Ulyanovsk Medico-biological Journal

Биологические науки 5

Download article

УДК 615.849.12

DOI 10.34014/2227-1848-2024-2-166-174

CHARACTERISTICS OF ENDOCRINE COMPONENT OF PANCREAS AFTER ADMINISTRATION OF N-ACETYLCYSTEINE IN THE MODEL OF ACUTE RADIATION-INDUCED PANCREATITIS

G.A. Demyashkin, D.I. Ugurchieva, V.A. Yakimenko, M.A. Vadyukhin

Sechenov University, Ministry of Health of the Russian Federation, Moscow, Russia

 

Studies of radiation-induced pancreatic lesions after irradiation with charged particles (electrons, protons) are rare. The effectiveness of certain antioxidants to reduce pancreatic radiation-induced damage is proved. However, the mechanisms of radiation-induced pancreatic damage have not been fully disclosed, and studies of its endocrine component after electron irradiation are rare.

The aim of the paper is to assess insulin and glucagon expression in pancreatic islets after administration of N-acetylcysteine in the model of acute post-radiation pancreatitis.

Materials and Methods. Wistar rats (Rattus Wistar; n=60) were divided into four experimental groups: Group 1 (n=10) – control; Group 2 (n=20) – fractional local electron irradiation; Group 3 (n=20) –N-acetylcysteine before electron irradiation; Group 4 (n=10) – N-acetylcysteine. All animals were removed from the experiment a week after the last fraction. Pancreatic fragments were prepared for morphological and immunohistochemical (with insulin and glucagon antibodies) studies. Analysis of variance was used for comparison. Statistical analysis of the obtained data was performed according to the Kruskal–Wallis test and a Bonferroni-corrected Mann-Whitney U test.

Results. In an immunohistochemical study, a week after electron irradiation (total radiation dosage – 25 Gy), decreased expression levels of insulin (2 points) and glucagon (1 point) were observed compared with the control group. In the group of pre-irradiation administration of N-acetylcysteine, a week after electron irradiation, the number of immunopositive insulocytes (2–3 points) and glucagonocytes (2 points) was close to control values.

Conclusion. Seven-day local irradiation with electrons (total radiation dosage – 25 Gy) leads to a decrease in the endocrine activity of insulocytes and glucagonocytes, which is partially preserved after pre-irradiation administration of N-acetylcysteine, indicating its protective effect.

Key words: pancreas, insulinocytes, glucagonocytes, electron irradiation, N-acetylcysteine.

 

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Author contributions

Research concept and design: Demyashkin G.A., Ugurchieva D.I.

Literature search, participation in research, data processing:

Ugurchieva D.I., Vadyukhin M.A., Yakimenko V.A.

Statistical data processing: Yakimenko V.A., Vadyukhin M.A.

Data analysis and interpretation: Ugurchieva D.I., Yakimenko V.A., Demyashkin G.A.

Text writing and editing: Demyashkin G.A., Vadyukhin M.A., Ugurchieva D.I.

 

References

  1. Singh V.K., Seed T.M. Pharmacological management of ionizing radiation injuries: current and prospective agents and targeted organ systems. Expert Opin Pharmacother. 2020; 21 (3): 317–337. DOI: 10.1080/ 14656566.2019.1702968.

  2. Donya M., Radford M., ElGuindy A., Firmin D., Yacoub M.H. Radiation in medicine: Origins, risks and aspirations. Glob Cardiol Sci Pract. 2014; 2014 (4): 437–448. DOI: 10.5339/gcsp.2014.57.

  3. Cervelli T., Panetta D., Navarra T., Gadhiri S., Salvadori P., Galli A., Caramella D., Basta G., Picano E., Del Turco S. A New Natural Antioxidant Mixture Protects against Oxidative and DNA Damage in Endothelial Cell Exposed to Low-Dose Irradiation. Oxid Med Cell Longev. 2017; 2017: 9085947. DOI: 10.1155/2017/9085947.

  4. Campesi I., Brunetti A., Capobianco G., Galistu A., Montella A., Ieri F., Franconi F. Sex Differences in X-ray-Induced Endothelial Damage: Effect of Taurine and N-Acetylcysteine. Antioxidants. 2023; 12: 77. DOI: 10.3390/antiox12010077.

  5. Topcu A., Mercantepe F., Rakici S., Tumkaya L., Uydu H.A., Mercantepe T. An investigation of the effects of N-acetylcysteine on radiotherapy-induced testicular injury in rats. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol. 2019; 392 (2): 147–157. DOI: 10.1007/s00210-018-1581-6.

  6. Amin A., Lotfy M., Mahmoud-Ghoneim D., Adeghate E., Al-Akhras M., Al-Saadi M., Al-Rahmoun S., Hameed R. Pancreas-protective effects of chlorella in STZ-induced diabetic animal model: insights into the mechanism. Journal of Diabetes Mellitus. 2011; 1: 36–45. DOI: 10.4236/jdm.2011.13006.

  7. El-Far A.H., Lebda M.A., Noreldin A.E., Atta M.S., Elewa Y.H.A., Elfeky M., Mousa S.A. Quercetin Attenuates Pancreatic and Renal D-Galactose-Induced Aging-Related Oxidative Alterations in Rats. Int J Mol Sci. 2020; 21 (12): 4348. DOI: 10.3390/ijms21124348.

  8. El Agaty S., Asmaa I.A. Pathophysiological and immunohistochemical analysis of pancreas after renal ischemia/reperfusion injury: protective role of melatonin. Archives of Physiology and Biochemistry. 2020; 126 (3): 264–275. DOI: 10.1080/13813455.2018.1517182.

  9. Mercantepe F., Tümkaya L., Mercantepe T., Yılmaz Rakıcı S. The effects of coenzyme Q10 (CoQ10) on ionizing radiation-induced pancreatic β-cell injury. Endocrinol Res Pract. 2023; 27 (3): 127–134. DOI: 10.5152/erp.2023.23245.

  10. Reisz J.A., Bansal N., Qian J., Zhao W., Furdui C.M. Effects of ionizing radiation on biological molecules–mechanisms of damage and emerging methods of detection. Antioxid Redox Signal. 2014; 21 (2): 260–292. DOI: 10.1089/ars.2013.5489.

  11. Lei G., Mao C., Yan Y., Zhuang L., Gan B. Ferroptosis, radiotherapy, and combination therapeutic strategies. Protein Cell. 2021; 12 (11): 836–857. DOI: 10.1007/s13238-021-00841-y.

  12. Jiao Y., Cao F., Liu H. Radiation-induced Cell Death and Its Mechanisms. Health Phys. 2022; 123 (5): 376–386. DOI: 10.1097/HP.0000000000001601.

  13. Baek J.Y., Lim D.H., Oh D., Nam H., Kim J.J., Lee J.H., Min B.H., Lee H. Increased Risk of Diabetes after Definitive Radiotherapy in Patients with Indolent Gastroduodenal Lymphoma. Cancer Res Treat. 2022; 54 (1): 294–300. DOI: 10.4143/crt.2021.073.

  14. Bacarella N., Ruggiero A., Davis A.T. Whole Body Irradiation Induces Diabetes and Adipose Insulin Resistance in Nonhuman Primates. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2020; 106 (4): 878–886. DOI: 10.1016/j.ijrobp.2019.11.034.

  15. Nylander V., Ingerslev L.R., Andersen E., Fabre O., Garde C., Rasmussen M., Citirikkaya K., Bæk J., Christensen G.L., Aznar M., Specht L., Simar D., Barrès R. Ionizing Radiation Potentiates High-Fat Diet-Induced Insulin Resistance and Reprograms Skeletal Muscle and Adipose Progenitor Cells. Diabetes. 2016; 65 (12): 3573–3584. DOI: 10.2337/db16-0364.

  16. Ezeriņa D., Takano Y., Hanaoka K., Urano Y., Dick T.P. N-Acetyl Cysteine Functions as a Fast-Acting Antioxidant by Triggering Intracellular H2S and Sulfane Sulfur Production. Cell Chem Biol. 2018; 25 (4): 447–459.e4. DOI: 10.1016/j.chembiol.2018.01.011.

  17. Minati M.A., Libert M., Dahou H., Jacquemin P., Assi M. N-Acetylcysteine Reduces the Pro-Oxidant and Inflammatory Responses during Pancreatitis and Pancreas Tumorigenesis. Antioxidants. 2021; 10 (7): 1107. DOI: 10.3390/antiox10071107.

  18. Yilmaz H., Mercantepe F., Tumkaya L., Mercantepe T., Yilmaz A., Yilmaz R.S. The potential antioxidant effect of N-acetylcysteine on X-ray ionizing radiation-induced pancreas islet cell toxicity. Biochem Biophys Res Commun. 2023; 685: 149154. DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.149154.

Receuved December 15, 2023; accepted February 23, 2024.

 

Information about the authors

Demyashkin Grigoriy Aleksandrovich, Doctor of Sciences (Medicine), Head of the Laboratory of Histology and Immunohistochemistry, Institute of Translational Medicine and Biotechnology, Sechenov University, Ministry of Health of the Russian Federation. 119991, Russia, Moscow, Trubetskaya St., 8/2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-8447-2600

Ugurchieva Dali Ibragimovna, Postgraduate Student, Institute of Translational Medicine and Biotechnology, Sechenov University, Ministry of Health of the Russian Federation. 119991, Russia, Moscow, Trubetskaya St., 8/2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0009-0004-7308-8450

Yakimenko Vladislav Andreevich, Postgraduate Student, Institute of Translational Medicine and Biotechnology, Sechenov University, Ministry of Health of the Russian Federation. 119991, Russia, Moscow, Trubetskaya St., 8/2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-2308-6313

Vadyukhin Matvey Anatol'evich, Student, Institute of Clinical Medicine named after. N.V. Sklifosovsky, Sechenov University, Ministry of Health of the Russian Federation. 119991, Russia, Moscow, Trubetskaya St., 8/2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-6235-1020

 

For citation

Demyashkin G.A., Ugurchieva D.I., Yakimenko V.A., Vadyukhin M.A. Osobennosti endokrinnogo apparata podzheludochnoy zhelezy posle vvedeniya N-atsetiltsisteina v modeli ostrogo postluchevogo pankreatita [Characteristics of endocrine component of pancreas after administration of N-acetylcysteine in the model of acute radiation-induced pancreatitis]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2024; 2: 166–174. DOI: 10.34014/2227-1848-2024-2-166-174 (in Russian).

 

Скачать статью

УДК 615.849.12

DOI 10.34014/2227-1848-2024-2-166-174

ОСОБЕННОСТИ ЭНДОКРИННОГО АППАРАТА ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ ПОСЛЕ ВВЕДЕНИЯ N-АЦЕТИЛЦИСТЕИНА В МОДЕЛИ ОСТРОГО ПОСТЛУЧЕВОГО ПАНКРЕАТИТА

Г.А. Демяшкин, Д.И. Угурчиева, В.А. Якименко, М.А. Вадюхин

ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова (Сеченовский Университет)» Минздрава России, г. Москва, Россия

 

Исследования постлучевых поражений поджелудочной железы (ПЖЖ) после облучения заряженными частицами (электроны, протоны) немногочисленны. Установлена эффективность применения некоторых антиоксидантов для снижения диапазона и глубины постлучевых повреждений ПЖЖ. Однако механизмы радиационно-индуцированного повреждения ПЖЖ окончательно не раскрыты, а исследования ее эндокринного аппарата после облучения электронами единичны.

Цель – оценка экспрессии инсулина и глюкагона в панкреатических островках после введения N-ацетилцистеина в модели острого постлучевого панкреатита.

Материалы и методы. Крысы линии Wistar (n=60) были поделены на четыре экспериментальные группы: I – контрольная (n=10); II (n=20) – фракционное локальное облучение электронами; III (n=20) – введение N-ацетилцистеина перед облучением электронами; IV (n=10) – введение N-ацетилцистеина. Животных всех групп выводили из эксперимента через неделю после последней фракции. Фрагменты ПЖЖ готовили для проведения морфологического и иммуногистохимического (с антителами к инсулину и глюкагону) исследований. Сравнения проводили с использованием дисперсионного анализа. Статистический анализ полученных данных выполняли с помощью теста Крускала – Уоллиса и U-теста Манна – Уитни с поправкой Бонферрони.

Результаты. При иммуногистохимическом исследовании через неделю после облучения электронами в суммарной облучающей дозе (СОД) 25 Гр наблюдали снижение уровней экспрессии инсулина (2 балла) и глюкагона (1 балл) по сравнению с контрольной группой. В группе предлучевого введения N-ацетилцистеина через неделю после облучения электронами количество иммунопозитивных инсулоцитов (2–3 балла) и глюкагоноцитов (2 балла) было приближено к контрольным значениям.

Выводы. Локальное облучение электронами в СОД 25 Гр через неделю приводит к снижению эндокринной активности инсулоцитов и глюкагоноцитов, которая частично сохраняется после предлучевого введения N-ацетилцистеина, что указывает на его протективный эффект.

Ключевые слова: поджелудочная железа, инсулоциты, глюкагоноциты, облучение электронами, N-ацетилцистеин.

 

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов

Концепция и дизайн исследования: Демяшкин Г.А., Угурчиева Д.И.

Литературный поиск, участие в исследовании, обработка материала:

Угурчиева Д.И., Вадюхин М.А., Якименко В.А.

Статистическая обработка данных: Якименко В.А., Вадюхин М.А.

Анализ и интерпретация данных: Угурчиева Д.И., Якименко В.А., Демяшкин Г.А.

Написание и редактирование текста: Демяшкин Г.А., Вадюхин М.А., Угурчиева Д.И.

 

Литература

  1. Singh V.K., Seed T.M. Pharmacological management of ionizing radiation injuries: current and prospective agents and targeted organ systems. Expert Opin Pharmacother. 2020; 21 (3): 317–337. DOI: 10.1080/14656566.2019.1702968.

  2. Donya M., Radford M., ElGuindy A., Firmin D., Yacoub M.H. Radiation in medicine: Origins, risks and aspirations. Glob Cardiol Sci Pract. 2014; 2014 (4): 437–448. DOI: 10.5339/gcsp.2014.57.

  3. Cervelli T., Panetta D., Navarra T., Gadhiri S., Salvadori P., Galli A., Caramella D., Basta G., Picano E., Del Turco S. A New Natural Antioxidant Mixture Protects against Oxidative and DNA Damage in Endothelial Cell Exposed to Low-Dose Irradiation. Oxid Med Cell Longev. 2017; 2017: 9085947. DOI: 10.1155/2017/9085947.

  4. Campesi I., Brunetti A., Capobianco G., Galistu A., Montella A., Ieri F., Franconi F. Sex Differences in X-ray-Induced Endothelial Damage: Effect of Taurine and N-Acetylcysteine. Antioxidants. 2023; 12: 77. DOI: 10.3390/antiox12010077.

  5. Topcu A., Mercantepe F., Rakici S., Tumkaya L., Uydu H.A., Mercantepe T. An investigation of the effects of N-acetylcysteine on radiotherapy-induced testicular injury in rats. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol. 2019; 392 (2): 147–157. DOI: 10.1007/s00210-018-1581-6.

  6. Amin A., Lotfy M., Mahmoud-Ghoneim D., Adeghate E., Al-Akhras M., Al-Saadi M., Al-Rahmoun S., Hameed R. Pancreas-protective effects of chlorella in STZ-induced diabetic animal model: insights into the mechanism. Journal of Diabetes Mellitus. 2011; 1: 36–45. DOI: 10.4236/jdm.2011.13006.

  7. El-Far A.H., Lebda M.A., Noreldin A.E., Atta M.S., Elewa Y.H.A., Elfeky M., Mousa S.A. Quercetin Attenuates Pancreatic and Renal D-Galactose-Induced Aging-Related Oxidative Alterations in Rats. Int J Mol Sci. 2020; 21 (12): 4348. DOI: 10.3390/ijms21124348.

  8. El Agaty S., Asmaa I.A. Pathophysiological and immunohistochemical analysis of pancreas after renal ischemia/reperfusion injury: protective role of melatonin. Archives of Physiology and Biochemistry. 2020; 126 (3): 264–275. DOI: 10.1080/13813455.2018.1517182.

  9. Mercantepe F., Tümkaya L., Mercantepe T., Yılmaz Rakıcı S. The effects of coenzyme Q10 (CoQ10) on ionizing radiation-induced pancreatic β-cell injury. Endocrinol Res Pract. 2023; 27 (3): 127–134. DOI: 10.5152/erp.2023.23245.

  10. Reisz J.A., Bansal N., Qian J., Zhao W., Furdui C.M. Effects of ionizing radiation on biological molecules–mechanisms of damage and emerging methods of detection. Antioxid Redox Signal. 2014; 21 (2): 260–292. DOI: 10.1089/ars.2013.5489.

  11. Lei G., Mao C., Yan Y., Zhuang L., Gan B. Ferroptosis, radiotherapy, and combination therapeutic strategies. Protein Cell. 2021; 12 (11): 836–857. DOI: 10.1007/s13238-021-00841-y.

  12. Jiao Y., Cao F., Liu H. Radiation-induced Cell Death and Its Mechanisms. Health Phys. 2022; 123 (5): 376–386. DOI: 10.1097/HP.0000000000001601.

  13. Baek J.Y., Lim D.H., Oh D., Nam H., Kim J.J., Lee J.H., Min B.H., Lee H. Increased Risk of Diabetes after Definitive Radiotherapy in Patients with Indolent Gastroduodenal Lymphoma. Cancer Res Treat. 2022; 54 (1): 294–300. DOI: 10.4143/crt.2021.073.

  14. Bacarella N., Ruggiero A., Davis A.T. Whole Body Irradiation Induces Diabetes and Adipose Insulin Resistance in Nonhuman Primates. Int J Radiat Oncol Biol Phys. 2020; 106 (4): 878–886. DOI: 10.1016/j.ijrobp.2019.11.034.

  15. Nylander V., Ingerslev L.R., Andersen E., Fabre O., Garde C., Rasmussen M., Citirikkaya K., Bæk J., Christensen G.L., Aznar M., Specht L., Simar D., Barrès R. Ionizing Radiation Potentiates High-Fat Diet-Induced Insulin Resistance and Reprograms Skeletal Muscle and Adipose Progenitor Cells. Diabetes. 2016; 65 (12): 3573–3584. DOI: 10.2337/db16-0364.

  16. Ezeriņa D., Takano Y., Hanaoka K., Urano Y., Dick T.P. N-Acetyl Cysteine Functions as a Fast-Acting Antioxidant by Triggering Intracellular H2S and Sulfane Sulfur Production. Cell Chem Biol. 2018; 25 (4): 447–459.e4. DOI: 10.1016/j.chembiol.2018.01.011.

  17. Minati M.A., Libert M., Dahou H., Jacquemin P., Assi M. N-Acetylcysteine Reduces the Pro-Oxidant and Inflammatory Responses during Pancreatitis and Pancreas Tumorigenesis. Antioxidants. 2021; 10 (7): 1107. DOI: 10.3390/antiox10071107.

  18. Yilmaz H., Mercantepe F., Tumkaya L., Mercantepe T., Yilmaz A., Yilmaz R.S. The potential antioxidant effect of N-acetylcysteine on X-ray ionizing radiation-induced pancreas islet cell toxicity. Biochem Biophys Res Commun. 2023; 685: 149154. DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.149154.

Поступила в редакцию 15.12.2023; принята 23.02.2024.

 

Авторский коллектив

Демяшкин Григорий Александрович – доктор медицинских наук, заведующий лабораторией гистологии и иммуногистохимии Института трансляционной медицины и биотехнологии, ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова (Сеченовский Университет)» Минздрава России. 119991, Россия, г. Москва, ул. Трубецкая, 8/2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-8447-2600

Угурчиева Дали Ибрагимовна – аспирант Института трансляционной медицины и биотехнологии, ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова (Сеченовский Университет)» Минздрава России. 119991, Россия, г. Москва, ул. Трубецкая, 8/2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0009-0004-7308-8450

Якименко Владислав Андреевич – аспирант Института трансляционной медицины и биотехнологии, ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова (Сеченовский Университет)» Минздрава России. 119991, Россия, г. Москва, ул. Трубецкая, 8/2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-2308-6313

Вадюхин Матвей Анатольевич – студент Института клинической медицины им. Н.В. Склифосовского, ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова (Сеченовский Университет)» Минздрава России. 119991, Россия, г. Москва, ул. Трубецкая, 8/2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-6235-1020

 

Образец цитирования

Демяшкин Г.А., Угурчиева Д.И., Якименко В.А., Вадюхин М.А. Особенности эндокринного аппарата поджелудочной железы после введения N-ацетилцистеина в модели острого постлучевого панкреатита. Ульяновский медико-биологический журнал. 2024; 2: 166–174. DOI: 10.34014/2227-1848-2024-2-166-174.