Изменение элементного гомеостаза и профиля экспрессии генов при субхронической интоксикации гидроксидом алюминия

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Введение. Гидроксид алюминия (Al(OH)3) широко используется в промышленности и медицине, но его токсические свойства при попадании в организм вызывают обеспокоенность. По данным различных авторов, алюминий может влиять на гомеостаз эссенциальных элементов и другие клеточные функции. Настоящее исследование посвящено изучению дозозависимого токсического воздействия гидроксида алюминия на изменение в концентрации эссенциальных элементов в органах лабораторных животных и профиля экспрессии генов, задействованных в патогенезе.Материалы и методы. Исследование проводилось на самках белых аутбредных крыс массой тела 180–200 г, которым перорально вводили Al(OH)3 в дозах 0,015; 0,15 и 1,5 мг/кг в течение 28 дней. Анализ тканей печени и почек на содержание алюминия и эссенциальных элементов (кальция, магния, железа) выполняли с помощью атомно-абсорбционной спектрометрии. Методом ПЦР в реальном времени исследовали экспрессию генов металлотионеинов (Mt1a, Mt2a, Mt3) и генов – транспортёров цинка (ZIP). Статистический анализ выполнен с использованием метода Bootstrap и поправки Холма – Бонферрони (p < 0,05).Результаты. Результаты данного исследования продемонстрировали дозозависимое увеличение содержания алюминия в почках и печени крыс. Наиболее выраженные изменения зафиксированы при дозировках 0,015 и 1,5 мг/кг. Также были выявлены значительные изменения концентраций кальция, магния и железа в почках. Эксперимент показал, что пероральное введение гидроксида алюминия приводит к снижению уровней магния и железа в печени крыс. Экспрессия генов металлотионеинов и гена ZIP в почках животных также значительно угнетена при низких дозах гидроксида алюминия и максимально увеличена при дозе 1,5 мг/кг. Экспрессия генов Mt1a и Mt2a снижалась при введении гидроксида алюминия. Корреляция между уровнями магния и экспрессией гена ZIP подчёркивает влияние микроэлементов на метаболические процессы и защитные механизмы почек.Ограничения исследования. Молекулярно-генетические маркёры могут не полностью отражать всё многообразие реакций организма. Индивидуальные различия могут существенно влиять на результаты. Экстраполяция данных на человека затруднена из-за различия видовых особенностей обмена веществ.Заключение. Исследование показало, что гидроксид алюминия вызывает дозозависимое токсическое воздействие, нарушая гомеостаз микроэлементов и изменяя экспрессию генов, в том числе металлотионеинов и ZIP. Эти результаты подчёркивают необходимость дальнейших исследований для понимания механизмов интоксикации и разработки профилактических стратегий защиты организма.Соблюдение этических стандартов. Исследование одобрено локальным этическим комитетом ФБУН «Уфимский НИИ медицины труда и экологии человека» (протокол № 02–04 от 18.04.2024 г.), проведено в соответствии с Европейской конвенцией о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях.Участие авторов: Усманова Э.Н. – концепция и дизайн исследования, сбор материала и обработка данных, выполнение химических анализов, написание текста; Каримов Д.О. – концепция и дизайн исследования, редактирование, статистическая обработка; Даукаев Р.А. – сбор материала и обработка данных, сбор данных литературы; Валова Я.В. – генетические анализы, редактирование; Смолянкин Д.А. – дизайн исследования, проведение затравки, сбор материала; Каримов Д.Д. – уход за животными; Адиева Г.Ф. – сбор данных литературы и обработка результатов. Все соавторы – утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.Финансирование. Исследование выполнено в рамках отраслевой научно-исследовательской программой Роспотребнадзора на 2021–2025 гг. «Научное обоснование национальной системы обеспечения санитарно-эпидемиологического благополучия, управления рисками здоровью и повышения качества жизни населения России», НИОКТР «Экспериментальное обоснование высокочувствительных маркёров воздействия токсичных металлов на организм и разработка мер профилактики», регистрационный № 223122100004–3.Поступила: 17.10.2024 / Принята к печати: 03.12.2024 / Опубликована: 30.04.2025

Об авторах

Эльза Наилевна Усманова

ФБУН «Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека»

Email: 4usmanova@gmail.com

Денис Олегович Каримов

ФБУН «Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека»

Email: karimovdo@gmail.com

Рустем Аскарович Даукаев

ФБУН «Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека»

Email: ufa.lab@yandex.ru

Яна Валерьевна Валова

ФБУН «Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека»

Email: karimovdo@gmail.com

Денис Анатольевич Смолянкин

ФБУН «Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека»

Email: karimovdo@gmail.com

Надежда Юрьевна Хуснутдинова

ФБУН «Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека»

Email: karimovdo@gmail.com

Денис Дмитриевич Каримов

ФБУН «Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека»

Email: karimovdo@gmail.com

Гюзелия Фаритовна Адиева

ФБУН «Уфимский научно-исследовательский институт медицины труда и экологии человека»

Email: ufa.lab@yandex.ru

Список литературы

  1. Ashkenazi D. How aluminum changed the world: A metallurgical revolution through technological and cultural perspectives. Technol. Forecast. Soc. Change. 2019; 143(10): 101–13. https://doi.org/10.1016/j.techfore.2019.03.011
  2. Fanni D., Ambu R., Gerosa C., Nemolato S., Iacovidou N., Van Eyken P., et al. Aluminum exposure and toxicity in neonates: a practical guide to halt aluminum overload in the prenatal and perinatal periods. World J. Pediatr. 2014; 10(2): 101–7. https://doi.org/10.1007/s12519-014-0477-x
  3. Igbokwe I.O., Igwenagu E., Igbokwe N.A. Aluminium toxicosis: a review of toxic actions and effects. Interdiscip. Toxicol. 2019; 12(2): 45–70. https://doi.org/10.2478/intox-2019-0007
  4. Liu J., Wang Q., Sun X., Yang X., Zhuang C., Xu F., et al. The toxicity of aluminum chloride on kidney of rats. Biol. Trace Elem. Res. 2016; 173(2): 339–44. https://doi.org/10.1007/s12011-016-0648-9
  5. Shaw C.A. Aluminum as a CNS and immune system toxin across the life span. Adv. Exp. Med. Biol. 2018; 1091: 53–83. https://doi.org/10.1007/978-981-13-1370-7_4
  6. Смолянкин Д.А., Рафикова Л.А., Каримов Д.О., Хуснутдинова Н.Ю., Байгильдин С.С., Зиатдинова М.М., и др. Оценка нефротоксичности гидроксида алюминия, основного компонента минерально-солевых адъювантов, в подостром эксперименте на лабораторных животных. В кн.: Сборник материалов конгресса молодых ученых «Актуальные вопросы фундаментальной и клинической медицины». Томск; 2022: 357–61. https://elibrary.ru/yqkxw
  7. Klein G.L. Aluminum toxicity to bone: A multisystem effect? Osteoporos Sarcopenia. 2019; 5(1): 2–5. https://doi.org/10.1016/j.afos.2019.01.001
  8. Yokel R.A. The toxicology of aluminum in the brain: a review. Neurotoxicology. 2000; 21(5): 813–28.
  9. Igbokwe I.O., Igwenagu E., Igbokwe N.A. Aluminium toxicosis: a review of toxic actions and effects. Interdiscip. Toxicol. 2019; 12(2): 45–70. https://doi.org/10.2478/intox-2019-0007
  10. Dórea J.G. Neurotoxic effects of combined exposures to aluminum and mercury in early life (infancy). Environ. Res. 2020; 188: 109734. https://doi.org/10.1016/j.envres.2020.109734
  11. Zhu Y.Z., Liu D.W., Liu Z.Y., Li Y.F. impact of aluminum exposure on the immune system: a mini review. Environ. Toxicol. Pharmacol. 2013; 35(1): 82–7. https://doi.org/10.1016/j.etap.2012.11.009
  12. Kimura T., Kambe T. The functions of metallothionein and ZIP and ZnT transporters: an overview and perspective. Int. J. Mol. Sci. 2016; 17(3): 336. https://doi.org/10.3390/ijms17030336
  13. Saravanan V., Berman G.J., Sober S.J. Application of the hierarchical bootstrap to multi-level data in neuroscience. Neuron. Behav. Data Anal. Theory. 2020; 3(5): 1–25.
  14. Prashanth L., Kattapagari K.K., Chitturi R.T., Baddam V.R., Prasad L.K. A review on role of essential trace elements in health and disease. J. Dr. NTR Univ. Health Sci. 2015; 4(2): 75–85. https://doi.org/10.4103/2277-8632.158577
  15. Shahi A., Aslani S., Ataollahi M., Mahmoudi M. The role of magnesium in different inflammatory diseases. Inflammopharmacology. 2019; 27(4): 649–61. https://doi.org/10.1007/s10787-019-00603-7
  16. Renu K., Chakraborty R., Myakala H., Koti R., Famurewa A.C., Madhyastha H., et al. Molecular mechanism of heavy metals (Lead, Chromium, Arsenic, Mercury, Nickel and Cadmium) – induced hepatotoxicity – a review. Chemosphere. 2021; 271: 129735. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.129735
  17. Jomova K., Valko M. Advances in metal-induced oxidative stress and human disease. Toxicology. 2011; 283(2–3): 65–87. https://doi.org/10.1016/j.tox.2011.03.001
  18. Pal A., Cerchiaro G., Rani I., Ventriglia M., Rongioletti M., Longobardi A., et al. Iron in Alzheimer’s disease: from physiology to disease disabilities. Biomolecules. 2022; 12(9): 1248. https://doi.org/10.3390/biom12091248
  19. de Baaij J.H., Hoenderop J.G., Bindels R.J. Magnesium in man: implications for health and disease. Physiol. Rev. 2015; 95(1): 1–46. https://doi.org/10.1152/physrev.00012.2014
  20. Banday U.Z., Swaleh S.B., Usmani N. Heavy metal toxicity has an immunomodulatory effect on metallothionein and glutathione peroxidase gene expression in Cyprinus carpio inhabiting a wetland lake and a culture pond. Chemosphere. 2020; 251: 126311. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.126311
  21. Narayanan S.E., Rehuman N.A., Harilal S., Vincent A., Rajamma R.G., Behl T., et al. Molecular mechanism of zinc neurotoxicity in Alzheimer’s disease. Environ. Sci. Pollut. Res. Int. 2020; 27(35): 43542–52. https://doi.org/10.1007/s11356-020-10477-w

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© , 2025



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 № ФС 77 - 37884 от 02.10.2009.