Комплексная оценка субхронического низкодозового воздействия доксорубицина на модели крыс линии Wistar

Обоснование. Доксорубицин – химиотерапевтический антибиотик из класса антрациклинов, обладающий кумулятивными и дозозависимыми кардиотоксическими эффектами. Кардиотоксические свойства доксорубицина проявляются в характерных патологиях сердца. Доксорубицин имеет и генотоксические свойства, его часто используют для моделирования острого генотоксического воздействия на моделях мелких лабораторных животных.

Цель исследования: определить роль патологического изменения различных органов и систем организма у крыс линии Wistar в контексте развития кардиотоксических эффектов, вызванных субхроническим кумулятивным воздействием доксорубицина, с использованием цитогенетических методов и электронной микроскопии.

Материал и методы. В исследование были включены две группы самцов крыс линии Wistar: экспериментальная группа (10 крыс, еженедельная инъекция доксорубицина в хвостовую вену в дозировке 2 мг/кг в течение 4 нед.) и контрольная группа (10 крыс, еженедельная инъекция 0,9% NaCl в хвостовую вену в течение 4 нед.). Для оценки генотоксических эффектов использовали микроядерный тест. Визуализацию структуры миокарда и печени проводили при помощи сканирующей электронной микроскопии в обратно рассеянных электронах с помощью электронного микроскопа.

Результаты. В результате анализа в экспериментальной группе было показано статистически значимое увеличение медианы количества полихроматических эритроцитов с микроядром (3,2% относительно 0,8% в контроле), а также снижение медианы доли полихроматические эритроцитов в общем пуле проанализированных клеток. В экспериментальной группе отмечали выраженную гетерогенность морфологического строения миокарда, а именно неравномерное утолщение кардиомиоцитов и сократительных волокон. Митохондрии были локализованы группами в электронно-прозрачных участках цитоплазмы. При анализе электронных микрофотографий гепатоцитов крыс, получавших доксорубицин, были обнаружены дегенеративные изменения структуры печени.

Заключение. Результаты нашего исследования дают представления о подостром влиянии малой дозы доксорубицина на сердце, печень и систему кроветворения крыс линии Wistar. Нами были предложены механизмы взаимодействия важных органов и систем организма, подвергшихся воздействию доксорубицина, на фоне общего патологического состояния.

1. Argun M., Üzüm K., Sönmez M.F., Özyurt A., Derya K., Çilenk K.T. et al. Cardioprotective effect of metformin against doxorubicin cardiotoxicity in rats. Anatol. J. Cardiol. 2016;16(4):234. DOI: 10.5152/akd.2015.6185.

2. Guo R., Hua Y., Ren J., Bornfeldt K.E., Nair S. Cardiomyocyte-specific disruption of Cathepsin K protects against doxorubicin-induced cardiotoxicity. Cell Death Dis. 2018;9(6):692. DOI: 10.1038/s41419-018-0727-2.

3. Anghel N., Herman H., Balta C., Rosu M., Stan M.S., Nita D. et al. Acute cardiotoxicity induced by doxorubicin in right ventricle is associated with increase of oxidative stress and apoptosis in rats. Histol. Histopathol. 2018;33(4):365. DOI: 10.14670/hh-11-932.

4. Yu Q., Li Q., Na R., Li X., Liu B., Meng L. et al. Impact of repeated intravenous bone marrow mesenchymal stem cells infusion on myocardial collagen network remodeling in a rat model of doxorubicin-induced dilated cardiomyopathy. Mol. Cell Biochem. 2014;387(1–2):279–285. DOI: 10.1007/s11010-013-1894-1.

5. Hajra S., Patra A.R., Basu A., Bhattacharya S. Prevention of doxorubicin (DOX)-induced genotoxicity and cardiotoxicity: Effect of plant derived small molecule indole-3-carbinol (I3C) on oxidative stress and inflammation. Biomed. Pharmacother. 2018;101:228–243. DOI: 10.1016/j.biopha.2018.02.088.

6. Jain A.K., Pandey A.K. In vivo micronucleus assay in mouse bone marrow methods. Mol. Biol. 2019;2031:135–146. DOI: 10.1007/978-1-4939-9646-9_7.

7. Christidi E., Brunham L.R. Regulated cell death pathways in doxorubicin-induced cardiotoxicity. Cell Death Dis. 2021;12(4):339. DOI: 10.1038/s41419-021-03614-x.

8. Boriollo M.F.G., Alves V.E., Silva T.A., Silva J.J., Barros G.B.S. Dias C.T.S. et al. Decrease of the DXR-induced genotoxicity and nongenotoxic effects of Theobroma cacao revealed by micronucleus assay. Braz. J. Biol. 2021;81(2):268–277. DOI: 10.1590/1519-6984.223687.

9. Mukhamadiyarov R.A., Bogdanov L.A., Glushkova T.V., Shishkova D.K., Kostyunin A.E., Koshelev V.A. et al. EMbedding and backscattered scanning electron microscopy: a detailed protocol for the whole-specimen, high-resolution analysis of cardiovascular tissues. Front. Cardiovasc. Med. 2021;8:739549. DOI: 10.3389/fcvm.2021.739549.

10. Robert J. Long-term and short-term models for studying anthracycline cardiotoxicity and protectors. Cardiovasc. Toxicol. 2007;7:135–139. DOI: 10.1007/s12012-007-0022-4.

11. Kalender Y., Yel M., Kalender S. Doxorubicin hepatotoxicity and hepatic free radical metabolism in rats. The effects of vitamin E and catechin. Toxicology. 2005;209(1):39–45. DOI: 10.1016/j.tox.2004.12.003.

12. Ivanová M., Dovinová I., Okruhlicová L., Tribulová N., Simončíková P., Barteková M. et al. Chronic cardiotoxicity of doxorubicin involves activation of myocardial and circulating matrix metalloproteinases in rats. Acta Pharmacol. Sin. 2012; 33(4):459–469. DOI: 10.1038/aps.2011.194.

13. Chen P.Y., Hou C.W., Shibu M.A., Day C.H., Pai P., Liu Z.R. et al. Protective effect of Co-enzyme Q10 on doxorubicin-induced cardiomyopathy of rat hearts. Environ. Toxicol. 2017;32(2):679–689. DOI: 10.1002/tox.22270.

14. Henderson K.A., Borders R.B., Ross J.B., Abdulalil A., Gibbs S., Skowronek A.J. et al. Integration of cardiac energetics, function and histology from isolated rat hearts perfused with doxorubicin and doxorubicin-ol; a model for use in drug safety evaluations. J. Pharmacol. Toxicol. Methods. 2018;94(2):54–63. DOI: 10.1016/j.vascn.2018.08.004.

15. Подъячева Е.Ю., Шмакова Т.В., Андреева Д.Д., Торопов Р.И., Чебуркин Ю.В., Данильчук М.С. и др. Профиль молекулярных маркеров фиброза у крыс при воздействии различных доз доксорубицина. Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2023;59(2):121– 130. DOI: 10.31857/S0044452923020043.

16. Liao H.E., Shibu M.A., Kuo W.W., Pai P.Y., Ho T.J., Kuo C.H. et al. Deep sea minerals prolong life span of streptozotocin-induced diabetic rats by compensatory augmentation of the IGF-I-survival signaling and inhibition of apoptosis. Environ. Toxicol. 2016;31(7):769–781. DOI: 10.1002/tox.22086.

17. Nakashima M., Nakamura K., Nishihara T., Ichikawa K., Nakayama R., Takaya Y. et al. Association between cardiovascular disease and liver disease, from a clinically pragmatic perspective as a cardiologist. Nutrients. 202315(3):748. DOI: 10.3390/nu15030748.

18. Asanov M.A., Shishkova D.K., Poddubnyak A.O., Sinicky M.Yu., Sinickaya A.V., Khutornaya M.V., et al. Dose-response assessment of mitomycin C genotoxic effect on ApoE knockout mice. J. Evol. Biochem. Physiol. 2023;59(5):1693–1699. DOI: 10.1134/S0022093023050198.

19. Yang F., Teves S.S., Kemp C.J., Henikoff S. Doxorubicin, DNA torsion, and chromatin dynamics. Biochim. Biophys. Acta. 2014;1845:84–89. DOI: 10.1016/j.bbcan.2013.12.002.

20. Ефимов В.А., Федюнин С.В. Кросс-сшитые нуклеиновые кислоты: получение, структура и биологическая роль. Успехи биологической химии. 2010;50:259–302. Efimov V.A., Fediunin S.V. Cross-linked nucleic acids: production, structure and biological role Uspekhi biologicheskoi khimii. 2010;50:259–302. (In Russ.). DOI: 10.1073/pnas.1821022116.

21. Rymer J.A., Rao S.V. Anemia and coronary artery disease: pathophysiology, prognosis, and treatment. Coron. Artery Dis. 2018;29(2):161–167. DOI: 10.1097/MCA.0000000000000598.