Эпителий дорсальных и латеральных долей простаты крыс при длительной адаптации к холоду и на фоне коррекции

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 591.463.05:616-001.18/.19

Амурская государственная медицинская академия

Эпителий дорсальных и латеральных долей простаты крыс при длительной адаптации к холоду и на фоне коррекции

Саяпина И.Ю.

Простата играет важную роль в обеспечении фертильности животных. В связи с этим изучение изменений, возникающих в простате под влиянием неблагоприятных факторов среды, действие которых организм испытывает в процессе индивидуального развития, представляет научный интерес.

В большинстве экспериментальных исследований в качестве модели используется простата крыс Rattus norvegicus. Как и у других представителей отряда Rodentia, простата крыс имеет сложную пространственную организацию и состоит из трех парных долей: вентральных, дорсальных и латеральных [1, 2]. Дорсальные и латеральные доли простаты имеют ряд общих морфологических характеристик, поэтому их часто обозначают термином дорсолатеральная простата (ДЛП). ДЛП крыс является наиболее адекватной моделью для изучения влияния неблагоприятных факторов среды [1]. Ранее было установлено, что при адаптации к низким температурам эпителий ДЛП находится в состоянии функционального напряжения [1]. Однако морфологические признаки повышенной секреторной активности эпителия ДЛП не являются эквивалентом синтетической функции эпителиоцитов, которая требует дальнейшего изучения. Закономерно встает вопрос о том, возможно ли предотвратить или скорректировать обнаруженные изменения при помощи средств, повышающих адаптационные возможности организма.

На основании вышеизложенного целью настоящего экспериментального исследования стало изучение эпителия дорсальных и латеральных долей простаты крыс при длительной адаптации животных к низким температурам и на фоне коррекции.

Материалы и методы

Эксперимент был проведен на 30 белых нелинейных половозрелых крысах-самцах с массой тела 200-250 г, которые были рандомизированы на две группы: группа коррекции и группа сравнения. У крыс из обеих групп моделировали реактивные изменения в эпителии простаты путем общего охлаждения при температуре -15єС по 3 часа ежедневно в течение 4-х недель. В качестве средства, повышающего адаптационные возможности органов репродуктивной системы крыс-самцов, была использована биологически активная добавка моллюскам, получаемая из гидробионтов Дальневосточного региона. Крысы из группы коррекции на протяжении всего срока охлаждения получали биологически активную добавку per os из расчета 10 мг/кг массы тела. Контрольную группу составили интактные крысы, содержавшиеся в стандартных температурных условиях вивария.

Все крысы содержались в виварии при соблюдении 12-тичасового светового режима на стандартном пищевом рационе при свободном доступе к пище и воде. Выведение животных из эксперимента проводили путем декапитации под тиопенталовым наркозом. Все манипуляции c животными проводились в соответствии с «Международными рекомендациями по проведению медико-биологических исследований с использованием животных» и приказа Минздрава РФ № 267 от 19.06.2003 «Об утверждении правил лабораторной практики».

Из урогенитального комплекса крыс выделяли дорсальные и латеральные доли простаты, фиксировали и заливали в парафин согласно стандартной гистологической схеме. На парафиновых срезах ДЛП ШИК-реакцией выявляли нейтральные гликопротеины, содержание хелатируемого цинка (Zn) определяли по реакции с дитизоном [3]. Индуцибельную NO-синтетазу (iNOS) и кадгерин Е выявляли при помощи моноклональных антител (Lab Vision, США), постановку иммуногистохимических реакций проводили в соответствии с прилагающимся протоколом фирмы-производителя. Активность гисто- и иммуногистохимических реакций оценивали количественным методом по оптической плотности продуктов реакции в эпителии ДЛП.

Для световой микроскопии использовали полутонкие срезы ДЛП, окрашенные толуидиновым синим, на которых измеряли высоту люминальных эпителиоцитов, диаметр их ядер, проводили подсчет относительного количества клеток с двумя ядрами. Для морфометрического исследования и количественной оценки гисто- и иммуногистохимических реакций использовалось программное обеспечение для количественного анализа ВидеоТесТ - Морфология 5.0.

Для статистической обработки количественных данных использовали программное обеспечение Statistica 6.0. Для проверки гипотезы нормальности распределения значений в выборках использовали тест Колмогорова-Смирнова, после чего выборки сравнивались при помощи t-критерия Стьюдента, различия считались значимыми при р < 0,05.

Результаты и обсуждение

В эпителии ДЛП крыс из группы сравнения обнаруживаются морфологические признаки повышенной функциональной активности. В ядрах люминальных эпителиоцитов доминирует эухроматин, имеются крупные ядрышки, численность двуядерных клеток на 113% больше, чем в группе контроля (р < 0,05). В отличие от эпителия ДЛП интактных крыс (рис. 1, а), в цитоплазме клеток отмечается гипертрофия зоны Гольджи (рис. 1, б), в некоторых секреторных отделах наблюдаются структурные эквиваленты макроапокринной секреции в виде клазматоза апикальных фрагментов клеток. Цитоплазма люминальных эпителиоцитов вакуолизирована, степень вакуолизации варьирует от умеренной до сильной, как и размер самих вакуолей.

Исследование полутонких срезов ДЛП крыс из группы коррекции показало, что в популяции люминальных эпителиоцитов преобладают клетки с двумя ядрами (рис. 1, в), обнаруживаются участки гиперплазии эпителия. Люминальные эпителиоциты имеют хорошо выраженную зону Гольджи, ассоциированную с мелкими секреторными вакуолями, в их ядрах преобладает эухроматин, имеются крупные ядрышки.

По данным количественного анализа (рис. 2) относительная численность клеток с двумя ядрами увеличена по сравнению с группой контроля на 145% (р < 0,001), высота люминальных эпителиоцитов увеличивается по сравнению с группой контроля в среднем на 2,57 мкм (р < 0,001). В очагах спонтанной гиперплазии железистого эпителия обнаруживаются морфологические признаки апокринной секреции.

Согласно данным [4, 5], соматическая полиплоидия обеспечивает повышенную метаболическую пластичность клеток при адаптации к неблагоприятным факторам. Следовательно, усиление процессов соматической полиплоидии, равно как и гипертрофия люминальных эпителиоцитов, является компенсаторно-приспособительной реакцией эпителия ДЛП в условиях длительной адаптации к низким температурам.

При длительной адаптации к низким температурам в эпителии ДЛП резко угнетается экспрессия NO-синтетазы, что проявляется полным отсутствием продуктов реакции (рис. 3, а). Эпителий имеет базофильную окраску различной интенсивности, обусловленную гематоксилином. Оптическая плотность продуктов реакции на 33% ниже по сравнению с группой контроля (табл. 1). Оксид азота, синтез которого обеспечивает NO-синтетаза, играет важную роль в холодовой адаптации тканей и органов, являясь дополнительной системой антиоксидантной защиты местного уровня [6, 7], следовательно, угнетение экспрессии NO-синтетазы ограничивает адаптационные возможности простаты и создает условия для развития окислительного стресса [1].

В эпителии ДЛП крыс из группы коррекции обнаруживаются продукты реакции в виде преципитатов светло-коричневого цвета (рис. 3, б), оптическая плотность продуктов реакции в группе коррекции выше (табл. 1), чем в группе сравнения (р < 0,001). Восстановление реакции на NO-синтетазу в эпителии ДЛП, вероятно, обусловлено дополнительным поступлением в составе биологически активной добавки аминокислоты аргинина, являющейся субстратом для синтеза оксида азота [8].

Важнейшей компонентой структурного гомеостаза простаты, предупреждающей пролиферацию и опухолевый рост железистого эпителия, является экспрессия клетками Е-кадгерина [9, 10].

Рис. 1а. Фрагмент секреторного отдела ДЛП интактной крысы. Полутонкий срез. Рис. 1б. Фрагмент секреторного отдела ДЛП крысы из группы сравнения. Рис. 1в. Фрагмент секреторного отдела ДЛП крысы из группы коррекции.

Рис. 2. Количественные характеристики люминальных эпителиоцитов ДЛП

Примечание: * - различия статистически значимы с группой контроля при р < 0,05.

Таблица 1. Оптическая плотность (усл. ед.) продуктов гистохимических и иммуногистохимических реакций в эпителии ДЛП (M±m)

* - различия статистически значимы по сравнению с группой контроля;

** - различия статистически значимы по сравнению с группой сравнения.

Результаты иммуногистохимической реакции на Е-кадгерин показали снижение иммунопозитивных свойств эпителия ДЛП, оптическая плотность продуктов реакции на 25% ниже, чем у особей из группы контроля (табл. 1). У крыс, получавших коррекцию, в эпителии ДЛП обнаруживаются продукты иммуногистохимической реакции на Е-кадгерин в виде преципитатов светло-коричневого цвета, а оптическая плотность продуктов реакции превышает одноименный показатель в группе сравнения (р < 0,001).

Рис. 3. Иммуногистохимическая реакция на NO-синтетазу

Окрашивание гематоксилином. Увеличение: ок. 10, об. 20.

а) ДЛП крысы из группы сравнения; б) ДЛП крысы из группы коррекции. эпителий температура соматический полиплоидия

После длительной адаптации к низким температурам в эпителии ДЛП уменьшается содержание ШИК-позитивных веществ (рис. 4, а), что свидетельствует о снижении содержания нейтральных гликопротеинов в люминальных эпителиоцитах. Оптическая плотность продуктов ШИК-реакции в эпителии ДЛП снижена на 24% (табл. 1).

На фоне коррекции в эпителии ДЛП отмечается высокая активность ШИК-реакции (рис. 4, б), что подтверждают показатели оптической плотности продуктов реакции (табл. 1). Так как гликоген в эпителии ДЛП крыс гистохимическими методами не выявляется [2], накопление продуктов ШИК-реакции доказывает высокое содержание гликопротеинов в цитоплазме люминальных эпителиоцитов.

В эпителии ДЛП крыс из группы сравнения наблюдается снижение активности реакции с дитизоном (рис. 5, а), что указывает на снижение концентрации хелатируемого Zn в эпителии ДЛП. Оптическая плотность продуктов реакции на 65% ниже по сравнению с группой контроля (табл. 1).

Рис. 4. ШИК-реакция. Окрашивание гематоксилином

Увеличение: ок. 10, об. 20.

а) ДЛП крысы из группы сравнения; б) ДЛП крысы из группы коррекции

Потеря люминальными эпителиоцитами ДЛП способности аккумулировать Zn может быть связана с нарушением синтеза транспортных белков семейства ZIP, обеспечивающих перенос Zn из внеклеточного матрикса в цитоплазму клеток и его накопление в цитозоле [11, 12].

Катионы Zn играют важную роль в гистофизиологии простаты. Высокие концентрации Zn в простате необходимы для накопления в цитозоле эпителиоцитов и последующей секреции в просвет ацинусов высоких концентраций цитрата [11, 12, 13]. Zn обладает мощным антипролиферативным действием [12, 14], Zn-пептидный комплекс, образующийся в эпителиоцитах простаты, обладает антибактериальной активностью [12], значительная часть хелатируемого Zn входит в состав Zn-зависимой супероксиддисмутазы, защищающей эпителиальные клетки простаты от активных метаболитов кислорода [12, 13]. Доказано, что катионы Zn поддерживают активность ферментов, обеспечивающих репарацию ДНК в эпителиоцитах простаты [12, 14, 15]. Таким образом, высокая концентрация Zn является необходимым условием для поддержания структурного и функционального гомеостаза простаты, а утрата эпителиоцитами способности накапливать Zn является основополагающим фактором в развитии патологии простаты.

В эпителии секреторных отделов и выводных протоков ДЛП крыс, получавших коррекцию, отмечается высокая активность реакции с дитизоном (рис. 5, б). Оптическая плотность продуктов реакции в эпителии ДЛП крыс из группы коррекции выше, чем у крыс из группы сравнения (р < 0,05).

Рис. 5. Гистохимическая реакция с дитизоном

Увеличение: ок. 10, об. 20.

а) ДЛП крысы из группы сравнения; б) ДЛП крысы из группы коррекции

Резюмируя итоги проведенного исследования, можно констатировать, что после длительной адаптации к низким температурам изменяются как количественные, так и качественные составляющие секреторной функции эпителия ДЛП. Морфологические изменения указывают на повышенную функциональную активность люминальных эпителиоцитов, в то время как пластическое обеспечение секреторной функции нарушено: в люминальных эпителиоцитах снижен уровень синтеза белков (NO-синтетаза, Е-кадгерин, гликопротеины, транспортеры Zn).

Дополнительное поступление в организм животных комплекса незаменимых, частично заменимых и заменимых аминокислот, а также дипептидов, входящих в состав биологически активной добавки моллюскам, по-видимому, оказывает модулирующий эффект на процессы белкового синтеза в люминальных эпителиоцитах ДЛП. Экспрессия NO-синтетазы и Е-кадгерина, накопление гликопротеинов и высоких концентраций Zn в цитоплазме люминальных эпителиоцитов свидетельствуют о сохранной синтетической активности эпителия ДЛП крыс из группы коррекции. Обнаруженные биостимулирующие эффекты моллюскама позволяют использовать данную биодобавку в качестве средства, повышающего резистентность организма животных к неблагоприятным факторам среды.

Выводы

1. При адаптации к низким температурам эпителий ДЛП находится в состоянии функционального напряжения, на что указывают гипертрофия зоны Гольджи, смена типа секреции люминальных эпителиоцитов, усиление процессов соматической полиплоидии.

2. В условиях длительной адаптации нарушается синтетическая функция эпителия ДЛП, на что указывают угнетение экспрессии NO-синтетазы и Е-кадгерина, уменьшение ШИК-позитивных веществ и концентрации хелатируемого Zn в цитоплазме люминальных эпителиоцитов.

3. На фоне коррекции развиваются компенсаторная гипертрофия и гиперплазия эпителия ДЛП, усиливаются процессы соматической полиплоидии, направленные на поддержание высокой секреторной активности люминальных эпителиоцитов.

4. Накопление продуктов ШИК-реакции и реакции с дитизоном, экспрессия NO-синтетазы и Е-кадгерина в эпителии ДЛП косвенно свидетельствуют о высоком уровне белкового синтеза в люминальных эпителиоцитах.

5. Опираясь на полученные результаты, можно констатировать, что биологически активная добавка моллюскам повышает адаптационные возможности эпителия ДЛП.

Список использованных источников

1. Саяпина И.Ю. Целуйко С.С., Лашин С.А. и др. Функциональная морфология органов мужской репродуктивной системы при адаптации к низким температурам на фоне коррекции дигидрокверцетином. - Благовещенск: ООО «Типография». - 2018. - 179 с.

2. Odum J., Creasy D., Cartwright J. et al. Guidance document for histologic evaluation of endocrine and reproductive tests in rodents // ENV/JM/MONO. - 2009. - Vol. 11, № 106.

3. Ещенко Ю.В., Новицкий В.В., Бовт В.Д. Действие хелатирующих агентов на предстательную железу у крыс // Бюллетень сибирской медицины. - 2010, № 3. - С. 65-67.

4. Анацкая О.В., Виноградов А.Е. Особенности метаболизма полиплоидных клеток млекопитающих по данным биоинформатического анализа // Цитология. - 2008, т. 52, № 1. - С. 52-62.

5. Schoenfelder K.P., Fox D. T. The expanding implications of polyploidy// Journal of Cell Biology. - 2015. - Vol. 209, № 4. - P. 485-491.

6. Otasevic V., Korac A., Buzadzic B. et al. Nitric oxide and thermogenesis - challenge in molecular cell physiology. // Frontiers of Bioscience. - 2011. - Vol. 3, Jun 1. - P. 1180-1195.

7. Petrovic V., Buzadzic B., Korac A.et al. Antioxidative defence alterations in skeletal muscle during prolonged acclimation to cold: role of L-arginine/NO-producing pathway // The Journal of Experimental Biology. - 2008. - Vol. 211, № 1. - P. 114-120.

8. Мельников В.И., Пивненко Т.Н. Возможность коррекции метаболических изменений у спортсменов-гребцов в период интенсивных тренировок с помощью нутрицевтиков, обогащенных свободными аминокислотами // Здоровье и образование. - 2016, т. 18, № 8. - С.101-107.

9. Lamb L.E., Knudsen B.S., Miranti C.K. E-cadherin-mediated survival of androgen-receptor-expressing secretory prostate epithelial cells derived from a stratified in vitro differentiation model. // Journal of Cell Science. - 2010. - Vol. 123, № 2. - P. 266-276.

10. Walker M.M., Ellis S.M., Auza M.J. et al. The intercellular adhesion molecule, cadherin-10, is a marker for human prostate luminal epithelial cells that is not expressed in prostate cancer. // Modern Pathology. - 2008. - Vol. 21, № 2. - P. 85-95.

11. Iguchi K., Morihara N., Usui S. et al. Castration- and aging-induced changes in the expression of zinc-transporter and metallothionein in rat prostate // Journal of Andrology. - 2011. - Vol. 32, № 2. - P. 253-258.

12. Kolenko V., Teper E., Kutikov A., Uzzo R. Zinc and zinc transporters in prostate carcinogenesis // Nature Reviews Urology. - 2013. - Vol. 10, № 4. - P. 219-226.

13. Саяпина И.Ю., Целуйко С.С., Чередниченко О.А. Биологическая роль цинка в предстательной железе (молекулярные аспекты) // Дальневосточный медицинский журнал. - 2015, № 2. - С. 137-143.

14. Song Y., Ho E. Zinc and prostatic cancer // Current Opinion in Clinical Nutrition and Metabolic Care. - 2009. - Vol. 12, № 6. - P. 640-645.

15. Yan M., Song Y., Wong C.P. et al. Zinc deficiency alters DNA damage response genes in normal human prostate epithelial cells // The Journal of Nutrition. - 2008. - Vol. 138, № 4. - P. 667-673.

Аннотация

В работе описываются изменения эпителия дорсальной и латеральной долей простаты крыс, вызванные длительной адаптацией животных к низким температурам, изученные при помощи цитохимических, иммуноцитохимических и количественных методов. Установлено, что в условиях адаптации к низким температурам эпителий дорсальных и латеральных долей простаты находится в состоянии функционального напряжения, при этом угнетается синтетическая функция эпителиальных клеток, на что указывают снижение экспрессии индуцибельной NO-синтетазы и Е-кадгерина, уменьшение содержания ШИК-позитивных веществ, нарушение способности эпителиальных клеток аккумулировать ионы цинка. При длительной адаптации к низким температурам на фоне коррекции моллюскамом в эпителии простаты отмечается гипертрофия и усиление процессов соматической полиплоидии, обнаруживаются морфологические признаки функционального напряжения без нарушения синтетической активности клеток.

Ключевые слова: Простата, крысы, дорсальные доли простаты, латеральные доли простаты, адаптация, низкие температуры, эпителий простаты, люминальные эпителиоциты, коррекция, моллюскам

Размещено на Allbest.ru