: Rockville, USA, 2014. URL: http: //www.sciencedaily.com/releases/2014/01/140122091617.htm
25. Janssen N.A.H., Yang A., Strak M., Steenhof M., Hellack B., Gerlofs-Nijland M.E., Kuhlbusch T., Kelly F., Harrison R., Brunekreef B., Hoek G., Cassee F. Oxidative potential of particulate matter collected at sites with different source characteristics // Sci. Total Environ. 2014. Vol.472. Р.572-581. doi: 10.1016/j.scitotenv.2013.11.099
26. Jean-Jacques S., Simon D., Ferdinand S., Michael R. Oxidative potential of particles in different occupational environments: a pilot study // Ann. Occup. Hyg. 2015. Vol.59, №7. Р882-894. doi: 10.1093/annhyg/mev024
27. Krall J.R., Mulholland J.A., Russell A.G., Balachandran S., Winquist A., Tolbert P. E., Waller L.A., Sarnat S.E. Associations between source-specific fine particulate matter and emergency department visits for respiratory disease in four U.S. Cities // Environ. Health Perspect. 2017. Vol.125, №1. Р 97-103. doi: 10.1289/EHP271
28. Larcombe A.N., Phan J.A., Kicic A., Perks K.L., Mead-Hunter R., Mullins B.J. Route of exposure alters inflammation and lung function responses to diesel exhaust // Inhal. Toxicol. 2014. Vol.26, №7. Р.409-418. doi: 10.3109/08958378.2014.909910
29. Leveillard T., Ai't-Ali N. Cell signaling with extracellular thioredoxin and thioredoxinlike proteins: insight into their mechanisms of action // Oxid. Med. Cell. Longev. 2017. Vol. 2017. Р ID 8475125. doi: 10.1155/2017/8475125
30. Lu J., Holmgren A. The thioredoxin antioxidant system // Free Radic. Biol. Med. 2014. Vol.66. P.75-87. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2013.07.036
31. Lu S.Y., Li Y.X., Zhang J.Q., Zhang T., Liu G.H., Huang M.Z., Li X., Ruan J.J., Kannan K., Qiu R.L. Associations between polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) exposure and oxidative stress in people living near e-waste recycling facilities in China // Environ. Int. 2016. Vol.94. Р.161-169. doi: 10.1016/j.envint.2016.05.021
32. Matsuzawa A. Thioredoxin and redox signaling: Roles of the thioredoxin system in control of cell fate // Arch. Biochem. Biophys. 2017. Vol.617. Р.101-105. doi: 10.1016/j.abb.2016.09.011
33. Moreno T., Kelly F. J., Dunster C., Oliete A., Martins V, Reche C., Minguillon M.C., Amato F., Capdevila M., Miguel E., Querol X. Oxidative potential of subway PM2.5 // Atmos. Environ. 2017. Vol.148. Р.230-238. doi: 10.1016/j.at-mosenv.2016.10.045
34. National PEP Weighing Laboratory, US-EPA, Region 4. PM2.5 Objectives and History. URL: https://archive.epa.gov/pesticides/region4/sesd/pm25/web/html/p2.html
35. Netto L.E.S., Antunes F. The roles of peroxiredoxin and thioredoxin in hydrogen peroxide sensing and in signal transduction // Mol. Cells. 2016. Vol.39, №1. Р.65-71. doi: 10.14348/molcells.2016.2349
36. Palde P.B., Carroll K.S. A universal entropy-driven mechanism for thioredoxin-target recognition // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2015. Vol.112, №26. Р.7960-7965. doi: m.m73/pnas.1504376112
37. Pardo M., Porat Z., Rudich A., Schauer J.J., Rudich Y. Repeated exposures to roadside particulate matter extracts suppresses pulmonary defense mechanisms, resulting in lipid and protein oxidative damage // Environ. Pollut. 2015. Vol.210. Р.227-237. doi: m.1016/j.envpol.2015.12.009
38. Paulin L., Hansel N. Particulate air pollution and impaired lung function // F1000Res. 2016. Vol.5. P.F1000 Faculty Rev-201. doi: m.12688/f1000research.7108.1
39. Robinson D.L. Composition and oxidative potential of PM2.5 pollution and health // J. Thorac. Dis. 2017. Vol.9, №3. Р 444-447. doi:10.21037/jtd.2017.03.92
40. Schmidt H.H., Stocker R., Vollbracht C., Paulsen G., Riley D., Daiber A., Cuadrado A. Antioxidants in translational medicine // Antioxid. Redox Signal. 2015. Vol.23, №14. Р.1130-1143. doi: 10.1089/ars.2015.6393
41. Schulze F., Gao X., Virzonis D., Damiati S., Schneider M.R., Kodzius R. Air quality effects on human health and approaches for its assessment through microfluidic chips // Genes (Basel). 2017. Vol.8, №10. Р.Е244. doi: 10.3390/genes8100244
42. Shang Y, Zhang L., Jiang Y, Li Y, Lu P. Airborne quinones induce cytotoxicity and DNA damage in human lung epithelial A549 cells: the role of reactive oxygen species // Chemosphere. 2014. Vol. 100. Р.42-49. doi: 10.1016/j.chemo-sphere.2013.12.079
43. Strickland M.J., Hao H., Hu X., Chang H.H., Darrow L.A., Liu Y. Pediatric emergency visits and short-term changes in PM2.5 concentrations in the U.S. state of Georgia // Environ. Health Perspect. 2016. Vol. 124, №5. Р. 690-696. doi: 10.1289/ehp.1509856
44. Styszko K., Samek L., Szramowiat K., Korzeniewska A., Kubisty K., Rakoczy-Lelek R., Kistler M., Giebl A. K. Oxidative potential of PM10 and PM2.5 collected at high air pollution site related to chemical composition: Krakow case study // Air Qual. Atmos. Health. 2017. Vol.9, Iss.10. Р.1-15. doi: 10.1007/s11869-017-0499-3
45. Thurston G.D., Burnett R.T., Turner M.C., Shi Y., Krewski D., Lall R., Ito K., Jerrett M., Gapstur S.M., Diver W.R., Pope C.A. Ischemic heart disease mortality and long-term exposure to source-related components of U.S. fine particle air pollution // Environ. Health Perspect. 2016. Vol.124, №6. Р. 785-794. doi: 10.1289/ehp.1509777
46. Totlandsdal A.I., Ovrevik J., Cochran R.E., Herseth J.I., Bolling A.K., Lag M., Schwarze P., Lilleaas E., Holme J.A., Kubatova A. The occurrence of polycyclic aromatic hydrocarbons and their derivatives and the proinflammatory potential of fractionated extracts of diesel exhaust and wood smoke particles // J. Environ. Sci. Health. A Tox. Hazard Subst. Environ. Eng. 2014. Vol.49, №4. Р.383-396. doi: 10.1080/10934529.2014.854586
47. Vitkina T.I., Yankova VI., Gvozdenko T.A., Kuznetsov VL., Krasnikov D.V., Nazarenko A.V, Chaika V V, Smagin S.V., Tsatsakis A.M., Engin A.B., Karakitsios S.P., Sarigiannis D.A., Golokhvast K.S. The impact of multi-walled carbon nanotubes with different amount of metallic impurities on immunometabolic parameters in healthy volunteers // Food Chem. Toxicol. 2016. Vol.87. Р. 138-147. doi: 10.1016/j.fct.2015.11.023
48. Weichenthal S., Hoppin J.A., Reeves F. Obesity and the cardiovascular health effects of fine particulate air pollution // Obesity. 2014. Vol.22, №7. Р.1580-1589. doi: 10.1002/oby.20748
49. Weichenthal S.A., Lavigne E., Evans G.J., Godri Pollitt K.J., Burnett R.T. Fine particulate matter and emergency room visits for respiratory illness. Effect modification by oxidative potential // Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2016. Vol.194, №5. Р.577-586. doi: 10.1164/rccm.201512-2434OC
50. World Health Organization. 9 out of 10 people worldwide breathe polluted air, but more countries are taking action. 2018. URL: http://www.who.int/news-room/detail/02-05-2018-9-out-of-10-people-worldwide-breathe-polluted-air-but-more-countries-are-taking-action
51. Wu C., Jain M.R., Li Q., Oka S., Li W., Kong A.N., Nagarajan N., Sadoshima J., Simmons W.J., Li H. Identification of novel nuclear targets of human thioredoxin 1 // Mol. Cell. Proteomics. 2014. Vol.13, №12. P.3507-3518. doi: 10.1074/mcp.M114.040931
52. Wyzga R.E., Rohr A.C. Long-term particulate matter exposure: attributing health effects to individual PM components // J. Air Waste Manag. Assoc. 2015. Vol.65, №5. Р.523-43. doi: 10.1080/10962247.2015.1020396
53. Yang A., Wang M., Eeftens M., Beelen R., Dons E., Leseman D.L., Brunekreef B., Cassee F.R., Janssen N.A., Hoek G. Spatial variations and land use regression modeling of the oxidative potential of fine particles // Environ. Health Perspect. 2015. Vol.123, №11. Р.П87-П92. doi: 10.1289/ehp.1408916
54. Ye Z.W., Zhang J., Townsend D.M., Tew K.D. Oxidative stress, redox regulation and diseases of cellular differentiation // Biochim. Biophys. Acta. 2015. Vol.1850, №8. Р.1607-1621. doi: 10.1016/j.bbagen.2014.11.010
55. Zheng X.Y., Ding H., Jiang L.N., Chen S.W., Zheng J.P., Qiu M., Zhou Y.X., Chen Q., Guan W.J. Association between air pollutants and asthma emergency room visits and hospital admissions in time series studies: a systematic review and meta-analysis // PLoS One. 2015. Vol.10, №9. P.e0138146. doi: 10.1371/journal.pone.0138146
56. Zinellu E., Zinellu A., Giuseppe F.A., Carru C., Pinna P. Circulating biomarkers of oxidative stress in chronic obstructive pulmonary disease: a systematic review // Resp. Res. 2016. Vol.17, №1. Р.150. doi: 10.1186/s12931-016-0471-z
57. Øvrevik J., Refsnes M., Lag M., Holme J.A., Schwarze P.E. Activation of proinflammatory responses in cells of the airway mucosa by particulate matter: oxidant- and non-oxidant-mediated triggering mechanisms // Biomolecules. 2015. Vol.5, №3. Р 1399-1440. doi: 10.3390/biom5031399
Рецензия
Для цитирования:
Барскова Л.С., Виткина Т.И. Регуляция тиол-дисульфидными антиоксидантными системами окислительного стресса, индуцированного атмосферными взвешенными частицами. Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2019;(73):112-124. https://doi.org/10.36604/1998-5029-2019-73-112-124
For citation:
Barskova L.S., Vitkina T.I. Regulation by thiol disulfide and antioxidant systems of oxidative stress induced by atmospheric suspended particles. Bulletin Physiology and Pathology of Respiration. 2019;(73):112-124. (In Russ.) https://doi.org/10.36604/1998-5029-2019-73-112-124
Просмотров:
426
Послать статью по эл. почте 