Russian Journal of ImmunologyRussian Journal of ImmunologyРоссийский иммунологический журнал1028-72212782-7291Russian Society of Immunology1705610.46235/1028-7221-17056-MUASHORT COMMUNICATIONSКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯShort CommunicationMitochondrial uncoupling, a new element in pathogenesis of metabolic syndrome: a pilot studyМитохондриальное разобщение – новый элемент в патогенезе метаболического синдрома: пилотное исследованиеVoronovaS. S.ВороноваС. С.
Russian Federation

Student

студентка

mbograya@mail.ruBograyaM. M.БограяМ. М.
Russian Federation

Junior Researcher, Center of Immunology and Cell Biotechnology

младший научный сотрудник Центра иммунологии и клеточных биотехнологий

mbograya@mail.ruVulfM. A.ВульфМ. А.
Russian Federation

PhD (Biology), Senior Researcher, Center of Immunology and Cell Biotechnology

к.б.н., старший научный сотрудник Центра иммунологии и клеточных биотехнологий

mbograya@mail.ruGorbachevaA. M.ГорбачеваА. М.
Russian Federation

Student

студентка

mbograya@mail.ruGazatovaN. D.ГазатоваН. Д.
Russian Federation

PhD (Biology), Head, Laboratory of Experimental Blood Preparations, Center of Immunology and Cell Biotechnology

к.б.н., заведующая лабораторией экспериментальных препаратов крови Центра иммунологии и клеточных биотехнологий

mbograya@mail.ruKuznetsovG. L.КузнецовГ. Л.
Russian Federation

PhD (Medicine), Deputy Chief Physician for Surgery

к.м.н., заместитель главного врача по хирургии

mbograya@mail.ruLitvinovaL. S.ЛитвиноваЛ. С.
Russian Federation

PhD, MD (Medicine), Associate Professor, Head, Center of Immunology and Cell Biotechnology

д.м.н., доцент, директор Центра иммунологии и клеточных биотехнологий

mbograya@mail.ruImmanuel Kant Baltic Federal UniversityБалтийский федеральный университет имени Иммануила КантаCentral City Clinical HospitalЦентральная городская клиническая больница160220252823293360108202406082024Copyright ©; 2025, Voronova S.S., Bograya M.M., Vulf M.A., Gorbacheva A.M., Gazatova N.D., Kuznetsov G.L., Litvinova L.S.Copyright ©; 2025, Воронова С.С., Бограя М.М., Вульф М.А., Горбачева А.М., Газатова Н.Д., Кузнецов Г.Л., Литвинова Л.С.2025Voronova S.S., Bograya M.M., Vulf M.A., Gorbacheva A.M., Gazatova N.D., Kuznetsov G.L., Litvinova L.S.Воронова С.С., Бограя М.М., Вульф М.А., Горбачева А.М., Газатова Н.Д., Кузнецов Г.Л., Литвинова Л.С.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://rusimmun.ru/jour/article/view/17056

Obesity and insulin resistance are the main factors in development of metabolic syndrome (MetS). In patients with MetS, there is an active accumulation of free fatty acids in the liver, which may lead to disturbances in homeostasis and metabolism of hepatocytes, thus resulting in mitochondrial dysfunction, oxidative stress, and cellular apoptosis. Mitochondrial dysfunction has been extensively studied in the context of pathogenetic features of metabolic syndrome. However, the processes of mitochondrial uncoupling remain unclear. Mitochondrial uncoupling (MU) is a process associated with a decrease in ATP synthesis and reactive oxygen species (ROS) in mitochondria. It is mediated by proteins from the UCP (uncoupling proteins) family, as well as ANT (ADP/ATP translocase). “Mild” MU is necessary for maintaining normal mitochondrial function, whereas “severe” MU may lead to mitochondrial dysfunction. Thus, the aim of the present study was to investigate the expression levels of SIRT1 V1 deacetylase, transcription factors PGC-1α, PPAR-α, PPAR-γ that stimulate lipogenesis and β-oxidation of FFAs, and expression of some genes encoding mitochondrial uncouplers ANT2 and UCP2 in the liver of patients with MetS. The study included two groups, as follows: patients with MetS (inclusion criteria: BMI > 30 kg/m2, along with type 2 diabetes and/or fasting blood glucose > 5.5 mmol/L), and a control group (BMI < 30 kg/m2, absence of infectious and chronic diseases). Biochemical analysis of blood parameters was conducted using the Furuno CA-180 biochemical analyzer (Furuno Electric Company, Japan) with DiaSys test systems (DiaSys Diagnostic Systems, Holzheim, Germany). The expression levels of the genes of interest in liver biopsies were assessed using quantitative RT-PCR with SYBR Green (Evrogen, Russia).

In patients with MetS, a significant increase (compared to the control group) in expression level of the PPAR-γ transcription factor was found, being associated with de novo lipogenesis in the liver, as well as increased expression of mitochondrial ANT2 uncoupler gene. Expression levels of other genes (SIRT1 V1, PGC-1α, PPAR-α, UCP2) measured in liver biopsies from the patients with MetS did not show significant changes. An increased expression of the ANT2 gene in MetS patients may be related to both compensatory protective mechanisms, e.g., activation of “mild” MU, and pathological processes resulting from “strong” MU. Further studies are needed to investigate the effects of ANT2 and UCP2 on the cellular metabolism (ATP production, ROS generation, development of oxidative stress), both directly in human liver tissue, and in cell cultures. This article presents for the first time the results concerning expression of mitochondrial uncoupler genes (ANT2, UCP2) in the liver of patients with MetS.

Главными факторами развития метаболического синдрома (МС) являются ожирение и инсулинорезистентность. У больных МС активно происходит накопление свободных жирных кислот в печени, что может приводить к нарушению гомеостаза и метаболизма гепатоцитов и, как следствие, – развитию митохондриальной дисфункции, окислительного стресса и апоптоза клеток. Митохондриальная дисфункция достаточно широко изучена в контексте патогенеза компонентов метаболического синдрома, однако процессы митохондриального разобщения до конца не ясны. Митохондриальное разобщение (МР) – процесс, который ассоциирован со снижением синтеза АТФ и активных форм кислорода (АФК) в митохондриях. Он осуществляется белками из семейства UCP (uncoupling proteins), а также ANT (АДФ/АТФ транслоказы). «Мягкое» МР необходимо для поддержания нормальной работы митохондрий, в то время как «жесткое» МР может приводить к митохондриальной дисфункции. Таким образом, целью работы явилось изучение уровня экспрессии деацетилазы SIRT1 V1, транскрипционных факторов PGC-1α, PPAR-α, PPAR-γ, стимулирующих липогенез и β-окисление СЖК, генов белков митохондриальных разобщителей ANT2, UCP2 в печени у больных МС.

В исследование было включено две группы: больные МС (критерии включения: ИМТ > 30 кг/м2, кроме того, наличие сахарного диабета второго типа и/или тощаковая глюкоза в крови > 5,5 ммоль/л), группа контроля (ИМТ < 30 кг/м2, отсутствие инфекционных и хронических заболеваний). Биохимический анализ показателей крови пациентов проводился на биохимическом анализаторе Furuno CA-180 (Furuno Electric Company, Япония) с использованием тест-систем DiaSys (DiaSys Diagnostic Systems, Хольцхайм, Германия). Уровни экспрессии генов интереса в биоптатах печени оценивали с помощью количественной ОТ-ПЦР с использованием SYBR Green (ЗАО «Евроген», Россия).

У больных МС установлено значимое (в сравнении с контролем) повышение уровня экспрессии гена транскрипционного фактора PPAR-γ, ассоциированное с липогенезом de novo в печени, а также увеличение экспрессии гена митохондриального разобщителя ANT2. Экспрессия других генов (SIRT1 V1, PGC-1α, PPAR-α, UCP2), определяемых в биоптатах печени, полученных у больных МС, значимо не изменялась. Повышенная экспрессия гена ANT2 у пациентов с МС может быть связана как с компенсаторными, протекторными механизмами – активацией «мягкого» МР, так и с патологическими процессами – следствием «жесткого» МР. Необходимо проведение дополнительных исследований влияния факторов ANT2 и UCP2 на клеточный метаболизм (продукцию АТФ, АФК, развитие окислительного стресса) как непосредственно в ткани печени человека, так и на клеточных культурах. В статье впервые представлены результаты по оценке экспрессии генов митохондриальных разобщителей (ANT2, UCP2) в печени у больных МС.

mitochondrial dysfunctionmitochondrial uncouplingmetabolic syndromeuncoupling protein 2ADP/ATP translocase 2de novo lipogenesis in the liverмитохондриальная дисфункциямитохондриальное разобщениеметаболический синдромразобщающий белок 2АДФ/АТФ транслокатор 2липогенез de novo в печениПравительство Российской ФедерацииGovernment of the Russian FederationFZWM-2024-0012Литвинова Л.С., Вульф М.А., Шунькина Д.А., Комар А.А., Тодосенко Н.М., Затолокин П.А., Миронюк Н.И., Газатова Н.Д., Кириенкова Е.В. Патофизиология обмена веществ: Учебно-методическое пособие. Калининград: БФУ им. И. Канта, 2021. 111 с. [Litvinova L.S. Vulf M.A., Shunkina D.A., Komar A.A., Todosenko N.M., Zatolkin P.A., Mironuk N.I., Gazatova N.D., Kirienkova E.V. Pathophysiology of metabolism: Educational and Methodological Guide]. IKBFU, Kaliningrad, 2021. 111 p.Asrih M., Jornayvaz F. R. Metabolic syndrome and nonalcoholic fatty liver disease: Is insulin resistance the link? Mol. Cell. Endocrinol., 2015, Vol. 418, no. 1, pp. 55-65.Azzu V., Jastroch M., Divakaruni A.S., Brand M.D. The regulation and turnover of mitochondrial uncoupling proteins. BBA Bioenergetics, 2010, Vol. 6, no. 1797, pp. 785-791.Bertholet A.M., Chouchani E.T., Kazak L., Angelin A., Fedorenko A., Long J.Z., Vidoni S., Garrity R., Cho J., Terada N., Wallace D.C., Spiegelman B.M., Kirichok Y. H+ transport is an integral function of the mitochondrial ADP/ATP carrier. Nature, 2019, Vol. 7766, no. 571, pp. 515-520.Cho J., Zhang Y., Park S.-Y., Joseph A.-M., Han C., Park H.-J., Kalavalapalli S., Chun S.-K., Morgan D., Kim J.S., Someya S., Mathews C.E., Lee Y.J., Wohlgemuth S.E., Sunny N.E., Lee H.-Y., Choi C.S., Shiratsuchi T., Oh S.P., Terada N. Mitochondrial ATP transporter depletion protects mice against liver steatosis and insulin resistance. Nat. Commun., 2017, Vol. 8, 14477. doi: 10.1038/ncomms14477.Emre Y., Nübel T. Uncoupling protein UCP2: When mitochondrial activity meets immunity. FEBS Lett., 2010, Vol. 8, no. 584, pp. 1437-1442.Fedorenko A., Lishko P.V., Kirichok Y. Mechanism of fatty-acid-dependent UCP1 uncoupling in brown fat mitochondria. Cell, 2012, Vol. 2, no. 151, pp. 400-413.Jabůrek M., Varecha M., Gimeno R.E., Dembski M., Jezek P., Zhang M., Burn P., Tartaglia L.A., Garlid K.D. Transport function and regulation of mitochondrial uncoupling proteins 2 and 3. JBC, 1999, Vol. 37, no. 274, pp. 26003-26007.Kim H. S., Jeong H.W., Son T.G., Park H.R., Ji S.T., Pokharel Y.R., Jeon H.M., Kang K.W., Kang H.S., Chang S.C., Kim H.S., Chung H.Y., Lee J.W. The hepatoprotective effects of adenine nucleotide translocator-2 against aging and oxidative stress. Free Radic. Res., 2012, Vol. 1, no. 46, pp. 21-29.Kreiter J., Tyschuk T., Pohl E. E. Uncoupling Protein 3 catalyzes the exchange of C4 metabolites similar to UCP2. Biomolecules, 2023, Vol. 1, no. 14, 21. doi: 10.3390/biom14010021Mookerjee S.A., Divakaruni A.S., Jastroch M., Brand M.D. Mitochondrial uncoupling and lifespan. Mech. Ageing Dev., 2010, Vol. 7-8, no. 131, pp. 463-472.Nesci S., Rubattu S. UCP2, a member of the mitochondrial uncoupling proteins: an overview from physiological to pathological roles. Biomedicines, 2024, Vol. 6, no. 12, 1307. doi: 10.3390/biomedicines12061307.Vozza A., Parisi G., De Leonardis F., Lasorsa F.M., Castegna A., Amorese D., Marmo R., Calcagnile V.M., Palmieri L., Ricquier D., Paradies E., Scarcia P., Palmieri F., Bouillaud F., Fiermonte G. UCP2 transports C4 metabolites out of mitochondria, regulating glucose and glutamine oxidation. PNAS, 2014, Vol. 3, no. 111, pp. 960-965.Wang M., Zhao J., Chen J., Long T., Xu M., Luo T., Che Q., He Y., Xu D. The role of sirtuin1 in liver injury: molecular mechanisms and novel therapeutic target. PeerJ, 2024, Vol. 12, e17094. doi: 10.7717/peerj.17094.Wang Y.-X. PPARs: diverse regulators in energy metabolism and metabolic diseases. Cell Res., 2010, Vol. 2, no. 20, pp. 124-137.