Интенсивность ПОЛ

Снижение уровня ПОЛ, очевидно, связано со снижением скорости обмена в целом и, в частности, с уменьшением уровня биосинтеза жирных кислот и липидов в условиях снижения/прекращения поступления необходимых питательных веществ. Как известно, жиры – это основной запасной энергетический субстрат организма, и для получения энергии при голодании они используются в первую очередь. Снижение жировых запасов при голодании выявлено у многих видов рыб. На начальных этапах дефицита пищи используются триацилглицериды, идет катаболизм жирных кислот, снижается ресурс холестерина. В целом процессы синтеза жирных кислот и липогенеза у голодающих животных замедляются или прекращаются (Shikata, Shimeno, 1997; Gao et al., 2004).

Установленные нами изменения, вероятно, связаны с длительностью пищевой депривации. В первые сутки голодания уровень ПОЛ может повышаться в связи с увеличением синтеза АФК (Almeida, Di Mascio, 2011) и наличием определенных запасов липидных субстратов. При 30-суточном дефиците пищи нами отмечено снижение ПОЛ, что, очевидно, связано со снижением количества липидов и других окисляемых субстратов в тканях. Уменьшение скорости процессов ПОЛ у моллюсков при голодании вследствие замедления метаболизма и снижения уровня свободно-радикального окисления (СРО) отмечали и другие исследователи: в гепатопанкреасе двустворчатых моллюсков Nacella concinna (см.: Ansaldo et al., 2007) и Crenomytilus grayanus (см.: Истомина, Челомин, 2018), а также в нервной ткани брюхоногого моллюска Lymnaea stagnalis (Linnaeus, 1758) (см.: Sidorov, Maslova, 2009).

Одной из причин снижения содержания продуктов ПОЛ у моллюсков при дефиците пищи считают также активацию в этих условиях лизосомальной аутофагии, что исследовано в гепатопанкреасе мидии M. galloprovincialis (см.: Moore et al., 2007). В данном процессе утилизируются части поврежденных клеток и молекул, а также продукты распада, образующиеся при голодании. Следовательно, это может способствовать снижению количества окисляемых субстратов, общего содержания АФК в клетке и уменьшению интенсивности ПОЛ в целом. С данными причинами связывают снижение уровня ПОЛ в гепатопанкреасе дальневосточной мидии M. galloprovincialis при голодании (Истомина, Челомин, 2018).

Антиоксидантный комплекс

Полученные результаты можно связать как со специфическими для каждой ткани анадары особенностями, так и с общими для всего организма процессами при голодании у моллюсков.

Тканевые особенности. При голодании и других состояниях гипометаболизма у моллюсков отмечают тканеспецифические изменения в АО активности и уровне ПОЛ (Hermes-Lima, Storey, 1995; Nowakowska et al., 2009). В настоящем исследовании у A. kagoshimensis также выявлены тканевые особенности реакций АО комплекса и ПОЛ на дефицит пищи.

Гепатопанкреас. При голодании рост параметров антиоксидантной глутатионовой системы (АГС) наблюдали во всех исследованных тканях анадары. В гепатопанкреасе моллюска отмечено также увеличение активности каталазы и СОД на фоне снижения уровня ПОЛ. Причем в гепатопанкреасе голодавших особей выявлены наибольшая активность каталазы, а также ее наибольший рост среди исследованных показателей моллюсков. Увеличение активности СОД отмечено только в этом органе моллюска. Данные реакции указывают на высокий уровень АО защиты в гепатопанкреасе анадары, где протекают основные метаболические реакции и высокий уровень обмена веществ в целом, в том числе интенсивность СРО. Такой тип отклика АО комплекса на стресс в гепатопанкреасе анадары вполне согласуется с ее конститутивными особенностями (Гостюхина, Андреенко, 2019), а именно с активным участием в АО защите как ферментного, так и низкомолекулярного звена. Эти выводы подтверждены и значениями коэффициента корреляции r в гепатопанкреасе при голодании. Наиболее высокие величины найдены между активностью ГП и уровнем GSH (0.75), а также активностью СОД и каталазы (0.92), что отражает тесную положительную взаимосвязь между этими показателями и синергизм в процессах АО защиты гепатопанкреаса.

Наиболее высокие значения показателей АО комплекса у моллюсков при гипометаболизме исследователи также определяют в гепатопанкреасе. Так, в пищеварительной железе спящего летом моллюска O. lactea выявлена наибольшая активность глутатионзависимых ферментов (Hermes-Lima, Storey, 1995). Напротив, у моллюска Helix pomatia Linnaeus, 1758 в состоянии летней спячки наибольшими значениями в гепатопанкреасе отличались не ферменты, а низкомолекулярный глутатион, что, по мнению авторов, обеспечило наименьший уровень ПОЛ в этом органе. Относительно постоянный высокий уровень глутатиона предполагает наличие эффективной АО защиты при возврате моллюска H. pomatia к активному состоянию (Nowakowska et al., 2009). Это отмечают и другие авторы. У покоящихся особей Helix aspersa уровень глутатиона в гепатопанкреасе был значительно выше, чем у пробудившихся моллюсков (Ramos-Vasconcelos, Hermes-Lima, 2003).

Нога. В ноге анадары в состоянии голодания нами выявлено увеличение всех показателей АГС, а также отмечена тенденция к росту активности каталазы. При этом снижение уровня ПОЛ в ноге голодавшей анадары было больше, чем падение данного показателя в гепатопанкреасе. В ноге у голодавших моллюсков по сравнению с питавшимися особями на фоне активации ГП отмечен одновременный рост активности ГР и уровня GSH, что, очевидно, связано с наращиванием ресурса этого антиоксиданта. GSH – важнейшее низкомолекулярное соединение, обеспечивающее защиту от АФК и продуктов ПОЛ. Причем содержание GSH в ноге анадары было наибольшим по сравнению с его содержанием в других тканях как у питавшихся, так и у голодавших моллюсков. На этом фоне активность СОД в условиях отсутствия пищи не менялась, а активность каталазы показала лишь тенденцию к росту. Данные результаты свидетельствуют о доминировании АГС в АО защите ноги анадары при голодании. GSH способен инактивировать супероксидный радикал (${\text{O}}_{2}^{{ - \,\centerdot }}$), дополняя или замещая работу СОД, т.е. ферментного звена АО комплекса (Окислительный…, 2006). Этим свойством можно объяснить отсутствие изменений в активности СОД у голодавшей анадары: рост ресурса GSH, возможно, связан с участием данного метаболита в обезвреживании ${\text{O}}_{2}^{{ - \,\centerdot }}$, что не потребовало дополнительной активации СОД в ноге моллюска. Подобную взаимосвязь активности СОД и уровня GSH может подтвердить и то, что в естественных условиях обитания в тканях анадары высокий ресурс GSH сочетается с низкой активностью СОД, и наоборот (Гостюхина, Андреенко, 2019). С этим согласуются величины коэффициента корреляции r в ноге анадары: при голодании наиболее высокие значения получены для пары уровень глутатиона–активность СОД (–0.885), что указывает на высокую степень обратной взаимосвязи между данными показателями, а также для пары уровень глутатиона–активность ГП (0.659), что отражает синергическое взаимодействие глутатиона и фермента при инактивации перекисей.

Нога моллюска A. kagoshimensis обладает богатым количественным и качественным составом каротиноидов, имеющих АО свойства. В этом массивном органе происходит запасание данных веществ. Ранее показано (Gostyukhina et al., 2013), что в тканях анадары каротиноиды могут проявлять АО действие совместно с компонентами АО комплекса, в том числе с глутатионом. Кроме того, известна способность каротиноидов к потенцированию функции низкомолекулярных антиоксидантов, таких как GSH, и активности глутатионовых ферментов (Шашкина и др., 2010). Возможно, исходно высокий уровень каротиноидов в ноге моллюска способствовал длительному поддержанию высокого ресурса GSH даже в условиях окислительного стресса при депривации пищи. Как и в нашей работе, у моллюска Olivella lactea при гипометаболизме (во время летней спячки) увеличивалась активность глутатионовых ферментов (Hermes-Lima, Storey, 1995).

Жабры. В отличие от гепатопанкреаса и ноги, в жабрах наблюдали лишь рост активности ГП и уровня GSH на фоне постоянного уровня ПОЛ. Известно, что жабры характеризуются не столь высокими пластическими ресурсами и уровнем метаболизма, как гепатопанкреас. Тем не менее, жабры и в норме испытывают высокую окислительную нагрузку в силу функций фильтрации и газообмена. Однако при голодании интенсивность данных процессов, очевидно, существенно снижается на фоне общего падения скорости метаболизма. Это могло послужить причиной снижения уровня ПОЛ и активации в жабрах анадары показателей АГС – основной защитной системы жабр моллюсков, которая создает в них глутатион-зависимый защитный барьер и обеспечивает антиоксидантно-прооксидантное равновесие (Trevisan et al., 2016). Наши результаты также показали, что основную АО защиту жабр анадары при голодании, вероятно, обеспечивают ферменты ГП, ГР и ресурс GSH, в то время как активность ключевых ферментов СОД и каталазы не изменяется.

Тем не менее в жабрах отмечены наиболее высокие значения коэффициента корреляции r при голодании (для активности ГП и ГР – 0.985; для активности СОД и уровня глутатиона –0.793), а также в обеих группах (контрольная и голодание) для активности ГП и уровня глутатиона (0.814 и 0.870), активности СОД и каталазы (0.880 и 0.900). Это подчеркивает особую роль разных компонентов АО системы в защите жабр от окислительного повреждения ввиду уязвимости данного органа при различных неблагоприятных воздействиях.

Отсутствие изменений активности СОД и каталазы в жабрах и ноге анадары, выявленное нами при дефиците пищи, косвенно подтверждают и результаты исследования активности генов, кодирующих эти ферменты. У моллюска Laternula elliptica (King and Broderip, 1832) при голодании были выявлены лишь незначительные изменения в экспрессии данных генов в ответ на отсутствие пищи (Husmann et al., 2014), что указывает на высокую устойчивость АО системы этого моллюска.

Общие процессы. Полученные результаты могут быть связаны с рядом общих для организма процессов при голодании.

Известно, что на начальных этапах действия стресс-факторов, в том числе голодания, как правило, происходят активизация метаболизма, поддержание уровня энергетических субстратов, а затем, напротив, снижение интенсивности метаболизма, сокращение количества основных питательных веществ (углеводов, липидов, белков), падение уровня биосинтеза и общее истощение организма (Горомосова, Шапиро, 1984; Зайчик, Чурилов, 2001). В работе Головиной (2019) показано, что голодание анадары в течение 16 сут привело к снижению активности ЛДГ и увеличению активности МДГ, и, как следствие, – к росту индекса МДГ/ЛДГ в 2 раза в мышечной ткани анадары, а затем – к снижению этого индекса к 65-м сут голодания. Это указывает на постепенное истощение энергетических резервов моллюска при длительном голодании и подтверждает общую тенденцию к адаптации к стрессорному воздействию, в том числе к пищевой депривации.

У брюхоногого моллюска Nacella concinna после 1 мес. голодания также отмечали рост АО показателей – активности СОД, каталазы и ресурса GSH. Примечательно, что существенный рост уровня ПОЛ и содержания белка у моллюска наблюдали только в течение первой недели голодания, а затем данные показатели вернулись к исходным значениям (Ansaldo et al., 2007). Это позволяет предположить, что активация АО комплекса в таких условиях, вероятно, сдерживала рост ПОЛ и способствовала поддержанию АО-прооксидантного баланса. Сходные результаты в изменении общего содержания белка и интенсивности его синтеза в тканях в условиях пищевой депривации получены и для анадары (Андреенко и др., 2009; Shcherban, 2012).

Подобные процессы при голодании у моллюсков подтверждены и в ряде других исследований. У пресноводного моллюска Pila globosa (Swainson, 1822) в периоды гипометаболизма (летняя спячка, пробуждение, голодание) общее число гемоцитов было выше, чем во время обычной активности, при этом в тканях моллюска отмечали высокий уровень генерации ${\text{O}}_{2}^{{ - \,\centerdot }}$ и оксида азота. В гемоцитах голодавших моллюсков была выявлена наибольшая активность СОД и каталазы, несмотря на снижение уровня белка (Bhunia et al., 2016). Это может быть связано с тем, что гемоциты моллюсков генерируют ряд цитотоксических молекул, таких как ${\text{O}}_{2}^{{ - \,\centerdot }}$ и оксид азота, необходимых для осуществления фагоцитоза – важнейшего процесса иммунной защиты (Manduzio et al., 2005; Bhunia et al., 2016). Данные защитные реакции особенно важны при стрессе, в том числе в условиях голодания. Очевидно, что интенсивнее они могут протекать в гепатопанкреасе исследованной нами анадары, где высока общая метаболическая активность. При голодании в гепатопанкреасе усиливаются процессы катаболизма многих веществ и структур клетки, что также ведет к росту уровня АФК (Manduzio et al., 2005). Эти процессы (иммунные и детоксикации) могут объяснить выявленный нами в гепатопанкреасе голодавшей анадары рост активности СОД и каталазы, которые регулируют уровень ${\text{O}}_{2}^{{ - \,\centerdot }}$ и пероксида водорода в клетке, а также защищают ткани от окислительного повреждения.

Необходимо рассмотреть и усиление активности отдельных АО ферментов, выявленное нами при голодании у анадары. Так, рост активности ГР в гепатопанкреасе и ноге моллюска может быть обусловлен ростом активности основного фермента пентозофосфатного шунта – глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (Г6ФДГ). Г6ФДГ поддерживает клеточный пул НАДФН, необходимый в работе ГР по восстановлению глутатиона – ключевого низкомолекулярного антиоксиданта. Усиление активности Г6ФДГ при голодании показано в гепатопанкреасе наземного моллюска Olivella lactea: обнаружено две изоформы этого фермента, одна из которых более активна у питающихся моллюсков, а другая – у голодающих (Ramnanan, Storey, 2006). К сожалению, подобная информация о морских моллюсках отсутствует. Если допустить наличие особой изоформы Г6ФДГ и в тканях анадары при голодании, то это может прямо влиять на активность ГР и обеспечивать в условиях стресса рост ее активности. Это необходимо для поддержания ресурса GSH, критически важного для АО-прооксидантного равновесия в клетке. Дополнительным аргументом в пользу активации Г6ФДГ могут служить и изменения в углеводном метаболизме. Как известно, во время голодания содержание глюкозы в тканях снижается (Зайчик, Чурилов, 2001; Shikata, Shimeno, 1997). Для восполнения дефицита глюкозы активизируются процессы глюконеогенеза с участием свободных аминокислот. Так, у черноморской анадары Anadara inaequivalvis (Bruguiera, 1789), голодавшей 18 сут, уровень свободных аминокислот снижался, что связывают отчасти и с глюконеогенезом (Андреенко и др., 2009).

Выявленное нами увеличение активности ряда АО ферментов у анадары при голодании может быть и результатом дефицита в рационе питания низкомолекулярных веществ, таких как аскорбиновая кислота, α-токоферол и каротиноиды, которые являются хорошо известными антиоксидантами. Дефицит этих соединений может стать критическим фактором для АО статуса голодающих животных (Albentosa et al., 2007). Анадара A. kagoshimensis отличается высоким содержанием и разнообразием каротиноидов, особенно в ноге (Golovina et al., 2016). Как ранее показал корреляционный анализ, каротиноиды, обладающие АО действием, в тканях анадары проявляют положительную взаимосвязь с уровнем GSH, но отрицательную – с активностью ГП, ГР, СОД и каталазы, что может быть обусловлено конкурентными отношениями этих двух систем за одни и те же субстраты (Gostyukhina et al., 2013). Возможно, снижение уровня каротиноидов и других низкомолекулярных антиоксидантов в отсутствие пищи приводит к компенсаторной активации АО ферментов, утилизирующих те же виды АФК, что и каротиноиды. Это позволяет моллюску поддерживать в тканях необходимый АО-прооксидантный баланс. Ранее нами показано, что в тканях анадары подобный баланс поддерживается благодаря эффективному взаимодействию и частичному замещению функций друг друга компонентами низкомолекулярного и ферментного звена АО комплекса (Гостюхина, Андреенко, 2019).