zdorПроблемы здоровья и экологииHealth and Ecology Issues2220-09672708-6011Gomel State Medical University10.51523/2708-6011.2021-18-3-14zdor-2040Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕДИЦИНА И БИОЛОГИЯEXPERIMENTAL MEDICINE AND BIOLOGYОпределение активности изоформ пируваткиназы в норме, при токсическом повреждении и в процессе регенерации печениDetermination of the activity of pyruvate kinase isoforms in normal conditions, in toxic liver damage and during the process of its regenerationhttps://orcid.org/0000-0002-1994-1156СкуратовА. Г.SkuratovA. G.

Скуратов Александр Геннадьевич, к.м.н., доцент, доцент кафедры хирургических болезней № 1 с курсом сердечно-сосудистой хирургии 

Гомель

Alexander G. Skuratov, PhD (Med), Associate Professor, Associate Professor at Department of Surgical Diseases No.1 with the course of Cardiovascular Surgery 

Gomel

alexskuratov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4668-6007ЛызиковА. Н.LyzikovA. N.

Лызиков Анатолий Николаевич, д.м.н., профессор, профессор кафедры хирургических болезней № 1 с курсом сердечно-сосудистой хирургии 

Гомель

Anatoly N. Lyzikov, DMedSc, Professor, Professor at Department of Surgical Diseases No.1 with the course of Cardiovascular Surgery

Gomel

https://orcid.org/0000-0002-6725-5353ШафоростА. С.ShaforostA. S.

Шафорост Александр Сергеевич, научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории 

Гомель

Alexander S. Shaforost, researcher at the Research Laboratory 

Gomel

https://orcid.org/0000-0001-9542-3791ЗятьковА. А.ZyatskovA. A.

Зятьков Алексей Александрович, научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории 

Гомель

Alexey A. Zyatskov, researcher at the Research Laboratory 

Gomel

https://orcid.org/0000-0002-3335-7159ГолубыхН. М.GolubykhN. M.

Голубых Надежда Михайловна, научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории 

Гомель

Nadezhda M. Golubykh, researcher at the Research Laboratory 

Gomel

Гомельский государственный медицинский университетGomel State Medical University202101102021183116123Copyright © Скуратов А.Г., Лызиков А.Н., Шафорост А.С., Зятьков А.А., Голубых Н.М., 20212021Скуратов А.Г., Лызиков А.Н., Шафорост А.С., Зятьков А.А., Голубых Н.М.Skuratov A.G., Lyzikov A.N., Shaforost A.S., Zyatskov A.A., Golubykh N.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.gsmu.by/jour/article/view/2040Цель исследования

Цель исследования. Оценить активность изоформ пируваткиназы (ПК) в норме, при токсическом повреждении и в процессе регенерации печени.

Материалы и методы

Материалы и методы. Проведено экспериментальное исследование на 45 крысах линии Wistar. Токсическое повреждение печени индуцировали внутрибрюшинным введением тетрахлорметана. Механическое повреждение моделировали хирургической резекцией печени. Определены концентрации изоформ ПК R/L и М в сыворотке крови и ткани печени лабораторных животных методом иммуноферментного анализа (ИФА).

Результаты

Результаты. Установлено, что концентрация изоформы ПК М статистически значимо увеличивается при хроническом токсическом поражении печени, что может свидетельствовать об активизации процессов пролиферации клеток печени в ответ на повреждающее действие гепатотоксина (Манна — Уитни U-test: Z = 2,143; р = 0,032). После резекции печени увеличивалось содержание ПК R/L, характеризующее активацию гликолиза, и значительно увеличивалась концентрация ПК М, что отражало процессы репаративной регенерации в печени.

Заключение

Заключение. Сывороточные концентрации изоформ ПК могут быть использованы в качестве лабораторного критерия активности процессов репаративной регенерации, с помощью которого можно оценить репаративный потенциал печени при ее токсическом или механическом повреждении, а также при хронических диффузных заболеваниях.

Objective

Objective. To evaluate the activity of pyruvate kinase (PK) isoforms in normal conditions, in toxic damage of the liver and during its regeneration.

Materials and methods

Materials and methods. An experimental study was carried out on 45 Wistar rats. Toxic liver damage was induced by the intraperitoneal administration of carbon tetrachloride. Mechanical damage was simulated by the surgical resection of the liver. The levels of PK isoforms R/L and M in the blood serum and liver tissue of the laboratory animals were measured with an ELISA test.

Results

Results. It has been found that the level of PK isoform M signifcantly increases in chronic toxic liver damage, which may indicate the activation of the processes of liver cell proliferation in response to the damaging effect of hepatotoxin (Mann-Whitney U Test: Z = 2.143; p = 0.032). After liver resection, the level of PK R/L, which characterizes the activation of glycolysis, increased and the level of pyruvate kinase M increased signifcantly, which reflected the processes of reparative regeneration in the liver.

Conclusion

Conclusion. The serum level of PK isoforms may be used as a laboratory criterion for the activity of reparative regeneration processes, which can be used to evaluate the reparative potential of the liver in case of toxic or mechanical damage, as well as in chronic diffuse diseases.

экспериментальная гепатологияпируваткиназарегенерация печениexperimental hepatologypyruvate kinaseliver regenerationРабота выполнена в рамках заданий НИР ГПНИ «Фундаментальные и прикладные науки — медицине» 2016–2020 гг., подпрограмма «Новые технологии купирования заболеваний»The work was carried out as part of the tasks of the research work of the State research program “Fundamental and Applied Sciences to Medicine” 2016–2020, subprogram “New technologies for stopping diseases”.ReferencesMuirhead H. Isoenzymes of pyruvate kinase. Biochem Soc Trans. 1990 Apr;18(2):193-196. DOI: https://doi.org/10.1042/bst0180193Muirhead H. Isoenzymes of pyruvate kinase. Biochem Soc Trans. 1990 Apr;18(2):193-196. DOI: https://doi.org/10.1042/bst0180193Noguchi T, Yamada K, Yamagata K, Takenaka M, Nakajima H, Imai E, et al. Expression of liver type pyruvate kinase in insulinoma cells: involvement of LF-B1 (HNF1). Biochem Biophys Res Commun. 1991 Nov 27;181(1):259-264. DOI: https://doi.org/10.1016/s0006-291x(05)81411-1Noguchi T, Yamada K, Yamagata K, Takenaka M, Nakajima H, Imai E, et al. Expression of liver type pyruvate kinase in insulinoma cells: involvement of LF-B1 (HNF1). Biochem Biophys Res Commun. 1991 Nov 27;181(1):259-264. DOI: https://doi.org/10.1016/s0006-291x(05)81411-1Valentini G, Chiarelli LR, Fortin R, Dolzan M, Galizzi A, Abraham DJ et al. Structure and function of human erythrocyte pyruvate kinase. Molecular basis of nonspherocytic hemolytic anemia. J Biol Chem. 2002 Jun 28;277(26):23807-23814. DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.M202107200Valentini G, Chiarelli LR, Fortin R, Dolzan M, Galizzi A, Abraham DJ et al. Structure and function of human erythrocyte pyruvate kinase. Molecular basis of nonspherocytic hemolytic anemia. J Biol Chem. 2002 Jun 28;277(26):23807-23814. DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.M202107200Zhang Z, Deng X, Liu Yuan, Liu Y, Sun L, Chen F. PKM2, function and expression and regulation. Cell Biosci. 2019 Jun 26;9:52. DOI: https://doi.org/10.1186/s13578-019-0317-8Zhang Z, Deng X, Liu Y, Liu Y, Sun L, Chen F. PKM2, function and expression and regulation. Cell Biosci. 2019 Jun 26;9:52. DOI: https://doi.org/10.1186/s13578-019-0317-8Oremek GM, Rutner F, Sapoutzis N, Sauer-Eppel H. Tumor marker pyruvate kinase type tumor M2 in patients suffering from diabetic nephropathy. Anticancer Res. MarApr 2003;23(2A):1155-1158.Oremek GM, Rutner F, Sapoutzis N, Sauer-Eppel H. Tumor marker pyruvate kinase type tumor M2 in patients suffering from diabetic nephropathy. Anticancer Res. MarApr 2003;23(2A):1155-1158.Jeffery J, Lewis SJ, Ayling RM. Fecal dimeric M2- pyruvate kinase (tumor M2-PK) in the differential diagnosis of functional and organic bowel disorders. Inflamm Bowel Dis. 2009 Nov;15(11):1630-1634. DOI: https://doi.org/10.1002/ibd.20946Jeffery J, Lewis SJ, Ayling RM. Fecal dimeric M2- pyruvate kinase (tumor M2-PK) in the differential diagnosis of functional and organic bowel disorders. Inflamm Bowel Dis. 2009 Nov;15(11):1630-1634. DOI: https://doi.org/10.1002/ibd.20946Dong T, Yan Y, Chai H, Chen Sh, Xiong X, Sun D, et al. Pyruvate kinase M2 affects liver cancer cell behavior through up-regulation of HIF-1α and Bcl-xL in culture. Biomed Pharmacother. 2015 Feb;69:277-284. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biopha.2014.12.010Dong T, Yan Y, Chai H, Chen Sh, Xiong X, Sun D, et al. Pyruvate kinase M2 affects liver cancer cell behavior through up-regulation of HIF-1α and Bcl-xL in culture. Biomed Pharmacother. 2015 Feb;69:277-284. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biopha.2014.12.010Hu K, Xu J, Fan K, Zhou D, Li L, Tang L, et al. Nuclear accumulation of pyruvate kinase M2 promotes liver regeneration via activation of signal transducer and activator of transcription 3. Life Sci. 2020 Jun 1;250:117561. DOI: https://doi.org/10.1016/j.lfs.2020.117561Hu K, Xu J, Fan K, Zhou D, Li L, Tang L, et al. Nuclear accumulation of pyruvate kinase M2 promotes liver regeneration via activation of signal transducer and activator of transcription 3. Life Sci. 2020 Jun 1;250:117561. DOI: https://doi.org/10.1016/j.lfs.2020.117561Zheng D, Jiang Y, Qu Ch, Yuan H, Hu K, He L, et al. Pyruvate Kinase M2 Tetramerization Protects against Hepatic Stellate Cell Activation and Liver Fibrosis. Am J Pathol. 2020 Nov;190(11):2267-2281. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ajpath.2020.08.002Zheng D, Jiang Y, Qu Ch, Yuan H, Hu K, He L, et al. Pyruvate Kinase M2 Tetramerization Protects against Hepatic Stellate Cell Activation and Liver Fibrosis. Am J Pathol. 2020 Nov;190(11):2267-2281. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ajpath.2020.08.002Европейская конвенция о защите позвоночных животных, используемых для экспериментов или в иных научных целях. ETS №123. Страсбург, 18.03.1986. [дата обращения 2021 июнь 15]. Режим доступа: https://rm.coe.int/168007a6a8European Convention for the Protection of Vertebrate Animals used for Experimental and Other Scientifc Purposes. ETS №123. Strasburg, 18.03.1986. [date of access 2021 June 15]. Available from: https://rm.coe.int/168007a6a8 (In Russ.).Скуратов АГ. Тетрахлорметановая модель гепатита и цирроза печени у крыс. Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2012;(9):37-40. [дата обращения 2021 июнь 15]. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/tetrahlormetanovaya-modelgepatita-i-tsirroza-pecheni-u-krys/viewerSkuratov AG. Model of carbon tetrachloride induced hepatitis and liver cirrhosis in rat. Experimental and Сlinical Gastroenterology. 2012;(9):37-40. [date of access 2021 June 15]. Available from: https://cyberleninka.ru/article/n/tetrahlormetanovaya-model-gepatita-i-tsirrozapecheni-u-krys/viewer (In Russ.).Michalopoulos GK. Liver regeneration after partial hepatectomy: critical analysis of mechanistic dilemmas. Am J Pathol. 2010 Jan;176(1):2-13. DOI: https://doi.org/10.2353/ajpath.2010.090675Michalopoulos GK. Liver regeneration after partial hepatectomy: critical analysis of mechanistic dilemmas. Am J Pathol. 2010 Jan;176(1):2-13. DOI: https://doi.org/10.2353/ajpath.2010.090675Скуратов АГ, Лызиков АН, Петренев ДР, Осипов ББ, Ачинович СЛ. Пострезекционная регенерация печени при ретрорсин-индуцированном поражении. Проблемы здоровья и экологии. 2016;(1):66-72. [дата обращения 2021 июнь 15]. Режим доступа: https://journal.gsmu.by/jour/article/view/1671Skuratov AG, Lyzikov AN, Petrenyov DR, Osipov BB, Achinovich SL. Post-resection regeneration of the liver in case of retrorsin-induced lesion. Health and Ecology Issues. 2016;(1):66-72. [date of access 2021 June 15]. Available from: https://elib.gsmu.by/handle/GomSMU/954 (In Russ.).

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