Carbonil stress parameters and DNA oxidative modification in Russian and Buryat women with age-related menopause

Natalya V. Semenova; Семёнова Наталья Викторовна; Anastasia S. Brichagina; Бричагина Анастасия Сергеевна; Olga A. Nikitina; Никитина Ольга Андреевна; Irina M. Madaeva; Мадаева Ирина Михайловна; Sergey I. Kolesnikov; Колесников Сергей Иванович; Lyubov I. Kolesnikova; Колесникова Любовь Ильинична

doi:10.17816/humeco105578

Carbonil stress parameters and DNA oxidative modification in Russian and Buryat women with age-related menopause

Authors: Semenova N.V.¹, Brichagina A.S.¹, Nikitina O.A.¹, Madaeva I.M.¹, Kolesnikov S.I.¹, Kolesnikova L.I.¹
Affiliations:
1. Scientific Centre for Family Health and Human Reproduction Problems
Issue: Vol 29, No 6 (2022)
Pages: 415-423
Section: ORIGINAL STUDY ARTICLES
URL: https://hum-ecol.ru/1728-0869/article/view/105578
DOI: https://doi.org/10.17816/humeco105578
ID: 105578

Cite item

Full Text

Abstract
Full Text
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

BACKGROUND: Menopause is a risk factor for oxidative stress. Previous study results indicate the lipid peroxidation ethnospecificity, suggesting differences in the metabolism of different ethnic groups of women, associated with the oxidation of not only lipids but proteins and DNA.

AIM: To determine advanced oxidation protein products (AOPP), advanced glycation end products (AGEs), and DNA oxidative modification levels in the blood of Russian and Buryat peri- and postmenopausal women.

MATERIAL AND METHODS: The study involved 86 women of two ethnic groups — Russians (n=52) and Buryats (n=34) — aged 45 to 60 years with peri- and postmenopausal status, which participated as volunteers. The basis for the exclusion in this study was the use of hormone replacement therapy, antioxidant drugs, diseases of endocrine origin, exacerbation of chronic diseases, premature early menopause, and surgical menopause. The concentration of 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine (ng/ml) and AGEs (ng/ml) was determined in blood serum by enzyme immunoassay. The content of AOPP (nmol/l) was determined in blood plasma using the photometric method.

RESULTS: An increase of AOPP levels in postmenopause as compared to perimenopause was found in women of both ethnic groups (36.90 [27.09; 42.72] and 19.80 [17.03; 23.78] in the Russian ethnic group (p <0.001) and 31.16 [29.45; 33.99] and 26.30 [23.44; 30.91] in the Buryat ethnic group (p=0.020). Regardless of the menopausal phase, the AGEs levels in Buryat women were higher than the Russian ethnic group: (5015.0 [4584.49; 5486.96] and 3685.87 [3376.11; 4318.0] in perimenopause (p=0.002) and 4970 [4710; 5660] and 4274.59 [3440.67; 4813.05] in postmenopause (p=0.040)) and 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine (1.58 [0.66; 4.36] and 0.82 [0.42; 1.09] in perimenopause (p=0.032) and 1.52 [1.06; 4.21] and 0.85 [0.49; 1.34] in postmenopause (p=0.018)). Differences in the AOPP level were revealed only in the perimenopause toward a higher level in Buryat women.

CONCLUSION: Protein oxidation depends on the menopausal phase and is more pronounced in postmenopausal women. The carbonyl stress parameters and DNA destruction levels are higher in Buryat women than Russian ethnic group.

Keywords

carbonyl stress, DNA destruction, protein oxidation, glycation, menopause, ethnos

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Возрастные нейроэндокринные изменения у женщин, в частности эстрогендефицит, свидетельствуют о начале менопаузального периода. Наступившая после 45 лет менопауза является возрастной физиологической и состоит из пери- и постменопаузы [1]. Возрастной дефицит половых стероидов рассматривают в качестве одной из основных причин развития метаболических нарушений, включая окислительный стресс, в данном периоде жизни [2, 3].

Под окислительным стрессом подразумевается состояние, при котором на фоне снижения активности антиоксидантной системы увеличивается окислительная нагрузка на организм, что приводит к окислительному повреждению молекулярных и клеточных структур и накоплению карбонильных продуктов окисления. В свою очередь избыток карбонильных производных формирует карбонильный стресс, способный оказывать деструктивное влияние на ДНК посредством её окислительной модификации, что определяет его важную роль в патогенезе различных заболеваний. Кроме того, известно, что в процессах старения значительную роль играют конечные продукты гликирования, образованные в результате взаимодействия углеводов с белками, липидами и нуклеиновыми кислотами [4, 5]. Актуальность изучения карбонильного стресса и путей детоксикации карбонильных продуктов в период менопаузы, а также участия половых стероидов в развитии карбонильного стресса определяется прежде всего необходимостью разработки профилактических мероприятий, способных предотвратить развитие различных патологических процессов в данном возрастном периоде.

К настоящему времени появляется всё больше данных, свидетельствующих о различиях течения процессов свободнорадикального окисления и состояния антиоксидантной системы как у здоровых людей [6, 7], так и при различных патологиях [8–10]. Кроме того, более раннее исследование с участием женщин русской и бурятской этнических групп в менопаузе [11] показало различия по параметрам процессов липопероксидации и некоторым показателям антиоксидантной системы в зависимости от фазы менопаузы, хотя различий по параметрам липидного обмена выявлено не было [12]. С учётом этих данных, а также отсутствия результатов исследования карбонильного стресса у женщин разных этнических групп, имеющих менопаузальный статус, была сформирована цель данной работы.

Цель. Определить содержание продуктов окисления белков, конечных продуктов гликирования и окислительной модификации ДНК в крови у женщин русской и бурятской этнических групп в пери- и постменопаузе.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Исследование, соответствующее этическим нормам Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации (1964 год, последний пересмотр — Форталеза, Бразилия, 2013 год), проведено на базе Научного центра проблем здоровья семьи и репродукции человека (Иркутск) с участием 86 женщин-добровольцев европеоидной (этническая группа — русские (n=52)) и монголоидной (этническая группа — буряты (n=34)) рас в возрасте от 45 до 60 лет, проживающих в Иркутске и имеющих менопаузальный статус.

При формировании этнических групп учитывались генеалогический анамнез (представители, имеющие в двух поколениях родителей одной этнической группы) и самоидентификация с учётом элементов фенотипа. Каждая женщина подписала информированное согласие на участие в проводимом исследовании, протокол которого одобрен Комитетом по биомедицинской этике Научного центра проблем здоровья семьи и репродукции человека (протокол № 8 от 15.12.2016 г.).

После клинико-анамнестического обследования женщины были разделены на две группы: перименопауза и постменопауза. Отнесение в одну из групп климактерического периода осуществлялось согласно клиническим рекомендациям [13]. Таким образом, было сформировано 4 группы исследуемых:

перименопауза, русская этническая группа (n=21, средний возраст — 48,0±2,81 года, индекс массы тела (ИМТ) — 27,20±4,55 кг/м²);
постменопауза, русская этническая группа (n=31, средний возраст — 55,0±4,13 года, ИМТ — 27,60±4,81 кг/м²);
перименопауза, бурятская этническая группа (n=18, средний возраст — 49,0±2,37 года, ИМТ — 27,80±6,14 кг/м²);
постменопауза, бурятская этническая группа (n=16, средний возраст — 55,0±4,98 года, ИМТ — 27,40±3,49 кг/м²).

Основания для исключения женщин из исследования: применение заместительной гормонотерапии, применение препаратов антиоксидантного ряда, заболевания эндокринного генеза, обострение хронических заболеваний, преждевременная ранняя менопауза, хирургическая менопауза.

Для исследования использовали венозную кровь, забор которой проводили натощак с 8:00 до 9:00 ч в соответствии с общепринятыми требованиями. Кровь центрифугировали 10 мин при 1500 об./мин, отделяли плазму и сыворотку, которые хранили при –40° C до проведения исследования.

Концентрацию 8-гидрокси-2'-деоксигуанозина определяли в сыворотке крови иммуноферментным анализом с использованием наборов ELISA Kit (Cloud-Clone Corp., США) на анализаторе ELх808 (BioTek Instruments Inc., США), единица измерения — нг/мл. Содержание продуктов окисления белков (advanced oxidation protein products, AOPP) определяли в плазме фотометрическим методом с использованием наборов ф. ImmunDiagnostik (Германия) на спектрофотометре Multiskan GO (Thermo Scientific, Финляндия), единица измерения — нмоль/л. Содержание конечных продуктов гликирования (advanced glycation end-products, AGEs) определяли методом иммуноферментного анализа с использованием наборов ф. Cloud-Clone Corp. (США) на анализаторе ELх808 (BioTek Instruments Inc., США), единица измерения — нг/мл.

Полученные данные обрабатывали в программе Statistica 10.0. Близость к нормальному закону распределения количественных признаков оценивали визуально-графическим методом, а также критериями согласия Колмогорова–Смирнова с поправкой Лиллиефорса и Шапиро–Уилка. Данные по возрасту, весу, росту и индексу массы тела имели распределение, близкое к нормальному, в связи с чем представлены в виде среднего арифметического ± стандартное отклонение (M±σ). Показатели продуктов окисления белков, конечных продуктов гликирования и окислительной модификации ДНК имели распределение, отличное от нормального, в связи с чем представлены в виде медианы (Ме) и интерквартильного размаха [Q1; Q3]. Анализ межгрупповых различий для независимых выборок проводили с использованием критерия Краскела–Уоллиса и медианного теста с последующими апостериорными сравнениями с помощью критерия Манна–Уитни. Критический уровень значимости — 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В ходе сравнительного анализа концентрации маркёров карбонильного стресса и окислительной модификации ДНК между участницами исследования в разных фазах менопаузы выявлено повышение содержания AOPP в постменопаузе по сравнению с перименопаузальным периодом у женщин обеих этнических групп: в русской этнической группе — 36,90 [27, 09; 42, 72] и 19,80 [17, 03; 23, 78] соответственно (р <0,001) и в бурятской этнической группе — 31,16 [29, 45; 33, 99] и 26,30 [23, 44; 30, 91] соответственно (р=0,020) (рис. 1).

Рис. 1. Содержание продуктов окисления белков у женщин русской и бурятской этнических групп в пери- и постменопаузальном периодах.

1 — русская этническая группа, перименопауза; 2 — русская этническая группа, постменопауза; 3 — бурятская этническая группа, перименопауза; 4 — бурятская этническая группа, постменопауза.

Как в перименопаузальном, так и в постменопаузальном периоде у женщин бурятского этноса по сравнению с представительницами русской этногруппы выявлено более высокое содержание AGEs (5015,0 [4584, 49; 5486, 96] и 3685,87 [3376, 11; 4318, 0] соответственно в перименопаузе (р=0,002) и 4970 [4710; 5660] и 4274,59 [3440, 67; 4813, 05] соответственно в постменопаузе (р=0,040) (рис. 2)) и 8-гидрокси-2'-деоксигуанозина (1,58 [0, 66; 4, 36] и 0,82 [0, 42; 1, 09] соответственно в перименопаузе (р=0,032) и 1,52 [1, 06; 4, 21] и 0,85 [0, 49; 1, 34] соответственно в постменопаузе (р=0,018) (рис. 3)). Содержание AOPP было выше только в перименопаузальном периоде у женщин бурятского этноса (26,30 [23, 44; 30, 91] (р=0,011) (см. рис. 1)).

Рис. 2. Содержание конечных продуктов гликирования у женщин русской и бурятской этнических групп в пери- и постменопаузальном периодах. Обозначения см. на рис. 1.

Рис. 3. Концентрация 8-гидрокси-2'-деоксигуанозина у женщин русской и бурятской этнических групп в пери- и постменопаузальном периодах. Обозначения см. на рис. 1.

ОБСУЖДЕНИЕ

Полученные в ходе настоящего исследования результаты свидетельствуют о накоплении АОРР при прогрессировании менопаузы независимо от этнической принадлежности, что может являться следствием повышения с возрастом концентрации хлорноватистой кислоты; активных форм кислорода, окисляющих остатки лизина, аргинина, пролина, треонина; взаимодействия карбонилсодержащих продуктов окисления липидов с аминогруппами белков, приводящего к их окислительной модификации и деструкции [14, 15]. В качестве подтверждения последнего можно рассматривать результаты проведённого нами ранее исследования [11], свидетельствующие о снижении концентрации активных продуктов тиобарбитуровой кислоты (ТБК-АП), основной составляющей единицей которых является малоновый диальдегид, у женщин русского этноса в постменопаузе по сравнению с перименопаузальным периодом. При этом у представительниц бурятского этноса не было выявлено различий в концентрации ТБК-АП между менопаузальными фазами, в связи с чем можно предположить иные причины накопления в их организме модифицированных белков, например галогенирующий стресс. Наши данные согласуются с результатами других исследований, свидетельствующими о повышении окислительной нагрузки в постменопаузе [16, 17], однако в представленных работах не определяли тяжесть климактерического синдрома, которая могла отразиться на интенсивности свободнорадикального окисления. В нашем исследовании у женщин обеих этнических групп не обнаружена тяжёлая степень климактерического синдрома, в перименопаузе преобладала лёгкая степень тяжести, в то время как в постменопаузе частота лёгкой и средней степени тяжести не различалась.

Несмотря на имеющиеся литературные данные о снижении интенсивности репарации ДНК с возрастом [18, 19], нами не выявлено каких-либо значимых различий в содержании маркёра окислительного повреждения генетического аппарата клетки — 8-гидрокси-2'-деоксигуанозина — между фазами менопаузы у представительниц обеих этнических групп, что может быть связано с отсутствием у них на момент обследования обострения хронических заболеваний, а также заболеваний эндокринного генеза, при которых интенсивность окислительной модификации ДНК повышается. Это может быть причиной отсутствия различий и в содержании AGEs, представляющих собой гетерогенные молекулы, образованные в ходе реакций углеводов с белками и липидами [20]. Кроме того, возраст участниц исследования варьировал от 45 до 60 лет, что, возможно, недостаточно для получения значимых различий в содержании изучаемых показателей.

Однако нам удалось выявить межэтнические различия концентрации маркёров свободнорадикального окисления в сторону большего их содержания у представительниц бурятской этнической группы. Учитывая критерии исключения женщин из настоящего исследования, а также место проживания, можно сделать вывод о различиях в метаболизме русского и бурятского этноса, что может являться следствием характера питания, образа жизни, генетических характеристик. Известно, что содержание продуктов свободнорадикального окисления контролируется системой антиоксидантной защиты, активность которой генетически детерминирована [21]. При исследовании определённых полиморфных вариантов генов антиоксидантных ферментов в русской и бурятской популяциях показаны различия по полиморфизмам генов супероксиддисмутазы и каталазы (Ala16Val гена SOD2 и 262С>Т гена CAT) [22, 23], что, возможно, в некоторой степени определяет полученные в настоящем исследовании результаты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты нашего исследования свидетельствуют об увеличении окислительной модификации белков по мере прогрессирования менопаузы, а также о различиях в метаболизме женщин русского и бурятского этноса, связанных с окислением белков, липидов и ДНК. Данная область исследования требует дальнейшего изучения для более полного представления о течении свободнорадикальных процессов в возрастном и этническом аспектах.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ/ ADDITIONAL INFORMATION

Вклад авторов. Все авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).

Наибольший вклад распределён следующим образом: Н.В. Семёнова — концепция и дизайн исследования, получение, анализ и интерпретация данных; А.С. Бричагина и О.А. Никитина — получение и анализ данных; И.М. Мадаева — анализ данных; С.И. Колесников — анализ и интерпретация данных; Л.И. Колесникова — окончательное утверждение присланной в редакцию рукописи.

Author's contribution. All authors confirm that their authorship complies with the international ICMJE criteria (all authors have made a significant contribution to the concept development, research and preparation of the article, read and approved the final version before publication).

The largest contribution is distributed as follows: N.V. Semenova — study concept and design, data acquisition, analysis and interpretation; A.S. Brichagina and O.A. Nikitina — data acquisition and analysis; I.M. Madaeva — data analysis; S.I. Kolesnikov — data analysis and interpretation; L.I. Kolesnikova — the final approval of the manuscript sent to the editors.

Источники финансирования. Данная работа выполнена в рамках фундаментального научного исследования Научного центра проблем здоровья семьи и репродукции человека (№ 121022500180-6) с использованием оборудования Центра коллективного пользования «Центр разработки прогрессивных персонализированных технологий здоровья» Научного центра проблем здоровья семьи и репродукции человека (г. Иркутск).

Публикация осуществлена при поддержке гранта, полученного Научно-исследовательским центром адаптации человека в Арктике, филиалом Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук» (НИЦ МБП КНЦ РАН) на тему "The contribution of reproductive health and the quality of the Arctic environment to the Wellbeing of the Kola Sami", софинансируемого через сквозные фонды Международного арктического научного комитета (IASC) при участии Рабочих групп IASC: по социальным и гуманитарным вопросам (SHWG) и Международной научной инициативы в Российской Арктике (ISIRA).

Funding. This work was conducted within the fundamental scientific research of the Scientific Center for Family Health and Human Reproduction (No. 121022500180-6) using the equipment of the Common Use Center “Center for the Development of Advanced Personalized Health Technologies” of the Scientific Center for Family Health and Human Reproduction (Irkutsk).

The publication was supported by a grant received by the Research Center for Human Adaptation in the Arctic, a branch of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences on the subject “The contribution of reproductive health and the quality of the Arctic environment to the Wellbeing of the Kola Sami”, cofinanced through the International Arctic Science Committee (IASC) through funds with the participation of the IASC Social and Humanitarian Working Groups (SHWG) and the International Science Initiative in the Russian Arctic (ISIRA).

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Competing interests. The authors declare that they have no competing interests.