Email this article Effect of leptin and adiponectin on the expression of cytokine genes IL-1β, IL-6 AND TNFα in lymphocytes
- Authors: Sumerkina V.A.1, Telesheva L.F.1, Myakotina D.E.1, Zotova M.A.1
-
Affiliations:
- South Ural State Medical University
- Issue: Vol 27, No 3 (2024)
- Pages: 427-432
- Section: SHORT COMMUNICATIONS
- Submitted: 30.03.2024
- Accepted: 31.03.2024
- Published: 25.09.2024
- URL: https://rusimmun.ru/jour/article/view/16711
- DOI: https://doi.org/10.46235/1028-7221-16711-EOL
- ID: 16711
Cite item
Full Text
Abstract
Metabolic syndrome (MS) is one of the world’s topical health problems. Large-scale epidemiological studies on the prevalence of MS in the world have not been conducted, but according to different authors, depending on the region of residence, the composition of the study population and the diagnostic criteria used, the incidence of MS is at least 10%, and according to estimates of the International Diabetes Federation IDF – up to 25% of the adult population. The metabolic changes in MS are explained by a disturbance in the balance of mediators synthesized by adipose tissue (adiponectin, leptin, resistin, visfatin, vaspin and others); MS is also considered as a subclinical chronic inflammatory process characterized by excessive synthesis of proinflammatory and deficiency of anti-inflammatory cytokines. According to modern ideas, changes in the cellular and humoral immunity in MS are largely due to the imbalance of adipokines: leptin and adiponectin. Increased functional activity of immune cells, including lymphocytes, leads to changes in cytokine gene expression. In the present work, we studied in vitro the expression of IL-1â, IL-6 and TNFá genes in peripheral blood lymphocytes under the influence of adipokines at concentrations characteristic of MS. As a result, differential effects of adipokines on lymphocytes of MS patients and conditionally healthy individuals were found. In conditionally healthy individuals, incubation of lymphocytes with adipokines leptin, adiponectin and their combination, as well as in the presence of physiological solution causes an increase in IL-6 gene expression. The most noticeable effect was observed when cultured with adiponectin. Thus, in norm, with a decrease in the physiological concentration of adiponectin, the expression of IL-6 in lymphocytes increases, indicating insufficient realization of the anti-inflammatory effect of adiponectin. In MS, IL-6 gene expression increases in lymphocytes isolated from peripheral blood in vitro after incubation with adiponectin, a combination of adiponectin and leptin, as well as in the presence of physiological solution. No changes in IL-6 gene expression under the effect of high concentration of leptin were detected.
Probably, our results reflect the phenomenon of lymphocyte resistance to leptin action in MS, as under its influence there is not activation of lymphocytes characteristic in vivo, but on the contrary, decrease of activated subpopulations, also there is no change in IL-6 gene expression. Thus, adipokines in concentrations characteristic of metabolic syndrome influence the functional activity of peripheral blood lymphocytes.
Full Text
Введение
По современным данным, значимая роль в изменении иммунного статуса при МС принадлежит нарушению баланса медиаторов, синтезируемых жировой тканью (адипокинов, IL-1â, IL-6, TNFá и других). Нарушение выражается в преобладании цитокинов с провоспалительными, проатерогенными и протромботическими свойствами и дефицитом адипонектина с антиатерогенным, ангиопротекторным действием. Таким образом, создаются условия для формирования воспалительного процесса, ассоциированного с развитием ожирения [1, 3, 4].
В условиях МС интерес представляет дисбаланс лептина и адипонектина, оказывающих про- и противовоспалительные эффекты, соответственно [2].
Повышение функциональной активности иммунных клеток, в том числе лимфоцитов, приводит к изменению экспрессии генов цитокинов, однако влияние адипокинов на функциональное состояние лимфоцитов продолжает изучаться.
Цель работы – оценить влияние лептина и адипонектина на экспрессию лимфоцитами генов провоспалительных цитокинов IL-1â, IL-6, TNFá при метаболическом синдроме у лиц молодого возраста в экспериментальных условиях in vitro.
Материалы и методы
На первом этапе было проведено исследование на 78 пациентах обоего пола в возрасте от 18 до 45 лет с МС (группа 1). В группу сравнения (группа 2) вошли 71 условно здоровых человек без абдоминального ожирения, избытка массы тела и дополнительных критериев метаболического синдрома. В сыворотке крови на автоматическом биохимическом и иммуноферментном анализаторе Analette Biochem (HTI, США) методом твердофазного иммуноферментного анализа определяли содержание лептина (DBC, Канада) и адипонектина (АssayPro, Чехия). Рассчитывали соотношение концентрации лептина к концентрации адипонектина (лептин адипонектин, нг/ мкг). Методом твердофазного иммуноферментного анализа (АО «Вектор-Бест», Россия) были определены концентрации IL-1â, IL-6, TNFá в периферической крови пациентов с МС и группы сравнения.
В эксперименте in vitro изучали экспрессию генов IL-1â, IL-6 и TNFá в лимфоцитах периферической крови пациентов 1-й группы (n = 10) и 2-й группы (n = 10) после культивирования в питательной среде с адипокинами в концентрациях, характерных для МС, – высокой концентрацией лептина и низкой концентрацией адипонектина (лептин 50 нг/мл; адипонектин 5 мкг/мл). Методом фенольно-кислой экстракции из образцов культур лимфоцитов проводили выделение РНК генов ключевых молекул врожденного иммунитета IL-1â, IL-6 и TNFá. Концентрацию полученных образцов РНК измеряли на спектрофотометре Nanodrop ND-2000 (Thermo Scientific, США). ПЦР-РВ проводили с помощью набора реагентов (ООО «НПФ Синтол», Россия) на амплификаторах ДТ-96 (ООО «ДНК-технология», Россия). В результате получали кривые зависимости уровня флуоресценции от циклов амплификации и рассчитывали количество копий исследуемого гена относительно экспрессии «генов домашнего хозяйства» (ООО «НПФ Синтол», Россия). Статистическую обработку полученных результатов выполняли с помощью пакета прикладных программ STATISTIСA 10 (StatSoft Inc., 2011, США). Критическим уровнем значимости считали значения p < 0,05.
Результаты и обсуждение
Исследование в условиях in vivo показало, что у пациентов с МС уровень лептина (32,80 (11,9-61,9) нг/мл) превышает значение в группе сравнения (9,15 (5,10-15,1) нг/мл). Концентрация адипонектина при МС (7,0 (5,3-9,1) мкг/ мл) ниже, чем у пациентов группы сравнения (8,6 (7,1-12,6) мкг/мл), а соотношение лептин/адипонектин выше (4,05 (1,65-8,78)); группа сравнения (0,96 (0,48-1,56). Вместе с тем у пациентов с МС среди провоспалительных цитокинов определено повышение концентрации IL-6 (3,2 (2,2-5,3)) по сравнению с группой сравнения (3,0 (2,2-4,3)). Концентрация цитокинов IL-1â, TNFá не имела статистически значимых межгрупповых различий.
У условно здоровых лиц группы сравнения после инкубации с адипокинами в лимфоцитах было установлено повышение экспрессии гена IL-6 (табл. 1). Данный эффект был определен как в контрольной группе (до инкубации), так и после инкубации с лептином, адипонектином и их сочетанием. Однако наиболее выраженное повышение экспрессии гена IL-6 в лимфоцитах было отмечено при культивировании с адипонектином.
Таблица 1. Коэффициенты экспрессии генов цитокинов в лимфоцитах периферической крови условно здоровых лиц до (интактные) и после 24 ч инкубации с адипокинами (n = 10), Ме (Q0,25-Q0,75)
Table 1. Cytokine gene expression coefficients in peripheral blood lymphocytes of conditionally healthy individuals before (intact) and after 24 h incubation with adipokines (n = 10), Ме (Q0.25-Q0.75)
Цитокин Cytokine | До инкубации (интактные лимфоциты) Before incubation (intact lymphocytes) | После инкубации After incubation | |||
Инкубация контроль (физ. раствор) Incubation control (saline solution) | Инкубация лептин, 50 нг/мл Incubation leptin, 50 ng/mL | Инкубация адипонектин, 5 мкг/мл Incubation adiponectin, 5 µg/mL | Инкубация лептин, 50 нг/мл + адипонектин, 5 мкг/мл Incubation leptin, 50 ng/mL + adiponectin, 5 µg/mL | ||
IL-1â | 5,04 (0,03-102,67) | 5,45 (0,03-354,58) | 109,59 (0,00-597,52) | 124,86 (0,00-726,68) | 65,03 (0,02-273,14) |
IL-6 | 0,00 (0,00-0,05) | 0,00 (0,00-8,06) pи = 0,043 pi = 0.043 | 0,63 (0,00-11,93) pи = 0,043 pi = 0.043 | 0,56 (0,00-18,83) pи = 0,043 pк = 0,043 pi = 0.043 pc = 0.043 | 4,48 (0,00-5,82) pи = 0,043 pi = 0.043 |
TNFá | 0,31 (0,00-27,85) | 0,00 (0,00-1,58) | 0,00 (0,00-1,92) | 0,06 (0,00-1,14) | 0,56 (0,00-1,80) |
Примечание. pи – статистически значимые различия с интактными лимфоцитами; pк – статистически значимые различия с лимфоцитами группы контроля.
Note. pi, statistically significant differences with intact lymphocytes; pc, statistically significant differences with lymphocytes of the control group.
Инкубация лимфоцитов периферической крови пациентов с МС с физиологическим раствором (контроль), адипонектином и его сочетанием с лептином вызывала повышение экспрессии гена IL-6 относительно интактных лимфоцитов, однако статистически значимых отличий с лимфоцитами, культивированными в средах разного состава (физиологический раствор и адипокины) определено не было (табл. 2).
Таблица 2. Коэффициенты экспрессии генов цитокинов в лимфоцитах периферической крови пациентов с МС до (интактные) и после 24 ч инкубации с адипокинами (n = 10), Ме (Q0,25-Q0,75)
Table 2. Cytokine gene expression coefficients in peripheral blood lymphocytes of MS patients before (intact) and after 24 h incubation with adipokines (n = 10), Ме (Q0.25-Q0.75)
Цитокин Cytokine | До инкубации (интактные лимфоциты) Before incubation (intact lymphocytes) | После инкубации After incubation | |||
Инкубация контроль (физ. раствор) Incubation control (saline solution) | Инкубация лептин, 50 нг/мл Incubation leptin, 50 ng/mL | Инкубация адипонектин, 5 мкг/мл Incubation adiponectin, 5 µg/mL | Инкубация лептин, 50 нг/мл + адипонектин, 5 мкг/мл Incubation leptin,50 ng/mL + adiponectin, 5 µg/mL | ||
IL-1â | 8,06 (1,80-102,67) | 291,56 (173,01-1224,57) | 311,21 (0,04-524,44) | 291,56 (0,00-524,44) | 255,89 (0,38-726,68) |
IL-6 | 0,00 (0,00-0,04) | 11,17 (3,45-29,73) pи = 0,038 pi = 0.038 | 0,00 (0,00-10,47) | 5,86 (0,00-14,51) pи = 0,038 pi = 0.038 | 6,21 (0,00-17,64) pи = 0,038 pi = 0.038 |
TNFá | 2,19 (0,00-31,73) | 2,49 (0,59-5,11) | 1,69 (0,00-4,20) | 1,07 (0,00-4,79) | 1,30 (0,16-3,69) |
Примечание. pи – статистически значимые различия с интактными лимфоцитами.
Note. pi, statistically significant differences with intact lymphocytes.
Заключение
Результаты выполненной серии экспериментов демонстрируют, что у условно здоровых лиц лептин и адипонектин (изолированно или при сочетанном применении) вызывают в лимфоцитах повышение экспрессии гена цитокина IL-6 и не оказывают влияние на экспрессию генов IL- 1â и TNFá. Экспрессия гена IL-6 в лимфоцитах пациентов с МС не изменяется под действием лептина, что можно рассматривать как феномен резистентности лимфоцитов к действию лептина при МС. Таким образом, адипокины в концентрациях, характерных для метаболического синдрома (высокий уровень лептина и низкий уровень адипонектина), регулируют функциональную активность лимфоцитов периферической крови.
About the authors
V. A. Sumerkina
South Ural State Medical University
Author for correspondence.
Email: veronika.sumerkina@mail.ru
PhD (Medicine), Leading Research Associate, Acting Head of the Central Research Laboratory
Russian Federation, ChelyabinskL. F. Telesheva
South Ural State Medical University
Email: veronika.sumerkina@mail.ru
PhD, MD (Medicine), Professor of Department of Microbiology, Virology, Immunology
Russian Federation, ChelyabinskD. E. Myakotina
South Ural State Medical University
Email: veronika.sumerkina@mail.ru
Senior Laboratory Assistant
Russian Federation, ChelyabinskM. A. Zotova
South Ural State Medical University
Email: veronika.sumerkina@mail.ru
PhD (Biology), Leading Research Associate, Institute of Immunology
Russian Federation, ChelyabinskReferences
- Бояринова М.А., Ротарь О.П., Конради А.О. Адипокины и кардиометаболический синдром // Артериальная гипертензия, 2014. Т. 20, № 5. С. 422-432. [Boyarinova M.A., Rotar O.P., Konradi A.O. Adipokines and cardiometabolic syndrome. Arterialnaya gipertenziya = Arterial Hypertension, 2014, Vol. 20, no. 5, pp. 422-432. (In Russ.)]
- Титов В.Н. Адипонектин – гуморальный медиатор обратной связи в адипоцитах подкожной жировой ткани. Филогенетическая теория общей патологии; функциональное различие лептина и адипонектина // Клиническая лабораторная диагностика, 2015. Т.60, № 7. С. 4-14. [Titov V.N. Adiponeсtin as humoral mediator of feedback in adipocytes of subcutaneous fatty tissue. Phylogenetic theory of general pathology; functional difference of leptin and adiponeсtin. Klinicheskaya laboratornaya diagnostika = Russian Clinical Laboratory Diagnostics, 2015, Vol. 60, no. 7, pp. 4-14. (In Russ.)]
- Folco E.J., Rocha V.Z., López-Ilasaca M. Adiponectin inhibits pro-inflammatory signaling in human macrophages independent of interleukin-10. J. Biol. Chem., 2009, Vol. 284, no. 38, pp. 25569-25575.
- Ghantous C.M., Azrak Z., Hanache S. Differential role of leptin and adiponectin in cardiovascular system. Int. J. Endocrinol., 2015, Vol. 2015, 534320. doi: 10.1155/2015/534320.
Supplementary files
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).