Analysis of KK1 compound effects on immunological and biochemical parameters in prenatally tobacco-exposed rat Wistar offspring

Cover Page


Cite item

Full Text

Abstract

Active and passive tobacco smoking is one of the widespread low-toxicity factors affecting animals and humans. In previous studies, the authors investigated morphological and immunological parameters in passively smoke-exposed rats. The aim of our study was to continue research in this direction focusing on the effects of a synthetic KK1 peptide, a structural analogue of the ACTH primary sequence (15-18) (Acetyl-(D-Lys)-Lys-Arg-Arg-amide) with antioxidant and stress-protective properties, on the phagocytic activity of peritoneal macrophages and intensity of free-radical oxidation in the liver and blood serum. Immunological and biochemical parameters were assessed in 60 pups from tobacco smoke-exposed and non-exposed Wistar rats. The pregnant rats were subjected to tobacco smoke (8 hours a day, from 1st to 20th day of gestation). Control groups received saline, while experimental groups were administered KK1 (intranasally, at a dose of 40 μg/kg, five times during the 10-day period). 21 days postpartum, the little rats were evaluated for phagocytic indices, circulating immune complex levels (CIC), hepatic enzyme activity (alanine aminotransferase (ALT), aspartate aminotransferase (AST)), oxidative stress markers (malondialdehyde (MDA), diene conjugates (DC), and antioxidant enzymes (superoxide dismutase (SOD), catalase). The study has shown that prenatal tobacco smoke exposure in rat offspring was associated with reduced phagocytic activity, but elevated neutrophil metabolic activity, increased serum AST activity, activated free radical oxidation (elevated MDA, DC), along with suppression of endogenous antioxidant defense mechanisms (decreased SOD and catalase). Administration of the KK1 compound was associated with normalized phagocytic indices, reduced AST activity and restored antioxidant defenses. These findings support the opinion on antioxidant properties of KK1 under passive smoking conditions, highlighting its immunoprotective effects. The effects of KK1 compound may be associated with modulation of synaptic membrane fluidity, regulation of receptor functions, protein phosphorylation processes, and suppression of excessive cytokine synthesis. The observed reduction in free-radical oxidation products and enhancement of catalase activity align with existing evidence of KK1’s antioxidant and stress-protective efficacy. The KK1 compound has demonstrated antioxidant and immunoprotective effects by mitigating the adverse consequences of prenatal tobacco smoke exposure in rat offspring. These findings support its potential application in studies investigating the impact of low-toxicity environmental factors in experimental animal models.

Full Text

Введение

Несмотря на большое количество сообщений, посвященных влиянию различных экотоксикантов, по-прежнему представляет интерес исследование воздействия факторов малой токсичности на организм экспериментальных животных и человека и поиск средств для коррекции выявленных нарушений. Одним из таких широко распространенных факторов является активное и пассивное табакокурение. Показано, что попадание табачного дыма в организм взрослых животных вызывает нарушение физиологических, биохимических, иммунологических параметров, одним из механизмов которых является активация свободно-радикального окисления липидов [7, 8, 13]. Вместе с тем менее изучены проблемы пренатального воздействия химических веществ на иммунологические и биохимические параметры у потомства от пассивно куривших животных. В связи с этим представляет интерес исследование новых препаратов, обладающих защитным эффектом при пренатальном воздействии экотоксикантов. Одним из таких веществ является синтетический пептид, структурный аналог первичной последовательности АКТГ (15-18) (Acetyl-(D-Lys)-Lys-Arg-Arg-amide), обладающий антиоксидантным эффектом и повышающий устойчивость к стрессу и гипоксии [10]. В ранее проведенных авторами работах [3, 4] показано негативное влияние пассивного табакокурения на иммунную систему беременных и небеременных самок крыс Wistar с оценкой иммуномодулирующего эффекта препарата КК1.

Целью данной работы являлся анализ влияния препарата КК1 на иммунологические и биохимические параметры у крысят, рожденных от пассивно куривших крыс Wistar.

Материалы и методы

Исследования были выполнены на 20 половозрелых самках крыс линии Wistar массой 200-220 г и на 60 крысятах массой 28-38 г в возрасте 21 день от рождения. Животных содержали в стандартных условиях вивария на стандартном пищевом рационе без ограничения доступа к воде. Эксперименты были проведены с учетом этических норм и рекомендаций по работы с лабораторными животными, отраженными в «Европейской Конвенции о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях» (Страсбург, 1986). Пептидный гомолог фрагмента АКТГ15-18 (Lys-Lys-Arg-Arg) под лабораторным шифром KK-1 синтезирован в ФГУП «Гос. НИИ ОЧБ» ФМБА России и любезно предоставлен членом-корреспондентом РАН, профессором А.С. Симбирцевым.

Опытные крысы подвергались фумигации табачным дымом по 8 часов с 1-го по 20-й день беременности. Контрольные крысы в аналогичный период помещались в камеру, вентилируемую атмосферным воздухом без табачного дыма. Начиная со 2-й недели беременности контрольным крысам вводили: 1-я группа – физраствор (0,2 мл интраназально), 3-я группа – тетрапептид (в дозе 40 мкг/кг/сут 5 раз через день интраназально). Опытным курившим крысам вводили: 2-я группа – физраствор (0,2 мл интраназально), 4-я группа – тетрапептид (в дозе 40 мкг/кг/сут 5 раз через день интраназально). Родившиеся крысята были разделены на аналогичные 4 группы. Эвтаназию осуществляли дислокацией шейных позвонков под эфирным наркозом на 21-е сутки после рождения.

В соответствии с рекомендациями [1] интенсивность фагоцитоза перитонеальных макрофагов оценивали по фагоцитарному показателю (ФП) и фагоцитарному индексу (ФИ) в отношении живой тест-культуры (2,5 × 108 КОЕ/ мл) стафилококка (штамм 209-P) через 30 минут инкубации при 37°. Метаболическую активность перитонеальных макрофагов определяли в НСТ-тесте в спонтанном и стимулированном (зимозан) вариантах. Уровень ЦИК определяли в сыворотке крови с использованием ПЭГ-6000. Активность ферментов аланинаминотрансферазы (АЛТ) и аспартатаминотрансферазы (АСТ) определяли в сыворотке крови на автоматическом биохимическом анализаторе BioSystems А-25 (Испания) с помощью наборов BioSystems (Испания). В эритроцитарной массе оценивали активность антиоксидантных ферментов каталазы и супероксиддисмутазы (СОД). В гомогенате печени определяли содержание малонового диальдегида (МДА) и диеновых конъюгатов (ДК) [1]. Учитывая отсутствие нормального распределения результатов, которое оценивалось с помощью критерия Шапиро–Уилка, сравнение групп проводили используя непараметрический U-критерий Манна–Уитни при критическом уровне значимости р < 0,05. Результаты представлены в виде медианы и интерквартильного размаха – Me (Q0,25-Q0,75).

Результаты и обсуждение

У крысят, родившихся от самок, подвергавшихся пассивному табакокурению во время беременности (2-я гр.), отмечалось снижение фагоцитарного показателя при неизмененном фагоцитарном индексе (табл. 1). При введении КК1 беременным курившим крысам отмечалось небольшое увеличение фагоцитарных показателей по отношению к уровню животных опытной группы. Установлено повышение метаболической активности нейтрофилов у опытных животных (2-я гр.) в спонтанном НСТ-тесте (на 112%) и индуцированном НСТ (на 27%) по сравнению с крысятами контрольной группы. Использование препарата КК1 способствовало нормализации показателей спонтанного и индуцированного НСТ-теста у крысят 4-й опытной группы. В целом применение препарата КК1 способствовало нормализации измененных фагоцитарных показателей у опытных крысят.

 

Таблица 1. Влияние препарата КК1 на фагоцитарную и метаболическую активность перитонеальных макрофагов крысят в возрасте 21 суток, родившихся от пассивно куривших крыс Wistar, Mе (Q0,25-Q0,75)

Table 1. Effect of the KK1 compound on Phagocytic and Metabolic Activity of Peritoneal Macrophages in 21-Day-Old Rat born to passively smoke-exposed Wistar rats, Mе (Q0.25-Q0.75)

Показатели

Indicators

1-я группа

Group 1

(n = 15)

2-я группа

Group 2

(n = 15)

3-я группа

Group 3

(n = 15)

4-я группа

Group 4

(n = 15)

Фагоцитарный показатель, %

Phagocytic activity, %

43,5

(40,0-50,3)

33,5*

(30,3-38,0)

38,0

(32,0-46,5)

36,0

(30,0-39,5)

Фагоцитарный индекс

Phagocytic index

5,3

(4,8-8,8)

4,9

(4,0-5,5)

5,6

(4,8-7,3)

5,5

(4,7-6,7)

НСТ спонтанный, %

Spontaneous NBT test, %

9,2

(9,0-10,2)

19,5*

(16,5-22,4)

9,0

(8,0-11,5)

11,6

(8,1-16,9)

НСТ индуцированный, %

Induced NBT test, %

31,5

(28,1-32,4)

40,5

(38,3-47,0)

30,0

(25,0-35,0)

34,6

(29,0-35,8)

Примечание. * – статистически значимые различия (p < 0,05) с показателями 1-й контрольной группы.

Note. *, significant differences (p < 0.05) from the control group 1.

 

Введение препарата КК1 некурящим крысам не изменяло содержание ЦИК по сравнению с уровнем контрольных крысят. Количество ЦИК у опытных крысят (2-я гр.) (54,5 (35-64,5) ед. оп.) и от пассивно куривших крыс, получающих препарат КК1 (4-я гр.) (55,5 (47-64,5) ед. оп.) в 2,5 раза превышало уровень ЦИК у крысят от контрольных животных (25,5 (17-45) ед. оп.).

Анализ активности АЛТ в сыворотке крови показал отсутствие значимых изменений данных показателей у животных всех исследуемых групп. Вместе с тем необходимо отметить тенденцию к повышению активности АСТ в 1,25 раза (417,7 (395,3-459,9) ед/л) у животных 2-й опытной группы, по сравнению с аналогичным параметром контрольной группы (332,4 (321,9-355,7) ед/л), что может служить маркером развития патологии печени у животных, подвергавшихся воздействию пассивного табакокурения в эмбриональный период. Препарат КК1 снижал активность АСТ у крысят 4-й опытной группы (339,0 (323,3-362,8) ед/л) на 18% по сравнению со 2-й опытной группой.

Для выявления механизмов изменения изученных показателей на следующем этапе проведено определение интенсивности свободно-радикального окисления и активности ферментов антиоксидантной защиты (табл. 2). У крысят, родившихся от самок, подвергнутых пассивному табакокурению наиболее выражено повышение ДК в печени (2-я и 4-я гр.), а также увеличение МДА в сыворотке крови (2-я гр.) по сравнению с контрольной группой животных. Введение препарата КК1 контрольным крысам не оказывало влияния на содержание МДА, ДК в печени и сыворотке крови потомства (3-я гр.). Использование КК1 у беременных куривших крыс способствовало уменьшению выраженности свободно-радикального окисления у их потомства. Содержание МДА в сыворотке крови крысят 4-й группы снижалось в 1,2 раза по сравнению со 2-й опытной группой и не отличалось от контрольной.

 

Таблица 2. Содержание МДА (нмоль/мг белка) и ДК (ед. опт. пл./мг белка) в печени и сыворотке крови, активность антиоксидантных ферментов в эритроцитах крыс, Mе (Q0,25-Q0,75)

Table 2. Content of MDA (nmoL/mg protein) and DC (OD units/mg protein) in the liver and serum, activity of antioxidant enzymes in rat erythrocytes, Mе (Q0.25-Q0.75)

Показатели

Indicators

1-я группа

Group 1

(n = 12)

2-я группа

Group 2

(n = 12)

3-я группа

Group 3

(n = 12)

4-я группа

Group 4

(n = 12)

Печень

Liver

МДА

MDA

0,89

(0,81-0,95)

1,13

(0,80-1,23)

0,92

(0,86-1,03)

0,94

(0,84-1,01)

ДК

DC

0,20

(0,16-0,24)

0,37*

(0,34-0,41)

0,19

(0,14-0,21)

0,36*

(0,33-0,37)

Сыворотка крови

Serum

МДА

MDA

8,9

(8,3-10,9)

10,5*

(9,0-13,2)

8,72

(7,98-10,62)

8,95

(8,26-9,94)

ДК

DC

0,21

(0,18-0,26)

0,25

(0,15-0,38)

0,17

(0,16-0,25)

0,19

(0,17-0,24)

Эритроциты

Erythrocytes

Каталаза, усл. ед./гHb

Catalase, conv. units/gHb

268,0

(215,2-354,9)

185,7

(168,7-231,1)

217,8

(198,7-281,1)

216,6

(185,6-262,4)

СОД, усл. ед./гHb

SOD, conv. units/gHb

227

(178,5-273,5)

165

(141,2-241,1)

172,8

(159,3-183,3)

169,3

(167,5-175,4)

Примечание. См. примечание к таблице 1.

Note. As for Table 1.

 

Одна из причин активации свободно-радикального окисления может быть связана с уменьшением активности антиоксидантных ферментов. Так, во 2-й опытной группе животных отмечалось снижение активности СОД и каталазы в 1,4 раза по сравнению с контрольной группой. При использовании КК1 у беременных куривших крыс 4-й группы наблюдалось увеличение активности каталазы в 1,17 раза по сравнению со 2-й опытной группой животных.

Таким образом, установлено, что пренатальное пассивное курение приводит к активации процессов свободного радикального окисления, с одновременным угнетением естественных механизмов антирадикальной защиты у потомства. Выявленные изменения указывают в пользу антиоксидантных свойств препарата КК1 при пассивном курении крыс, что является одним из важных аспектов иммунопротекторного действия исследуемого препарата.

При обсуждении результатов данной работы, важно учесть ранее полученные нами данные по отрицательному воздействию пассивного курения на морфологические и иммунологические параметры самок крыс [5]. Можно полагать, что выявленные нарушения у крысят, родившихся от куривших самок, являются следствием стрессорной реакции, выражающейся в усилении процессов свободно-радикального окисления. Известно, что табачный дым способствует активации свободнорадикальных процессов с одновременным снижением эффективности антиоксидантных механизмов [12]. В свою очередь, усиление свободно-радикального окисления липидов лежит в основе изменений фагоцитарных показателей [9], которые могут быть связаны с повреждением клеточных структур и нарушением регуляции окислительно-восстановительных процессов [11]. Точный механизм действия препарата КК1 в настоящее время полностью не изучен, однако известно, что его эффекты могут быть связаны с влиянием на текучесть синаптических мембран, модуляцию рецепторных функций, процессы фосфорилирования белков и избыточного синтеза цитокинов, что обеспечивает его стресс-протекторный эффект [6]. Выявленный положительный эффект по снижению продуктов перекисного окисления липидов и повышению активности каталазы подтверждает литературные данные [2, 10] об антиоксидантном и стресспротекторном действии препарата КК1.

Выводы

Препарат КК1 проявляет антиоксидантный и иммунопротекторный эффект, нормализуя негативные последствия пренатального воздействия табачного дыма у потомства крыс, что позволяет рекомендовать его использование при исследовании влияния факторов малой токсичности на организм экспериментальных животных.

×

About the authors

Natalia A. Kuzmicheva

Orenburg State Medical University

Author for correspondence.
Email: natalie-vip@list.ru

Senior Lecturer, Department of Pharmaceutical Chemistry

Russian Federation, Orenburg

A. I. Smolyagin

Orenburg State Medical University, Orenburg, Russian Federation

Email: natalie-vip@list.ru

PhD, MD (Medicine), Professor, Honored Worker of Higher Education of the Russian Federation, Professor, Department of Epidemiology and Infectious Diseases

Russian Federation, 6 Sovetskaya St., Orenburg, 460000

Yu. V. Filippova

Orenburg State Medical University

Email: natalie-vip@list.ru

PhD (Medicine), Associate Professor, Department of Pharmaceutical Chemistry

Russian Federation, Orenburg

References

  1. Волчегорский И.А., Долгушин И.И., Колесников О.Л. Экспериментальное моделирование и лабораторная оценка адаптивных реакций организма. Челябинск, 2000. 167 с. [Volchegorsky I.A., Dolgushin I.I., Kolesnikov O.L. Experimental modeling and laboratory evaluation of adaptive reactions of the body]. Chelyabinsk, 2000. 167 p.
  2. Кудина О.В., Штрыголь С.Ю., Колобов А.А. Влияние олигопептидов – гомологов фрагмента АКТГ [15-18] на показатели углеводного обмена в условиях острого холодового стресса // Вестник фармации, 2019. № 1 (83). С. 64-70. [Kudina O.V., Shtrygol S.Yu., Kolobov A.A. Influence of oligopeptides – homologues of the ACTH fragment [15-18] on the parameters of carbohydrate metabolism under conditions of acute cold stress. Vestnik farmatsii = Vestnik Farmacii, 2019, no. 1 (83), pp. 64-70. (In Russ.)]
  3. Кузьмичева Н.А., Михайлова И.В., Пушкарева Л.А., Филиппова Ю.В., Бондаренко А.И., Синеговец А.А., Смолягин А.И. Влияние пептида КК1 на иммунологические параметры у пассивно куривших беременных крыс и их потомства // Российский иммунологический журнал, 2022. Т. 25, № 2. C. 227-234. [Kuzmicheva N.A., Mikhailova I.V., Pushkareva L.A., Filippova Y.V., Bondarenko A.I., Sinegovets A.A., Smolyagin A.I. Effect of the KK1 peptide on immunological parameters in passively smoking pregnant rats and their offspring. Rossiyskiy immunologicheskiy zhurnal = Russian Journal of Immunology, 2022, Vol. 25, no. 2, pp. 227-234. (In Russ.)] doi: 10.46235/1028-7221-1122-EOT.
  4. Смолягин А.И., Колобов А.А., Кузьмичева Н.А., Полякова В.С., Михайлова И.В., Филиппова Ю.В., Мирошниченко И.В. Оценка влияния тетрапептидов КК1 и КК5 на иммунологические параметры селезенки крыс при пассивном табакокурении // Российский иммунологический журнал, 2024. Т. 27, № 3. C. 449-456. [Smolyagin A.I., Kolobov A.А., Kuzmicheva N.A., Polyakova V.S., Mikhailova I.V., Filippova Y.V., Miroshnichenko I.V. Effect of tetrapeptides KK1 and KK5 on the immunological parameters of rat spleen during passive smoking. Rossiyskiy immunologicheskiy zhurnal = Russian Journal of Immunology, 2024, Vol. 27, no. 3, pp. 449-456. (In Russ.)] doi: 10.46235/1028-7221-16715-EOT.
  5. Стадников А.А., Кузьмичева Н.А., Пушкарева Л.А., Ермолина Е.В., Михайлова И.В., Смолягин А.И. Иммуноморфологическая оценка беременных крыс, подвергшихся пассивному табакокурению, и их потомства (нейроэндокринные аспекты) // Журнал анатомии и гистопатологии, 2023. Т. 12, № 1. C. 64-71. [Stadnikov A.A., Kuz’micheva N.A., Pushkareva L.A., Ermolina E.V., Mikhailova I.V., Smolyagin A.I. Immunomorphological evaluation of pregnant rats exposed to passive smoking and their offspring (Neuroendocrine Aspects). Zhurnal anatomii i gistopatologii = Journal of Anatomy and Histopathology, 2023, Vol. 12, no. 1, pp. 64-71. (In Russ.)]
  6. Халютин Д.А., Ховпачев А.А., Гребенюк А.Н., Рейнюк В.Л., Антушевич А.Е., Колобов А.А. Терапевтический эффект новых нейропептидов и гепатопротектора моликсан при острых отравлениях этанолом // Токсикологический вестник, 2015. № 2 (131). C. 10-17. [Halyutin D.A., Hovpachev A.A., Grebenyuk A.N., Reynyuk V.L., Antushevich A.E., Kolobov A.A. Therapeutic efficaсy of new neuropeptides and hepatoprotector molixan at acute poisonings with ethanol. Toksikologicheskiy vestnik = Toxicological Review, 2015, no. 2 (131), pp. 10-17. (In Russ.)]
  7. Bauer-Kemény C., Herth F.J.F. Smoking-toxic substances and immunological consequences. Radiologie (Heidelb), 2022, Vol. 62, no. 9, pp. 731-737. (In German)
  8. Caliri A.W., Tommasi S., Besaratinia A. Relationships among smoking, oxidative stress, inflammation, macromolecular damage, and cancer. Mutat. Res. Rev. Mutat. Res., 2021, Vol. 787, 108365. doi: 10.1016/j.mrrev.2021.108365.
  9. Fialkow L., Wang Y., Downey G.P. Reactive oxygen and nitrogen species as signaling molecules regulating neutrophil function. Free Radic. Biol. Med., 2007, Vol. 42, no. 2, pp. 153-164.
  10. Kudina O., Shtrygol S., Larjanovska Y. Effect of oligopeptides-homologues of the fragment of ACTH 15-18 on morphogenetic markers of stress in the adrenal glands on the model of acute cold injury in rats. Turk. J. Pharm. Sci. 2023, Vol. 20, no. 2, pp. 100-107.
  11. Mittal M., Siddiqui M.R., Tran K., Reddy S.P., Malik A.B. Reactive oxygen species in inflammation and tissue injury. Antioxid. Redox Signal., 2014, Vol. 20, no. 7, pp. 1126-1167.
  12. Pizent A., Lazarus M., Kovačić J., Tariba Lovaković B., Brčić Karačonji I., Živković Semren T., Sekovanić A., Orct T., Branović-Čakanić K., Brajenović N., Jurič A., Miškulin I., Škrgatić L., Stasenko S., Mioč T., Jurasović J., Piasek M. Cigarette smoking during pregnancy: effects on antioxidant enzymes, metallothionein and trace elements in mother-newborn Pairs. Biomolecules, 2020, Vol. 10, 892. doi: 10.3390/biom10060892.
  13. Valko M., Leibfritz D., Moncol J., Cronin M.T., Mazur M., Telser J. Free radicals and antioxidants in normal physiological functions and human disease. Int. J. Biochem. Cell Biol., 2007, Vol. 39, no. 1, pp. 44-84.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Kuzmicheva N.A., Smolyagin A.I., Filippova Y.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № 77 - 11525 от 04.01.2002.


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies