CARBON MONOXIDE SUPPRESSES PRODUCTION OF PRO-INFLAMMATORY CYTOKINES DURING ISCHEMIA-REPERFUSION

Abstract

The endogenously produced gaseous transmitter carbon monoxide (CO) affects the cardiovascular system. Enzymes responsible for CO synthesis have been found in endothelial cells and smooth muscle. The mechanism of physiological action of CO is similar to that of nitric oxide. CO is formed from heme, which is part of the heme-containing proteins under the influence of heme oxygenase enzymes. Inducible heme oxygenase has a very important role in the adaptation of body cells and tissues to stress conditions. Ischemic-reperfusion injury accompanies cardiovascular diseases. When exposed to ischemia, mast cell macrophages are activated. After that, the production of pro-inflammatory cytokines increases. Elevated levels of these cytokines attract leukocytes and initiate inflammation in ischemic-damaged tissue. Myocardial ischemia-reperfusion was modelled in vivo in Wistar rats, and a polypropylene ligature was applied to the left coronary artery. Two groups were formed: experimental and control. In animals from both groups, a 30-minute ischemia followed by a 90-minute reperfusion was performed. Animals in the experimental group, before surgery, received CO inhalation at a dose of 250 ppm for 1 hour before ischemia-reperfusion of the heart. Blood samples were collected from each animal. In blood serum obtained 3, 6, 12, and 24 hours after reperfusion, we measured the mRNA for cyclooxygenase (COX)-2, inducible nitric oxide synthase, and the levels of cytokines IL-1β, IFN-α, IL-6, and TNF-α. Analysis of the obtained results showed that CO inhalation at a low dose and short exposure reduces the production of pro-inflammatory cytokines after ischemia-reperfusion. The level of IL-6 and IL-1β was reduced up to 3 hours after ischemia in the group of animals that received low concentrations of CO. mRNA expression for iNOS and COX-2 was also reduced in animals given a low dose of CO for up to 3 hours. TNF-α levels in blood serum decrease after exposure to inhaled CO for up to 6 hours after exposure to ischemia. 12 hours after reperfusion, mRNA expression for iNOS increased significantly. IL-1β after 5 hours recorded an increase in this cytokine. Відомо, що ендогенний газотрансмітер монооксид вуглецю (СО) здатен впливати на функціонування серцево-судинної системи. Ферменти, які відповідають за його синтез, було виявлено в ендотеліальних клітинах і гладенькій мускулатурі. Механізм фізіологічної дії СО подібний до дії оксиду азоту. СО під впливом ферментів-гемоксигеназ утворюється з гему, який входить до складу гем-вмісних білків. Індуцибельна гемоксигеназа має велике значення в адаптації клітин та тканин організму до умов стресу. Безсумнівно, що ішемічно-реперфузійне ушкодження супроводжує серцево-судинні захворювання. Під впливом ішемії активуються макрофаги та тучні клітини. Після цього спостерігається підвищення продукції прозапальних цитокінів. Підвищення рівня цих цитокінів є хемоатрактантом для лейкоцитів та ініціює запалення в ішемічно-ушкодженій тканині. У даному дослідженні моделювали ішемію-реперфузію міокарда in vivo у щурів лінії Wistar шляхом накладання поліпропіленової лігатури на ліву коронарну артерію. Було сформовано дві групи: експериментальну та контрольну. У тварин обох груп виконували 30-хвилинну ішемію з наступною 90-хвилинною реперфузією. Тварини експериментальної групи перед операцією отримували інгаляцію СО у дозі 250 ppm протягом 1 години до ішемії серця. По завершенню реперфузії збирали зразки крові від кожної тварини. Визначили мРНК для циклоксигенази (COX-2), індуцибельної синтази оксиду азоту, рівень цитокінів IL-1β, IFN-α, IL-6, TNF-α у сироватці крові, отриманої через 3, 6, 12 та 24 години після реперфузії. Аналіз отриманих результатів показав, що інгаляції СО в низькій дозі та нетривалій експозиції знижує продукцію прозапальних цитокінів після ішемії-реперфузії. Рівень IL-6 та IL-1β був знижений до 3-х годин після ішемії у групі тварин, які отримували СО у низькій концентрації. Експресія mRNA для iNOS та COX-2 також була знижена в період до 3 годин у тварин, які піддавалися інгаляції СО. Рівень TNF-α у сироватці крові після дії інгаляцій СО