cardiotomskСибирский журнал клинической и экспериментальной медициныSiberian Journal of Clinical and Experimental Medicine2713-29272713-265XTSU publishing10.29001/2073-8552-2023-38-1-99-105cardiotomsk-1717Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. Патологическая физиологияEXPERIMENTAL INVESTIGATIONS. Pathological physiologyФункциональное состояние системы глутатиона в жировой ткани крыс при метаболическом синдромеFunctional state of the glutathione system in the adipose tissue of rats with metabolic syndromehttps://orcid.org/0000-0003-1237-9786БирулинаЮ. Г.BirulinaJu. G.

Бирулина  Юлия Георгиевна - кандидат биологических наук, доцент, кафедра биофизики и функциональной диагностики.

634050, Томск, Московский тракт, 2

Julia G. Birulina - Cand. Sci. (Biol.), Associate Professor, Biophysics and Functional Diagnostics Division, Siberian State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation.

2, Moskovsky trakt str., Tomsk, 634050

birulina20@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9348-4945ИвановВ. В.IvanovV. V.

Иванов  Владимир  Владимирович - кандидат биологических наук,  руководитель Центра доклинических исследований Центральной научно-исследовательской лаборатории.

634050, Томск, Московский тракт, 2

Vladimir V. Ivanov - Cand. Sci. (Biol.), Head of the Center for Preclinical Research, Central Research Laboratory, Siberian State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation.

2, Moskovsky trakt str., Tomsk, 634050

ivanovvv1953@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-6714-1938БуйкоЕ. Е.BuykoE. E.

Буйко Евгений Евгеньевич - младший научный сотрудник, Центральная научно-исследовательская  лаборатория.

634050, Томск, Московский тракт, 2

Evgeny E. Buyko - Junior Research Scientist, Central Research Laboratory, Siberian State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation.

2, Moskovsky trakt str., Tomsk, 634050

buykoevgen@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9478-3429ВоронковаО. В.VoronkovaO. V.

Воронкова Ольга Владимировна - доктор медицинских наук, заведующий кафедрой биологии и генетики.

634050, Томск, Московский тракт, 2

Olga  V. Voronkova - Dr. Sci. (Med.),  Head  of Biology  and Genetics Department, Siberian State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation.

2, Moskovsky trakt str., Tomsk, 634050

voronkova-ov@yandex.ruСибирский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияSiberian State Medical University of the Ministry of Health of the Russian FederationRussian Federation20230904202338199105Copyright © Бирулина Ю.Г., Иванов В.В., Буйко Е.Е., Воронкова О.В., 20232023Бирулина Ю.Г., Иванов В.В., Буйко Е.Е., Воронкова О.В.Birulina J.G., Ivanov V.V., Buyko E.E., Voronkova O.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sibjcem.ru/jour/article/view/1717Цель исследования

Цель исследования: изучить функциональное состояние компонентов глутатион-зависимой антиоксидантной системы в жировой ткани крыс при экспериментальном метаболическом синдроме (МС).

Материал и методы

Материал и методы. Модель МС была воспроизведена на крысах-самцах линии Wistar с использованием высокожировой и высокоуглеводной диеты (ВЖВУД). У животных измеряли массу тела и жировой ткани. В сыворотке крови оценивали содержание глюкозы, инсулина, лептина, триацилглицеролов, холестерола. В эпидидимальной жировой ткани определяли уровень активных форм кислорода (АФК) флуоресцентным методом, концентрацию восстановленного (GSH) и окисленного (GSSG) глутатиона, активность ферментов глутатионредуктазы, глутатионпероксидазы и глутатион-S-трансферазы оценивали спектрофотометрически.

Результаты

Результаты. Установлено, что ВЖВУД приводила к увеличению массы тела, ожирению, гипергликемии, инсулинорезистентности, дислипидемии, лептинемии у крыс опытной группы. Повышение массы жировой ткани имело положительную взаимосвязь с увеличением концентрации глюкозы, лептина в сыворотке крови и уровня АФК в эпидидимальной жировой ткани крыс с МС. Обнаружено, что уровень общего глутатиона в жировой ткани крыс опытной группы снижался главным образом за счет уменьшения содержания GSH. У крыс, получавших ВЖВУД, также отмечалось снижение активности глутатионпероксидазы и глутатион-S-трансферазы, но повышение глутатионредуктазной активности. Заключение. Ожирение как ключевой компонент МС является триггером развития инсулинорезистентности, хронического воспаления и окислительного стресса. В исследовании показано, что при МС и ожирении происходит сдвиг редокс-баланса адипоцитов в сторону прооксидантной активности, что выражается в уменьшении отношения GSH/GSSG и снижении активности глутатион-зависимых ферментов антиперекисной защиты.

Aim

Aim: To study the functional state of the components of the glutathione-dependent antioxidant system in the adipose tissue of rats with experimental metabolic syndrome (MetS).

Material and Methods

Material and Methods. The MetS model was carried out on male Wistar rats using a high-fat, high-carbohydrate diet (HFHCD). Body and adipose tissue weight were measured. Blood serum levels of glucose, insulin, leptin, triacylglycerides and cholesterol were assessed. In epididymal adipose tissue the level of reactive oxygen species (ROS) was determined by fluorescent method. The concentration of reduced (GSH) and oxidized (GSSG) glutathione, activity of glutathione reductase, glutathione peroxidase, and glutathione-S-transferase enzymes were assessed spectrophotometrically in epididymal adipose tissue.

Results

Results. It was found that HFHCD led to an increase in body weight, obesity, hyperglycemia, insulin resistance, dyslipidemia, and leptinemia in the experimental group rats. An increase in adipose tissue mass had a positive correlation with an increase in the concentration of glucose, serum leptin, and ROS levels in the epididymal adipose tissue of rats with MetS. It was found that the level of total glutathione in the adipose tissue of the experimental group rats decreased mainly due to a decrease in the level of GSH. The rats receiving HFHCD also showed a decrease in the activity of glutathione peroxidase and glutathione-S-transferase, but the activity of glutathione reductase increased.

Conclusion

Conclusion. Obesity, as a key component of MetS, is a trigger of insulin resistance, chronic low-grade inflammation and oxidative stress. The study showed that the development of MetS and obesity in the experimental animal group is accompanied by a shift of adipocyte redox balance toward oxidative stress, which is expressed in a decrease of GSH/GSSG ratio and glutathione-dependent antiperoxide protection enzymes activity.

глутатионактивные формы кислородаокислительный стрессметаболический синдроможирениеglutathionereactive oxygen speciesoxidative stressmetabolic syndromeobesityИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-25-20039 (https://rscf.ru/project/22-25-20039/) и средств Администрации Томской области.The study was supported by the Russian Science Foundation, grant No. 22-25-20039 (https://rscf.ru/project/22-25-20039/), and funded by the Administration of the Tomsk Region.ReferencesBremer A.A. Jialal I. Adipose tissue dysfunction in nascent metabolic syndrome. J. Obes. 2013:393192. DOI: 10.1155/2013/393192.Bremer A.A. Jialal I. Adipose tissue dysfunction in nascent metabolic syndrome. J. Obes. 2013:393192. DOI: 10.1155/2013/393192.Lacobini C., Pugliese G., Blasetti Fantauzzi C., Federici M., Menini S. Metabolically healthy versus metabolically unhealthy obesity. Metabolism. 2019;92:51–60. DOI: 10.1016/j.metabol.2018.11.009.Lacobini C., Pugliese G., Blasetti Fantauzzi C., Federici M., Menini S. Metabolically healthy versus metabolically unhealthy obesity. Metabolism. 2019;92:51–60. DOI: 10.1016/j.metabol.2018.11.009.Беспалова И.Д., Калюжин В.В., Мурашев Б.Ю., Осихов И.А., Кощавцева Ю.И., Тетенева А.В. и др. Субпопуляционный состав и прооксидантная активность клеток висцеральной жировой ткани пациенток с метаболическим синдромом. Сибирский журнал клинической и экспериментальной медицины. 2022;37(3):114–120. DOI: 10.29001/2073-8552-2022-37-3-114-120.Bespalova I.D., Kalyuzhin V.V., Murashev B.Yu., Osikhov I.A., Koshchavtseva Y.I., Teteneva A.V. et al. Subpopulation composition and prooxidant activity of visceral adipose tissue cells in patients with metabolic syndrome. The Siberian Journal of Clinical and Experimental Medicine. 2022;37(3):114–120. (In Russ.). DOI: 10.29001/2073-8552-2022-37-3-114-120.D’Alessandro M.E., Selenscig D., Illesca P., Chicco A., Lombardo Y.B. Time course of adipose tissue dysfunction associated with antioxidant defense, inflammatory cytokines and oxidative stress in dyslipemic insulin resistant rats. Food Funct. 2015;6(4):1299–1309. DOI: 10.1039/c4fo00903g.D’Alessandro M.E., Selenscig D., Illesca P., Chicco A., Lombardo Y.B. Time course of adipose tissue dysfunction associated with antioxidant defense, inflammatory cytokines and oxidative stress in dyslipemic insulin resistant rats. Food Funct. 2015;6(4):1299–1309. DOI: 10.1039/c4fo00903g.Maslov L.N., Naryzhnaya N.V., Boshchenko A.A., Popov S.V., Ivanov V.V., Oeltgen P.R. Is oxidative stress of adipocytes a cause or a consequence of the metabolic syndrome? J. Clin. Transl. Endocrinol. 2018;15:1–5. DOI: 10.1016/j.jcte.2018.11.001.Maslov L.N., Naryzhnaya N.V., Boshchenko A.A., Popov S.V., Ivanov V.V., Oeltgen P.R. Is oxidative stress of adipocytes a cause or a consequence of the metabolic syndrome? J. Clin. Transl. Endocrinol. 2018;15:1–5. DOI: 10.1016/j.jcte.2018.11.001.Masschelin P.M., Cox A.R., Chernis N., Hartig S.M. The impact of oxidative stress on adipose tissue energy balance. Front. Physiol. 2020;10:1638. DOI: 10.3389/fphys.2019.01638.Masschelin P.M., Cox A.R., Chernis N., Hartig S.M. The impact of oxidative stress on adipose tissue energy balance. Front. Physiol. 2020;10:1638. DOI: 10.3389/fphys.2019.01638.Monserrat-Mesquida M., Quetglas-Llabrés M., Capó X., Bouzas C., Mateos D., Pons A. et al. Metabolic syndrome is associated with oxidative stress and proinflammatory state. Antioxidants. 2020;9(3):236. DOI: 10.3390/antiox9030236.Monserrat-Mesquida M., Quetglas-Llabrés M., Capó X., Bouzas C., Mateos D., Pons A. et al. Metabolic syndrome is associated with oxidative stress and proinflammatory state. Antioxidants. 2020;9(3):236. DOI: 10.3390/antiox9030236.Castro J.P., Grune T., Speckmann B. The two faces of reactive oxygen species (ROS) in adipocyte function and dysfunction. Biol. Chem. 2016;397(8):709–724. DOI: 10.1515/hsz-2015-0305.Castro J.P., Grune T., Speckmann B. The two faces of reactive oxygen species (ROS) in adipocyte function and dysfunction. Biol. Chem. 2016;397(8):709–724. DOI: 10.1515/hsz-2015-0305.Lasker S., Rahman M.M., Parvez F., Zamila M., Miah P., Nahar K. et al. High-fat diet-induced metabolic syndrome and oxidative stress in obese rats are ameliorated by yogurt supplementation. Sci. Rep. 2019;9(1):20026. DOI: 10.1038/s41598-019-56538-0.Lasker S., Rahman M.M., Parvez F., Zamila M., Miah P., Nahar K. et al. High-fat diet-induced metabolic syndrome and oxidative stress in obese rats are ameliorated by yogurt supplementation. Sci. Rep. 2019;9(1):20026. DOI: 10.1038/s41598-019-56538-0.Taherkhani S., Suzuki K., Ruhee R.T. A brief overview of oxidative stress in adipose tissue with a therapeutic approach to taking antioxidant supplements. Antioxidants (Basel). 2021;10(4):594. DOI: 10.3390/antiox10040594.Taherkhani S., Suzuki K., Ruhee R.T. A brief overview of oxidative stress in adipose tissue with a therapeutic approach to taking antioxidant supplements. Antioxidants (Basel). 2021;10(4):594. DOI: 10.3390/antiox10040594.Picklo M.J., Long E.K., Vomhof-DeKrey E.E. Glutathionyl systems and metabolic dysfunction in obesity. Nutrition Reviews. 2015;73(12):858–868. DOI: 10.1093/nutrit/nuv042.Picklo M.J., Long E.K., Vomhof-DeKrey E.E. Glutathionyl systems and metabolic dysfunction in obesity. Nutrition Reviews. 2015;73(12):858–868. DOI: 10.1093/nutrit/nuv042.Langhardt J., Flehmig G., Klöting N., Lehmann S., Ebert T., Kern M. et al. Effects of weight loss on glutathione peroxidase 3 serum concentrations and adipose tissue expression in human obesity. Obes. Facts. 2018;11:475–490. DOI: 10.1159/000494295.Langhardt J., Flehmig G., Klöting N., Lehmann S., Ebert T., Kern M. et al. Effects of weight loss on glutathione peroxidase 3 serum concentrations and adipose tissue expression in human obesity. Obes. Facts. 2018;11:475–490. DOI: 10.1159/000494295.Shin S.K., Cho H.W., Song S.E., Im S.S., Bae J.H., Song D.K. Oxidative stress resulting from the removal of endogenous catalase induces obesity by promoting hyperplasia and hypertrophy of white adipocytes. Redox Biol. 2020;37:101749. DOI: 10.1016/j.redox.2020.101749.Shin S.K., Cho H.W., Song S.E., Im S.S., Bae J.H., Song D.K. Oxidative stress resulting from the removal of endogenous catalase induces obesity by promoting hyperplasia and hypertrophy of white adipocytes. Redox Biol. 2020;37:101749. DOI: 10.1016/j.redox.2020.101749.Birulina J.G., Ivanov V.V., Buyko E.E., Bykov V.V., Smagliy l.V., Nosarev A.V. et al. High-fat, high-carbohydrate diet-induced experimental model of metabolic syndrome in rats. Bulletin of Siberian Medicine. 2020;19(4): 14–20. (In Russ.). DOI: 10.20538/1682-0363-2020-4-14-20.Birulina J.G., Ivanov V.V., Buyko E.E., Bykov V.V., Smagliy l.V., Nosarev A.V. et al. High-fat, high-carbohydrate diet-induced experimental model of metabolic syndrome in rats. Bulletin of Siberian Medicine. 2020;19(4): 14–20. (In Russ.). DOI: 10.20538/1682-0363-2020-4-14-20.Liu L., Zou P., Zheng L., Linarelli L. E., Amarel, S., Passaro A. et al. Tamoxifen reduces fat mass by boosting reactive oxygen species. Cell Death Dis. 2015;6(1):e1586. DOI: 10.1038/cddis.2014.553.Liu L., Zou P., Zheng L., Linarelli L. E., Amarel, S., Passaro A. et al. Tamoxifen reduces fat mass by boosting reactive oxygen species. Cell Death Dis. 2015;6(1):e1586. DOI: 10.1038/cddis.2014.553.Rahman I., Kode A., Biswas S. K. Assay for quantitative determination of glutathione and glutathione disulfide levels using enzymatic recycling method. Nat. Protoc. 2006;1(6):3159–3165. DOI: 10.1038/nprot.2006.378.Rahman I., Kode A., Biswas S. K. Assay for quantitative determination of glutathione and glutathione disulfide levels using enzymatic recycling method. Nat. Protoc. 2006;1(6):3159–3165. DOI: 10.1038/nprot.2006.378.Boden G., Homko C., Barrero C.A., Stein T.P., Chen X., Cheung P. et al. Excessive caloric intake acutely causes oxidative stress, GLUT4 carbonylation, and insulin resistance in healthy men. Sci. Transl. Med. 2015;7:1–10. DOI: 10.1126/scitranslmed.aac4765.Boden G., Homko C., Barrero C.A., Stein T.P., Chen X., Cheung P. et al. Excessive caloric intake acutely causes oxidative stress, GLUT4 carbonylation, and insulin resistance in healthy men. Sci. Transl. Med. 2015;7:1–10. DOI: 10.1126/scitranslmed.aac4765.Navarro-Ruiz M.C., Soler-Vázquez M.C., Díaz-Ruiz A., Peinado J.R., Nieto Calonge A., Sánchez-Ceinos J. et al. Influence of protein carbonylation on human adipose tissue dysfunction in obesity and insulin resistance. Biomedicines. 2022;10(12):3032. DOI: 10.3390/biomedicines10123032.Navarro-Ruiz M.C., Soler-Vázquez M.C., Díaz-Ruiz A., Peinado J.R., Nieto Calonge A., Sánchez-Ceinos J. et al. Influence of protein carbonylation on human adipose tissue dysfunction in obesity and insulin resistance. Biomedicines. 2022;10(12):3032. DOI: 10.3390/biomedicines10123032.Lu S.C. Glutathione synthesis. Biochim. Biophys. Acta. 2013;1830(5):3143–3153. DOI: 10.1016/j.bbagen.2012.09.008.Lu S.C. Glutathione synthesis. Biochim. Biophys. Acta. 2013;1830(5):3143–3153. DOI: 10.1016/j.bbagen.2012.09.008.Kobayashi H., Matsuda M., Fukuhara A., Komuro R., Shimomura I. Dysregulated glutathione metabolism links to impaired insulin action in adipocytes. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 2009;296(6):E1326–E1334. DOI: 10.1152/ajpendo.90921.2008.Kobayashi H., Matsuda M., Fukuhara A., Komuro R., Shimomura I. Dysregulated glutathione metabolism links to impaired insulin action in adipocytes. Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 2009;296(6):E1326–E1334. DOI: 10.1152/ajpendo.90921.2008.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.