Исследование влияния экзогенного мелатонина на глиальные клетки толстой кишки в условиях искусственного десинхроноза

Проведено исследование влияния экзогенного и эндогенного мелатонина на GFAP- и S100-позитивные клетки слизистой толстой кишки крыс, содержавшихся в разных условиях освещения.

Цель  исследования – изучить влияние мелатонина на структурно-функциональные особенности глиальных клеток толстой кишки в норме и при экспериментальном десинхронозе.

Материал и методы. Исследование  проведено  на  лабораторных  крысах-самцах  линии  Wistar  (n=72)  двухмесячного  возраста массой 180–200 г, разделенных на 6 групп по 12 крыс в каждой. I группу составляли животные, содержавшиеся в естественных световых условиях; II группу – крысы, находившиеся в естественных световых условиях, получавшие синтетический мелатонин («Мелаксен» Unipharm, Inc., США) ad libitum в концентрации 4 мг/л с питьевой водой; III группу – особи, находившиеся в условиях постоянного затемнения; IV группу  –  животные,  находившиеся  в  условиях  постоянного  затемнения,  получавшие  мелатонин; V группа насчитывала животных, содержавшихся в условиях постоянного освещения; VI группа включала особей, находившихся в условиях постоянного освещения и получавших мелатонин. Идентификацию астроцитов  проводили  с  помощью  непрямого  иммуногистохимического  метода  с  использоваием  поликлональных антител к глиальному фибриллярному кислому белку (Dako, Germany 750 µg/ml) и белку S-100 (Spring Bio Science USA 1:300). Подсчет клеток был произведен с использованием микроскопа «Carl Zeiss Axio Scope A1» при увеличении 400 и программы «SigmaScan Pro 5». Статистическая обработка производилась с использованием программ «MS Excel» и «Statisticа 17».

Результаты. Количество GFAP позитивных клеток уменьшалось в группах III и V. Условия II и VI приводили к уменьшению количества глиоцитов. В группе IV введение мелатонина способствовало увеличению количества исследуемых клеток. Достоверное увеличение оптической плотности GFAP в глиоцитах толстой кишки наблюдалось только при содержании крыс в условиях постоянного освещения. Количество S-100 позитивных клеток уменьшалось в группах III и II. Условия V и IV приводили к увеличению численности S-100 позитивных клеток. Оптическая плотность S-100 не зависит от фотопериода.

Заключение. S-100В и GFAP позитивные глиальные клетки толстой кишки реагируют как на изменение фотопериода, так и на введение экзогенного мелатонина.  В  частности,  в  условиях  постоянного  затемнения  количество  GFAP  и  S-100B  позитивных  клеток уменьшается. полученные данные могут быть использованы при разработке новых терапевтических подходов к лечению заболеваний кишечника.

1. Анисимов В.Н. Световой десинхроноз и здоровье. Светотехника. 2019;1:30–8. EDN: YXUWLZ

2. Клименко Л.Л., Деев А.И., Баскаков И.С., Буданова М.Н., Забирова А.Х., и др. Класс нейроспецифических белков S100 и металлолигандный гомеостаз в этиопатогенезе ишемического инсульта: обзор литературы. Микроэлементы в медицине. 2019;20(4):3–13. EDN: WRFFYG doi: 10.19112/2413-6174-2019-20-4-3-13

3. Хижкин Е.А., Илюха В.А., Виноградова И.А., Анисимов В.Н. Отсутствие фотопериодизма и пищеварительные ферменты у крыс: роль возраста и уровня эндогенного мелатонина. Успехи геронтологии. 2019;32(3):347–56. EDN: OHWVNH

4. Цветкова Е.С., Романцова Т.И., Полуэктов М.Г., Рунова Г.Е., Глинкина И.В., Фадеев В.В. Значение мелатонина в регуляции метаболизма, пищевого поведения, сна и перспективы его применения при экзогенноконституциональном ожирении. Ожирение и метаболизм. 2021;18(2):112–24. EDN: WETXTL doi: 10.14341/omet12279

5. Шемеровский К.А., Бочкарев М.В. Циркадианный десинхроноз активности мозга и кишечника. Клиническая патофизиология. 2019;25(1):22–5. EDN: IKSDIH

6. Baidoo N, Sanger GJ, Belai A. Effect of old age on the subpopulations of enteric glial cells in human descending colon. Glia. 2022 Sep 20;71(2):305– 16. doi: 10.1002/glia.24272

7. Collins SM. Interrogating the Gut-Brain Axis in the Context of Inflammatory Bowel Disease: A Translational Approach. Inflammatory Bowel Diseases. 2020 Jan 22;26(4):493–501. doi: 10.1093/ibd/izaa004

8. Dahlgren D, Cano-Cebrián MJ, Hellström PM, Wanders A, Sjöblom M, Lennernäs H. Prevention of Rat Intestinal Injury with a Drug Combination of Melatonin and Misoprostol. International Journal of Molecular Sciences. 2020 Sep 15;21(18):6771. doi: 10.3390/ijms21186771

9. Kwon HS, Koh SH. Neuroinflammation in neurodegenerative disorders: the roles of microglia and astrocytes. Translational Neurodegeneration. 2020 Nov 26;9(1):42. doi: 10.1186/s40035-020-00221-2

10. Lin R, Wang Z, Cao J, Gao T, Dong Y, Chen Y. Role of melatonin in intestinal mucosal injury induced by restraint stress in mice. Pharmaceutical Biology. 2020 Jan 1;58(1):342–51. doi: 10.1080/13880209.2020.1750659

11. Ma F, Hao H, Gao X, Cai Y, Zhou J, Liang P, et al. Melatonin ameliorates necrotizing enterocolitis by preventing Th17/Treg imbalance through activation of the AMPK/SIRT1 pathway. Theranostics. 2020;10(17):7730–46. doi: 10.7150/thno.45862

12. Ma N, Zhang J, Reiter RJ, Ma X. Melatonin mediates mucosal immune cells, microbial metabolism, and rhythm crosstalk: A therapeutic target to reduce intestinal inflammation Medicinal Research Reviews 2020 Mar;40(2):606–32. doi: 10.1002/med.21628

13. Pan S, Hong F, Li L, Yuan G, Qiao X, Zhang J, et al. Melatonin Attenuates Dextran Sodium Sulfate Induced Colitis in Obese Mice. Pharmaceuticals. 2021 Aug 21;14(8):822–2. doi: 10.3390/ph14080822

14. Polidarová L, Houdek P, Sumová A. Chronic disruptions of circadian sleep regulation induce specific proinflammatory responses in the rat colon. Chronobiology International. 2017 Oct 17;34(9):1273–87. Doi 10.1080/07420528.2017.1361436

15. Shahrokh S, Qobadighadikolaei R, Abbasinazari M, Haghazali M, Asadzadeh Aghdaei H, Abdi S, et al. Efficacy and Safety of Melatonin as an Adjunctive Therapy on Clinical, Biochemical, and Quality of Life in Patients with Ulcerative Colitis. Iranian Journal of Pharmaceutical Research : IJPR. 2021;20(2):197–205. doi: 10.22037/ijpr.2020.113822.14508.

16. Shinji S, Shichi Y, Yamada T, Takahashi G, Ohta R, Sonoda H, et al. A New Anorectal Melanoma Cell Line Derived from a Primary Human Rectal Tumor. Journal of Nippon Medical School. 2022 Aug 25;89(4):368–76. doi: 10.1272/jnms.JNMS.2022_89-402

17. Soni JM, Sardoiwala MN, Choudhury SR, Sharma SS, Karmakar S. Melatonin-loaded chitosan nanoparticles endows nitric oxide synthase 2 mediated anti-inflammatory activity in inflammatory bowel disease model. Materials Science and Engineering: C. 2021 May 1;124:112038–8. doi: 10.1016/j.msec.2021.112038

18. Tarocco A, Caroccia N, Morciano G, Wieckowski MR, Ancora G, Garani G, et al. Melatonin as a master regulator of cell death and inflammation: molecular mechanisms and clinical implications for newborn care. Cell Death & Disease. 2019 Apr 8;10(4):1–12. doi: 10.1038/s41419-019-1556-7

19. Xi-Zhang, Yuan X, Zhang X. Melatonin reduces inflammation in intestinal cells, organoids and intestinal explants. Inflammopharmacology. 2021 Aug 24;29(5):1555–64. doi: 10.1007/s10787-021-00869-w