Абстрактный
В ветеринарии много работ посвящено взаимосвязи между воспалением и окислительным стрессом. Однако лишь немногие исследования исследуют механизмы действия окисленных молекул в регуляции иммунных клеток. Таким образом, авторы часто предполагают, что эти события, иногда приводящие к окислительному стрессу, сохраняются у разных видов. Цель этого обзора - обобщить современные знания о роли окисленных молекул и пищевых антиоксидантных соединений в регуляции функций иммунных клеток и предложить некоторые перспективы для будущих исследований на животных, представляющих интерес для ветеринарии.

Ключевые слова: ветеринария; активные формы кислорода/реактивные формы азота (АФК/RNS); иммунная система; регуляция; нутрицевтик

1. Воспаление, привлечение лейкоцитов и активация
Воспалительный процесс - это физиологическая реакция иммунной системы на стимуляцию повреждениями различного происхождения. Целями воспалительного процесса являются восстановление гомеостаза и поддержание постоянной внутренней среды. Сложные пути воспалительной реакции направлены на блокирование агента, вызывающего повреждение тканей, минимизацию его воздействия и содействие заживлению ран [1]. Большинство этих путей высоко консервативны у домашних млекопитающих [2].
Сигналы, вызывающие воспалительную реакцию, могут быть экзогенными, например, микробного происхождения, или эндогенными. Микробными триггерами могут быть молекулярные паттерны, ассоциированные с патогеном (PAMPs), определенный набор консервативных молекул (например, липополисахарид, LPS). PAMPs являются общими для различных штаммов микроорганизмов, и они распознаются организмом-хозяином с помощью рецепторов распознавания образов (PRR), таких как Toll-подобные рецепторы (TLR). Другим классом микробных индукторов являются факторы вирулентности, ограниченные определенным семейством патогенов (например, экзотоксин у грамположительных бактерий), которые не распознаются определенными рецепторами хозяина. Эти факторы индуцируют повреждение тканей и, таким образом, запускают воспалительную реакцию [3].
Молекулярные паттерны, связанные с повреждением (DAMPs), представляют собой соединения, полученные из поврежденных или отмирающих клеток после травм или несептического воспаления, которые способны индуцировать воспаление, активируя этот чувствительный механизм вирулентности неспецифическим образом [2,3,4]. Эндогенные индукторы воспаления - это сигналы, вырабатываемые, когда ткань или орган каким-либо образом подвергаются стрессу, повреждаются или неправильно функционируют. Общие пути, с помощью которых эти факторы запускают острую воспалительную реакцию, в основном связаны с потерей компартментализации, поддерживаемой в нормальных тканях и клетках. В свою очередь, это индуцирует высвобождение молекул, взаимодействие между эпителиальными и мезенхимальными клетками, вызванное разрушением базальной мембраны и повреждением сосудистого эндотелия, наряду с результирующим высвобождением белков плазмы в интерстициальное пространство [3].
Другие эндогенные факторы в большей степени связаны с индукцией хронического воспаления, такие как повышенные конечные продукты гликирования (AGE) и окисленные липопротеины (липопротеины высокой плотности, ЛПВП, и липопротеины низкой плотности, ЛПНП). AGEs могут образовывать перекрестные связи с другими белками, приводя к инактивации их функции, или они могут взаимодействовать со своими рецепторами (рецепторы конечных продуктов продвинутого гликирования, RAGE), стимулируя несколько путей, которые, в свою очередь, активируют транскрипцию провоспалительных генов [5]. AGE вырабатывается как при физиологических, так и при патологических состояниях, таких как старение или диабет, и как у хорошо, так и у плохо компенсированных собак с диабетом концентрация AGE в плазме крови выше по сравнению со здоровыми собаками, даже если они не коррелируют с клиническим улучшением [6]. В целом, прооксидантные условия и присутствие активных форм кислорода (АФК) ускоряют накопление AGE [7]. Таким же образом, АФК индуцируют образование окисленных липопротеидов, которые усиливают провоспалительные сигналы.
После первоначального запуска воспаления в организме происходят некоторые изменения в иммунной системе, чтобы ограничить повреждение. Как правило, иммунный ответ состоит из двух различных, но тесно взаимосвязанных путей: врожденного и адаптивного ответа. Врожденный ответ является более консервативной реакцией в ходе эволюции, и он направлен на обеспечение немедленной защиты от патогенов или повреждения тканей [8]. Первым шагом является распознавание воспалительных стимулов тканевыми макрофагами, экспрессирующими PRR, способными распознавать PAMPs, окисленные ЛПНП и другие эндогенные факторы [9]. Сложная система цитокинов, хемокинов, вазоактивных аминов и других медиаторов воспаления, продуцируемых макрофагами, приводит к массовой миграции лейкоцитов крови, главным образом нейтрофилов, в место повреждения. Повышенная проницаемость кровеносных сосудов в сочетании с взаимодействием между эндотелиальными селектинами и интегринами лейкоцитов обеспечивает избирательную утечку необходимых компонентов крови [3].
Нейтрофилы представляют собой первую линию защиты от вторгающихся патогенов и являются ключевыми эффекторами врожденного иммунного ответа. После их активации в тканях нейтрофилы выполняют ряд функций, которые способствуют выведению патогенов и разрешению воспаления. Эти действия включают фагоцитоз, выработку АФК, дегрануляцию с высвобождением микробиоцидных соединений и образование внеклеточных ловушек. Эти механизмы являются мощными, но неспецифичными эффекторами, которые могут серьезно повредить окружающие ткани [10]. Следовательно, эта реакция должна быть жестко регламентирована, чтобы избежать пагубных последствий.
Более специфичным ответом является адаптивный: его функция заключается в избирательном воздействии на чужеродные микроорганизмы, отличении их от собственных антигенов, таким образом, адаптируя реакцию против специфических антигенов, избегая повреждения клеток хозяина. Эта реакция протекает медленнее и связана с распознаванием антигена специфическими рецепторами на лимфоцитах. Когда антиген предъявляется Т-лимфоцитам, они запускают прямой ответ, стимулируя В-лимфоциты вырабатывать специфические антитела или непосредственно атакуя клетки, несущие антиген, цитотоксическими Т-клетками [9].
Успех лечения острого воспаления заключается в устранении возбудителя и разрешении патологического процесса с восстановлением поврежденных тканей. Острое воспаление необходимо быстро контролировать, чтобы избежать чрезмерной реакции, которая может привести к пагубным последствиям. Когда противовоспалительные механизмы обратной связи не в состоянии отключить воспалительный процесс, может возникнуть хроническое воспалительное состояние. Обычно началом хронического воспаления управляют макрофаги, как резидентные в тканях, так и вновь набранные. Переключение молекул липидного происхождения с провоспалительных простагландинов на противовоспалительные липоксины помогает процессам восстановления тканей, ингибируя рекрутирование нейтрофилов и способствуя рекрутированию моноцитов. Моноциты играют решающую роль в процессе восстановления тканей, удаляя остатки клеток и вырабатывая факторы роста. В некоторых случаях хроническое воспалительное состояние не ограничивается первоначально воспаленной тканью, но приобретает оттенок хронической проблемы для всего организма. Образование химических соединений-прооксидантов является одним из наиболее очевидных последствий воспаления [11].
1.1. Воспаление и окислительный стресс в месте инфекции
Окислительный стресс может влиять на иммунный ответ в месте инфекции/поражения. Нейтрофилы вносят существенный вклад в окислительный стресс. Поскольку нейтрофилы обладают высоким разрушительным потенциалом против вторгающихся патогенов, который также может быть направлен на ткани животных, вызывая “сопутствующие” повреждения, их функции должны жестко регулироваться, чтобы избежать нежелательных последствий [10,12]. Нейтрофилы экспрессируют ряд ингибирующих рецепторов, которые могут негативно регулировать их функции. Эти пути негативной регуляции были подробно рассмотрены в других работах [12] и выходят за рамки данной работы. Здесь основное внимание было уделено регуляции производства АФК и активных форм азота (RNS), а также последствиям сбоя ингибирующей регуляции.
Когда нейтрофилы прибывают в очаг воспаления, они подвергаются воздействию нескольких факторов, происходящих от хозяина и патогена, которые задерживают апоптоз и стимулируют их функции [12]. В частности, активация фермента никотинамидадениндинуклеотидфосфат (NADPH) оксидазы (NOX) приводит к образованию большого количества супероксида, который действует как предшественник перекиси водорода и других АФК [13]. Перекись водорода может вступать в реакцию с ферментом миелопероксидазой (MPO), образуя сильный окислитель и короткоживущие промежуточные продукты, способные вступать в реакцию с галогенидами (Cl, Br, NO) и генерировать высоко микробиоцидные соединения, такие как хлорноватистая кислота (HOCl). Эти молекулы также могут высвобождаться для модификации внеклеточных мишеней, и они влияют на функцию соседних клеток [13]. Таким образом, большие количества АФК и RNS действуют как грозное оружие против вторгающихся патогенов. И наоборот, низкие внутриклеточные АФК и RNS служат внутриклеточными сигнальными молекулами, участвующими в регуляции нескольких иммуномодулирующих путей [13,14].
Нейтрофилы также могут играть регулирующую роль в адаптивном иммунном ответе, и, как сообщается в ряде исследований (обзор Кристофферссона и Филлипсона [10]), нейтрофилы (или подмножество нейтрофилов) продуцируют иммуносупрессивный цитокин интерлейкин (IL)-10. Более того, нейтрофилы могут ослаблять ответ адаптивного иммунитета посредством высвобождения MPO, который может взаимодействовать с дендритными клетками и ингибировать выработку ответа адаптивного иммунитета путем подавления активации дендритных клеток, поглощения/процессинга антигена реактивными промежуточными продуктами, генерируемыми MPO, для ограничения воспаления тканей, вызванного Т-клетками [15].

Рисунок 1. Схематическое изображение взаимосвязи между воспалением, окислительным стрессом и лейкоцитами. ROS = активные формы кислорода; ECM = внеклеточный матрикс; RNS: активные формы азота.


Супероксид, вырабатываемый нейтрофилами, может негативно влиять на передачу сигналов Т-клетками, активацию, пролиферацию и, возможно, жизнеспособность. Гидропероксид водорода (H2O2) может по-разному воздействовать на различные подгруппы Т-клеток: Т-клетки памяти менее восприимчивы, а эффекторные Т-клетки наиболее восприимчивы к атаке H2O2. Интересно, что подавляющая способность Treg устойчива к микромолярным уровням H2O2 [16].
Внеклеточный окислительно-восстановительный потенциал может влиять на внутриклеточные антиоксидантные системы, которые в основном представлены внутриклеточными тиолами (восстановленный глутатион/окисленный глутатион, GSH/GSSSG, цистеин/цистин и тиоредоксины), и гарантирует немедленную защиту от образования внутриклеточных АФК/RNS, следовательно, влияя на внутриклеточный окислительно-восстановительный баланс [14]. Примером таких помех между внеклеточным и внутриклеточным окислительно-восстановительным потенциалом являются перекрестные помехи между DC и T-клетками, описанные в [19]. Вкратце, цистеин необходим для активации Т-клеток и последующей пролиферации; однако Т-клетки зависят от DC в обеспечении цистеином. DC-зависимое высвобождение цистеина имеет другие последствия, включая изменение окислительно-восстановительных процессов во внеклеточной среде. Внеклеточная окислительно-восстановительная среда влияет на равновесие между окисленными и восстановленными тиолами на внеклеточной поверхности мембранных белков. Многие из этих белков богаты цистеином, и вариации внеклеточного окислительно-восстановительного статуса могут вызывать функциональные изменения в редокс-чувствительных белках, которые могут быть важны для коммуникации между DC и Т-клетками. Интересно, что эти авторы [19] продемонстрировали, что Treg вмешиваются в этот процесс.
До сих пор эти аспекты не были глубоко исследованы у домашних животных и должны заслуживать большего внимания. Однако стоит отметить, что различия в биологии нейтрофилов у разных видов животных, вероятно, существуют, и к обобщениям о функциях нейтрофилов следует относиться с осторожностью. Например, нейтрофилы крупного рогатого скота имеют сходство с нейтрофилами других видов, но они также демонстрируют функциональные различия [20]. Следовательно, регуляторные механизмы, связывающие воспаление и окислительный стресс, должны быть исследованы у разных видов. Перинатальная молочная корова является одной из наиболее изученных моделей связи между повышенной восприимчивостью к болезням и окислительным стрессом. Частота метаболических и производственных заболеваний, таких как молочная лихорадка, мастит, жировая болезнь печени, кетоз, метрит и гипомагниемия, выше в течение первых недель лактации. Кроме того, хотя имеющиеся данные указывают на то, что молочная корова страдает от неоптимального иммунного ответа, знания о динамике и патофизиологии иммуносупрессии, возникающей в этот период, далеки от полного понимания [21,22]. Одной из потенциальных причин снижения функций иммунных клеток во время родов может быть нехватка энергии и питательных веществ, поскольку они в основном направляются на поддержание беременности и начало лактации [21,23].
Недостаточный уровень некоторых витаминов и микроэлементов, таких как витамины А, Е и D, а также селен (Se), может негативно сказаться на иммунной системе коровы [24,25]. Несбалансированный уровень антиоксидантов может повлиять на взаимодействие между иммунными и неиммунными клетками. Эндотелиальные клетки (ЭК) играют важную роль в миграции и активации нейтрофилов, и увеличение адгезии нейтрофилов потенциально может повлиять на исход воспаления. Интересно, что когда нейтрофилы перемещаются по тканям, чтобы достичь места инфекции, NOX ингибируется механизмом, опосредованным адгезией, зависящим от различных белков внеклеточного матрикса, который задерживает образование АФК [12]. Используя модель дефицита Se in vitro в первичной ЭК молочной артерии крупного рогатого скота, Мэддокс и коллеги [26] наблюдали, что ЭК с дефицитом Se демонстрировала значительно повышенную адгезию нейтрофилов при стимуляции фактором некроза опухоли α (TNFα), IL-1 или H2O2. Экспрессия молекулы межклеточной адгезии 1 (ICAM-1) и E-селектина была повышена в EC с дефицитом Se, стимулированном TNFα, в то время как экспрессия P-селектина была выше в EC с добавлением Se, стимулированном TNFα.
У крупного рогатого скота клинические и субклинические инфекции матки являются основными причинами бесплодия. Как иммунные клетки, так и клетки эндометрия обладают рецепторами PAMP и DAMP. Как только эти рецепторы активируются PAMP или DAMP, клетки продуцируют IL, главным образом IL-1, IL-1, IL-6 и IL-8, а также простагландин E2. В свою очередь, эти химические сигналы привлекают нейтрофилы и макрофаги к месту инфекции или повреждения тканей, и интенсивность воспалительной реакции должна соответствовать тяжести инсульта [27]. Была выдвинута гипотеза, что возможной причиной поздней эмбриональной смертности у коров являются субклинические инфекции матки, которые также ответственны за нарушение функции нейтрофилов в периферическом кровообращении, приводящее к системному ОВ. Это может объяснить увеличение содержания в плазме продвинутого окисленного белкового продукта (AOPP), биомаркера активности MPO, наблюдаемое у молочных коров, пострадавших от поздних эмбриональных потерь [28,29].
Воспаление молочных желез и адаптивный иммунный ответ были широко изучены у молочных животных. Молочная железа может вырабатывать патоген-специфический иммунный ответ, поскольку внутримаммарные инфекции, вызываемые золотистым стафилококком, в основном вызывают субклинический мастит, часто приводящий к хроническому заболеванию, в то время как кишечная палочка часто вызывает тяжелый острый клинический мастит [30]. Типичные бактерии, участвующие в инфекциях молочной железы, по-разному активируют местную иммунную систему, что может повлиять на тяжесть исхода. инфекции кишечной палочки вызывают быстрое и массовое увеличение количества соматических клеток, в то время как инфекции S. aureus приводят к более постепенному увеличению в течение нескольких дней. Независимо от вовлеченных патогенов, воспалительная реакция может привести к локальному увеличению OS: предварительное исследование выявило статистически значимую корреляцию между AOPP и процентом нейтрофилов в молоке [31].
Местные воспалительные состояния, в которых ОС может играть важную роль, также были исследованы у домашних животных. Воспалительное заболевание кишечника (ВЗК) характеризуется стойкой или рецидивирующей активацией иммунной системы слизистой оболочки, сопровождающейся инфильтрацией воспалительных клеток в слизистую оболочку кишечника [32,33]. Это наиболее распространенная причина хронических кишечных заболеваний у собак, которая приводит к разнообразным и часто изнурительным клиническим признакам [34,35]. Средние концентрации проанализированных антиоксидантных биомаркеров, за исключением способности плазмы восстанавливать железо, были значительно ниже, а маркеры окисления были значительно выше в сыворотках крови собак с ВЗК, чем у здоровых собак, даже если источник системных АФК не был идентифицирован [36].
1.2. Воспаление и системный окислительный стресс
Как описано в первом разделе этого обзора, воспаление - это очень сложная реакция на клеточные повреждения, и ее следует устранять, как только угроза устранена, чтобы избежать сопутствующего ущерба. Окислительный стресс связан с несколькими воспалительными и патологическими состояниями, которые были объектом многочисленных обзоров [24,37,38,39,40,41,42,43,44]. Недавно был предложен термин “оксивоспаление” для описания порочного круга, связывающего хронический и системный окислительный стресс с умеренным хроническим воспалением, которое может привести к потере реактивности для выработки адаптивного ответа и предрасполагать к заболеваниям [11]. У домашних животных висцеральный лейшманиоз собак (CVL) является примером системного воздействия OS, которое влияет на клеточный иммунитет инфицированных собак, нарушая лимфопролиферацию и микробиоцидные механизмы. Гемоксигеназа-1 (HO-1) и ее метаболиты, уровни OS и IL-10 могут быть связаны с этим нарушением. HO-1 отвечает за расщепление гема гемоглобина на железо, монооксид углерода и биливердин, который быстро превращается в билирубин [45]. Соединения, полученные в результате деградации гема, и IL-10 были повышены в плазме и селезенке инфицированных собак. Уровни IL-10 и HO-1 были положительно коррелированы. Ингибирование HO-1 увеличивало пролиферацию клеток лимфатических узлов и снижало продукцию IL-10 и IL-2 в присутствии растворимого антигена Leishmania infantum. Повышенный метаболизм HO-1, наблюдаемый при CVL, вероятно, связан с OS и повышением уровня IL-10, что может быть одним из механизмов, ответственных за ингибирование лимфопролиферативного ответа у пораженных собак [46].
Уровни маркеров ОС, малонового диальдегида плазмы (MDA), общей антиоксидантной способности, глутатионпероксидазы цельной крови (GPx) и супероксиддисмутазы эритроцитов (СОД) также были исследованы при атопическом дерматите собак. Капун и его коллеги обнаружили значительно более высокие уровни MDA в плазме крови у пациентов, чем у здоровых собак, и высокую положительную корреляцию между показателем распространенности и тяжести собачьего атопического дерматита (CADESI) и MDA, что указывает на связь между тяжестью собачьего атопического дерматита и степенью окислительного повреждения мембранных липидов [47].
1.3. Жировая ткань и окислительный стресс
Избыточное накопление жировой ткани часто связано с низкой степенью тяжести и местным хроническим воспалением, обусловленным активацией врожденной иммунной системы. Активация врожденной иммунной системы индуцирует провоспалительный статус и ОС [44], что способствует развитию большинства хронических заболеваний, связанных с ожирением [48]. Жировая ткань состоит в основном из адипоцитов, но содержит также другие типы клеток, такие как фибробласты, фибробластические преадипоциты, ЭК, иммунные клетки и сосудистые клетки в так называемой стромально-сосудистой фракции. Эти клетки способны продуцировать гормоны и цитокины, называемые адипокинами или адипоцитокиназами, которые оказывают эндокринное, паракринное и аутокринное действие. Адипокины ответственны за выработку АФК. АФК активируют иммунные клетки, которые продуцируют свободные радикалы (FR), усиливая воспалительный статус [44] и индуцируя более высокую концентрацию AOPP [49], биомаркера MPO и активности нейтрофилов [38].
Наиболее важными провоспалительными цитокинами, продуцируемыми жировой тканью, являются TNFα, IL-1β и IL-6 [50]. TNFα способствует системному острофазовому ответу посредством высвобождения IL-6, образования супероксидных анионов и снижения синтеза противовоспалительных цитокинов [51], в то время как IL-1β выполняет свою провоспалительную функцию, индуцируя выработку других провоспалительных цитокинов, таких как IL-6 [52]. IL-6 обладает широким спектром активности, включая синтез других провоспалительных цитокинов, переход от острых к хроническим воспалительным заболеваниям [53] и снижение активности липопротеинлипазы [54]. Провоспалительные цитокины, продуцируемые жировой тканью, стимулируют моноциты и макрофаги к выработке АФК и NOS [50]. Повышенное количество АФК усиливает высвобождение провоспалительных цитокинов [55]. У людей с ожирением и в моделях ожирения на животных большое количество макрофагов инфильтрирует жировую ткань. Этот набор связан с системным воспалением, которое, в свою очередь, увеличивает ОС во фракции адипоцитов, дисфункцию митохондрий и стресс эндоплазматического ретикулума, приводящий к резистентности к инсулину [56]. Более того, межклеточная коммуникация между различными типами клеток жировой ткани включает в себя контррегуляцию между адипонектином и TNFα, а также между секретируемым связанным с frizzled белком 5 (SFRP5) и WNT5a. В условиях ожирения доминируют провоспалительные факторы (TNFα и WNT5a), производные клеток макрофагов, ингибирующие адипонектин и SFRP5 [57].
Кроме того, ОС у пациентов с ожирением усугубляется нарушением антиоксидантных механизмов, таких как СОД, GPx, каталаза (CAT), витамины А, Е, С и β-каротин [58]. Свободные жирные кислоты (СЖК) также играют важную роль в патогенезе заболеваний, связанных с ожирением. У пациентов с ожирением патологически повышена концентрация СЖК, что ухудшает метаболизм глюкозы. Измененный метаболизм глюкозы индуцирует инсулинорезистентность [59], способствует накоплению жира и глюкозы в печени [60] и мышцах [61] и способствует окислению митохондрий и пероксисом [44]. Поврежденные митохондрии не могут должным образом окислять жир, поэтому происходит увеличение синтеза триглицеридов, отложение внематочного жира [62,63], а также синтеза FR и OS с последующим увеличением повреждений митохондриальной ДНК, истощением АТФ [64] и липотоксичностью [65]. В результате повреждения клеток увеличивается выработка провоспалительных цитокинов, которые вызывают выработку АФК в тканях и усиливают перекисное окисление липидов [66].
Кроме того, у домашних животных ожирение является распространенным системным заболеванием с растущей частотой встречаемости: по данным некоторых авторов, в развитых странах 40% собак и 20% кошек имеют избыточную массу тела [67]. Как следствие, возможны заболевания, связанные с секреторной активностью жировой ткани, и последующее хроническое воспаление, даже несмотря на то, что в научной литературе нет специальных исследований в области ветеринарии.
1.4. Воспалительные процессы
Явления, связанные со старением, сохраняются среди видов животных, и в контексте увеличения продолжительности жизни человеческой популяции понимание ключевых особенностей процесса старения имеет первостепенное значение для разработки мероприятий, гарантирующих улучшение качества жизни и здоровья стареющих субъектов. Это может быть справедливо для нескольких видов животных, в частности для домашних животных, продолжительность жизни которых увеличивается, и они представляют собой растущую популяцию пожилых животных, нуждающихся в ветеринарной помощи. Примечательно, что эти животные также могут представлять собой модели для изучения явлений, связанных со старением [68]. В частности, собака рассматривается в качестве выборной модели для изучения старения и ослабления иммунитета, поскольку этот вид эволюционировал совместно с человеком и подвергался тем же экологическим вызовам. Кроме того, он характеризуется широким спектром фенотипических различий [69].
Старение связано с изменениями в иммунной системе и с ОС [70], явлением, называемым иммуносенесценцией [70]. У человека иммуносенесценция характеризуется изменениями в количестве, распределении и/или функциях всех субпопуляций лейкоцитов, а также измененной продукцией цитокинов [71,72]. Общее количество моноцитов и естественных клеток-киллеров увеличивается с возрастом [73,74], в то время как общее количество нейтрофилов и эозинофилов не отличается у молодых и пожилых людей [75,76]. Изменения, наблюдаемые в иммунной системе пожилых собак, кошек и лошадей, практически идентичны тем, которые наблюдаются у людей [68]. Действительно, у пожилых собак наблюдаются признаки иммуносенесценции, аналогичные тем, о которых сообщалось у других видов [77]. У здоровых собак породы бигль количество CD4+ CD45+ и CD8+ CD45RA+ лимфоцитов значительно снижается с возрастом [78]. Более того, у пожилых собак наблюдается большее соотношение нейтрофилов к лимфоцитам и меньшее количество CD21+ В-клеток [79].
Было продемонстрировано, что микробиоцидные и хемотаксические способности нейтрофилов, выработка супероксида эозинофилами, фагоцитарная функция и миграционная способность DC, а также цитотоксичность и выработка цитокинов и хемокинов в естественных клетках-киллерах снижаются у пожилых людей [74,75,76,80]. Более того, было продемонстрировано, что функции моноцитов и макрофагов снижены у пожилых мышей [81,82].
Выработка провоспалительных цитокинов, таких как IL-6, TNFα, IFN-α и IL-1β, выше у пожилых людей по сравнению с молодыми [80,83,84]. Все эти изменения делают пожилых людей менее чувствительными к новым антигенам [85]. Повышенное высвобождение провоспалительных цитокинов индуцирует хронический воспалительный статус низкой степени тяжести, увеличение образования свободных радикалов и, как следствие, ОС [86,87]. В периферических мононуклеарных клетках собаки экспрессия IL-2, IL-2R и IL-2 снижается с возрастом, и это может повлиять на количество наивных Т-клеток [78]. Более того, у пожилых собак CD4+ и CD8+ Т-лимфоциты продуцируют больше цитокинов и проявляют меньшую пролиферативную способность [77].
В старых иммунных клетках выработка MnSOD, CAT, GPx снижена [88,89]. OS индуцирует накопление окисленных молекулярных агрегатов, которые повреждают белки, липиды и углеводы и провоцируют клеточный апоптоз [90]. OS в стареющих клетках нарушает функциональность субклеточных органелл, компартментов и мембран [91]. Изменение клеточной структуры является важным фактором в патогенезе аутоиммунитета [90].
Изучение взаимосвязи между иммуносенесценцией и ОС у собак может оказаться сложной задачей. Виды собак демонстрируют замечательный спектр фенотипических различий [68], а продолжительность жизни может сильно отличаться у разных пород собак [92]. Следовательно, исследования, проведенные в группах собак, принадлежащих к одной породе, таких как экспериментальный бигль, могут показать различия в биомаркерах ОС [93]. И наоборот, исследования, проведенные в популяциях разнородных домашних собак, могут не выявить различий в биомаркерах OS между взрослыми и пожилыми собаками [79,94]. Более того, образ жизни испытуемых, в частности различные привычки в питании, могут оказывать существенное влияние на степень ОС [79].
Большинство исследований, посвященных ОС у стареющих собак, связано с когнитивными дисфункциями [79,95]. Действительно, у пожилой собаки наблюдается ряд поведенческих проблем, связанных с предполагаемыми когнитивными дисфункциями, и накопление окисленных макромолекул в мозге собак является одной из причин снижения когнитивных способностей [95]. Биомаркеры ОС, измеряемые в периферической крови, возможно, не способны обнаружить это зависящее от возраста увеличение ОС в центральной нервной системе [79]. Недавно у пациентов с болезнью Альцгеймера легкой степени тяжести наблюдалось нарушение иммунных функций нейтрофилов и мононуклеарных клеток периферической крови по сравнению со здоровыми пожилыми субъектами. Это нарушение может быть опосредовано более высоким содержанием ОС в клетках крови и изолированных нейтрофилах и более высоким высвобождением базальных провоспалительных цитокинов, таких как IL-6 и TNF-α [96]. У пожилых собак с когнитивными нарушениями наблюдалось увеличение количества периферических моноцитов, что трудно объяснить [79].
Большой исследовательский интерес представляет использование нутрицевтиков и антиоксидантов для облегчения когнитивных нарушений у собак, и, действительно, когнитивные показатели могут быть улучшены с помощью диетических манипуляций. Однако необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, какие соединения и/или комбинации соединений эффективны, их дозировку и сроки введения, а также долгосрочные эффекты [95].
2. Функциональные соединения в питании животных
Термин "нутрицевтик" происходит от "питание" и "фармацевтика’, и многие определения можно найти в словарях. В более широком смысле нутрицевтик - это пища, которая приносит пользу для здоровья помимо своей питательной ценности и содержит биологически активные соединения, которые взаимодействуют на разных уровнях с физиологией животных [97,98,99,100,101,102,103,104,105,106,107,108,109,110,1111,112,113,114]. Пробиотики, пребиотики, вторичные растительные метаболиты, аминокислоты, пептиды, жирные кислоты и эфирные масла - вот неисключительный список нутрицевтических соединений, и в этом обзоре мы сосредоточимся на вторичных растительных метаболитах, пробиотиках и пребиотических добавках.
2.1. Антиоксидантные соединения
Вторичные растительные метаболиты представляют собой очень широкую группу фитохимических веществ, первоначально известных своими антипитательными свойствами, но совсем недавно изученных на предмет их роли в модулировании биологической реакции животных. Существует очень большое количество фитохимических веществ, и, по некоторым оценкам, около 80 000 соединений [97], но, вероятно, будут выделены и идентифицированы новые соединения. Согласно Wink [115], вторичные метаболиты растений могут быть сгруппированы в азотсодержащие и неазотсодержащие соединения (таблица 1). Фитохимические вещества также можно разделить на гидрофильные и гидрофобизирующие, а полифенолы, терпеноиды и углеводы привлекли внимание исследователей своей биологической активностью у животных.
Терпеноиды - очень хорошо известные соединения, которые включают провитамины и витамины, такие как каротиноиды и токоферолы. Полифенолы представляют собой большое семейство фитохимических веществ, включая флавоноиды, изофлавониды, лигнаны, стильбеноиды, куркуминоиды и дубильные вещества, и очень распространены в растительной пище [116,117]. Среди полифенолов флаванолы являются популярными представителями флавоноидов и включают большое разнообразие мономеров, (+)-катехин или (−)-эпикатехин, а также олиго- и полимеры (проантоцианидины). Положительные эффекты этих последних вторичных растительных метаболитов в основном объясняются их антиоксидантной активностью, включая контроль воспалительных процессов, которые могут быть прямо или косвенно связаны с этими соединениями.
Растительные нутрицевтики были рассмотрены из-за их прямой антиоксидантной активности, которая зависит от их химической реактивности в отношении подавления или удаления свободных радикалов, образующихся в процессе клеточного метаболизма. Подавление свободных радикалов означает восстановление электрофильных соединений, таких как пероксильный и гидропероксидный радикалы (ROO• и ROOH соответственно), в то время как активность поглотителя относится к реакции гидроксильной группы фенольного кольца с активными формами кислорода с образованием более стабильного продукта феноксильного радикала (PhO•). [118]. Это подразумевает, что биологическая активность нутрицевтиков требует прямой реакции с окисленными веществами и, таким образом, зависит от их локализации (внутри- или внеклеточной), растворимости (гидрофильной/гидрофобной), адсорбции, распределения, метаболизма и выведения [118,119].
Эти нутрицевтики могут взаимодействовать с организмами на клеточном и молекулярном уровнях посредством регуляции экспрессии генов, репарации белков и ДНК, а также эпигенетического контроля [120]. В нескольких исследованиях была изучена молекулярная и клеточная роль нутрицевтиков в организмах животных с использованием преимуществ высокопроизводительного скрининга. Нутригеномные исследования на людях и лабораторных животных ясно показали, что нутрицевтики могут модулировать экспрессию генов и сигнальные процессы и, среди прочего, апоптоз клеток, метаболизм лекарственных средств, иммунную модуляцию и метаболизм веществ [121,122,123,124].
Виноградные полифенолы считаются мощными антиоксидантами, и было проведено несколько исследований на людях, как это видно из недавно опубликованных обзоров [125,126]. Даже если виноградные полифенолы можно найти в коммерческих добавках и полноценных рационах для домашних животных, в литературе нет научных публикаций в этой области, в то время как доступно несколько опубликованных исследований для жвачных животных [99,100,105,109,110,114]. Интересно, что общим результатом этих исследований было значительное повышение антиоксидантной активности на уровне крови, измеряемом либо с помощью биохимических маркеров, либо с помощью экспрессии генов. В частности, действие виноградных полифенолов приводило к усилению экспрессии гена SOD [99,100,110,127].
Пищевые полифенолы и их метаболиты оказывают благотворное воздействие благодаря комбинации механизмов, которые могут включать уменьшение воспаления и окислительного стресса [128,129], а также ингибирование кишечных глюкозидаз и переносчиков глюкозы, которые снижают постпрандиальную гликемию [130].
2.2. Противовоспалительные соединения
Противовоспалительная активность нутрицевтиков может модулировать функции иммунных клеток или активность на уровне тканей и органов, которые участвуют в секреции сигнальных молекул или АФК и RNS. Эта модуляция была продемонстрирована на культивируемых форболмиристатацетате (PMA), активированных нейтрофилах овец, обработанных экстрактами Vitis vinifera, Thymus vulgaris, Echinacea angustifolia, Larix decidua и Andrographis paniculata [102,131]. Клеточная адгезия и выработка СОД нейтрофилами после воздействия нутрицевтиков были снижены, что поддерживало сильную противовоспалительную активность.
Провоспалительные цитокины, отличные от фактора роста и стимулов окружающей среды, активируют путь NFkB. Среди провоспалительных цитокинов TNFα и IL-1b известны как мощные активаторы NFkB, которые усиливают активность NOX в митохондриях, увеличивая выработку свободных радикалов [132]. В исследовании диетического вмешательства на собаках был исследован эффект введения Vaccinium myrtiullus и Curcuma longa [113]. После 60 дней приема эти экстракты снижали экспрессию мРНК TNFα, NFkB и простагландин-эндопероксидсинтазы 2 (PTGS2, также известной как COX2) в клетках периферической крови и снижали концентрацию церулоплазмина.
Правильное функционирование клетки включает взаимодействие между путями, связанными с NF-E2-фактором 2 (Nrf2) и NFkB, для устранения воспалительной реакции, и дисбаланс между ними был связан с дегенеративными заболеваниями и раком [133]. Передача сигналов, опосредованная Nrf2, играет ключевую роль в координации окислительно-восстановительного баланса внутри клетки посредством регуляции антиоксидантных ферментов и ферментов детоксикации II фазы, таких как NADPH, NAD(P)H хиноноксидоредуктаза 1, GPx, HO-1 и антиоксидантных генов, таких как SOD (рис. 2). Участие Nfr2 в противовоспалительной активности зависит от оси Nrf2/HO-1 путем ингибирования ядерной транслокации NFkB [134] и понижающей регуляции провоспалительных цитокинов [135]. Nrf2 ауторегулирует свою собственную экспрессию с помощью элемента, подобного элементу антиоксидантного ответа, расположенного в проксимальной области его промотора, что приводит к длительной индукции генов фазы 2 в ответ на химиопрофилактические средства [136]. В нормальных условиях транскрипционная активность Nrf2 ингибируется убиквитинированием и протеасомной деградацией через домен Kelch гомодимера Kelch-подобного ECH-ассоциированного белка 1 (KEAP1) (рис. 2). После воздействия окислительного стресса или антиоксидантных соединений тиольная модификация остатков цистеина KEAP1 высвобождает Nfr2 в цитозоле, предотвращая его деградацию [137]. Это не единственный механизм, и сообщалось, что KEAP1-независимая регуляция и несколько микроРНК, ядерных рецепторов, таких как активируемый пролифератором пероксисом рецептор-γ и глюкокортикоидные рецепторы, являются ингибиторами Nrf2 [135].
Рисунок 2. Убиквитинирование и протеасомная деградация через домен KELCH гомодимера KEAP1 преобладают в базальных условиях. После окислительного стресса Nrf2 высвобождается и транслоцируется в ядро, где он активирует гены с ARE в промоторной области (модифицировано по [135]). KEAP1: Белок, ассоциированный с ECH, подобный Kelch; Nrf2: Фактор 2, связанный с NF-E2 p45; ARE: элемент антиоксидантного ответа; MAF: мышечно-апоневротическая фибросаркома.

Фитохимические вещества, такие как сульфорафан из крестоцветных растений, усиливают регуляцию Nrf2 в первичных перитонеальных макрофагах, снижая уровень PTGS2, TNFα и IL-1b после воздействия LPS [138]. Сообщалось о способности нутрицевтиков взаимодействовать с перекрестными сигнальными путями Nrf2 и NFkB в активированных H2O2 макрофагах [108]. В этом исследовании обработка чистыми экстрактами Arctium lappa, Camellia sinensis, женьшеня Panax или Vaccinium myrtillus усиливала относительную экспрессию генов Nrf2 и снижала экспрессию генов NFkB1 и NFkB2. Ямато и его коллеги также недавно сообщили об эффективности экстрактов чеснока для контроля Nrf2 и Nrf2-регулируемых ферментов фазы II у собак [139], подтверждая чувствительность Nrf2 к окислительно-восстановительным условиям окружающей среды.
2.3. Противовоспалительные соединения при ожирении
Как сообщалось ранее, ожирение было связано с повышенным окислительным стрессом и воспалением, которые приводят ко многим неблагоприятным последствиям для здоровья. Биоактивные компоненты, содержащиеся в растительных экстрактах, могут оказывать прямое воздействие на жировую ткань, например, стимулируя апоптоз для уменьшения количества адипоцитов и ингибируя дифференцировку или модифицируя экспрессию генов [98]. Кроме того, после демонстрации функциональной коричневой жировой ткани у взрослых людей [140] также было обращено внимание на разработку методов лечения, основанных на преобразовании накапливающей жир белой жировой ткани (WAT) в рассеивающую энергию коричневую жировую ткань (BAT) [106].
Окислительно-восстановительный статус клеток важен во время адипогенеза, таким образом, антиоксидантное действие фитохимических веществ может способствовать ингибированию дифференцировки клеток адипоцитов [141].
Среди биологически активных соединений, которые могут влиять на адипогенез, липолиз или апоптоз, экстракт родиолы розовой (Rr) и тирозол, одно из основных и хорошо известных фенольных соединений, присутствующих в видах родиолы розовой, оказывают антиадипогенные эффекты, которые могут снижать ОС посредством механизма, включающего реакции антиоксидантных ферментов и пентозофосфатный путь. Экстракт родиолы розовой и тирозол ингибировали адипогенез и снижали уровень АФК за счет повышения активности супероксиддисмутазы [142]. В модели in vitro висцеральные преадипоциты инкубировали во время дифференцировки с двумя различными экстрактами RR. Результаты показали липолитическую и антиадипогенетическую активность этих экстрактов за счет модуляции генов функции адипоцитов и ингибирования адипогенеза [143].
Известно, что экстракт куркумы длинной активен в отношении ОС, воспаления и путей гибели клеток [144]. Эффект 20%-ного экстракта куркумина был значительным в модуляции апоптоза на предадипоцитах сальника на 10-й и 20-й дни дифференцировки, но не на зрелых клетках [145]. На преадипоцитах 3T3-L1 куркумин снижал накопление и дифференцировку липидов за счет ингибирования синтазы жирных кислот [146] или понижающей регуляции факторов транскрипции, таких как рецепторы, активируемые пролифератором пероксисом (Pparγ), CCAAT-энхансер-связывающие белки альфа и бета (C/ebpa, C/ebpβ), и Круппелю нравится фактор 5 (Klf5) [147].
Опять же, как сообщается в работе Colitti и Stefanon [145], другие биологически активные соединения, такие как докозагексаеновая кислота (DHA), ресвератрол и кофеин, влияют на адипогенез на висцеральных преадипоцитах. Интересно, что самый сильный апоптотический эффект был вызван экстрактом листьев Taraxacum officinale, хотя анализ микрочипов ДНК показал, что экстракты Taraxacum officinale, добавленные в преадипоциты 3T3-L1, регулируют экспрессию генов и длинных некодирующих РНК, участвующих в контроле адипогенеза, в дифференцировке клеток бурого жира и в термогенезе, индуцированном диетой [148]. Однако также утверждалось, что небольшие регуляторные некодирующие РНК (микроРНК) модулируют экспрессию антиадипогенных генов в клетках, обработанных Rosmariunus officinalis. В частности, в первичных предадипоцитах сальника let-7f-1, miR-17, miR-503 и miR-30a модулировали гены, участвующие в клеточном цикле [149].
Против ожирения также были предложены природные соединения в качестве методов лечения, способствующих превращению накапливающих жир клеток WAT в рассеивающие энергию клетки brite (коричневые в белых) [114]. Рассеяние энергии, получаемой в результате катаболизма жирных кислот в виде тепла, а именно термогенез, управляется митохондриальной протонной помпой, разобщающей белок 1 (UCP1) в BAT. Список питательных факторов, участвующих в развитии и рекрутировании летучих мышей, потемнении WAT и усилении регуляции UCP1, был подробно рассмотрен в [106]. Среди них капсаицин, олеуропеин, р-синефрин из Citrus aurantium, DHA и конъюгированная линолевая кислота были изучены методами in vivo и/или in vitro. Эффективность этих молекул в индуцировании пластичности WAT в направлении превращения в коричневый цвет оценивалась в культурах клеток с помощью различных методологических подходов, таких как изменения морфологии липидных капель (LDs) [150], белковых и генных маркеров и динамики митохондрий [151].
3. Выводы
Причинами острого и хронического воспаления могут быть различные физиологические и патологические состояния, такие как старение, нарушения обмена веществ и инфекционные заболевания. Одним из основных последствий воспаления является индукция окислительного стресса, выработка АФК, RNS, AGE и ряда других соединений, которые приводят к повреждению тканей. Сложные пути, лежащие за пределами этих процессов, широко изучаются в медицине человека, и предполагается, что они сохраняются у видов млекопитающих. Однако необходимо более точное определение видоспецифичного пути. Аналогичным образом, был исследован положительный эффект нутрицевтических соединений и их антиоксидантная и противовоспалительная активность у домашних животных, но дополнительная информация об их точной дозировке, сроках приема и реальном влиянии на воспалительный статус у животных еще далека от глубокого понимания.

Администрация сайта не несёт ответственности за информацию из сторонних источников. А предоставляет эту информацию для ознакомления пользователями сведениями из открытых источников для повышения знаний и расширения своего кругозора (эрудированности), с целью принятия своего личного решения принимать эти знания или нет.

Made on
Tilda