БИОФИЗИКА, 2019, том 64, № 5, с. 893-897

МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА

УДК 577.115+577.339+591.543.42

ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ ПЕЧЕНИ И ПЛАЗМЫ КРОВИ ПРИ ГИБЕРНАЦИИ

ЯКУТСКОГО СУСЛИКА Spermophilus undulatus

Институт биофизики клетки Российской академии наук - обособленное подразделение ФИЦ «Пущинский научный

центр биологических исследований РАН»,

142290, Пущино Московской области, ул. Институтская, 3

E-mail: ikolomizeva2@yandex.ru

Поступила в редакцию 03.07.2019 г.

После доработки 03.07.2019 г.

Принята к публикации 19.07.2019 г.

Исследовано влияние гибернации на количество жирных кислот и моноглицеридов в ткани печени

и в плазме крови якутского суслика Spermophilus undulatus. Показано, что в ткани печени спящих

животных (баут спячки) количество жирных кислот (мкг/мг белка) увеличено в пять раз по сравне-

нию с летним периодом. У активных зимних сусликов (интербаут спячки) количество жирных кис-

лот снижено в два раза по сравнению со спящими. Количество моноглицеридов в печени гиберни-

рующих животных уменьшено в два раза по сравнению с летними животными. Количество белка

(мг/г ткани) в печени при гибернации не изменялось. Содержание жирных кислот в плазме крови

при гибернации снижалось вдвое, возвращаясь к летним значениям у активных зимних животных.

Количество моноглицеридов в плазме крови не изменялось. Концентрация белка в плазме крови

при гибернации увеличена на 20% по сравнению с летним периодом. Изменения количества жир-

ных кислот в печени и плазме крови свидетельствует об адаптивной роли жирных кислот в гиберна-

ции суслика S. undulatus. В печени гибернирующих животных поддерживается высокий уровень

жирных кислот при сниженном количестве жирных кислот в плазме крови в период оцепенения.

Жирные кислоты печени играют роль в возвращении жирных кислот плазмы к летнему уровню в

интербауте спячки. Из анализа результатов следует, что печень играет регуляторную роль по отно-

шению к липидам плазмы, выполняя роль депо жирных кислот при адаптивном снижении концен-

трации жирных кислот в плазме крови в сезон гибернации. Высокий уровень жирных кислот в пе-

чени может обуславливать адаптивные изменения липидного состава внутриклеточных органелл

ткани печени при гибернации суслика S. undulatus.

Ключевые слова: гибернация, плазма крови, печень, жирные кислоты.

DOI: 10.1134/S0006302919050089

бурой жировых тканях. Плазма крови служит ис-

Зимней спячке - естественному гипобиозу

точником питательных веществ для всех органов

млекопитающих в зимний сезон - предшествует

и тканей. Свободные жирные кислоты, поступа-

предварительная перестройка метаболизма в пе-

ющие в кровь, переносятся плазмой в комплексе

риод подготовки к гибернации, осуществляемой

с альбуминами [4]. Альбумин плазмы насчитыва-

под контролем центральной нервной системы [1].

ет семь мест связывания жирных кислот, причем

Важнейшим звеном перестройки служит переход

способен концентрировать жирные кислоты с

на использование в энергетическом метаболизме

превышением на несколько порядков и легко от-

липидов взамен углеводов. Основным субстратом

давать их клеткам органов и тканей [5]. Было по-

энергетического метаболизма при использова-

казано, что у якутского суслика в печени при

нии липидов служат свободные жирные кислоты

спячке наблюдается повышенный уровень жир-

(ЖК) и их метаболиты [2]. При подготовке к

ных кислот одновременно с ростом количества

спячке жирные кислоты запасаются в виде триг-

жирных кислот и холестерина в органеллах - ми-

лицеридов в жировых депо - в белом и буром жи-

тохондриях, ядрах и микросомах, - хотя количе-

ре [3]. Жирные кислоты и моноглицериды осво-

ство холестерина в ткани печени не увеличивает-

бождаются из триглицеридов под действием ли-

ся [6-8]. В плазме крови спящих сусликов Sper-

паз, которые активируются в основном в белой и

mophilus lateralis наблюдали сезонное колебание

количества жирных кислот: в начале спячки (но-

Сокращения: ЖК - жирные кислоты.

ябрь-декабрь) количество повышалось, однако в

893

894

КОЛОМИЙЦЕВА, ПЕРЕПЕЛКИНА

январе-феврале падало почти в два раза, а затем

ков извлекали из гнезда в середине цикла (на

снова повышалось [9,10]. Моноглицериды служат

пятые-шестые сутки спячки, спящие суслики) и

источником жирных кислот и глицерола и обла-

переносили в помещение с температурой воздуха

дают способностью активировать липазы [4]. Мы

(T_в), равной 19 ± 1°С. Регистрацию ректальной

поставили своей задачей сопоставить влияние ги-

температуры (Т_рект) при пробуждении вели посе-

бернации на количество жирных кислот и моно-

кундно с помощью специализированного датчи-

глицеридов плазмы крови и печени для выясне-

ка RET-2 (Physitemp, США) с точностью ±0,1°С и

ния возможной связи между метаболизмом

программы ввода в компьютер. Температуру

липидов этих органов при спячке мелких млеко-

сердца (Т_с) точечно измеряли с помощью датчика

питающих, а также для анализа возможного вли-

RET-3 (Physitemp, США) с точностью ±0,1°С сра-

яния жирных кислот на липидный состав внутри-

зу после вскрытия грудной клетки [11]. Активных

клеточных органелл печени. Исследовали влия-

зимних животных забивали через 24 ч после про-

ния сезона, баута и интербаута спячки (летние,

буждения при Т_тела 37°С. Для обезглавливания

спящие и активные зимние животные) на коли-

использовали гильотину. Печень гомогенизиро-

чество ЖК и моноглицеридов в ткани печени и в

вали в растворе, содержащем 0,25 М сахарозы,

плазме крови якутского суслика S. undulatus. Об-

1 мМ ЭДТА, рН 7,4, в соотношении 1 : 1 по объе-

наружено снижение количества моноглицеридов

му в стеклянном гомогенизаторе с тефлоновым

печени при гибернации суслика S. undulatus и от-

пестиком. В кровь добавляли 10%-й раствор ди-

сутствие влияния на количество моноглицеридов

натриевой соли ЭДТА из расчета 20 мкл на 1 мл

плазмы. Установлено, что направленность изме-

крови. Форменные элементы крови осаждали

нений количества жирных кислот в печени и

центрифугированием в течение 20 мин при 75 g.

плазме крови гибернантов противоположна. В

Из плазмы и гомогената печени брали

печени при гибернации уровень ЖК резко повы-

аликвоты для определения белка. Липиды из тка-

шен, а в плазме - снижен по сравнению с летним

ни печени и плазмы крови экстрагировали два-

уровнем, возвращаясь к летним значениям в ин-

дцатикратным объемом смеси хлороформ/мета-

тербауте спячки. Это свидетельствует о регуля-

нол в соотношении 2:1 по объему и промывали,

торной роли печени в адаптации организма мле-

как описано в работе [12]. Нейтральные липиды

копитающего к гибернации путем депонирова-

разделяли на силикагеле L (5/40) в системе

ния жирных кислот в этом органе для

гексан : этиловый эфир : уксусная кислота в со-

обеспечения роста ЖК плазмы в интербауте

отношении 73 : 25 : 2 по объему. Жирные кислоты

спячки. Предложено объяснение изменений ли-

и моноглицериды определяли озолением, для по-

пидного состава органелл печени при гибернации

строения калибровочной кривой использовали

млекопитающих как следствие роста жирных

арахидоновую кислоту, количество липидов и

кислот в этом органе.

белка выражали в мг на 1 мл плазмы или 1 г ткани.

Все методы подробно описаны нами ранее [13].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Достоверность различий во всех опытах оценива-

ли с помощью однофакторного дисперсионного

Исследования выполнены на сусликах

анализа ANOVA, Tukey Test. Приведены средние

S. undulatus обоих полов массой 640 ± 43 г в пери-

данные ± стандартная ошибка.

оды гибернации (декабрь-март) с 2011 по 2014 гг.

Животных отлавливали в конце августа в местах

природного обитания (долина реки Лена, Яку-

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

тия) и доставляли в г. Пущино Московской обла-

сти. В период активности (сентябрь) сусликов со-

Жирные кислоты представляют собой массо-

держали в индивидуальных клетках в специаль-

вый компонент нейтральных липидов печени и

ном помещении, с соблюдением естественного

плазмы крови, тогда как моноглицериды отно-

фотопериода и при достаточном количестве пи-

сятся к минорным компонентам. Количество ЖК

щи и воды. Затем клетки с животными перемеща-

и моноглицеридов на мг белка в печени превыша-

ли в темное помещение, где они находились при

ет их количество в плазме крови летних сусликов

температуре от 0 до +2°С до окончания гиберна-

примерно на 30%-50% (табл. 1 и табл. 2). Моно-

ционного периода. Были задействованы три

глицериды образуются в основном при действии

группы животных: первая группа - летние, кото-

липаз на триглицериды пищевого происхожде-

рых брали в опыт в июне-июле. Вторая группа -

ния и служат как для ресинтеза ди- и триглицери-

спящие животные, которых декапитировали в

дов, так и в качестве субстратов энергетического

январе-феврале в середине цикла спячки (баута)

метаболизма [4]. Основными эффектами гибер-

при температуре тела от 1,0 до 7,0°С (средняя тем-

нации на метаболизм ЖК и моноглицеридов в пе-

пература тела 4,2°С). Третью группу представля-

чени суслика S. undulatus является резкое увели-

ли активные зимние суслики, которых провоци-

чение количества ЖК - почти в пять раз - и сни-

ровали к пробуждению в январе-феврале. Сусли-

жение количества моноглицеридов в два раза.

БИОФИЗИКА том 64

№ 5

2019

ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ ПЕЧЕНИ И ПЛАЗМЫ КРОВИ

895

Таблица 1. Влияние сезона и баута гибернации на количество жирных кислот, моноглицеридов (мкг липида/мг

белка) и белка (мг белка /г ткани) в гомогенате печени суслика S. undulatus

Летние животные

Зимние животные (февраль)

Т_тела 37°С

Спящие, Т_тела 4°С

Активные, Т_тела 37°С

Жирные кислоты,

46,3 ± 5,8

221 ± 28,5, *р < 0,05

119,5 ± 18,8, *# р < 0,05

мкг /мг белка

Моноглицериды,

5,2 ± 0,6

2,4 ± 0,27, *р < 0,05

3,6 ± 0,6, *р < 0,05

мкг /мг белка

Белок, мг/г ткани

119,9 ± 6,2

127,5 ± 2,4

122,6 ± 2,2

Примечание. Представлены результаты пяти экспериментов; * - различие достоверно по отношению к летним животным,

# - различие достоверно по отношению к спящим животным

Таблица 2. Влияние сезона и баута гибернации на количество жирных кислот, моноглицеридов (мкг липида/мг

белка) и белка (мг белка /г плазмы) в плазме крови суслика S. undulatus

Летние животные

Зимние животные (февраль)

Т_тела 37°С

Спящие, Т_тела 4°С

Активные, Т_тела 37°С

Жирные кислоты,

30,7 ± 4,7

13,4 ± 3,1, *p < 0,05

32.4 ± 5.3, # р < 0,05

мкг /мг белка

Моноглицериды,

3,1 ± 1,1

2,5 ± 0,7

3,1 ± 0,32

мкг /мг белка

Белок, мг/г ткани

49,9 ± 2,1

59,8 ± 0,96, *р < 0,05

62,2 ± 1,36*, р < 0,05

# - различие достоверно по отношению к спящим животным

Переход к нормотермии при гибернации (актив-

спячки на жирные кислоты является уменьшение

ные зимние суслики) сопровождается достовер-

их количества в два раза по сравнению с летними

ным снижением количества ЖК, количество мо-

и возвращение к летнему уровню при пробужде-

ноглицеридов печени при этом не меняется

нии в интербауте у активных зимних животных.

(табл. 1). Увеличение количества жирных кислот

Уменьшение количества ЖК в печени при актив-

в печени гибернантов в сезон гибернации у мел-

ном состоянии животных может быть связано с

ких млекопитающих может быть связано с моби-

активной секрецией ЖК из печени в кровь. Это

лизацией ЖК жировых депо при переходе энерге-

увеличение секреции следует из данных о резком

тического метаболизма на потребление жиров

росте количества ЖК в плазме крови у активных

взамен углеводов [2]. Подготовка к спячке сопро-

зимних животных (табл. 2), совпадающее с акти-

вождается активацией синтетазы жирных кислот

вацией энергопотребления в тканях гибернанта

в жировых тканях. Следует отметить, что в печени

[2,15]. При другом физиологическом состоянии,

гибернантов экспрессируются различные мик-

связанном с усиленной секрецией липидов, а

роРНК, активирующие трансляцию иРНК [14],

именно при секреции молока у самок, также на-

но при этом наблюдается угнетение синтетазы

блюдали рост количества жирных кислот в пече-

жирных кислот. Снижение количества моногли-

ни и плазме крови у коров в первый месяц перио-

церидов печени при гибернации (табл. 1) связано,

да лактации при усиленной продукции липидов

возможно, с усилением липолиза в печени гибер-

для образования молока. Рост жирных кислот в

нанта для увеличения количества ЖК. Переход в

крови лактирующих коров совпадал с ростом ко-

активное состояние сопровождается достовер-

личества липидов в печени [16]. У спящих самок

ным снижением количества ЖК в печени гибер-

черного медведя в крови в период лактации также

нанта, тогда как количество моноглицеридов не

наблюдали рост в два раза количества жирных

меняется (табл. 1). В отличие от печени, в плазме

кислот. В этой же работе сообщается об увеличе-

крови суслика S. undulatus основным эффектом

нии у спящих животных альбумина плазмы на

БИОФИЗИКА том 64

№ 5

2019

896

КОЛОМИЙЦЕВА, ПЕРЕПЕЛКИНА

33% [16]. Это соответствует нашим наблюдениям,

нию метаболизма липидов различных тканей и

что у суслика в середине периода спячки, при

внутриклеточных структур зимнеспящих млеко-

сниженном количестве жирных кислот, происхо-

питающих. В наших исследованиях показано, что

дит рост количества общего белка плазмы крови

печень длиннохвостого суслика адаптирована к

на 20% (табл. 2). Таким образом, изменения ко-

длительному переживанию при пятикратном

личества жирных кислот в плазме крови гибер-

превышении концентрации жирных кислот по

нантов происходят на фоне изменений количе-

сравнению с летним периодом. Пробуждение от

ства белков, которое, по данным работы [17], за-

спячки протекает с выбросом жирных кислот из

трагивает альбумины плазмы. При анализе

печени в плазму крови с последующим восста-

данных о низком содержании ЖК в плазме крови

новлением их концентрации в ткани печени и

гибернантов в период глубокой и длительной

снижении в плазме крови при погружении в

спячки (январь-февраль) следует иметь в виду,

спячку. Сведения о высокой концентрации жир-

что при нагрузке организма маслами и жирными

ных кислот в печени зимнеспящего суслика важ-

кислотами, при увеличении их концентрации в

ны для понимания данных о парадоксальном на-

крови наблюдали повреждение клеток органов и

коплении холестерина в органеллах печени как

тканей - стресс эндоплазматического ретикулу-

адаптации мембран органелл к токсическому

ма [18]. При этом индуцируются определенные

действию жирных кислот. Перспективны даль-

белки - индикаторы стресса. Индукция белков

нейшие исследования роли липидов органелл в

стресса эндоплазматического ретикулума в тка-

адаптации организма млекопитающих к гипоби-

нях спящих сусликов была обнаружена в мозгу,

озу и воздействию жирных кислот на мембран-

однако не была найдена в печени и других тканях

ные и генетические структуры.

[19]. Таким образом, можно полагать, что печень

располагает защитными механизмами, позволя-

БЛАГОДАРНОСТИ

ющими выдерживать высокие концентрации

жирных кислот в период гибернации. В течение

Авторы выражают глубокую благодарность

сезона гибернации в плазме крови во время баута

зав. лабораторией механизмов гипометаболиче-

спячки поддерживается в два раза более низкий

ских состояний ИБК РАН, к.б.н. Н.М. Захаровой

уровень жирных кислот, чем в летний период.

за предоставление тканей сусликов.

Возвращение к уровню летнего периода происхо-

дит только в интербауте, который у суслика не-

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

продолжителен [15]. Важную регуляторную роль

в этом процессе играет накопление жирных кис-

Все применимые международные, националь-

лот в печени.

ные и институциональные принципы ухода и ис-

пользования животных при выполнении работы

Можно полагать, что гепатоциты зимнеспя-

были соблюдены.

щих располагают адаптивными изменениями ме-

таболизма, обеспечивающими защиту клеток от

токсического действия жирных кислот. В этом

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

плане представляют интерес сведения об измене-

1. C. P. Lyman, J. S. Willis, A. Malan, and L. C. H. Wang,

ниях липидного состава органелл гепатоцитов ги-

Hibernation and Torpor in Mammals and Birds (Acad.

бернирующего суслика S. undulatus. Было показа-

Press, N-Y., 1987).

но, что гибернация суслика сопровождается уве-

2. J. Dark, Annu. Rev. Nutr. 25, 469 (2005).

личением количества холестерина в органеллах

3. K. L. Drew, C. L. Buck, B. M. Barnes, et al., J. Neuro-

печени (ядерной, митохондриальной и микросо-

chem. 102, 1713 (2007).

мальной фракциях) при отсутствии роста холе-

4. А. Н. Климов и Н. Г Никульчева, Обмен липидов и

стерина в ткани печени. Было высказано предпо-

липопротеидов и его нарушения. Руководство для

ложение, что накопление холестерина касается

врачей (Питер Ком, СПб., 1999).

мембран органелл, где холестерин выполняет за-

5. Ger J. van der Vusse, Drug Metab. Pharmacokinet. 24

щитную роль, предохраняя мембранные структу-

(4), 300 (2009).

ры от токсического действия жирных кислот

6. Н. Н. Брустовецкий, З. Г.Амерханов, М. В. Его-

[20,21].

рова и др., Биохимия 56 (5), 947 (1991).

7. И. К. Коломийцева, Н. И. Перепелкина и Е. Е. Фе-

сенко, Докл. РАН 448 (3), 844 (2013).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

8. А. А. Лахина, Л. Н. Маркевич, Н. М. Захарова и др.,

Адаптация теплокровных млекопитающих к

Докл. РАН 469 (1), 108 (2016).

переживанию в условиях низких температур и

9. C. Yeh, F. Tam, E. Catuira, et al., Comp. Biochem.

бескормицы затрагивает самые сложные и чув-

Physiol. IIIB (4), 651 (1995).

ствительные системы жизнеобеспечения. Липи-

10. L. Elaine, Physiol. Genomics 43, 799 (2011).

ды обеспечивают энергопотребление и структуру

11. Н. М. Захарова, Фундаментальные исследования

живого, поэтому вполне понятен интерес к изуче-

6, 1401 (2014).

БИОФИЗИКА том 64

№ 5

2019

ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ ПЕЧЕНИ И ПЛАЗМЫ КРОВИ

897

12. J. Folch, M. Lees, and G. H. Sloane Stanley, J. Biol.

17. P. J. LeBlanc, M. Obbard, B. J. Battersby, et al., J.

Chem. 226, 497 (1957).

Comp. Physiol. B 171 (4), 327 (2001).

13. И. К. Коломийцева, Н. И. Перепелкина, И. В. Пат-

18. A. M. Nivala, L. Reese, M. Frye, et al., Metabolism 62,

рушев и В. И. Попов, Биохимия 68, (7), 954 (2003).

(5) 753 (2013).

14. D. Lang-Ouellette, P. Jr. Morin, Mol. Cell. Biochem.

394 (1-2), 291 (2014).

19. R. Chapman, C. Sidrauski, and P. Walter. Annu. Rev.

15. А. И. Ануфриев и И. С. Васильев, Особенности

Cell. Biol. 14, 459 (1998).

терморегуляции у длиннохвостого суслика в разные

периоды жизни при адаптация животных к холоду

20. Н. И. Пеpепелкина, Л. А. Фиалковская и И. К. Ко-

(Наука, Новосибирск, 1990).

ломийцева, Биофизика 62 (2), 304 (2017).

16. S. Imhasly, C. Bieli, H. Naegeli, et al., BMC Veterinary

Research 11, Art. No 252 (2015). DOI: 10.1186/s12917-

21. Н. И. Перепелкина и И. К. Коломийцева, Био-

015-0565-8.

физика 61 (4), 766 (2016).

Fatty Acids of the Liver and the Blood Plasma During the Hybernation

of the Yakutian Qround Squirrel Spermophilus undulatus

I.K. Kolomiytseva and N.I. Perepelkina

Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences, Institutskaya ul. 3, Pushchino, Moscow Region, 142290 Russia

Investigated the effect of hibernation on the amount of fatty acids and monoglycerides in the liver tissue and

in the blood plasma of the Yakutian ground squirrel Spermophilus undulatus. In the liver tissue of sleeping an-

imals (bout hibernation) the amount of fatty acids (μg fatty acids /mg protein) increased by 5 times compared

with the summer period. In active winter ones (hibernation interbout), the amount of fatty acids is reduced

by 2 times compared with sleeping ones. The number of monoglycerides in the liver of hibernating animals is

reduced by 2 times compared with the summer. The amount of protein (mg/g of tissue) in the liver during

hibernation did not change. In the blood plasma of animals, hibernation proceeded with the amount of fatty

acids reduced by half, returning to summer values in active winter animals. The amount of monoglycerides

in the blood plasma did not change. The protein concentration in the blood plasma during hibernation is in-

creased by 20% compared with the summer period. Changes in the amount of fatty acids in the liver and blood

plasma indicate the adaptive role of fatty acids in the hibernation of the ground squirrel S. undulatus: in the

liver of hibernating animals, a high fat level is maintained, with a reduced amount of fatty acid in the blood

plasma during torpor. Fatty acids of the liver play a role in the return of fatty acids plasma to the summer level

in the hibernation interbout. From the analysis of the results, it follows that the liver plays a regulatory role in

relation to plasma lipids, acting as a depot for fatty acids with an adaptive decrease in the concentration of

fatty acids in the blood plasma during the hibernation season. A high level of fatty acids in the liver can cause

adaptive changes in the lipid composition of the intracellular organelles of the liver tissue during the hiberna-

tion of the ground squirrel S. undulatus.

Keywords: hibernation, blood plasma, liver, fatty acids

БИОФИЗИКА том 64

№ 5

2019