Влияние экзогенного мелатонина на ультраструктуру гепатоцитов крыс при экспериментальном токсическом повреждении

Обложка


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. Постоянное освещение в течение длительного времени подавляет синтез мелатонина шишковидной железой и вызывает десинхроноз, повышающий риск развития различных патологий, включая нарушения функций печени. Известно, что экзогенный мелатонин обладает выраженным гепатопротекторным действием, однако его роль в защите печени от токсического действия тетрахлорметана (CCl4) недостаточно изучена. Кроме того, остаются неясными значение нарушений циркадной ритмичности на фоне дефицита мелатонина в развитии патологий печени, а также механизмы гепатопротекторного действия экзогенного мелатонина при токсическом повреждении.

Цель — изучить влияние темновой депривации и экзогенного мелатонина на ультраструктуру митохондрий в гепатоцитах крыс при токсическом повреждении тетрахлорметаном.

Методы. Исследование проведено на самцах крыс линии Вистар (n=200) в возрасте 6 месяцев, массой (350±15) г. Животных распределили на 5 групп: I — контрольная группа, крыс содержали при фиксированном световом режиме; II — крыс содержали в условиях темновой депривации; III — животных содержали при фиксированном световом режиме, один раз в 3 дня внутрибрюшинно вводили CCl4 (в смеси с оливковым маслом, в дозе 0,3 мг/кг); IV — крыс содержали в условиях темновой депривации, один раз в три дня вводили CCl4; V — животных содержали в условиях темновой депривации, один раз в три дня вводили CCl4 (внутрибрюшинно) и ежедневно — мелатонин (Sigma-Aldrich, США; внутрижелудочно, в дозе 0,3 мг/кг).

Длительность эксперимента составила 3 недели. Оценку ультраструктуры гепатоцитов осуществляли на срезах печени методом трансмиссионной электронной микроскопии. Микроморфометрический анализ митохондрий включал измерение площади органелл, определение количества и длины крист, расчёт концентрации внутренних мембран митохондрий (КВММ). Статистическую обработку результатов выполняли в программе GraphPad Prism v8.41 (GraphPad Software, США).

Результаты. При темновой депривации в гепатоцитах крыс наблюдали существенные структурные изменения: отёк цитоплазмы, деформацию ядер, «осыпание» рибосом с поверхности эндоплазматического ретикулума, снижение количества митохондрий, уменьшение длины крист и КВММ. Воздействие CCl₄ вызывает более тяжёлые повреждения гепатоцитов, включая вакуолизацию цитоплазмы, набухание митохондрий и некроз. На фоне темновой депривации токсический эффект CCl₄ усугубляется — уменьшается общее количество митохондрий при компенсаторном увеличении их площади, происходит укорочение крист и снижение КВММ, что свидетельствует о снижении функциональной активности органелл. Введение мелатонина оказывает протекторное действие на гепатоциты, проявляющееся в сохранении формы ядер, меньшем количестве липидных вакуолей и нормализации микроморфометрических показателей митохондрий.

Заключение. Дефицит эпифизарного мелатонина в условиях темновой депривации усугубляет гепатотоксическое действие CCl₄, что связано с индукцией окислительного стресса и развитием митохондриальной дисфункции. Установлено, что мелатонин обладает выраженным гепатопротекторным действием, способствует стабилизации ультраструктуры гепатоцитов и поддержанию их энергетического метаболизма. Полученные данные свидетельствуют в пользу применения мелатонина для защиты печени при хронических интоксикациях и нарушениях циркадной ритмичности.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Севиль Альбертовна Грабеклис

Российский научный центр хирургии им. акад. Б.В. Петровского

Автор, ответственный за переписку.
Email: grabeklene@gmail.com
ORCID iD: 0009-0002-3290-3768
SPIN-код: 4259-7674
Россия, Москва

Людмила Михайловна Михалева

Российский научный центр хирургии им. акад. Б.В. Петровского

Email: mikhalevalm@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2052-914X
SPIN-код: 2086-7513

д-р мед. наук, профессор

Россия, Москва

Александр Михайлович Дыгай

Научно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологии

Email: ombn.ramn@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6286-5315
SPIN-код: 8070-3578

д-р мед. наук, профессор, академик РАН

Россия, Москва

Мария Александровна Козлова

Российский научный центр хирургии им. акад. Б.В. Петровского

Email: ma.kozlova2021@outlook.com
ORCID iD: 0000-0001-6251-2560
SPIN-код: 5647-1372

канд. биол. наук

Россия, Москва

Валерий Петрович Черников

Российский научный центр хирургии им. акад. Б.В. Петровского

Email: 1200555@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3253-6729
SPIN-код: 3125-7837

канд. мед. наук

Россия, Москва

Давид Александрович Арешидзе

Российский научный центр хирургии им. акад. Б.В. Петровского

Email: labcelpat@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3006-6281
SPIN-код: 4348-6781

канд. биол. наук

Россия, Москва

Список литературы

  1. Areshidze DA, Kozlova MA, Chernikov VP, Kondashevskaya MV. The influence of the constant illumination on the ultrastructure of rat’s hepatocytes. Morphological Newsletter. 2023;31(1):46–53. (In Russ.) doi: 10.20340/mv-mn.2023.31(1).758 EDN: ZGVUHK
  2. Fárková E, Schneider J, Šmotek M, et al. Weight loss in conservative treatment of obesity in women is associated with physical activity and circadian phenotype: a longitudinal observational study. Biopsychosoc Med. 2019;13:24. doi: 10.1186/s13030-019-0163-2 EDN: DSJXIU
  3. Anisimov VN. Light desynchronosis and health. Light & Engineering. 2019;(1):30–38. (In Russ.) EDN: YXUWLZ
  4. Trufakin VA, Shurlygina AV, Michurina SV. Lymphoid system − circadian temporary organization and desynchronosis. Bulletin of the Siberian Branch of the Russian Academy of Medical Sciences. 2012;32(1):5–12. (In Russ.) EDN: OPUFHD
  5. Zlobina OV, Pakhomy SS, Bugaeva IO, et al. The morphological changes of liver in laboratory animals at the light-induced desynchronosis. Journal of New Medical Technologies, eEdition. 2018;12(5):245–249. (In Russ.) EDN: YMZZPF
  6. McGill MR, Jaeschke H. Animal models of drug-induced liver injury. Biochim Biophys Acta Mol Basis Dis. 2019;1865(5):1031–1039. doi: 10.1016/j.bbadis.2018.08.037
  7. Weber LW, Boll M, Stampfl A. Hepatotoxicity and mechanism of action of haloalkanes: carbon tetrachloride as a toxicological model. Crit Rev Toxicol. 2003;33(2):105–136. doi: 10.1080/713611034
  8. Clemens MM, McGill MR, Apte U. Mechanisms and biomarkers of liver regeneration after drug-induced liver injury. Adv Pharmacol. 2019;85:241–262. doi: 10.1016/bs.apha.2019.03.001
  9. Li X, Wang L, Chen C. Effects of exogenous thymosin β4 on carbon tetrachloride-induced liver injury and fibrosis. Sci Rep. 2017;7(1):5872. doi: 10.1038/s41598-017-06318-5 EDN: EOXVUQ
  10. Xu P, Yao J, Ji J, et al. Deficiency of apoptosisstimulating protein 2 of p53 protects mice from acute hepatic injury induced by CCl4 via autophagy. Toxicol Lett. 2019;316:85–93. doi: 10.1016/j.toxlet.2019.09.006
  11. Boll M, Weber LW, Becker E, Stampfl A. Mechanism of carbon tetrachloride-induced hepatotoxicity. Hepatocellular damage by reactive carbon tetrachloride metabolites. Z Naturforsch C J Biosci. 2001;56(7-8):649–659. doi: 10.1515/znc-2001-7-826
  12. Taira Z, Ueda Y, Monmasu H, et al. Characteristics of intracellular Ca2+ signals consisting of two successive peaks in hepatocytes during liver regeneration after 70% partial hepatectomy in rats. J Exp Pharmacol. 2016;8:21–33. doi: 10.2147/JEP.S106084 EDN: XZHMHF
  13. Cao R, Cao C, Hu X, et al. Kaempferol attenuates carbon tetrachloride (CCl4)-induced hepatic fibrosis by promoting ASIC1a degradation and suppression of the ASIC1a-mediated ERS. Phytomedicine. 2023;121:155125. doi: 10.1016/j.phymed.2023.155125 EDN: MVDPYM
  14. Tan DX, Manchester LC, Reiter RJ, et al. Identification of highly elevated levels of melatonin in bone marrow: its origin and significance. Biochim Biophys Acta. 1999;1472(1-2):206–214. doi: 10.1016/s0304-4165(99)00125-7 EDN: ADVNON
  15. Acuña-Castroviejo D, Escames G, Venegas C, et al. Extrapineal melatonin: sources, regulation, and potential functions. Cell Mol Life Sci. 2014;71(16):2997–3025. doi: 10.1007/s00018-014-1579-2 EDN: UVWSGR
  16. Zhang HM, Zhang Y. Melatonin: a well-documented antioxidant with conditional pro-oxidant actions. J Pineal Res. 2014;57(2):131–146. doi: 10.1111/jpi.12162 EDN: URPJML
  17. Pan M, Song YL, Xu JM, Gan HZ. Melatonin ameliorates nonalcoholic fatty liver induced by high-fat diet in rats. J Pineal Res. 2006;41(1):79–84. doi: 10.1111/j.1600-079X.2006.00346.x
  18. Hatzis G, Ziakas P, Kavantzas N, et al. Melatonin attenuates high fat diet-induced fatty liver disease in rats. World J Hepatol. 2013;5(4):160–169. doi: 10.4254/wjh.v5.i4.160
  19. Tsai CC, Lin YJ, Yu HR, et al. Melatonin alleviates liver steatosis induced by prenatal dexamethasone exposure and postnatal high-fat diet. Exp Ther Med. 2018;16(2):917–924. doi: 10.3892/etm.2018.6256
  20. Fernández A, Ordóñez R, Reiter RJ, et al. Melatonin and endoplasmic reticulum stress: relation to autophagy and apoptosis. J Pineal Res. 2015;59(3):292–307. doi: 10.1111/jpi.12264
  21. Liu H, Zheng Y, Kan S, et al. Melatonin inhibits tongue squamous cell carcinoma: Interplay of ER stress-induced apoptosis and autophagy with cell migration. Heliyon. 2024;10(8):e29291. doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e29291 EDN: WLLYJX
  22. Bona S, Rodrigues G, Moreira AJ, et al. Antifibrogenic effect of melatonin in rats with experimental liver cirrhosis induced by carbon tetrachloride. JGH Open. 2018;2(4):117–123. doi: 10.1002/jgh3.12055
  23. Colares JR, Hartmann RM, Schemitt EG, et al. Melatonin prevents oxidative stress, inflammatory activity, and DNA damage in cirrhotic rats. World J Gastroenterol. 2022;28(3):348–364. doi: 10.3748/wjg.v28.i3.348 EDN: GOPHIU
  24. Fernández-Palanca P, Méndez-Blanco C, Fondevila F, et al. Melatonin as an antitumor agent against liver cancer: An updated systematic review. Antioxidants (Basel). 2021;10(1):103. doi: 10.3390/antiox10010103 EDN: MTKHAD
  25. Mortezaee K. Human hepatocellular carcinoma: Protection by melatonin. J Cell Physiol. 2018;233(10):6486–6508. doi: 10.1002/jcp.26586 EDN: YIPHTF
  26. Wang H, Wei W, Wang NP, et al. Melatonin ameliorates carbon tetrachloride-induced hepatic fibrogenesis in rats via inhibition of oxidative stress. Life Sci. 2005;77(15):1902–1915. doi: 10.1016/j.lfs.2005.04.013
  27. Noyan T, Kömüroğlu U, Bayram I, Sekeroğlu MR. Comparison of the effects of melatonin and pentoxifylline on carbon tetrachloride-induced liver toxicity in mice. Cell Biol Toxicol. 2006;22(6):381–391. doi: 10.1007/s10565-006-0019-y EDN: YADRVT
  28. Aranda M, Albendea CD, Lostalé F, et al. In vivo hepatic oxidative stress because of carbon tetrachloride toxicity: protection by melatonin and pinoline. J Pineal Res. 2010;49(1):78–85. doi: 10.1111/j.1600-079X.2010.00769.x
  29. Mortezaee K, Khanlarkhani N. Melatonin application in targeting oxidative-induced liver injuries: A review. J Cell Physiol. 2018;233(5):4015–4032. doi: 10.1002/jcp.26209 EDN: YEDMAP
  30. Jie L, Hong RT, Zhang YJ, et al. Melatonin alleviates liver fibrosis by inhibiting autophagy. Curr Med Sci. 2022;42(3):498–504. doi: 10.1007/s11596-022-2530-7 EDN: KBWZLN
  31. Hong RT, Xu JM, Mei Q. Melatonin ameliorates experimental hepatic fibrosis induced by carbon tetrachloride in rats. World J Gastroenterol. 2009;15(12):1452–1458. doi: 10.3748/wjg.15.1452 EDN: MGYKHZ
  32. Devaraj E, Roy A, Royapuram Veeraragavan G, et al. β-Sitosterol attenuates carbon tetrachloride-induced oxidative stress and chronic liver injury in rats. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol. 2020;393(6):1067–1075. doi: 10.1007/s00210-020-01810-8 EDN: NRUJBQ
  33. Balkanov AS, Rozanov ID, Golanov AV, et al. Endothelium changes of peritumoral zone capillaries after brain glioblastoma adjuvant radiation therapy. Clinical and Experimental Morphology. 2021;10(1):33–40. (In Russ.) doi: 10.31088/CEM2021.10.1.33-40 EDN: KOULJY
  34. Kurbat MN, Kravchuk RI, Astrowskaja АB. Effect of melatonin on the morphology of mitochondria and other cellular components of the hepatocyte. Hepatology and Gastroenterology. 2018;2(2):138–142. (In Russ.) EDN: TTCMUQ
  35. Bezborodkina NN, Okovity SV, Kudryavtseva MV, et al. Morphometry of hepatocyte mitochondrial apparatus in normal and cirrhotic rat liver. Cytology. 2008;50(3):228–235. (In Russ.) EDN: ILHEHH
  36. Reiter RJ, Mayo JC, Tan DX, et al. Melatonin as an antioxidant: under promises but over delivers. J Pineal Res. 2016;61(3):253–278. doi: 10.1111/jpi.12360 EDN: VJOHGY
  37. Zisapel N. New perspectives on the role of melatonin in human sleep, circadian rhythms and their regulation. Br J Pharmacol. 2018;175(16):3190–3199. doi: 10.1111/bph.14116
  38. Tan DX, Manchester LC, Qin L, Reiter RJ. Melatonin: A mitochondrial targeting molecule involving mitochondrial protection and dynamics. Int J Mol Sci. 2016;17(12):2124. doi: 10.3390/ijms17122124 EDN: XZPHQN

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Ультраструктура гепатоцитов у крыс контрольной (I) группы: Г — гликоген, ГЭС — гранулярная эндоплазматическая сеть, АЭС — агранулярная эндоплазматическая сеть, М — митохондрия, Эр — эритроцит, Я — ядро, Яд — ядрышко. Трансмиссионная электронная микроскопия, увеличение ×8000, масштабный отрезок 5 мкм.

Скачать (377KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Ультраструктура гепатоцитов у крыс, содержавшихся в условиях темновой депривации (II группа): В — вакуоль, Г — гликоген, ГЭС — гранулярная эндоплазматическая сеть, М — митохондрия, Мф — макрофаг, О — отёк цитоплазмы, Р — рибосомы, Я — ядро, Яд — ядрышко. Трансмиссионная электронная микроскопия, увеличение ×8000, масштабный отрезок 5 мкм.

Скачать (407KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Ультраструктура гепатоцитов у крыс с токсическим повреждением печени в условиях фиксированного светового режима (III группа): Л — липиды, Лз — лизосома, М — митохондрия, П — пероксисомы, Я — ядро, Яд — ядрышко. Трансмиссионная электронная микроскопия, увеличение a ×6700, b ×14000, масштабный отрезок a 5 мкм, b 2 мкм.

Скачать (397KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Ультраструктура гепатоцитов у крыс с токсическим повреждением печени на фоне темновой депривации (IV группа): К — коллагеновые волокна, Л — липиды, М — митохондрия, Н — очаг микронекроза, Эр — эритроцит, Я — ядро, Яд — ядрышко. Трансмиссионная электронная микроскопия, увеличение ×6700, масштабный отрезок 5 мкм.

Скачать (369KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Ультраструктура гепатоцитов у крыс, которым вводили мелатонин на фоне токсического повреждения печени в сочетании с темновой депривацией (V группа): М — митохондрия, П — пероксисомы, Я — ядро, Яд — ядрышко. Трансмиссионная электронная микроскопия, увеличение ×8000, масштабный отрезок 5 мкм.

Скачать (220KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2025


Периодический печатный журнал зарегистрирован как СМИ Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор): № 0110212 от 08.02.1993.
Сетевое издание зарегистрировано как СМИ Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор): ЭЛ № ФС 77 - 84733 от 10.02.2023.