ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСА ПОЛИСАХАРИДОВ Capparis spinosa L. НА ДИНАМИКУ ЦИТОКИНОВ ПРИ ОСТРОМ ВОСПАЛЕНИИ

АННОТАЦИЯ

В данной статье изучено противовоспалительное и иммуномодулирующее действие комплекса водорастворимых полисахаридов, выделенных из незрелых плодов Capparis spinosa L., в модели острого воспаления, индуцированного формалином. Эксперименты проводились на беспородных самцах белых крыс массой тела 180–200 г. Комплекс водорастворимых полисахаридов из незрелых плодов Capparis spinosa L. вводили перорально в дозах 25,0; 50,0; 100,0; 150,0 и 200,0 мг/кг в течение 10 дней. Воспалительный процесс оценивали по величине отека лапы и концентрации цитокинов (IL-4, IL-6 и TNF-α) в сыворотке крови. Результаты показали, что комплекс полисахаридов ускорял уменьшение отека лапы, снижал уровень провоспалительных цитокинов (IL-6, TNF-α) и одновременно повышал уровень противовоспалительного медиатора (IL-4). Наибольшая противовоспалительная активность исследуемого вещества наблюдалась в дозе 100,0 мг/кг. Эти данные свидетельствуют о том, что полисахариды способны модулировать воспалительный процесс на молекулярном уровне и представляют собой перспективное фитотерапевтическое средство природного происхождения с низкой токсичностью.

ABSTRACT

This article investigates the anti-inflammatory and immunomodulatory effects of a water-soluble polysaccharide complex isolated from the unripe fruits of Capparis spinosa L. in a formalin-induced acute inflammation model. The experiments were conducted on non-pedigree male white rats weighing 180–200 g. The water-soluble polysaccharide complex from the unripe fruits of Capparis spinosa L. was administered per os at doses of 25.0, 50.0, 100.0, 150.0, and 200.0 mg/kg for 10 days. The inflammatory process was assessed by measuring the degree of paw edema and the serum concentrations of the cytokines IL-4, IL-6, and TNF-α. The results demonstrated that the polysaccharide complex accelerated the reduction of paw edema, decreased the levels of pro-inflammatory cytokines (IL-6, TNF-α), and simultaneously increased the level of the anti-inflammatory mediator IL-4. The highest anti-inflammatory activity of the test substance was observed at a dose of 100.0 mg/kg. These findings indicate that the polysaccharides possess the ability to modulate the inflammatory process at a molecular level, presenting them as promising, low-toxicity, naturally sourced phytotherapeutic agents.

Ключевые слова: Capparis spinosa L.; полисахариды; острое воспаление; формалиновая модель; цитокины; IL-4; IL-6; TNF-α; иммуномодулирующая активность.

Keywords: Capparis spinosa L.; polysaccharides; acute inflammation; formalin model; cytokines; IL-4; IL-6; TNF-α; immunomodulatory activity.

Введение: Воспаление – это эволюционно сформировавшаяся защитно-биологическая реакция организма на внешние или внутренние повреждающие факторы, в развитии которой участвуют иммунная система, микроциркуляция крови, эндотелиальный слой сосудов и многочисленные сигнальные пути трансдукции. В инициации и поддержании этого процесса ключевыми эффекторными компонентами выступают такие медиаторы, как цитокины, простагландины, лейкотриены, гистамин, брадикинин. Их взаимодействие активирует внутриклеточные сигнальные пути, такие как NF-κB, MAPK, JAK/STAT, управляя молекулярными стадиями воспаления [1–4].

В воспалительной фазе такие медиаторы, как фактор некроза опухоли-альфа (TNF-α), интерлейкин-1β (IL-1β) и интерлейкин-6 (IL-6), повышают проницаемость эндотелия, рекрутируют нейтрофилы в поврежденный очаг, усиливая отек и болевые реакции. В противоположность этому, противовоспалительные цитокины, такие как интерлейкин-4 (IL-4) и интерлейкин-10 (IL-10), балансируют иммунный ответ. Следовательно, динамический гомеостаз между провоспалительными и противовоспалительными медиаторами является основным фактором, определяющим тяжесть и клиническое течение воспалительного процесса [1–4].

В настоящее время наиболее распространенной группой среди противовоспалительных лекарственных средств являются нестероидные противовоспалительные препараты (НПВП), которые снижают синтез простагландинов путем ингибирования ферментов циклооксигеназы-1/2 (ЦОГ-1/ЦОГ-2). Однако длительное применение НПВП может привести к нежелательным последствиям, имеющим клиническое значение, таким как гастротоксичность, гепатотоксичность и нефротоксичность [4-8].

В последние годы во всем мире растет интерес к природным полисахаридам, поскольку экспериментально подтверждено, что они проявляют противовоспалительную и иммуномодулирующую активность через такие механизмы, как снижение окислительного стресса, стабилизация митохондрий, регуляция пролиферации иммунных клеток, подавление сигнальных путей NF-κB и TLR4, оптимизация баланса макрофагов M1/M2 [1–4].

Capparis spinosa L. – широко распространенное лекарственное растение флоры Центральной Азии. Установлено, что содержащиеся в нем флавоноиды, алкалоиды, фенольные соединения и водорастворимые полисахариды проявляют в организме антиоксидантную, противоэкссудативную и иммунорегуляторную активность. Исследования показывают, что особенно важную роль в секреции медиаторов воспаления и модуляции баланса цитокинов играют полисахаридные фракции, выделяемые из незрелых плодов растения [1–4]. В этом отношении изучение противовоспалительной эффективности полисахаридов, полученных из незрелых плодов Capparis spinosa L., является актуальным научным направлением для фармакологической практики. В нашем институте ведутся работы по изучению биологической активности суммы полисахаридов, полученных из растения Capparis spinosa L. По результатам дополнительных научно-исследовательских работ, проведенных фармакологами нашего института, было установлено, что субстанция полисахаридов, полученная из бутонов и незрелых плодов Capparis spinosa L., проявляет ряд видов биологической активности [9-11].

Цель исследования: Оценить противоотечную, иммуномодулирующую и цитокин-регулирующую эффективность комплекса водорастворимых полисахаридов, выделенных из незрелых плодов Capparis spinosa L., в модели острого воспаления, индуцированного формалином.

Материалы и методы исследования: Исследования проводились на беспородных белых мышах-самцах и белых крысах с массой тела 20–22 г и 180–200 г соответственно. За 10–14 дней до начала эксперимента животные были адаптированы к лабораторным условиям, обеспечены стандартным кормом и чистой питьевой водой. Дозы испытуемого вещества и пути его введения были выбраны в соответствии с рекомендациями «Руководства по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ». Все манипуляции, проводимые на животных, выполнялись в строгом соответствии с требованиями Директивы Европейского Союза 2010/63/EU, регламентирующей использование животных в научных целях, и официальных рекомендаций по методике доклинических исследований [12–15].

Для оценки фармакологической активности тестируемого вещества полисахариды вводились животным перорально через атравматический металлический желудочный зонд. Комплекс водорастворимых полисахаридов, выделенных из незрелых плодов Capparis spinosa L., вводили в дозах 25, 50, 100, 150 и 200,0 мг/кг в течение 10 дней. В качестве сравнительного контроля использовался референтный препарат Диклоберл ретард – модифицированная форма диклофенака натрия.

Для изучения противовоспалительного действия исследуемого вещества использовали модель внутримышечного отека, индуцированного формалином, при котором в мышцу правой задней лапы мышей вводили 0,05 мл 2% раствора формалина. Формалин является широко используемым в экспериментальных исследованиях флологенным агентом, под действием которого в местных тканях наблюдается повышение проницаемости капилляров и высвобождение медиаторов воспаления. Степень развившегося отека была принята за критерий эффективности противовоспалительного действия эксперимента. В качестве интегрального параметра, определяющего интенсивность экссудации, принималась разница в массе, воспаленной (правой) и невоспаленной (левой) лап.

Следующий эксперимент был проведен на модели реакции острого воспаления с целью изучения баланса провоспалительных и противовоспалительных цитокинов в сыворотке крови животных. Для этого были отобраны беспородные самцы белых крыс массой тела 180–200 г.

Экспериментальные животные были разделены на четыре группы для оценки фармакологического ответа на воспалительный процесс. Группа I – интактные (здоровые, без индукции патологического процесса) животные, отражающие физиологическую норму цитокинового баланса. Группа II – контрольная группа, которой вводили формалин, но не применяли лечебные средства; эта группа демонстрирует естественную фазу воспаления. Группа III – животные, получавшие референтный препарат (Диклоберл ретард), служащая сравнительным критерием для оценки терапевтического эффекта. Группа IV – экспериментальная группа, получавшая различные дозы комплекса водорастворимых полисахаридов, выделенных из незрелых плодов Capparis spinosa L.

Для изучения изменений в динамике цитокинов, вызванных индукцией формалина, был установлен строгий контроль за процедурой забора образцов крови. На первом этапе – до начала эксперимента, у всех животных был взят образец крови для определения физиологического уровня цитокинов. На втором этапе – в область мышц задних лап животным внутримышечно вводили 0,1 мл 2% раствора формалина. После введения формалина тестируемое вещество и референтный препарат вводили опытным животным внутрь через атравматический желудочный зонд в течение 10 дней, после чего у животных брали кровь повторно. Таким образом, экспериментальные изменения уровней IL-4 (иммунорегуляторный медиатор), IL-6 и TNF-α (провоспалительные маркеры) оценивались дифференцированно во времени.

Такой подход позволил не только оценить активность воспалительного процесса, но и определить механизм действия полисахарида, направленный на восстановление баланса иммунной системы. В результате, цитокиновый профиль служил ключевым диагностическим критерием для анализа реакции организма на воспаление на молекулярном уровне. Для анализов использовались диагностические наборы реагентов производства «Вектор-Бест» (Россия) и иммуноферментный анализатор Mindray MR-96A.

Полученные экспериментальные результаты были обработаны с помощью статистической программы OriginPro 9.0, достоверность межгрупповых различий проверялась с помощью t-критерия Стьюдента. Различия со значением p<0,05 считались статистически значимыми.

Полученные результаты и их обсуждение: В модели воспаления, индуцированного формалином, разница между размерами левой и правой лапок в контрольной группе составила 227,2 усл. ед., что указывает на высокую степень развития воспалительного процесса. Это состояние связано со способностью формалина стимулировать высвобождение медиаторов воспаления – гистамина, брадикинина, серотонина, простагландинов в условиях эксперимента.

Референтный препарат Диклоберл ретард, выбранный для сравнения, при введении опытным животным в дозах 8,0-10,0 мг/кг проявил высокую степень противовоспалительной эффективности. Препарат уменьшил разницу в объемах лап на 104,7 и 92,6 усл. ед. соответственно, что привело к снижению интенсивности воспаления на 53,9-59,2%. Это связано со способностью Диклоберла ингибировать фермент циклооксигеназу (ЦОГ-2), снижая биосинтез простагландинов.

Тестируемое вещество – комплекс водорастворимых полисахаридов, выделенных из незрелых плодов Capparis spinosa L., при введении опытным животным в различных дозах также проявило значительную противоотечную активность.

• При дозе 25,0 мг/кг было отмечено уменьшение объема отека на 47,6%. Это подтверждает наличие у вещества противовоспалительного потенциала.
• При дозе 50,0 мг/кг эффективность достигла 58,2%, а эффект стал сопоставим с действием Диклоберла.
• При дозе 100,0 мг/кг был зафиксирован наивысший результат – 63,4%. Эта доза указывает на активное действие полисахаридов за счет снижения проницаемости капилляров на тканевом уровне, ограничения высвобождения медиаторов воспаления и усиления антиоксидантной защиты.
• Кроме того, при дозах 150,0 мг/кг и 200,0 мг/кг эффективность составила 60,8% и 54,3% соответственно, при этом было отмечено некоторое снижение эффекта. Это указывает на существование оптимального предела фармакодинамического насыщения в организме, то есть очень высокая доза не всегда обеспечивает более сильный клинический эффект. Результаты проведенного эксперимента подробно представлены в Таблице 1.

Результаты проведенных экспериментов доказали, что комплекс водорастворимых полисахаридов, выделенный из растения Capparis spinosa L., обладает значительной противоотечной активностью в модели воспаления, индуцированного формалином. Действие вещества усиливалось пропорционально увеличению дозы, при этом наибольшая эффективность была зарегистрирована при дозе 100,0 мг/кг, которая и была оценена как оптимальная. Противовоспалительное действие полисахаридов осуществляется, вероятно, за счет подавления синтеза простагландинов и провоспалительных цитокинов, снижения капиллярной проницаемости, а также усиления механизмов антиоксидантной защиты.

Таблица 1.

Противоотечное действие комплекса водорастворимых полисахаридов, выделенных из незрелых плодов Capparis spinosa L. (n=6)

Примечание: *Р=0.05 при сравнении с показателями животных контрольной группы.

В условиях модели острого воспаления у интактных животных, то есть у тех, у которых не наблюдался патологический процесс, концентрация цитокинов в сыворотке крови сохранялась в пределах физиологической нормы. В частности, уровни IL-4, IL-6 и α-TNF составили 0.16 пг/мл, 0.31 пг/мл и 0.65 пг/мл соответственно. Однако в контрольной группе с индуцированным формалином воспалением эти показатели резко возросли: IL-4 до 2.0 пг/мл, IL-6 до 2.4 пг/мл и α-TNF до 1.27 пг/мл. Такой рост цитокинов напрямую связан с активацией биосинтеза провоспалительных медиаторов, повышением капиллярной проницаемости и активной миграцией нейтрофилов и макрофагов в воспаленную область. Статистически достоверные различия (P≤0.05) подтверждают высокую степень активации иммунологического компонента воспалительного процесса.

У животных группы, получавшей эталонный противовоспалительный препарат Диклоберл ретард (8.0–10.0 мг/кг), цитокиновый профиль значительно нормализовался. После воздействия препарата уровень IL-6 снизился до диапазона 0.09–0.13 пг/мл, α-TNF – до 0.97–1.15 пг/мл, в то время как уровень IL-4 повысился до примерно 0.22–0.40 пг/мл. Эти изменения объясняются способностью Диклоберл ретарда ингибировать ферменты ЦОГ-1 и ЦОГ-2, что приводит к снижению биосинтеза простагландинов и ослаблению высвобождения медиаторов воспаления.

Полисахариды незрелых плодов Capparis spinosa L. проявили иммуномодулирующее и противоэкссудативное действие. При введении тестируемого вещества в дозах 25 и 50 мг/мл уровни IL-6 и α-TNF значительно снизились, а уровень IL-4 незначительно повысился в пределах физиологической нормы, что свидетельствует об умеренном процессе иммунорегуляции. При дозах 100, 150 и 200 мг/кг наблюдалась оптимальная биологическая активность полисахаридов: уровни IL-6 составили 0.12, 0.13 и 0.15 пг/мл, α-TNF – 1.10, 1.13 и 1.14 пг/мл, а IL-4 – 0.40, 0.42 и 0.36 пг/мл соответственно. Эти результаты указывают на формирование сбалансированного иммунного ответа, характеризующегося подавлением провоспалительных цитокинов (снижение IL-6, α-TNF) и активацией противовоспалительного медиатора (повышение IL-4). Небольшое снижение эффекта при дозе 200,0 мг/кг объясняется фармакодинамическим насыщением или включением компенсаторных регуляторных механизмов организма. Полученные экспериментальные данные представлены в Таблице 2.

Таблица 2.

Профиль цитокинов (IL-4, IL-6, α-TNF) в сыворотке крови подопытных животных в процессе острого воспаления

Примечание: *Р=0.05 при сравнении с показателями животных контрольной группы

Полученные результаты показывают, что полисахариды Capparis spinosa L. обладают способностью балансировать цитокиновый баланс при остром воспалении, подавлять каскад воспаления и ускорять регенерацию тканей. Их активность близка к таковой у референтного препарата Диклоберл ретард, но преимущества в виде природного происхождения, низкой токсичности и хорошей биологической совместимости позволяют рассматривать их в качестве перспективного фитотерапевтического средства.

Заключение: Проведенные исследования показали, что комплекс водорастворимых полисахаридов, выделенных из незрелых плодов Capparis spinosa L., обладает значительной противоотечной и иммуномодулирующей активностью в модели острого воспаления, индуцированного формалином. Согласно экспериментальным результатам, полисахариды снижают уровень провоспалительных цитокинов — TNF-α и IL-6, а также повышают количество противовоспалительного цитокина IL-4, что позволяет приблизить баланс цитокинов к физиологической норме на патогенетических стадиях воспалительного процесса.

Биологическая активность тестируемого вещества зависит от вводимой дозы, при этом наибольшая эффективность была зарегистрирована при дозе 100,0 мг/кг. Степень противовоспалительного действия, наблюдаемая при этой дозе, близка к эффекту фармацевтического референтного препарата Диклоберл ретард, при этом полисахариды имеют преимущества к своему природному происхождению, низкой токсичности и хорошей переносимости.

Следовательно, полисахариды Capparis spinosa L. можно рекомендовать в качестве перспективного фитотерапевтического средства, оптимизирующего регуляцию цитокинов, снижающего экссудативные процессы в тканях и нормализующего иммунный ответ при воспалении в организме. В перспективе научно и практически целесообразно создание на основе этих полисахаридов малотоксичных, эффективных и безопасных противовоспалительных лекарственных средств.

Данные научно-исследовательские работы выполнены в рамках бюджетного проекта Института химии растительных веществ.

Список литературы:

1. Zhu F., Du B., Xu B. An insight into anti-inflammatory effects of natural polysaccharides // Food & Function. – 2020. – Vol. 11(6). – P. 4561–4575.
2. Zhou Y., Xu C., Zhu L. Current advances in the anti-inflammatory effects and mechanisms of natural polysaccharides // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. – 2022. – Vol. 62(19). – P. 5281–5296.
3. Chen Y., Li P., Zhang T. Therapeutic mechanisms of polysaccharides in the management of inflammatory diseases: a review // International Journal of Biological Macromolecules. – 2023. – Vol. 243. – P. 125176.
4. Tang C., Ding R., Sun J. The crucial role of polysaccharides in immunity // Frontiers in Immunology. – 2024. – Vol. 15. – Article 1356231.
5. Rainsford K.D. Nonsteroidal Anti-Inflammatory Drugs (NSAIDs) // StatPearls. – Treasure Island (FL): StatPearls Publishing, 2023. – 32 p.
6. Bavry A.A., Bhatt D.L. Cardiovascular implications of non-steroidal anti-inflammatory drugs: a comprehensive review // European Cardiology Review. – 2021. – Vol. 16. – P. e20.DOI: 10.15420/ecr.2021.16
7. Ungprasert P., Cheungpasitporn W., Crowson C.S., Matteson E.L. Individual non-steroidal anti-inflammatory drugs and risk of acute kidney injury: a systematic review and meta-analysis // European Journal of Internal Medicine. – 2015. – Vol. 26(4). – P. 285–291.
8. Bashir H., Surapaneni S., Ejem A. Effects of NSAIDs on the gastrointestinal tract: a narrative review // Cureus. – 2023. – Vol. 15(3). – P. e35961.
   DOI: 10.7759/cureus.35961
9. Bekmurzayeva N.B., Botirov R.A., Azamatov A.A., Tursunkhodzhaeva F.M., Aytbayeva A.B., Sadykov A.Z., Sagdullayev Sh.Sh. / Anti-inflammatory, antihypoxant and antioxidant activity of products isolated from caper cultivated in Uzbekistan // The Bioscan 19(2): 75-80, 2024.
10. N.B.Bekmurzayeva, R.A.Botirov, A.A.Azamatov, F.M.Tursunkhodzhaeva A.Z.Sadykov, Sh.Sh.Sagdullayev, R.K.Sultanova / Biologically active products with anticoagulant and blood glucose regulating effects from Capparis spinosa L. cultivated in Uzbekistan // Biochem. Cell. Arch. Vol. 24, Suppl. 1, pp. 3639-3646, 2024. DOI: https://doi.org/10.51470/bca.2024.24.1-S.3639.
11. Ю.Р. Мирзаев, Э.М.Рузимов, Р.А.Ботиров, Г.Э.Саидова, А.З.Садиков Ш.Ш.Сагдуллаев / Фармакологическое исследование экстракта бутонов и цветков Сapparis spinosa L. // Universum: химия и биология электрон. научн. журн. 2023. №3(105). № 41 Физиология. C. 26-32.
12. Миронов А.Н. Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. Часть 1. – М.: Гриф и К, 2012. – 944 с.
13. Directive 2010/63/EU of the European Parliament and of the Council on the protection of animals used for scientific purposes. – Official Journal of the European Union, 2010. – 47 p.
14. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических вещест /под общ. ред. Р.У. Хабриева. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: ОАО «Издательство «Медицина», 2005. – 832 с.
15. Стефанова А.В. «Доклинические исследования лекарственных средств», Киев 2002, Часть I, с. 579.