The content of hypoxia-inducible factors and mediators of immunosuppression in the blood in diseases associated with hypoxia

S P Chumakova,V M Shipulin,A P Koshel,M V Vins,V V Novitsky,O I Urazova,A S Pryakhin,A A Bulanova,E B Bukreeva

doi:10.20538/1682-0363-2020-3-105-112

Abstract

The aim of the study was to identify general patterns and features of changes in the content of hypoxia-inducible factors-1 and -2 in association with an imbalance of cytokines (IL-10, IL-13, galectin-2 and -9, IFN-gamma) in the blood in diseases associated with hypoxia. Materials and methods. We examined 25 patients with coronary heart disease (CHD) with heart failure II-III according to NYHA, 16 patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) without exacerbation, 16 patients with infiltrative pulmonary tuberculosis (TB) before anti-TB therapy, and 18 relatively healthy donors. Plasma concentrations of HIF-1alpha, HIF-2alpha, IL-10, IL-13, galectins-2 and -9, and IFN-gamma were determined by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Results. Positive outcomes of quantity determination of HIF-2alpha in the blood (24.00 ± 8.54 %, 75.00 ± 10.83%, 43.75 ± 12.40% of patients, respectively, against «zero» values in healthy donors) and also signs of immunosuppression at normal plasma concentrations of HIF-1alpha were determined in diseases associated with chronic hypoxia (in patients with CHD, COPD, TB). Immunological insufficiency in CHD and TB is caused by a deficiency of IFN-gamma and galectin-2 in association with an excess of galectin-9 (in patients with CHD 1.10 [0.52; 2.60] pg/ml p = 0.038) or IL-13 (in patients with TB 0.81 [0.79; 1.40] pg/ml, p = 0.043), and in patients with COPD it is caused by a surplus of galectin-9 and IL-13 (8.50 [3.96; 15.00] pg/ml, p = 0.001 and 2.62 [1.20; 7.58] pg/ml, p = 0.002, respectively) at normal concentrations of IFN-gamma and galectin-2. The content of IL-10 in the blood tends to increase in CHD and COPD. Conclusion. In patients with CHD, COPD and TB, chronic hypoxia is associated with immunosuppression mediated by an imbalance of IL-10, IL-13, IFN-gamma, galectins (2 and 9) in the blood and the secretion of HIF-2alpha, which has the property to stimulate the differentiation of M2-macrophages synthesizing anti-inflammatory cytokines.

Highlights

В последнее десятилетие увеличилось количество публикаций, посвященных изучению механизмов внутриклеточного сигналинга и процессов межклеточной кооперации при адаптации клеток к гипоксии
We examined 25 patients with coronary heart disease (CHD) with heart failure II-III according to NYHA, 16 patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) without exacerbation, 16 patients with infiltrative pulmonary tuberculosis (TB) before anti-TB therapy, and 18 relatively healthy donors
Positive outcomes of quantity determination of hypoxia-inducible factor (HIF)-2alpha in the blood (24.00 ± 8.54 %, 75.00 ± 10.83%, 43.75 ± 12.40% of patients, respectively, against «zero» values in healthy donors) and signs of immunosuppression at normal plasma concentrations of HIF-1alpha were determined in diseases associated with chronic hypoxia

Summary

Introduction

В последнее десятилетие увеличилось количество публикаций, посвященных изучению механизмов внутриклеточного сигналинга и процессов межклеточной кооперации при адаптации клеток к гипоксии. При этом большинство источников литературы по данной теме содержит информацию о нарастающем в условиях кислородной недостаточности образовании гипоксия-индуцируемого фактора-1 (HIF-1) [1,2,3,4]. Интерес ученых к оценке этого фактора при гипоксии, с одной стороны, обусловлен универсальностью данной реакции (гипоксия относится к типовым патологическим процессам) и, с другой стороны, тем, что кислород-зависимая субъединица HIF-1α синтезируется в любой ядросодержащей клетке организма. После ее взаимодействия с конститутивной субъединицей HIFβ образуется транскрипционный фактор HIF-1, который перемещается в ядро клетки и активирует экспрессию генов ферментов гликолиза, антиапоптотических факторов и провоспалительных цитокинов, реализуя стресс-реакцию, включающую быструю адаптацию клетки к условиям дефицита кислорода, ее защиту от гибели и воспалительный ответ [1]. В связи с этим закономерно формируется представление, что гипоксия индуцирует воспаление и активацию иммунокомпетентных клеток

Objectives

Results

Conclusion