Таким образом, анаболические гормоны, уровни которых постепенно снижаются во время старения, могут представлять собой вероятную причину анемии, когда другие причинные пути были исключены.Интересно, что модель старения часто характеризуется одновременным дефицитом анаболических гормонов. Множественная гормональная «дисрегуляция» — более частое явление, чем единичное гормональное нарушение у пожилых людей [30]. Это явление в основном затрагивает гонадные, надпочечниковые и соматотропные оси с последующим снижением концентраций тестостерона (T), дегидроэпиандростерона сульфата (DHEA-S) и IGF-1 соответственно [30], что приводит к анаболической недостаточности, важной детерминанте ускоренный процесс старения [30].Недавно появились данные о том, что анаболические гормоны не действуют независимо друг от друга и могут иметь синергетический эффект [30]. Хорошо известно, что T в основном действует как анаболический агент, в то время как GH оказывает антикатаболический эффект [31]. IGF-1 также можно рассматривать как перекресток многих стимулов, включая DHEAS и T [30]. Данные Hagenfeldt и его коллег [32] предполагают, что терапия андрогенами способна повышать уровень IGF-1, который может представлять собой важный медиатор действия T.

Множественное гормональное нарушение, а не дефицит одного анаболического гормона, было определено как надежный биомаркер состояния здоровья пожилых людей [33].Данные исследования старения в районе Кьянти (InCHIANTI) подтвердили, что параллельное снижение уровней тестостерона, DHEAS и IGF-1 независимо предсказывает шестилетнюю смертность у пожилых мужчин [33].

Согласно этой концепции частичный отказ одной гормональной системы может быть компенсирован одной или несколькими параллельными системами без значительных пагубных клинических эффектов, что позволяет предположить, что единичное гормональное нарушение не является специфическим прогностическим параметром у пожилых людей.

Данные были особенно сосредоточены на эритропоэтических свойствах одного анаболического агента (T, IGF-1, гормонов щитовидной железы или эстрадиола) с ограниченными доказательствами вклада множественных анаболических путей в патогенез анемии.

Таким образом, мы выполнили точный обзор литературы с использованием PubMed до марта 2015 года, выбрав обсервационные исследования на людях, изучающие гормональный вклад (тестостерон, IGF-1 и гормоны щитовидной железы) в развитие анемии у пожилых людей обоих полов. В этом обзоре исследования представлены в соответствии с поперечным и продольным дизайном и положительным или нейтральным влиянием на различные гематологические параметры. Мы также проанализировали клинические испытания, в которых гематологические показатели были основным или вторичным исходом.

2. Тестостерон и анемия

2.1. Возможные механизмы

Роль андрогенов на эритропоэз известна с 1941 года [34], когда до появления рекомбинантного ЭПО человека они представляли собой основные фармакологические агенты при лечении анемии хронической и терминальной стадии почечной недостаточности, а также апластическая анемия [35, 36].

Исследования in vitro и на животных показали роль андрогенов в увеличении массы эритроидов, синтезе ЭПО и биодоступности железа.В культурах костного мозга андрогены стимулируют гемопоэз [37–39], а также улучшают образование эритроидных и миелоидных колоний в полутвердых культурах [40, 41]. Однако миелостимулирующие эффекты андрогенов, по-видимому, нацелены на более зрелые предшественники эритроидов, а не на гемопоэтические стволовые клетки или незрелые клетки-предшественники [42]. В культурах клеток человека T оказывает прямое влияние на выживание эритробластов костного мозга и предшественников эритроцитов [28, 43, 44], связываясь с ядерным рецептором андрогенов (AR) [45]. Интересно, что предварительная обработка клеток костного мозга ципротероном и флутамидом, селективными конкурентными блокаторами ядерного AR [46], полностью подавляет благотворное влияние T на эритроидные взрывообразующие единицы и колониеобразующие единицы.У мышей введение Т увеличивает уровень гемоглобина и гематокрит, а также количество гранулоцитов и тромбоцитов, с большим эффектом в самой старой экспериментальной группе [47, 48].

Большая часть эритропоэтической активности Т, по-видимому, опосредуется стимуляцией секреции ЭПО [49–51] и модуляцией чувствительности клеток-предшественников эритроидных клеток к ЭПО, что в целом приводит к увеличению продукции красных клеток. Исследования in vitro документально подтвердили стимулирующие свойства андрогенов на синтез эритроцитов, блокируемые инъекцией антител против ЭПО [52].Кроме того, клетки-предшественники эритроидов мышей, получавших Т, проявляли повышенный пролиферативный ответ на ЭПО [37, 46]. Однако умеренное увеличение концентраций ЭПО также наблюдалось у пациентов, прошедших терапию тотальной андрогенной блокадой (краткосрочной и долгосрочной), после снижения уровня гемоглобина в сыворотке крови, независимо от концентрации Т в сыворотке [53]. Имеются данные о том, что Т увеличивает уровни ЭПО, модулируя гипоксию или гипоксическое восприятие, которое, как известно, стимулирует секрецию ЭПО [54]. Следовательно, многие эффекты, вызванные T (включая повышение гемоглобина и гематокрита, увеличение 2,3-бисфосфоглицерата эритроцитов и увеличение капиллярности мышц), увеличивают чистую доставку кислорода к ткани [55].С другой стороны, T может влиять на секрецию ЭПО посредством прямого воздействия на уровне перитубулярных фибробластов почек [56], устанавливая новую «контрольную точку» ЭПО / Hb. Аналогичное явление наблюдается при посттрансплантационном эритроцитозе, почечной дисфункции и некоторых популяциях, живущих на большой высоте [57]. Напротив, другие данные описывают прямое действие Т в синтезе ЭПО, вызванном гипоксией. Эти исследования не показывают влияния Т на транскрипцию ЭПО в клетках Hep3B, линии клеток, секретирующих ЭПО, очень чувствительных к гипоксическим стимулам [58].

Однако для объяснения роли дефицита Т в снижении уровня гемоглобина и гематокрита были предложены механизмы, отличные от ЭПО. Исследования на животных [59, 60] и человеке [61] показали, что тестостерон может влиять на биодоступность и утилизацию железа.

Guo и его коллеги [55] недавно заявили, что повышенные уровни трансферрина и пониженная концентрация ферритина в сыворотке могут объяснить повышенную концентрацию Hb, наблюдаемую после введения T. Однако заместительная Т-терапия Т-пропионатом кажется более эффективной для стимуляции эритропоэза, когда установлено хроническое введение [62].

Хорошо известно, что концентрация трансферрина в сыворотке отражает состояние железа в организме и поглощение трансферрина эритроидом, а также общую активность эритроидов [63]. Альтернативная гипотеза предполагает роль в подавлении гепсидина, фактора гормона, регулирующего железо, в T-связанном эритроцитозе. Тестостерон может снижать уровень гепсидина за счет уменьшения воспалительных цитокинов, особенно интерлейкина-6 (IL-6) [64]. Известно, что повышенные уровни IL-6 отрицательно влияют на эритропоэз [64], также увеличивая продукцию гепсидина печенью через ген HAMP [7, 65, 66].Очень хорошо задокументировано, что T проявляет противовоспалительные свойства, ингибируя провоспалительный фактор ядерной транскрипции каппа B (NF κ B) [67] и экспрессию медиатора воспаления IL-6. Культуры клеток костного мозга, обработанные сывороткой от пациентов, страдающих хроническим заболеванием, продемонстрировали подавление эритроидных колониеобразующих единиц (КОЕ-Э) [68]. Интересно, что этот эффект полностью изменился после введения антител против TNF α и IFN γ [68].В эритроидных клетках, обработанных Т, наблюдалось увеличение экспорта железа из селезенки и доступности железа для синтеза гемоглобина как следствие подавления гепсидина и активации ферропортина (основного экспортера клеточного железа) [59].

Последовательно, исследования на мышах с генетическими изменениями в регуляторных генах железа, включая инактивирующие мутации в гене, кодирующем гепсидин (HAMP), показали временную полицитемию [69].

2.2. Исследования на людях

В ряде эпидемиологических исследований на людях была выдвинута гипотеза о взаимосвязи между уровнями Т в сыворотке и эритропоэтическим процессом (Таблица 1).Уровни гемоглобина были связаны с Т-статусом, причем у мужчин с тяжелым гипогонадизмом его концентрации были ниже, чем у мужчин с умеренным гипогонадизмом и эугонадизмом [29].

Таким образом, возрастное снижение уровня тестостерона было предложено для объяснения снижения массы эритроидных клеток и так называемой необъяснимой анемии у пожилых мужчин.

Хорошо известно, что уровни Т в сыворотке крови снижаются на 1% в год, а биодоступный Т (свободный плюс связанный с альбумином Т) — на 2% в год, начиная с 35 лет. Как следствие, примерно 20% мужчин старше У 60 лет и 50% мужчин старше 80 лет концентрация Т в сыворотке ниже нормального диапазона для молодых мужчин [101].Точно так же у женщин уровни тестостерона снижаются с 40 лет, приближаясь до наступления менопаузы к 50% у женщин, присутствующих в 30 лет [101].

Наиболее вероятные причины снижения уровня тестостерона, наблюдаемого во время процесса старения, включают нарушение реакции яичек на стимулы гонадотропина в сочетании с неполной гипоталамо-гипофизарной компенсацией за падение общего и свободного уровней тестостерона [102].

В недавнем популяционном исследовании пожилые мужчины с необъяснимой анемией демонстрировали более низкие уровни тестостерона по сравнению с их неанемическими сверстниками [70].Интересно, что более высокий риск анемии был зарегистрирован не только у мужчин [103], но и у женщин [27] с низким уровнем тестостерона.

Ферруччи и его коллеги показали значительную линейную зависимость между уровнями биодоступных Т и Hb у 905 пожилых участников обоих полов из исследования «Invecchiare in Chianti» (InCHIANTI) [27]. Более того, низкие уровни тестостерона были проспективно связаны с повышенным риском анемии после 3-летнего периода наблюдения.

Первичный гипогонадизм часто встречается у пожилых пациентов, а вторичный гипогонадизм чаще диагностируется у мужчин среднего возраста с мультиморбидностью, включая сахарный диабет 2 типа [71, 104, 105].Гроссманн и др. в поперечном когортном исследовании, проведенном с участием 464 мужчин с диабетом 2 типа, было продемонстрировано, что низкие уровни тестостерона были независимо связаны с анемией [106]. Соответственно, Bhatia et al. [107] зарегистрировали более низкий гематокрит вместе с повышенными концентрациями C-реактивного белка (CRP) в плазме у 70 пациентов с гипогонадотропным гипогонадизмом и диабетом. Таким образом, как низкий уровень тестостерона, так и хроническое воспаление могут быть определены как факторы риска легкой анемии у мужчин с диабетом 2 типа [107].

Как широко известно, аденомы гипофиза — еще один возможный механизм, участвующий в развитии вторичного гипогонадизма. В ретроспективном обзоре 197 пациентов мужского пола с макроаденомами гипофиза и низкой концентрацией тестостерона Ellegala et al. продемонстрировали нарушение кроветворения, аргументируя это тем, что уровни тестостерона независимо коррелируют с гематокритом [72]. Хорошо известно, что наиболее частой причиной гипогонадизма среди мужского населения в целом является терапия депривации андрогенов (ADT), обычно используемая при лечении рецидивирующего, местнораспространенного и метастатического рака простаты [73].Интересно, что больные раком, получающие ADT, чаще страдают анемией [108, 109], чем пациенты, не получающие ADT, что еще раз подтверждает гипотезу о том, что T может влиять на уровни Hb. У пациентов с андрогенной недостаточностью, связанной с орхиэктомией или фармакологической аблацией андрогенов по поводу рака простаты, как правило, уровень Hb падает на 1 г / дл [110–112]. Интересно отметить, что после полной гормональной абляции и лучевой терапии это снижение может достигать 2,5 г / дл [7]. Анемия, связанная с ADT, также часто встречается у мужчин, получающих комбинированную гормональную блокаду [113].В этом случае анемия обычно нормохромная, нормоцитарная, временно связанная с началом андрогенной блокады и исчезающая после отмены комбинированной гормональной блокады [113].

Наконец, связь между тестостероном и снижением уровня гепсидина у пожилых людей все еще не ясна. Фактически, корреляция между уровнями гепсидина и Т не была обнаружена в большой когорте пациентов с необъяснимой анемией по сравнению с подобранными пациентами без анемии и пациентами с известными причинами анемии [70].

2.3. Интервенционные исследования

Метаанализ 51 интервенционного исследования с использованием различных препаратов тестостерона показал значительное увеличение как Hb (средневзвешенная разница (WMD): 0,80 г / дл; 95% CI: 0,45–1,14), так и гематокрита (WMD: 3,18%; 95% ДИ: 1,35–5,01) [114]. В частности, введение Т оказалось эффективным в повышении гематокрита у пожилых мужчин с гипогонадизмом (таблица 1). В предварительном контролируемом исследовании с альтернативным случаем у пожилых мужчин с гипогонадизмом (средний возраст) с уровнями биодоступного тестостерона менее 70 нг / дл, получавших энантат тестостерона (200 мг / мл) внутримышечно каждые 2 недели в течение 3 месяцев, были выявлены значительно повышенные уровни общего концентрация биодоступного тестостерона и гематокрит [74].Steidle и соавторы [115] у 406 пожилых мужчин с гипогонадизмом, получавших две дозы геля AA2500 T (50 мг / день и 100 мг / день) или Т-пластыря (два пластыря, доставляющие 5 мг T ежедневно), сообщили о повышенных значениях гемоглобина и гематокрита. после 90 дней лечения с более высокими уровнями в геле тестостерона для местного применения. Интересно, что Снайдер и др. показали, что лечение Т-пластырем является эффективной стратегией улучшения гематокрита с эффектом, сохраняющимся в течение 3-летнего периода наблюдения [77].

Также изучалась эффективность других молекулярных форм и различных доз инъекционного Т в улучшении гемопоэтических параметров.Sih и его коллеги показали модель

Frontiers | Эритроциты и функция сосудов: кислород и оксид азота

Как эритроциты модулируют сосудистый тонус, широко изучалось в течение последних двух десятилетий. Вазодилатация сосудистой сети в условиях гипоксии послужила поводом для проведения множества исследований, начиная от влияния парциального давления кислорода на сократимость гладкомышечных клеток и активности эндотелиальной синтазы оксида азота (eNOS) до восстановления нитрита гемоглобином (Hb) внутри эритроцитов и последующего производства оксида азота. (Фигура 1).Здесь мы рассмотрим, как красные кровяные тельца (эритроциты) и гемоглобин регулируют функцию сосудов и кровоток.

Рисунок 1 . Эритроциты действуют как переносчики кислорода из легких в ткани и помогают наладить гемостаз и функцию сосудов. Поскольку гемоглобин внутри эритроцитов является очень эффективным поглотителем NO, вазодилататор, продуцируемый эндотелием (коричневый), такой механизм, как зона, свободная от клеток, созданная гидродинамикой, мембрана эритроцитов и внутренняя диффузия минимизируют улавливание NO.При заболеваниях, при которых происходит гемолиз и адгезия эритроцитов, эти механизмы минимизации поглощения NO нарушаются и возникает вазоконстрикция. Однако, помимо улавливания NO, данные подтверждают роль дезоксигенированных эритроцитов в продукции NO, ведущей к расширению сосудов в условиях гипоксии.

Доставка кислорода

Во многих текстах по биохимии дается подробное описание основных механизмов доставки кислорода гемоглобином. Поэтому мы ограничим наше обсуждение кратким введением.Молекула гемоглобина представляет собой гетеротетрамер альфа-бета-димеров гемоглобина. При высоком давлении кислорода каждый мономер может связывать молекулу O ₂ . Поскольку гемоглобин связывает кислород, с белком происходят конформационные изменения, и сродство связывания белка с молекулярным кислородом увеличивается. Таким образом, связывание является кооперативным, так что связывание последующих молекул кислорода становится легче после первоначального связывания. Кооперативное связывание можно понять с помощью модели двух состояний: R-состояния с высоким сродством и T-состояния с низким сродством (Monod et al., 1965; Eaton et al., 1999). Когда гемоглобин связан с одной или несколькими молекулами кислорода, он практически всегда находится в напряженном Т-состоянии. Когда к нему связаны 3–4 молекулы кислорода, он практически всегда находится в R-состоянии. Как только 2 или более кислорода связываются с молекулой гемоглобина, у которой нет кислорода, она претерпевает конформационные изменения в R-состояние, где ее сродство к кислороду теперь выше, и она связывает больше кислорода. Это гомотропное регулирование приводит к сигмоидальной кривой фракционного насыщения гемоглобина в зависимости от парциального давления кислорода и позволяет гемоглобину функционировать как эффективный переносчик кислорода из легких в ткани.

Сложность доставки кислорода выходит за рамки гомотропного регулирования. PH крови также влияет на связывание кислорода. Эффект Бора, о котором было сообщено в начале 1900-х годов, описывает, как повышенная кислотность, возникающая при низком давлении кислорода, приводит к протонированию и стабилизации Т-состояния гемоглобина, способствуя высвобождению кислорода. Кроме того, диоксид углерода и 2,3-бисфосфат также действуют как гетеротропные регуляторы, снижая сродство Hb к кислороду.

Таким образом, эритроциты способствуют функции сосудов за счет доставки кислорода гемоглобином.

Одним из механизмов, посредством которого давление кислорода и, следовательно, эритроциты влияют на функцию сосудов, является сократительная сила гладкомышечных клеток. Чанг и Детар сообщили, что снижение давления кислорода привело к уменьшению сократительного напряжения спиральных полос, вырезанных из аорты, бедренных артерий и мелких артерий скелетных мышц (Chang and Detar, 1980). Кроме того, Taggart et al. Обнаружили уменьшение силы гладких мышц при гипоксии, что указывает на то, что реакция гладких мышц на кислород может не зависеть от факторов, связанных с эндотелием (Taggart and Wray, 1998).Возможным механизмом реакции гладких мышц на напряжение кислорода является усиление АТФ-чувствительного оттока K ⁺ или снижение чувствительного к напряжению притока Ca ⁺² (Franco-Obregón et al., 1995; Taggart and Wray, 1998). Эти эффекты были недавно рассмотрены (Jackson, 2016).

Альтернативно, низкое напряжение кислорода влияет на выработку эндотелием оксида азота (NO) с помощью eNOS, которая требует кислорода в качестве субстрата наряду с L-аргинином (Palmer and Moncada, 1989; Kwon et al., 1990).Многие исследователи показали уменьшение релаксации эндотелиальных клеток при низком давлении кислорода (Furchgott and Zawadzki, 1980; De Mey and Vanhoutte, 1983; Lieberthal et al., 1989). В частности, кажущийся K _m eNOS для O ₂ составляет 4 мкМ, и активность NOS начинает замедляться, как только напряжение кислорода начинает падать ниже 1% (7,6 торр или 10 мкМ) (Abu-Soud et al., 2000; van Faassen et al., 2009). Таким образом, посредством управления доставкой кислорода эритроциты влияют на функцию eNOS и сократительную способность гладких мышц.

Компартментализация и локализация гемоглобина

Помимо доставки кислорода, гемоглобин влияет на функцию сосудов как сильный поглотитель NO. Ферчготт и его коллеги обнаружили, что в эндотелии вырабатывается агент, расслабляющий кровеносные сосуды, фактор релаксации эндотелия (EDRF) (Furchgott and Zawadzki, 1980). Затем EDRF был идентифицирован как NO (Ignarro et al., 1987; Palmer et al., 1987), который действует через активацию растворимой гуанилилциклазы (Arnold et al., 1977). Эндотелиальная синтаза оксида азота, расположенная на мембранах эндотелиальных клеток, продуцирует NO, который связывается с растворимой гуанилилциклазой в клетках гладких мышц, запуская каскад клеточных сигналов, который приводит к расширению сосудов. Чу и др. продемонстрировали физиологическую регуляцию кровотока и вазодвигания эндогенно продуцируемым NO у бодрствующих собак (Chu et al., 1991) и Quyyumi et al. показали, что факторы риска атеросклероза изменяют реакцию коронарных артерий на снижение продукции NO (Quyyumi et al., 1995). Кроме того, NO оказывает антитромботический эффект в виде уменьшения активации тромбоцитов (Schafer et al., 1980) и противовоспалительный эффект, заключающийся в подавлении адгезии лейкоцитов к эндотелию (Kubes et al., 1991). NO также ведет к непрямой вазодилатации, подавляя симпатическую вазоконстрикцию (Zanzinger et al., 1994). Это лишь очень небольшая часть обширных работ, демонстрирующих роль NO в сосудистой функции, которые были недавно рассмотрены (Lundberg et al., 2015).

Поскольку гемоглобин присутствует в крови в концентрации 10 мМ в геме, а гем двухвалентного железа имеет сильное сродство к NO с константой диссоциации K _D 10 ⁻¹⁰ до 10 ⁻¹¹ M (Cooper, 1999 ), а константа скорости ассоциации составляет 10 ⁷ -10 ⁸ M ^-1 с ^-1 (Cassoly and Gibson, 1975), можно ожидать, что свободного NO вообще не будет.

Кроме того, оксигенированный гемоглобин очень быстро реагирует с NO с образованием нитрата (диоксигенация NO) (6–8 × 10 ⁸ M ⁻¹ с ⁻¹ ) (Doyle and Hoekstra, 1981; Eich et al., 1996; Herold et al., 2001), инактивируя NO, поэтому расчеты показывают, что NO не может действовать как EDRF (Lancaster, 1994; Vaughn et al., 1998).

Однако, как показано выше в работе Chu et al.эндотелиальный NO действительно играет физиологическую роль в сосудистой функции (Chu et al., 1991).

Этот парадокс биодоступности NO и концентрации Hb в крови можно объяснить, рассматривая инкапсуляцию Hb эритроцитами. Эксперименты, в которых эритроциты смешиваются с NO в суспензии или в аппарате с остановленным потоком, показывают, что эритроциты поглощают NO в 1000 раз медленнее, чем внеклеточный гемоглобин (Liu et al., 1998; Vaughn et al., 2000). Исследователи связывают это изменение скорости очистки с несколькими механизмами.Одним из механизмов является диффузия NO в эритроциты, которая способствует образованию не перемешиваемого слоя вокруг клетки (Coin and Olson, 1979; Liu et al., 1998, 2002; Azarov et al., 2005). Второй механизм — это мембрана эритроцитов, действующая как барьер для диффузии (Vaughn et al., 2000; Huang et al., 2001, 2007). В-третьих, диффузия NO внутри эритроцитов (Vaughn et al., 2000; Sakai et al., 2008). Наша работа предполагает, что преобладают ограничения скорости из-за диффузии в эритроциты (Азаров и др., 2005, 2011).

Помимо этих изменений в статических условиях, зона, свободная от клеток, созданная гидродинамикой кровотока, дополнительно снижает поглощение NO.Скорость кровотока у стенки сосуда ниже, чем в центре сосуда из-за трения. Это создает градиент давления, который толкает эритроциты к центру сосуда от эндотелия, продуцирующего NO. Бульярелло и Севилья, Кокелет и Ляо и др. экспериментально показали наличие зоны, свободной от ячеек, и с помощью компьютерного моделирования Butler et al. подтвердил его способность снижать поглощение NO (Bugliarello and Sevilla, 1970; Cokelet, 1972; Butler et al., 1998; Liao et al., 1999).Впоследствии Liao et al. Экспериментально продемонстрировали его способность уменьшать поглощение NO, используя миографию артериол (Liao et al., 1999). Следовательно, компартментализация гемоглобина внутри эритроцитов и локализация эритроцитов в центре сосудов имеют сильное влияние на функцию сосудов, сводя к минимуму поглощение NO.

Заболевание эритроцитов — удаление мусора НЕТ

При болезни аномалии мембран эритроцитов способствуют тромбозу (Ataga, 2009). Setty et al. показали, что воздействие фосфатидилсерина на мембраны эритроцитов коррелирует с плазменными показателями тромбоза (Setty et al., 2001). Кроме того, изменения мембраны эритроцитов приводят к адгезии эритроцитов к эндотелию. Такие заболевания, как малярия, бета-талассемия, сахарный диабет и серповидно-клеточная анемия, демонстрируют повышенную адгезию эритроцитов к эндотелиальным клеткам (Kaul et al., 1989; Hovav et al., 1999; Cooke et al., 2004). Адгезия разрушает зону, свободную от клеток, что приближает эритроциты и гемоглобин к эндотелию. Hoover et al. продемонстрировали повышенную адгезию эритроцитов серповидноклеточных клеток к эндотелиальным клеткам (Hoover et al., 1979), а Hebbel et al. дополнительно продемонстрировали адгезию серповидных эритроцитов и предположили, что адгезия может быть патогенным фактором окклюзии микрососудов (Hebbel et al., 1980b). Hebbel также продемонстрировал корреляцию между адгезией эритроцитов и тяжестью серповидно-клеточной анемии (Hebbel et al., 1980a). Kaul et al. разработали двухэтапную модель адгезии эритроцитов, инициирующую вазоокклюзию (Kaul et al., 1989). Таким образом, роль адгезии эритроцитов в инициировании вазоокклюзионного криза является широко поддерживаемой гипотезой (Manwani and Frenette, 2013).

Помимо адгезии, полимеризация гемоглобина при серповидно-клеточной анемии приводит к образованию жестких, негибких красных кровяных телец, которые влияют на реологию крови.Более того, насыщенные кислородом серповидные эритроциты также обнаруживают изменения в механике клеток и, следовательно, реологии крови, связанные с изменением концентрации гемоглобина в клетке и изменениями клеточной мембраны (Nash et al., 1984). Изменения реологии крови влияют на перфузию тканей и могут влиять на выработку NO из-за изменений напряжения сдвига на стенках сосудов. Помимо серповидноклеточной анемии, многие другие заболевания демонстрируют измененную деформируемость эритроцитов. При гипертонии деформируемость эритроцитов снижается, вязкость крови увеличивается, и эритроциты образуют более стабильные агрегаты (Cicco and Pirrelli, 1999).Эти изменения усугубляют гипертонию и влияют на транспорт кислорода (Cicco and Pirrelli, 1999). Диабет и гиперхолестеринемия, оба фактора риска сердечно-сосудистых заболеваний, демонстрируют аномальную архитектуру мембран эритроцитов и нарушение деформируемости, которые изменяют реологию крови (Shin et al., 2005; Tomaiuolo, 2014). Трудно определить, являются ли измененные деформируемость эритроцитов и, следовательно, реология крови сопутствующими или способствующими факторами изменения сосудистой функции при этих заболеваниях.

Работа Bor-Kucukatay et al.предполагают функцию сосудов, в частности, производство оксида азота может играть роль в деформируемости эритроцитов и реологических изменениях эритроцитов во время гипертонии (Bor-Kucukatay et al., 2000, 2003). Они предполагают, что NO улучшает деформируемость эритроцитов (Bor-Kucukatay et al., 2003). Однако другие лаборатории обнаружили, что NO не оказывает прямого воздействия на деформируемость эритроцитов (Barodka et al., 2014; Belanger et al., 2015). С другой стороны, выбранные доноры NO, нитропруссид натрия и нитрит, защищают от дегидратации эритроцитов, вызванной притоком кальция, и потери деформируемости (Barodka et al., 2014; Belanger et al., 2015; Wajih et al., 2017). Таким образом, стоит изучить использование нитропруссида и нитрита натрия для улучшения реологии при заболеваниях, вызванных плохой деформируемостью эритроцитов.

Как указано выше, инкапсуляция Hb внутри эритроцитов значительно снижает его способность улавливать NO, продуцируемый эндотелием. Однако при многих заболеваниях происходит гемолиз эритроцитов, вводя бесклеточный Hb в сосудистую сеть (Reiter et al., 2002; Sobolewski et al., 2005). Патология, связанная с кровезаменителями на основе гемоглобина, продемонстрировала гипертензивный эффект бесклеточного Hb (Doherty et al., 1998). Кроме того, есть основания полагать, что гемолиз может вызывать вазоокклюзионный криз (ЛОС), поскольку гемолитические трансфузионные реакции могут вызывать ЛОС (Jang et al., 2011; Manwani and Frenette, 2013).

Реакции внеклеточного гемоглобина в сосудистой сети и окружающих тканях через экстравазацию могут усугублять болезненные состояния (Schaer et al., 2013). Результаты исследования in vitro предполагают, что внеклеточный гемоглобин может высвобождать гемин и принимать участие в окислительных реакциях, приводящих к окислительному стрессу и воспалению (Miller et al., 1997; Цзя и др., 2007; Манвани и Френетт, 2013). У пациентов с повышенным уровнем гемоглобина в плазме наблюдается снижение NO-зависимой реакции кровотока, что согласуется со снижением сосудорасширяющего ответа на нитропруссид натрия донора NO у пациентов с SCD (Rother et al., 2005).

Помимо высвобождения гемоглобина, гемолиз также высвобождает аргиназу, фермент, который превращает L-аргинин в орнитин, в кровоток. L-аргинин является субстратом для синтеза оксида азота eNOS, и, следовательно, высвобождение аргиназы дополнительно снижает выработку NO и функцию сосудов (Morris et al., 2003; Schnog et al., 2004). Гемолиз и изменения белков мембран эритроцитов при заболевании влияют на функцию сосудов, способствуя тромбозу, инициируя окклюзию сосудов, устраняя NO и окислительный стресс.

Распад красных кровяных телец не только снижает биодоступность NO за счет поглощения NO внеклеточным Hb, но также за счет производства микрочастиц красных кровяных телец (Donadee et al., 2011; Liu et al., 2013). Подобно внеклеточному Hb, микрочастицы эритроцитов (порядка 50-100 нм в диаметре) поглощают NO в сотни раз быстрее, чем Hb, инкапсулированный в эритроцитах, но не так быстро, как внеклеточный Hb (Donadee et al., 2011). Кроме того, эти частицы попадают в бесклеточную зону (Liu et al., 2013). Было высказано предположение, что гемолиз эритроцитов и образование микрочастиц способствуют плохим исходам, связанным с переливанием крови, хранящейся ранее, из-за удаления NO (Gladwin and Kim-Shapiro, 2009; Donadee et al., 2011). Имеются убедительные доказательства того, что экстравазация играет важную роль в нарушении регуляции NO, поэтому правильная компартментализация гемоглобина является ключевой (Kim-Shapiro and Patel, 2016; Schaer et al., 2016).

Гемолиз эритроцитов способствует развитию сосудистой патологии при заболеваниях и расстройствах, таких как талассемия, наследственный сфероцитоз, дефицит глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, пароксизмальный ночной образ жизни, гемоглобинурия и аутоиммунная гемолитическая анемия (Johnson et al., 1979; Ротер и др., 2005). Кроме того, эти заболевания и расстройства также приводят к увеличению образования микрочастиц эритроцитов (Piccin et al., 2007; Westerman and Porter, 2016). Более того, гемолиз также связан с переливанием крови, гемодиализом и операциями по шунтированию сердца (Meyer et al., 2010).

Производство оксида азота

В отличие от роли эритроцитов в уменьшении NO. Исследования показывают, что дезокси-эритроциты способствуют расширению сосудов в присутствии нитрита (Cosby et al., 2003; Дженсен и Агнисола, 2005; Crawford et al., 2006). Были предложены другие механизмы вазодилататорного действия эритроцитов. Исследователи продолжают дискутировать о механизме или механизмах гипоксической вазодилатации, которые включают: (1) высвобождение АТФ эритроцитами из-за деоксигенации, (2) образование SNO-Hb и высвобождение и доставка S-нитрозотиола во время цикла оксигемоглобина / дезоксигемоглобина и (3) восстановление нитрита гемоглобином до NO.

АТФ активирует пуриноцепторы на эндотелиальных клетках, что приводит к выработке NO и изменению сосудистого тонуса (Ralevic and Burnstock, 1991).В соответствии с механизмом высвобождения АТФ эритроцитами в условиях гипоксии Ellsworth et al. показали, что эритроциты выделяют больше АТФ при низком PO2 и низком pH, чем эритроциты при нормоксии и нормальном pH (Ellsworth et al., 1995). Кроме того, они продемонстрировали увеличение диаметра сосудов и скорости потока внутрипросветного АТФ (Ellsworth et al., 1995). После этой работы Dietrich et al. показали, что перфузия эритроцитов при низком PO ₂ вызывала расширение сосудов и повышенную концентрацию АТФ в сточных водах (Dietrich et al., 2000).

Добавление нитрита к дезокси-эритроцитам показало усиленный эффект на расширение сосудов при инфузии (Cosby et al., 2003; Jensen and Agnisola, 2005; Crawford et al., 2006). В поддержку высвобождения АТФ, ответственного за это усиленное расширение в присутствии нитрита, Cao et al. измерили повышенный синтез и гипоксическое высвобождение АТФ в эритроцитах в присутствии нитрита (Cao et al., 2009). Однако исследования показали сосудорасширяющий ответ в присутствии нитрита и эритроцитов при использовании ингибиторов NOS L-NAME и L-NMMA, что позволяет предположить, что за усиление нитритом отвечает другой механизм расширения (Crawford et al., 2006; Лю и др., 2015).

Второй предложенный механизм воздействия дезокси-эритроцитов и нитрита на функцию сосудов — это образование SNO-Hb в присутствии нитрита и последующее высвобождение NO из деоксигенированного SNO-Hb. Исследования продемонстрировали гипоксическое высвобождение NO из SNO-Hb и способность высвобождаемого NO расслаблять сосуды (Stamler et al., 1997; McMahon et al., 2002). Diesen et al. показали снижение концентрации SNO-Hb в эритроцитах, коррелированное с отменой гипоксического расширения сосудов (Diesen et al., 2008). Предлагаемый механизм высвобождения — снижение стабильности SNO-Hb при переходе гемоглобина из R-состояния в T-состояние, и работа Doctor et al. далее поддерживает предложение о увязке концентрации SNO-Hb с насыщением кислородом (Doctor et al., 2005). Однако для того, чтобы этот механизм был применимым, in vivo SNO-Hb должен образовываться во время цикла оксигенации / деоксигенации эритроцитов. Это приводит к вопросу о том, как формируется SNO-Hb. Хуанг и др. и Xu et al. исключил аллостерически контролируемый перенос NO от HbNO к бета-93 цистеину Hb (Xu et al., 2003; Huang et al., 2006). Кроме того, роль нитрита в образовании полустабильного промежуточного соединения metHb-NO, способного к образованию SNO-Hb, была исключена Basu et al. (Анджело и др., 2006; Нагабабу и др., 2006; Басу и др., 2007). Наконец, Isbell et al. продемонстрировали связанную с нитритом биоактивность NO у мышей с бета-93 нокаутом, демонстрируя, что SNO-Hb не отвечает за связанную с нитритом гипоксическую вазодилатацию (Isbell et al., 2007). Хотя данные подтверждают высвобождение NO из SNO-Hb в условиях дезоксигенирования, исследования еще не выяснили физиологический механизм образования SNO-Hb, что ставит под сомнение физиологическое значение SNO-Hb для функции сосудов.

Последний предложенный механизм вазодилатации эритроцитов в присутствии нитрита — это восстановление нитрита до NO с помощью Hb. Брукс впервые изучил взаимодействие нитрита с Hb в 1937 году, и эта работа была позже расширена Дойлом в 1981 году (Brooks, 1937; Doyle et al., 1981). Нитрит реагирует с деоксигенированным Hb с образованием metHb и NO (Brooks, 1937; Doyle et al., 1981). Затем NO быстро вступает в реакцию с деоксигенированным Hb со скоростью, зависящей от конформации гемоглобина (Huang et al., 2005a, b), с образованием HbNO. Исследования in vitro отклонили значительную роль в восстановлении нитрита другими молекулами эритроцитов, такими как ксантин оксидоредуктаза и карбоангидраза, подтверждая гипотезу о доминирующей роли гемоглобина (Liu et al., 2015). Из-за быстрой очистки NO от Hb вопрос о том, как биоактивность NO выходит из эритроцитов, все еще остается. Однако данные продолжают расти в поддержку биологической активности NO, ускользающей из дезокси-эритроцитов в присутствии нитрита. Например, активация и агрегация тромбоцитов под действием АДФ снижается в присутствии дезокси-эритроцитов и нитрита (Srihirun et al., 2012; Park et al., 2014; Лю и др., 2015; Wajih et al., 2016). Тромбоциты, стимулированные АДФ в присутствии одного нитрита, не показывают сниженной активации (Srihirun et al., 2012). Добавление акцептора NO к тромбоцитам, стимулированным АДФ, в присутствии дезокси-эритроцитов и нитрита, отменяет снижение активации (Wajih et al., 2016). Эти данные убедительно подтверждают роль эритроцитов в биоактивации нитритов.

Однако, как только NO образуется внутри эритроцитов, он должен каким-то образом избегать быстрого поглощения внутриэритроцитарным Hb.Предполагаемые механизмы ускользания биоактивности NO из эритроцитов включают образование S-нитрозотиола и роль мембраны эритроцитов. Исследования Basu et al и Roche et al показали, что образование S-нитрозотиола может происходить через образование, опосредованное metHb-нитритом, N ₂ O ₃ (Basu et al., 2007; Roche et al., 2013). Павлоски предложил механизм, при котором низкомолекулярные S-нитрозотиолы могут транснитрозилировать AE1, распространенный переносчик ионов эритроцитов, и в конечном итоге покидать эритроциты (Pawloski et al., 2001). Другой предполагаемый механизм — это повышенное сродство metHb-NO или Hb-NO ⁺ к мембране эритроцитов, что, в свою очередь, также может привести к утечке NO посредством нитрозилирования AE1 (Salgado et al., 2015). Наконец, Wajih et al. Опубликовали доказательства, подтверждающие роль нитрозирования мембран эритроцитов в уходе от биоактивности NO (Wajih et al., 2016). Хотя это только начало определения механизма биологической активности NO, предстоит еще много работы.

Другие восстановители нитрита гема-глобина могут играть роль в модулировании функции сосудов.Дезоксимиоглобин восстанавливает нитрит быстрее, чем Hb (Shiva et al., 2007). Снижение нитритов с помощью миоглобина гладких мышц сосудов, как было показано, вносит значительный вклад в расширение сосудов на мышиной модели (Ormerod et al., 2010). Нейроглобин и цитоглобин также обладают нитритредуцирующей активностью, которая модулируется степенью окисления цистеина (Tiso et al., 2011; Li et al., 2012; Tejero et al., 2014; Amdahl et al., 2017). Глобин X из красных кровяных телец рыб восстанавливает нитрит примерно в 200 раз быстрее, чем Hb, и может представлять первичную функцию гем-глобинов в восстановлении нитрита (Corti et al., 2016).

Терапевтические средства для лечения васкулопатии, связанной с эритроцитами

Продукция NO дезокси-эритроцитами в присутствии нитрита и других доноров NO обеспечивает потенциальную терапевтическую роль нитрита плазмы в снижении вазоконстрикции, адгезии эритроцитов и потенциального улучшения деформируемости эритроцитов (Space et al., 2000; Bor-Kucukatay et al. , 2003; Lundberg et al., 2008; Horn et al., 2011). Введение NO может нейтрализовать способность бесклеточного гемоглобина нейтрализовать NO, предпочтительно реагируя, превращая оксигенированный гемоглобин в не улавливающий метгемоглобин (Reiter et al., 2002). Антиоксиданты нацелены на улучшение реологии крови и функции сосудов за счет снижения окислительного стресса, который, как показали исследователи, усиливает гемолиз и эндотелиальную дисфункцию (Fibach and Rachmilewitz, 2008; den Hartog et al., 2010). Белки-поглотители гемина и гемоглобина также обеспечивают потенциальное терапевтическое средство против повреждений, вызываемых внеклеточным гемоглобином и гемином (Schaer et al., 2013). Наконец, ингибиторы молекул адгезии могут действовать как терапевтические средства против адгезии эритроцитов к эндотелию; например, Hebbel et al.показали, что ингибитор молекул адгезии HDAC снижает активацию эндотелия (Hebbel et al., 2009; Vinchi and Tolosano, 2013). Недавнее испытание соединения, которое препятствует адгезии нейтрофилов и других циркулирующих клеток крови к эндотелиальным клеткам, успешно снизило частоту болезненных кризов у ​​пациентов с серповидно-клеточной анемией (Ataga et al., 2017).

Выводы

Красные кровяные тельца играют важную роль в функции сосудов. Посредством компартментализации Hb эритроциты доставляют кислород, сводят к минимуму поглощение NO, определяют напряжение кислорода и обеспечивают биологическую активность NO при гипоксии.В здоровых условиях эритроциты способствуют гемостазу за счет хорошо регулируемой доставки кислорода и баланса поглощения и производства NO. Как показали данные, эритроциты, которые когда-то рассматривались только как сток для NO, обладают способностью производить биологическую активность NO в условиях гипоксии. Важная роль эритроцитов в сосудистой функции становится более очевидной при заболеваниях, которые изменяют или нарушают мембрану эритроцитов, приводя к условиям окислительного стресса, гипертензии, тромбоза и вазоокклюзии.

Авторские взносы

CH, MG и DK-S вместе разработали концепцию статьи и ее содержания.CH написал первоначальный черновик рукописи и отредактировал рукопись. MG и DK-S серьезно отредактировали рукопись.

Финансирование

Эта работа была поддержана грантами Национальных институтов здравоохранения № HL058091 и HL098032.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Список литературы

Абу-Суд, Х.М., Ишимори, К., Преста, А., и Штур, Д. Дж. (2000). Перенос электронов, связывание кислорода и ингибирование обратной связи оксида азота в эндотелиальной синтазе оксида азота. J. Biol. Chem. 275, 17349–17357. DOI: 10.1074 / jbc.M000050200

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Амдал, М. Б., Спарачино-Уоткинс, К., Корти, П., Гладвин, М. Т., и Техеро, Дж. (2017). Эффективное снижение цитоглобинов позвоночных с помощью системы цитохром b5 / цитохром b5 редуктаза / NADH. Биохимия 56, 3993–4004. DOI: 10.1021 / acs.biochem.7b00224

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Анджело М., Сингел Д. Дж. И Стамлер Дж. С. (2006). S-нитрозотиол (SNO) синтазная функция гемоглобина, которая использует нитрит в качестве субстрата. Proc. Natl. Акад. Sci.U.S.A. 103, 8366–8371. DOI: 10.1073 / pnas.0600942103

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Арнольд, В. П., Миттал, К.К., Кацуки С. и Мурад Ф. (1977). Оксид азота активирует гуанилатциклазу и увеличивает уровни гуанозин-3 ‘: 5’-циклического монофосфата в различных тканевых препаратах. Proc. Natl. Акад. Sci. США 74, 3203–3207. DOI: 10.1073 / pnas.74.8.3203

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Атага, К. И., Кутлар, А., Кантер, Дж., Лайлс, Д., Канкадо, Р., Фридриш, Дж. И др. (2017). Кризанлизумаб для профилактики болевых кризов при серповидно-клеточной анемии. N. Engl. J. Med. 376, 429–439. DOI: 10.1056 / NEJMoa1611770

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Азаров И., Хуанг К., Басу С., Гладвин М., Хогг Н. и Ким-Шапиро Д. (2005). Удаление оксида азота эритроцитами в зависимости от гематокрита и оксигенации. J. Biol. Chem. 280: 39024. DOI: 10.1074 / jbc.M5000

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Азаров И., Лю К., Рейнольдс Х., Tsekouras, Z., Lee, J., Gladwin, M., et al. (2011). Механизмы более медленного поглощения оксида азота эритроцитами и другими везикулами, содержащими гемоглобин. J. Biol. Chem. 286: 33567. DOI: 10.1074 / jbc.M111.228650

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бародка В., Моханти, Дж. Г., Мустафа, А. К., Сантханам, Л., Нихан, А., Бхуния, А. К., и др. (2014). Нитропруссид подавляет вызванное кальцием нарушение деформируемости эритроцитов. Переливание 54, 434–444.DOI: 10.1111 / trf.12291

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Basu, S., Grubina, R., Huang, J., Conradie, J., Huang, Z., Jeffers, A., et al. (2007). Каталитическое образование N2O3 согласованной нитритредуктазной и ангидразной активностью гемоглобина. Nat. Chem. Биол. 3, 785–794. DOI: 10.1038 / nchembio.2007.46

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Белэнджер, А.М., Кегги, К., Каниас, Т., Гладвин, М.Т., и Ким-Шапиро, Д. Б. (2015). Влияние оксида азота и его родственных соединений на деформируемость серповидных эритроцитов. Переливание 55, 2464–2472. DOI: 10.1111 / trf.13134

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бор-Кучукатай, М., Венби, Р. Б., Мейзельман, Х. Дж., И Баскурт, О. К. (2003). Влияние оксида азота на деформируемость красных кровяных телец. Am. J. Physiol. Heart Circul. Physiol. 284, h2577 – h2584. DOI: 10.1152 / ajpheart.00665.2002

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст

Бор-Кучукатай, м., Ялчин О., Гокалп О., Кипмен-Коргун Д., Есилькая А., Байкал А. и др. (2000). Реологические изменения эритроцитов при гипертонии, вызванные хроническим ингибированием синтеза оксида азота у крыс. Clin. Гемореол. Микроциркул. 22, 267–275.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Брукс, Дж. (1937). Действие нитрита на гемоглобин при отсутствии кислорода. Proc. R. Soc. Лондон Б. Биол. Sci. 123, 368–382. DOI: 10.1098 / rspb.1937.0057

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бульярелло, Г.и Севилья Дж. (1970). Распределение скорости и другие характеристики устойчивого и пульсирующего кровотока в тонких стеклянных пробирках. Биореология 7, 85–107. DOI: 10.3233 / BIR-1970-7202

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Батлер А., Мегсон И. и Райт П. (1998). Распространение оксида азота и его удаление кровью в сосудистой сети. Biochim. Биофиз. Acta 1425: 168. DOI: 10.1016 / S0304-4165 (98) 00065-8

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цао, З., Белл, Дж. Б., Моханти, Дж. Г., Нагабабу, Э. и Рифкинд, Дж. М. (2009). Нитрит усиливает гипоксический синтез АТФ в эритроцитах и ​​высвобождение АТФ в сосудистую сеть: новый механизм индуцированной нитритом вазодилатации. Am. J. Physiol. Heart Circul. Physiol. 297, h2494 – h2503. DOI: 10.1152 / ajpheart.01233.2008

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст

Чанг А. Э. и Детар Р. (1980). Еще раз о сокращении кислорода и гладких мышц сосудов. Am. J. Physiol. Heart Circ.Physiol. 5: H716. DOI: 10.1152 / ajpheart.1980.238.5.H716

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чу, А., Чемберс, Д. Э., Лин, К. К., Кюль, В. Д., Палмер, Р. М., Монкада, С. и др. (1991). Влияние ингибирования образования оксида азота на базальную вазодвигательную реакцию и эндотелий-зависимые реакции коронарных артерий у бодрствующих собак. J. Clin. Вкладывать деньги. 87, 1964–1968. DOI: 10.1172 / JCI115223

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чикко, Г., и Пиррелли, А. (1999). Деформируемость эритроцитов (эритроцитов), агрегация эритроцитов и оксигенация тканей при гипертонии. Clin. Гемореол. Микроциркул. 21, 169–177.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Коин, Дж. Т., и Олсон, Дж. С. (1979). Скорость поглощения кислорода эритроцитами человека. J. Biol. Chem. 254, 1178–1190.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Коклет, Г. Р. (1972). «Реология человеческой крови» в журнале «Биомеханика: ее основание и цели» , ред.К. Фанг, Н. Перроне и М. Анликер (Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси: Прентис Холл), 63–103.

Corti, P., Xue, J., Tejero, J., Wajih, N., Sun, M., Stolz, D. B., et al. (2016). Глобин X — это шестикоординированный глобин, который восстанавливает нитрит до оксида азота в красных кровяных тельцах рыб. Proc. Natl. Акад. Sci.U.S.A. 113, 8538–8543. DOI: 10.1073 / pnas.1522670113

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Косби, К., Партови, К., Кроуфорд, Дж., Патель, Р., Reiter, C., Martyr, S., et al. (2003). Восстановление нитритов до оксида азота дезоксигемоглобином расширяет кровообращение человека. Nat. Med. 9: 1498. DOI: 10,1038 / нм954

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кроуфорд, Дж. Х., Исбелл, Т. С., Хуанг, З., Шива, С., Чако, Б. К., Шехтер, А. Н. и др. (2006). Гипоксия, эритроциты и нитриты регулируют NO-зависимую гипоксическую вазодилатацию. Кровь 107, 566–574. DOI: 10.1182 / кровь-2005-07-2668

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Де Мей, Дж.Г. и Ванхаутт П. М. (1983). Аноксия и эндотелий-зависимая реактивность бедренной артерии собаки. J. Physiol. 335, 65–74.

PubMed Аннотация | Google Scholar

den Hartog, G.J.M., Boots, A. W., Adam-Perrot, A., Brouns, F., Verkooijen, I. W. C. M., Weseler, A. R., et al. (2010). Эритритол — сладкий антиоксидант. Nutrition 26, 449–458. DOI: 10.1016 / j.nut.2009.05.004

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дизен, Д.Л., Хесс, Д. Т., и Стэмлер, Дж. С. (2008). Гипоксическая вазодилатация эритроцитами: данные о сигнале на основе S-нитрозотиола. Circ.Res. 103, 545–553. DOI: 10.1161 / CIRCRESAHA.108.176867

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дитрих, Х. Х., Эллсворт, М. Л., Спраг, Р. С., и Дейси, Р. Г. (2000). Регулирование тонуса микрососудов эритроцитами через аденозинтрифосфат. Am. J. Physiol. Heart Circul. Physiol. 278, h2294 – h2298.DOI: 10.1152 / ajpheart.2000.278.4.h2294

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Доктор А., Платт Р., Шерам М. Л., Эйшайд А., МакМахон Т., Макси Т. и др. (2005). Конформация гемоглобина связывает содержание S-нитрозотиола в эритроцитах с градиентами O2. Proc. Natl. Акад. Sci. США 102, 5709–5714. DOI: 10.1073 / pnas.04074

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Доэрти, Д. Х., Доль, М. П., Карри, С.Р., Вали, Р. Дж., Фаттор, Т. Дж., Олсон, Дж. С. и др. (1998). Скорость реакции с оксидом азота определяет гипертензивный эффект бесклеточного гемоглобина. Nat. Biotechnol. 16, 672–676. DOI: 10.1038 / nbt0798-672

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Донади, К., Раат, Н. Дж. Х., Каниас, Т., Техеро, Дж., Ли, Дж. С., Келли, Э. Е. и др. (2011). Поглощение оксида азота микрочастицами красных кровяных телец и внеклеточным гемоглобином как механизм для клинической перспективы поражения накоплением эритроцитов. Тираж 124, 465–476. DOI: 10.1161 / CIRCULATIONAHA.110.008698

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дойл, М. П., Пикеринг, Р. А., ДеВерт, Т. М., Хокстра, Дж. У., и Патер, Д. (1981). Кинетика и механизм окисления дезоксигемоглобина человека нитритами. J. Biol. Chem. 256, 12393–12398.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Итон, В. А., Генри, Е. Р., Хофрихтер, Дж., И Моцарелли, А. (1999). Действительно ли понятно кооперативное связывание кислорода гемоглобином? Nat.Struct. Мол. Биол. 6, 351–358. DOI: 10.1038 / 7586

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Эйч, Р. Ф., Ли, Т., Лемон, Д. Д., Доэрти, Д. Х., Карри, С. Р., Эйткен, Дж. Ф. и др. (1996). Механизм NO-индуцированного окисления миоглобина и гемоглобина. Биохимия 35, 6976–6983.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Эллсворт, М. Л., Форрестер, Т., Эллис, К. Г. и Дитрих, Х. Х. (1995). Эритроцит как регулятор тонуса сосудов. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 269: h3155.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Franco-Obregón, A., Ureña, J., and López-Barneo, J. (1995). Чувствительные к кислороду кальциевые каналы в гладких мышцах сосудов и их возможная роль в гипоксической артериальной релаксации. Proc. Natl. Акад. Sci. США 92, 4715–4719.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Ферчготт, Р. Ф., и Завадски, Дж. В. (1980). Обязательная роль эндотелиальных клеток в расслаблении гладкой мускулатуры артерий ацетилхолином. Природа 288, 373–376. DOI: 10.1038 / 288373a0

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гладвин, М. Т., и Ким-Шапиро, Д. Б. (2009). Нарушение накопления в крови из-за гемолиз-зависимого нарушения гомеостаза оксида азота. Curr. Мнение. Гематол. 16, 515–523. DOI: 10.1097 / MOH.0b013e32833157f4

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хеббель, Р. П., Бугертс, М. А. Б., Итон, Дж. У., и Стейнберг, М. Х. (1980a). Прилипание эритроцитов к эндотелию при серповидноклеточной анемии. N. Engl. J. Med. 302, 992–995. DOI: 10.1056 / NEJM198005013021803

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хеббель, Р. П., Верчеллотти, Г. М., Пейс, Б. С., Соловей, А. Н., Колландер, Р., Абанону, К. Ф. и др. (2009). Ингибиторы HDAC трихостатин А и субероиланилид гидроксамовая кислота обладают множеством преимуществ в отношении патобиологии сосудов серповидных трансгенных мышей. Кровь 115, 2483–2490. DOI: 10.1182 / кровь-2009-02-204990

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хеббель, Р. П., Ямада, О., Молдову, К. Ф., Джейкоб, Х. С., Уайт, Дж. Г. и Итон, Дж. У. (1980b). Аномальная адгезия серповидных эритроцитов к культивируемому эндотелию сосудов: возможный механизм окклюзии микрососудов при серповидно-клеточной анемии. J. Clin. Вкладывать деньги. 65, 154–160. DOI: 10.1172 / JCI109646

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Герольд, С., Экснер, М., Наузер, Т. (2001). Кинетические и механистические исследования окисления оксимиоглобина и оксигемоглобина, опосредованного точкой NO-центром. Биохимия 40, 3385–3395. DOI: 10.1021 / bi002407m

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гувер Р., Рубин Р., Уайз Г. и Уоррен Р. (1979). Адгезия нормальных и серповидных эритроцитов к монослойным культурам эндотелия. Кровь 54: 872.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Рог, П., Cortese-Krott, M., Keymel, S., Kumara, I., Burghoff, S., Schrader, J., et al. (2011). Оксид азота влияет на скорость красных кровяных телец независимо от изменений сосудистого тонуса. Free Radic. Res . 45, 653–661. DOI: 10.3109 / 10715762.2011.574288

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ховав Т., Гольдфарб А., Артманн Г., Йедгар С. и Барштейн Г. (1999). Повышенная адгезия β-талассемических эритроцитов к эндотелиальным клеткам. Br.J. Haematol. 106, 178–181. DOI: 10.1046 / j.1365-2141.1999.01489.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хуанг, К., Хан, Т. Х., Хайдук, Д. Р., Вон, М. У., Ван Херл, Х., Хайн, Т. (2001). Модуляция биодоступности оксида азота эритроцитами. Proc. Natl. Акад. Sci. США 98, 11771–11776. DOI: 10.1073 / pnas.201276698

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хуанг К.Т., Азаров И., Басу, С., Хуанг, Дж., И Ким-Шапиро, Д. (2006). Отсутствие аллостерически контролируемого внутримолекулярного переноса оксида азота от гема на цистеин в β-93 субъединице гемоглобина. Кровь 107, 2602–2604. DOI: 10.1182 / кровь-2005-10-4104

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хуанг, К. Т., Хуанг, З., и Ким-Шапиро, Д. Б. (2007). Проницаемость мембран эритроцитов из оксида азота при высоком и низком напряжении кислорода. Оксид азота 16, 209–216. DOI: 10.1016 / j.niox.2006.11.002

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хуанг, К. Т., Кеслер, А., Патель, Н., Патель, Р. П., Гладвин, М. Т., Ким-Шапиро, Д. Б. и др. (2005a). Реакция между нитритом и дезоксигемоглобином: переоценка кинетики реакции и стехиометрии. J. Biol. Chem. 280, 31126–31131. DOI: 10.1074 / jbc.M501496200

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хуанг З., Шива С., Ким-Шапиро Д., Патель, Р. П., Рингвуд, Л. А., Ирби, К. Э. и др. (2005b). Ферментативная функция гемоглобина как нитритредуктазы, продуцирующей NO под аллостерическим контролем. J. Clin. Вкладывать деньги. 115, 2099–2107. DOI: 10.1172 / JCI24650

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Игнарро, Л. Дж., Бирнс, Р. Э., Буга, Г. М., и Вуд, К. С. (1987). Фактор релаксации, происходящий из эндотелия из легочной артерии и вены, обладает фармакологическими и химическими свойствами, идентичными свойствам радикала оксида азота. Circ. Res. 61, 866–879. DOI: 10.1161 / 01.RES.61.6.866

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Исбелл, Т. С., Гладвин, М. Т., и Патель, Р. П. (2007). Фракционное насыщение гемоглобина кислородом регулирует нитрит-зависимую вазодилатацию биотестов кольца аорты. Am. J. Physiol. 293, h3565 – h3572. DOI: 10.1152 / ajpheart.00759.2007

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст

Джанг, Дж., Ход, Э. А., Спитальник, С. Л., и Френетт, П.С. (2011). CXCL1 и его рецептор CXCR2 опосредуют вазоокклюзию серповидных клеток мыши во время гемолитических трансфузионных реакций. J. Clin. Вкладывать деньги. 121, 1397–1401. DOI: 10.1172 / JCI45336

PubMed Аннотация |

Границы | Неоцитолиз: как избавиться от лишних эритроцитов, образованных стрессовым эритропоэзом при спуске с большой высоты

Введение

Регулировка количества и функции эритроцитов требуется в различных ситуациях, наиболее очевидными из которых являются снижение Hb после рождения и медленная замена эритроцитов, содержащих HbF, на эритроциты с HbA после рождения (Terrenato et al., 1981). Измененное распределение крови по компартментам, по-видимому, вызывает снижение общей массы эритроцитов в условиях микрогравитации (Alfrey et al., 1996). Многие заболевания связаны с анемией за счет удаления поврежденных эритроцитов (например, Rifkind, 1966). Хотя разрушение, вероятно, происходит по разным механизмам, все они могут быть отнесены к неспецифическому термину «эритролиз». Еще один механизм может объяснить разрушение эритроцитов, когда высокополицитемические высокогорные туземцы спускаются с большой высоты (Merino, 1950).В этом обзоре рассматривается целенаправленное разрушение эритроцитов по возвращении на уровень моря, которые образуются у жителей равнин во время пребывания на большой высоте в течение ограниченного времени. Поскольку, в частности, эти новообразованные клетки, кажется, удаляются, их разрушение называется «неоцитолизом» (Alfrey et al., 1997). Для лучшего понимания избирательности деструкции, биохимических характеристик и механизмов разрушения клеток эритроцитов, образующихся в нормальных и стрессовых условиях, будут обобщены.

Корректировка переноса кислорода к гипоксии на большой высоте

Подача кислорода к тканям нарушается на большой высоте из-за снижения содержания кислорода во вдыхаемом воздухе, что приводит к умеренному снижению насыщения артериальной крови кислородом (SaO ₂ ) на умеренных высотах (~ 92% на высоте 2500 м), но гораздо более выраженным на больших высотах (~ 83% на высоте 4500 м) из-за сигмоидальной формы кривой диссоциации кислорода (Mairbäurl, Weber, 2012).

Содержание кислорода в артериальной крови (CaO ₂ ) изменяется во время пребывания на большой высоте (Rasmussen et al., 2013): CaO ₂ снижается при резком подъеме на большую высоту, немного увеличивается в течение нескольких часов из-за дыхательной акклиматизации и респираторный алкалоз, увеличивается в течение нескольких дней из-за уменьшения объема плазмы и увеличения гематокрита и еще больше увеличивается в течение недель или месяцев на большой высоте, потому что стимулированный эритропоэз увеличивает общий гемоглобин (tHb), достигая даже допотопных значений (Calbet et al., 2003).

Важно отметить, что нормализуется только CaO ₂ , но не PaO ₂ , который является основной движущей силой диффузии кислорода в ткани, которые поэтому остаются в некоторой степени ограниченными кислородом. Это, по-видимому, хорошо переносится, поскольку в какой-то момент во время длительного пребывания на большой высоте tHb достигает стабильно высокого значения (Hurtado et al., 1945; Merino, 1950; Reynafarje et al., 1959). Производительность не улучшается одинаково из-за ухудшения диффузии O ₂ (Calbet et al., 2003; Bärtsch and Swenson, 2014).

Стимуляция эритропоэза на большой высоте зависит от HIF-2α и эритропоэтина (EPO) (Haase, 2013) и изменений метаболизма железа (Hentze et al., 2010). EPO быстро увеличивается при воздействии гипоксии; величина зависит от степени гипоксии (Eckardt et al., 1989) в соответствии с полулогарифмической функцией (Wenger and Kurtz, 2011). После этого начального повышения EPO значительно снижается, достигая уровня устойчивого состояния, который остается значительно выше нормоксических значений, в то время как человек все еще подвергается гипоксии (Wenger and Kurtz, 2011).Тем не менее, скорость образования новых эритроцитов остается повышенной при условии достаточного поступления железа. Поглощение железа достигает пика примерно через 4 дня на большой высоте, ретикулоциты имеют свои самые высокие значения примерно через 7 дней в условиях гипоксии (Siri et al., 1966). Такой паттерн изменений получил название «EPO-парадокс» (Milledge, Bärtsch, 2014). Вероятно, это вызвано сдвигом от гемопоэтических стволовых клеток к эритроидным клеткам-предшественникам, связанным с повышением регуляции эритроидного фактора транскрипции GATA-1, который стимулирует экспрессию рецептора ЭПО (Li et al., 2011), что приводит к повышенной чувствительности к ЭПО и устойчивому эритропоэзу даже при более низком уровне ЭПО. Рецепторы EPO на клетках-предшественниках постепенно теряются во время дифференцировки, и плотность рецепторов EPO очень низкая в циркулирующих эритроцитах мышей (Mihov et al., 2009).

Быстрое увеличение количества ретикулоцитов, которое обычно наблюдается, вероятно, вызвано усилением кровотока в костном мозге и незрелым выбросом эритроцитов (Aoki and Tavassoli, 1981). Эти незрелые клетки отличаются по свойствам от ретикулоцитов, продуцируемых в условиях отсутствия стресса, подобно тому, что было обнаружено при талассемии (Rivella, 2009).

На умеренных высотах 2 недели не приводят к увеличению гемоглобина у спортсменов (Friedmann et al., 1999), а пребывание более 3 недель, по-видимому, увеличивает общий объем эритроцитов на 60–250 мл / неделю (Sawka et al. , 2000). У коренных жителей высокогорья в Андах повышен общий гемоглобин, и их объем крови увеличивается примерно на 20% (Hurtado, 1964; Sánchez et al., 1970). Подобные значения наблюдаются у временщиков после недель или месяцев на большой высоте.

Созревание предшественников эритроидов

Жизнеспособность коммитированных эритроидных клеток-предшественников после дифференцировки эритроидов зависит от присутствия ЭПО, поддерживая выживание предшественников эритроидов, что стимулирует пролиферацию (Kimura et al., 2000). Этот процесс зависит от cKit и EPO-рецепторов на клетках-предшественниках (Fisher et al., 1994; Wenger and Kurtz, 2011) и других факторов роста, каждый из которых вызывает фосфорилирование тирозина с помощью Janus-киназы JAK2 (Klingmüller, 1997). JAK2 фосфорилирует EPO-рецептор и сигнальный преобразователь и активатор транскрипции 5 (STAT5), который блокирует апоптоз, ингибируя Forkhead-Box-Protein O3 (FOXO3) -зависимые проапоптотические пути (Wojchowski et al., 2006). Также наблюдается ингибирование рецептора смерти Fas и его лиганда FasL в эритроидных клетках селезенки, что способствует выживанию (Koulnis et al., 2011). BNIP3-лиганд (BNIP3L; Nix) контролирует митохондриальную аутофагию (Sandoval et al., 2008). Таким образом, под действием ЭПО делящиеся клетки-предшественники не разрушаются, что приводит к увеличению продукции нормобластов и выпуску ретикулоцитов в кровоток (Wenger and Kurtz, 2011). Кроме того, фосфорилирование STAT3 увеличивает экспрессию антиоксидантных ферментов, таких как супероксиддисмутаза (SOD) и глутамин-цистеиновый антипортер xCT, и в то же время снижает экспрессию белков митохондриальной цепи переноса электронов (Linher-Melville and Singh, 2017). .Вместе эти два процесса защищают от индуцированных гипоксией митохондриальных кислородных радикалов (ROS) (Chandel and Schumacker, 2000), которые могут нарушать эритропоэз. Гипоксия также вызывает HIF-1α и BNIP3-зависимое снижение митохондриальной активности, что дополнительно снижает образование ROS (Semenza, 2008). Следовательно, во время острой гипоксии, когда митохондриальные приспособления еще не установлены, гипоксия, вероятно, увеличивает выработку митохондриальных АФК, тогда как адаптированные к гипоксии клетки производят меньше АФК (Chandel et al., 1997). Однако есть свидетельства того, что гипоксия может подавлять экспрессию антиоксидантных ферментов, таких как каталаза (Song et al., 2015). Если бы это было так, то можно было бы предположить снижение антиоксидантной активности в клетках с гипоксией и повышение уязвимости к окислительному повреждению. Этот вопрос требует пояснения.

Стресс-эритропоэз

В то время как нормальный устойчивый эритропоэз производит клетки почти с постоянной скоростью, ситуации острой гипоксии тканей, такие как кровопотеря, гемолиз и повышенный уровень эритропоэтина, резко увеличивают скорость производства эритроцитов и быстрое появление вновь образованных клеток в кровообращении («стресс» -эритропоэз »).Большинство экспериментальных данных поступает из работы на мышах, в то время как данные о человеческих эквивалентах немногочисленны. Следует отметить, что наиболее часто используемой моделью на мышах является индуцированное фенилгидразином перекисное окисление липидов и гемолитическая анемия (Jain and Subrahmanyam, 1978), совершенно «нефизиологическая» система.

У мышей с острой анемией некоторые из EPO-индуцированных предшественников мигрируют в селезенку (там также могут быть резидентные, самообновляющиеся) с гораздо более быстрым созреванием (Paulson et al., 2011). Это основано на открытии того факта, что единицы, образующие взрыв эритроидов (BFU-E) из селезенки, отличаются от BFU-E костного мозга тем, что они образуют более крупные колонии и что единственным необходимым фактором роста является ЭПО, тогда как в костном мозге дополнительный взрыв — необходимы стимулирующие факторы (Valtieri et al., 1989). Костный морфогенный белок-4 (BMP4), экспрессия которого зависит от HIF-2α (Wu and Paulson, 2010), индуцирует экспансию BFU-E в селезенке с образованием специализированных резидентных предшественников стрессовых эритроидных эритроидов (Paulson et al., 2011). Интересно отметить, что гипоксия сильно стимулирует распространение BFU-E, происходящего из селезенки (Perry et al., 2007). Имеются лишь косвенные доказательства сходства стрессового эритропоэза у мышей и человека. При острой анемии стрессовый эритропоэз человека имеет сходство с эритропоэзом плода (Paulson et al., 2011), поскольку более высокая доля клеток-предшественников крови, чем типичные клетки, полученные из костного мозга, содержат HbF. Гипоксия культивируемых клеток-предшественников пациентов с серповидно-клеточной анемией и талассемией также индуцирует продукцию клеток HbF. Умеренное увеличение количества эритроцитов, содержащих HbF, также было обнаружено у людей после 17-дневного пребывания на высоте более 3100 м (Risso et al., 2012). Таким образом, было высказано предположение, что этот тип предшественников стресса похож на вызванный селезенкой стресс BFU-Es модели мыши.

Время прохождения ⁵⁹ Fe в костный мозг было сокращено у мышей, у которых анемия была вызвана флеботомией, и была обратная зависимость между временем прохождения и степенью анемии (Hillman, 1969). Клетки, по-видимому, высвобождаются незрелыми, на что указывают больший размер, повышенное содержание ретикулума, захват железа, активность мембранного переносчика ионов и повышенная плотность рецепторов трансферрина (TfR; CD71) на плазматической мембране (резюме в Rhodes et al., 2016). TfR можно было обнаружить на циркулирующих эритроцитах дольше, чем при нормальном эритропоэзе.Это указывает на то, что скорость созревания сходна при стрессе и нормальном эритропоэзе, но созревание циркулирующих стрессовых ретикулоцитов занимает больше времени из-за их незрелого высвобождения (Al-Huniti et al., 2005; Rhodes et al., 2016).

Неоцитолиз

Неоцитолиз — это избирательное разрушение самой молодой популяции эритроцитов в крови сразу после того, как они покинули костный мозг, и считается, что он возвращает повышенную массу эритроцитов (например, после пребывания на большой высоте) в норму (Alfrey et al. al., 1997). Похоже, что это происходит в самых разных ситуациях (Alfrey et al., 1997; Harris and Epstein, 2001; Song et al., 2017). Неоцитолиз, по-видимому, вызывается не просто прекращением стрессового эритропоэза, но и «контролируемыми» процессами (недавний обзор см. Risso et al., 2014). Однако показания к неоцитолизу после возвращения из высокогорной гипоксии слабые.

Меринос отметил исчезновение полицитемии в течение нескольких дней после возвращения с большой высоты и объяснил это снижением эритропоэза (Merino, 1950), на что экспериментально указывало снижение включения железа у высокогорных туземцев при путешествии на низкую высоту (Huff et al., 1951). Также уменьшилось количество ретикулоцитов. На большее «разрушение крови» указывает повышенная экскреция билирубина и уробилиногена в плазме (Merino, 1950).

Pace et al. основывали обсуждение неоцитолиза (Pace et al., 1956) на нормальной скорости исчезновения эритроцитов 0,0083 в день (экспериментально определяемой по скорости удаления переливаемых эритроцитов; Callender et al., 1945). Количество эритроцитов и гемоглобин уменьшались со скоростью 0,011 в день после возвращения на уровень моря после экспедиции в Гималаи (Pace et al., 1956). Было интерпретировано, что это вызвано снижением скорости эритропоэза и усилением «эритролиза», а также восстановлением уменьшения объема плазмы, которое происходит на большой высоте (Siebenmann et al., 2017).

Rice et al. изучили полицитемических жителей Серре-де-Паско (4380 м) во время путешествия на уровень моря и обнаружили уменьшение массы эритроцитов на 9% в течение 3-7 дней после спуска, быстрое снижение ЭПО и повышение билирубина. Изменений не произошло у трех субъектов, получавших ЭПО при спуске (Rice et al., 2001).

Полицитемия сама по себе сокращает выживаемость эритроцитов (Богданова и др., 2007). Risso et al. (Risso et al., 2007) отделили возрастные фракции эритроцитов центрифугированием в градиенте плотности из крови горцев через 1 день после возвращения из альпинистской экспедиции и обнаружили, что самая молодая фракция исчезла. Клетки приобрели «стареющий фенотип», на что указывает снижение уровней экспрессии белка, связанного с интегрином (CD47), фактора ускорения распада комплемента (DAF; CD55) и протектина (мембранный ингибитор реактивного лизиса; CD59), что может быть признаком повышенной предрасположенности к фагоцитозу (Risso et al., 2007). Однако был изучен только один момент времени, и результаты могут быть искажены тем фактом, что сам спуск длился почти 1 неделю.

Механизмы, вызывающие неоцитолиз

Результаты по трем субъектам (Rice et al., 2001) предполагают, что вывод ЭПО может быть ответственным за разрушение эритроцитов, образующихся при гипоксии. Считается, что повышенный уровень EPO способствует экспрессии CD55 и CD59, как это наблюдается у пациентов с почечной анемией, получавших лечение EPO (Ohi et al., 2003), который защищает от разрушения макрофагами, тогда как отмена ЭПО снижает экспрессию и совпадает с повторным появлением анемии (Ohi et al., 2003), что приводит к картине, сравнимой с картиной, наблюдаемой при отмене ЭПО и лечении при спуске (испытание и Rice, 2004; Risso et al., 2014). Это, по-видимому, согласуется с зависимостью деструкции эритроцитов от EPO и EPO-рецепторов при полицитемии мутации усиления функции EPO-рецептора (Divoky et al., 2016).

Другая линия доказательств предполагает роль измененной антиоксидантной способности.Эритроциты, подвергшиеся аноксии, обладают пониженной антиоксидантной способностью, на что указывает снижение количества глутатиона, никотин-адениндинуклеотидных (фосфатных) (GSH, NADPH и NADH, соответственно) окислительно-восстановительных пар и уменьшение мембранных тиолов (Rogers et al., 2009). Это объясняется изменением направления гликолитического потока в сторону синтеза 2,3-дифосфоглицерата (2,3-DPG) и связывания с деоксигенированным Hb, а также измененной гликолитической активностью, вызванной конкуренцией связывания между деоксигенированным Hb и гликолитическим ферменты в полосу 3 (Weber et al., 2004), что также приводит к снижению образования NADPH и GSH (Rogers et al., 2009). Хотя этот механизм может отрицательно повлиять на выживаемость эритроцитов во время гипоксии на большой высоте, его следует быстро обратить вспять при спуске, таким образом защищая зрелые эритроциты от окислительного стресса. Эритропоэз у гипоксических мышей приводит к образованию эритроцитов со сниженной антиоксидантной способностью из-за снижения экспрессии каталазы из-за повышенных уровней микро-РНК miR-21 (Song et al., 2015). Антиоксидантные ферменты обычно высоки в молодых эритроцитах и ​​быстро уменьшаются с возрастом (Bartosz and Bartkowiak, 1981).В модели мышей гипоксия во время созревания увеличивает митохондриальную активность предшественников эритроидов из-за подавления HIF-1α и снижения BNIP3L. Утверждалось, что продукция митохондриальных АФК будет увеличиваться при нормоксии и вызывать разрушение неоцитов (Song et al., 2015). Это резко противоречит результатам, показывающим индуцированное HIF-1α увеличение митофагии и уменьшение митохондриальной массы в различных типах клеток, которые, как считается, защищают от повышенного образования АФК и разрушения клеток (Zhang et al., 2008), поскольку гипоксические митохондрии производят больше АФК, чем нормоксические (Chandel et al., 1998; Chandel and Schumacker, 2000; Levraut et al., 2003). Этот вопрос требует уточнения.

Интересно, что было обнаружено, что лечение мышей каталазой, конъюгированной с полиэтиленгликолем, которая не поглощается ретикулоцитами и зрелыми эритроцитами, а также лечение антиоксидантом N-ацетицистеином увеличивают период полужизни ретикулоцитов и предотвращают восстановление на гематокрит (Song et al., 2015).Этот результат противоречит вышеописанному аргументу в пользу роли повышенных митохондрий, но приводит аргументы в пользу системного повышения АФК, которое повреждает неоциты, происходящие из гипоксии, механизм, аналогичный травмам, вызванным повторной оксигенацией, известным для многих органов, например, легких (Pak et al., 2017).

Разрушение стареющих эритроцитов

Средняя продолжительность жизни зрелых эритроцитов составляет 100–130 дней. Скорость уничтожения составляет примерно 1% в сутки. Стареющие эритроциты удаляются ретикуло-эндотелиальной системой, в основном в селезенке, где клетки проверяются на функциональность и изолируются, «если они не проходят этот тест» (Rifkind, 1966).Случайный гемолиз предстаренных эритроцитов незначителен у людей, но составляет 0,5–1% в день у мышей и крыс (Landaw, 1988). Потеря эритроцитов уравновешивается производительностью ~ 160 × 10 ⁶ эритроцитов в минуту у человека.

Интересно, что эритроциты, образующиеся при гипоксическом стрессе, по-видимому, имеют сокращенную продолжительность жизни у некоторых видов, что вызвано усилением случайного гемолиза и ускоренным старением (Fryers and Berlin, 1952). Каждое удвоение скорости продукции эритроцитов приводило к 3.Снижение выживаемости крыс на 5% (Landaw, 1988). Механизмы, по-видимому, присущи эритроцитам, потому что перекрестное переливание новообразованных клеток нормоксичным животным не улучшает выживаемость (Landaw, 1988). Это согласуется с сообщениями о повышенных уровнях продуктов распада гема у жителей высокогорья (Merino, 1950). Это также подтверждается увеличением примерно на 25% скорости исчезновения ⁵⁹ Fe из крови на большой высоте Перу по сравнению с жителями на уровне моря (Huff et al., 1951), что указывает на увеличение производства за счет ускоренного связывания для поддержания стабильно высокого уровня гемоглобина.

Последствия неоцитолиза и ускоренного старения

Если на самом деле эритроциты, продуцируемые гипоксическим костным мозгом, обладают характеристиками, ограничивающими их выживание после возвращения к нормоксии, то гемолиз будет влиять на разные возрастные группы эритроцитов в зависимости от продолжительности пребывания и высоты (Rasmussen et al., 2013). После пребывания на умеренно большой высоте в течение нескольких недель, как это делают спортсмены для непрерывных или периодических высотных тренировок с целью увеличения способности транспорта кислорода и производительности на уровне моря (Levine and Stray-Gundersen, 1997; Stray-Gundersen and Levine, 2008 ), только небольшая часть вновь выпущенных эритроцитов будет обнаружена в кровотоке (Rasmussen et al., 2013; Garvican-Lewis et al., 2016). Фактически, у спортсменов была повышенная фракция незрелых ретикулоцитов с высокой экспрессией TfR после возвращения с тренировки на высоте 1905 м, которая упала до значений ниже исходного уровня на 9 день и вернулась к исходному уровню на 16 день после тренировочного лагеря (Nadarajan et al. ., 2010). Аналогичным образом повышенный уровень ферритина был обнаружен после высотных тренировок (Garvican et al., 2012). Эти изменения соответствуют неоцитолизу. Однако в течение 1-2 недель после возвращения с тренировки на высоте 2300 м изменений уровня гемоглобина не было или было отмечено лишь незначительное изменение уровня гемоглобина, во время которого общий гемоглобин увеличился примерно на 8% (Prommer et al., 2010; Гарвикан и др., 2012; Wachsmuth et al., 2013a, b), что может указывать на уменьшение массы эритроцитов за счет снижения эритропоэтической активности и случайной потери, но незначительный вклад неоцитолиза. Напротив, полицитемия после пребывания на высоте 5260 м исчезла уже в течение 1 недели после спуска, что указывает на неоцитолиз (Ryan et al., 2014). Это может указывать на то, что неоцитолиз играет второстепенную роль после пребывания на умеренной высоте, и что спортсмены, выполняющие высотные тренировки, могут воспользоваться преимуществом небольшого увеличения кислородной переносимости на малых высотах в течение нескольких недель.

Ситуация иная для людей, проживающих в течение длительного времени, и жителей высокогорья, возвращающихся на низкую высоту, потому что все их эритроциты в циркуляции могут иметь пониженную антиоксидантную способность. Таким образом, повышенный уровень ROS не только лизирует молодые эритроциты, но также может увеличиваться случайное разрушение и сокращать продолжительность жизни эритроцитов.