Влияние интраназально вводимого инсулина на Na⁺/K⁺-АТФазу и компоненты Са²⁺-транспортирующей системы в кардиомиоцитах у крыс с сахарным диабетом 1-го типа

В условиях сахарного диабета 1-го типа (СД1) часто развиваются тяжёлые формы сердечно-сосудистой патологии. Для коррекции функций сердечно-сосудистой системы могут быть использованы подходы, ослабляющие провоспалительные и антиапоптотические сигналы вовлечённых в патологическую гипертрофию кардиомиоцитов и повышающие активность кардиопротекторных путей в них. Поскольку при СД1 ослабляется инсулиновая система мозга, вовлечённая в контроль сердечно-сосудистой системы и функций кардиомиоцитов, то одним из таких подходов является применение интраназально вводимого инсулина (ИВИ). Целью работы было изучить влияние ИВИ на экспрессию генов, кодирующих компоненты инсулиновой системы и Са²⁺-транспортирующей системы, а также активность Na⁺/К⁺-АТФазы в кардиомиоцитах крыс со стрептозотоциновым СД1. ИВИ устранял возникающее при СД1 разобщение молекулярных механизмов, участвующих в электромеханическом сопряжении в кардиомиоцитах крыс. Это указывает на перспективность дальнейших исследований ИВИ как препарата, потенциально способного восстанавливать функции миокарда при СД1.

1. Чистякова О.В., Сухов И.Б., Добрецов М.Г., Кубасов И.В. Изучение активности NA/K-атфазы в миокарде крыс в экспериментальных условиях преддиабета и сахарного диабета. Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2020;56(2):166–168. DOI: 10.31857/S0044452920020047.

2. Andersson U., Tracey K.J. Reflex principles of immunological homeostasis. Annu. Rev. Immunol.БИОМЕДИЦИНА | JOURNAL BIOMED | 2022 | Toм 18 | № 2 | 52–62 61 2012;30:313–335. DOI: 10.1146/annurev-immunol-020711-075015.

3. Berry R.G., Despa S., Fuller W., Bers D.M., Shattock M.J. Differential distribution and regulation of mouse cardiac Na+/K+-ATPase α1 and α2 subunits in T-tubule and surface sarcolemmal membranes. Cardiovasc. Res. 2007;73(1):92–100. DOI: 10.1016/j.cardiores.2006.11.006

4. Blake C.B., Smith B.N. Insulin reduces excitation in gastric-related neurons of the dorsal motor nucleus of the vagus. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2012;303(8):R807–R814. DOI: 10.1152/ajpregu.00276.2012.

5. Bublitz M. (ed.). P-type ATPases: Methods and protocols, methods in molecular biology. New York: Springer Science+Business Media, 2016;1377.

6. Chibalin A.V. Regulation of the Na,K-ATPase: Special implications for cardiovascular complications of metabolic syndrome. Pathophysiology. 2007;14(3–4):153–158. DOI: 10.1016/j.pathophys.2007.09.004.

7. Dallak M., Al-Ani B., Abdel Kader D.H., Eid R.A., Haidara M.A. Insulin suppresses type 1 diabetes mellitus-induced ventricular cardiomyocyte damage associated with the inhibition of biomarkers of inflammation and oxidative stress in rats. Pharmacology. 2019;104(3–4):157–165. DOI: 10.1159/000500898.

8. Despa S., Bers D.M. Functional analysis of Na/KATPase isoform distribution in rat ventricular myocytes. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 2007;293(1):C321–C327. DOI: 10.1152/ajpcell.00597.2006.

9. Despa S., Lingrel J.B., Bers D.M. Na(+)/K)+)-ATPase α2-isoform preferentially modulates Ca2(+) transients and sarcoplasmic reticulum Ca2(+) release in cardiac myocytes. Cardiovasc. Res. 2012;95(4):480–486. DOI: 10.1093/cvr/cvs213.

10. Hang P., Zhao J., Qi J., Wang Y., Wu J., Du Z. Novel insights into the pervasive role of M(3) muscarinic receptor in cardiac diseases. Curr. Drug Targets. 2013;14(3):372–377.

11. Hansen P.S., Buhagiar K.A., Gray D.F., Rasmussen H.H. Voltage-dependent stimulation of the Na(+)-K(+) pump by insulin in rabbit cardiac myocytes. Am. J. Physiol. Cell. Physiol. 2000;278(3):C546–С553. DOI: 10.1152/ajpcell.2000.278.3.C546.

12. Iannello S., Milazzo P., Belfiore F. Animal and human tissue Na, K-ATPase in obesity and diabetes: A new proposed enzyme regulation. Am. J. Med. Sci. 2007;333(1):1–9. DOI: 10.1097/00000441-200701000-00001.

13. Krowicki Z.K., Nathan N.A., Hornby P.J. Gastric motor and cardiovascular effects of insulin in dorsal vagal complex of the rat. Am. J. Physiol. 1998;275(5):G964–G972. DOI: 10.1152/ajpgi.1998.275.5.G964.

14. Lochhead J.J., Thorne R.G. Intranasal delivery of biologics to the central nervous system. Adv. Drug Deliv. Rev. 2012;64(7):614-628. DOI: 10.1016/j.addr.2011.11.002.

15. Louch W.E., Sejersted O.M., Swift F. There goes the neighborhood: Pathological alterations in T-tubule morphology and consequences for cardiomyocyte Ca2+ handling. J. Biomed. Biotechnol. 2010;2010:503906. DOI: 10.1155/2010/503906.

16. Machhada A., Hosford P.S., Dyson A., Ackland G.L., Mastitskaya S., Gourine A.V. Optogenetic stimulation of vagal efferent activity preserves left ventricular function in experimental heart failure. JACC Basic Transl. Sci. 2020;5(8):799–810. DOI: 10.1016/j.jacbts.2020.06.002.

17. Olofsson P.S., Rosas-Ballina M., Levine Y.A., Tracey K.J. Rethinking inflammation: Neural circuits in the regulation of immunity. Immunol. Rev. 2012;248(1):188–204. DOI: 10.1111/j.1600-065X.2012.01138.x.

18. Pan Z., Guo Y., Qi H., Fan K., Wang S., Zhao H., Fan Y., Xie J., Guo F., Hou Y., Wang N., Huo R., Zhang Y., Liu Y., Du Z. M3 subtype of muscarinic acetylcholine receptor promotes cardioprotection via the suppression of miR-376b-5p. PLoS One. 2012;7(3):e32571. DOI: 10.1371/journal.pone.0032571.

19. Pocai A., Lam T.K., Gutierrez-Juarez R., Obici S., Schwartz G.J., Bryan J., Aguilar-Bryan L., Rossetti L. Hypothalamic K(ATP) channels control hepatic glucose production. Nature. 2005;434(7036):1026–1031. DOI: 10.1038/nature03439.

20. Romic S., Djordjevic A., Tepavcevic S., Culafic T., Stojiljkovic M., Bursac B., Stanisic J., Kostic M., Gligorovska L., Koricanac G. Effects of a fructose-rich diet and chronic stress on insulin signaling and regulation of glycogen synthase kinase-3 beta and the sodium-potassium pump in the hearts of male rats. Food Funct. 2020;11(2):1455–1466. DOI: 10.1039/c9fo02306b.

21. Rosta K., Tulassay E., Enzsoly A., Ronai K., Szantho A., Pandics T., Fekete A., Mandl P., Ver A. Insulin induced translocation of Na+/K+ -ATPase is decreased in the heart of streptozotocin diabetic rats. Acta Pharmacol. Sin. 2009;30(12):1616–1624. DOI: 10.1038/aps.2009.162.

22. Shpakov A.O., Derkach K.V., Chistyakova O.V., Moiseyuk I.V., Sukhov I.B., Bondareva V.M. Effect of intranasal insulin and serotonin on functional activity of the adenylyl cyclase system in myocardium, ovary, and uterus of rats with prolonged neonatal model of diabetes mellitus. J. Evol. Biochem. Physiol. 2013;49(2):153–164. DOI: 10.1134/S0022093013020047.

23. Shpakov A.O., Chistyakova O.V., Derkach K.V., Moiseyuk I.V., Bondareva V.M. Intranasal insulin affects adenylyl cyclase system in rat tissues in neonatal diabetes. Central Eur. J. Biol. 2012;7(1):33–47. DOI: 10.2478/s11535-011-0089-6.

24. Ver A., Szántó I., Bányász T., Csermely P., Végh E., Somogyi J. Changes in the expression of Na+/K+-ATPase isoenzymes in the left ventricle of diabetic rat hearts: effect of insulin treatment. Diabetologia. 1997;40(11):1255–1262. DOI: 10.1007/s001250050818.

25. Yan X., Xun M., Dou X., Wu L., Han Y., Zheng J. Regulation of Na+-K+-ATPase effected high glucose-induced myocardial cell injury through c-Src dependent NADPH oxidase/ROS pathway. Exp. Cell Res. 2017;357(2):243–251. DOI: 10.1016/j.yexcr.2017.05.023.