Молекулярные механизмы действия таурина на метаболизм клеток крови и хондроцитов хряща коленных суставов у больных с поздней стадией ревматоидного артрита

Ранее мы показали, что развитие ревматоидного артрита (РА) сопровождается не только воспалением, но и нарушением центральных метаболических процессов, которое отражается на экспрессии генов энергетического метаболизма. В связи с неэффективностью используемой терапии, а также нежелательными явлениями в некоторых случаях целесообразно использовать нутриенты, например таурин.
Цель исследования – определить влияние таурина на экспрессию генов, ответственных за основные пути энергетического метаболизма, воспалительную и регенерационную активность при культивировании клеток крови и эксплантатов суставного хряща у больных с поздней стадией РА.
Материал и методы. Исследованы кровь и эксплантаты суставного хряща 20 больных РА (3 мужчин и 17 женщин, средний возраст – 62,2±10,9 года, средняя длительность заболевания – 18,2 года) перед эндопротезированием коленного сустава. Клетки крови и хрящи культивировали в присутствии 50 мкмоль таурина. Экспрессию генов в эксплантатах хряща определяли посредством обратно-транскриптазной и полимеразной цепной реакции в режиме реального времени.
Результаты и обсуждение. При культивировании клеток крови больных РА в присутствии 50 мкм таурина наблюдалось значительное повышение экспрессии генов пируваткиназы (PKM2), сукцитатдегидрогеназы (SDHВ), разобщителя окисления и фосфорилирования (UCP2), АТФ-синтазы (АТР5В) и unc-51-подобной киназы 1 (ULK1). В эксплантатах хряща таурин также активировал экспрессию генов SDHB и UCP2 и незначительно – ULK1 (р=0,07). Более того, при культивировании в присутствии таурина исследуемых тканей наблюдалось выраженное снижение экспрессии фактора некроза опухоли á (ФНОá). Культивирование эксплантатов суставного хряща в присутствии таурина значительно увеличивало экспрессию гена коллагена II типа (COL2A1).
Заключение. Таурин благоприятно влияет на состояние энергетического метаболизма, увеличивая в клетках крови и эксплантатах суставного хряща экспрессию генов, ответственных за активность окислительного фосфорилирования и аутофагии, а также снижая экспрессию маркера воспаления ФНОá. Однако, в отличие от хондроцитов хряща, в клетках крови таурин также повышал активность гликолиза и увеличивал экспрессию АТФ-синтазы. Усиление регенеративного потенциала хондроцитов в эксплантатах хряща больных РА в присутствии таурина свидетельствует о повышении экспрессии гена коллагена II типа.

1. Diaz-Gonzalez F, Hernandez-Hernandez MV. Rheumatoid arthritis. Med Clin (Barc). 2023 Dec 22;161(12):533-542. doi: 10.1016/j.medcli.2023.07.014.

2. Brown P, Pratt AG, Hyrich KL. Therapeutic advances in rheumatoid arthritis. BMJ. 2024 Jan 17:384:e070856. doi: 10.1136/bmj-2022-070856.

3. Xiang G, Gao M, Qin H, et al. Benefit-risk assessment of traditional Chinese medicine preparations of sinomenine using multicriteria decision analysis (mcda) for patients with rheumatoid arthritis. BMC Complement Med Ther. 2023 Feb 6;23(1):37. doi: 10.1186/s12906-023-03864-6.

4. Radu AF, Bungau SG. (2021). Management of rheumatoid arthritis: an overview. Cells. 2021 Oct 23;10(11):2857.doi: 10.3390/cells10112857.

5. Zhu X, Shen X, Hou X, Luo, et al. Total glucosides of paeony for the treatment of rheumatoid arthritis: a methodological and reporting quality evaluation of systematic reviews and meta-analyses. Int Immunopharmacol. 2020 Nov:88:106920. doi: 10.1016/j.intimp.2020.106920.

6. Weyand CM, Wu B, Goronzy JJ. The metabolic signature of T cells in rheumatoid arthritis. Curr Opin Rheumatol. 2020 Mar;32(2): 159-167. doi: 10.1097/BOR.0000000000000683.

7. Yang Z, Shen Y, Oishi H, et al. Restoring oxidant signaling suppresses proarthritogenic T cell effector functions in rheumatoid arthritis. Sci Transl Med. 2016 Mar 23;8(331): 331ra38. doi: 10.1126/scitranslmed.aad7151.

8. Weyand CM, Zeisbrich M, Goronzy JJ. Metabolic signatures of T-cells and macrophages in rheumatoid arthritis. Curr Opin Immunol. 2017 Jun:46:112-120. doi: 10.1016/j.coi.2017.04.010.

9. Li Y, Liu Y, Wang C, et al. Succinate induces synovial angiogenesis in rheumatoid arthritis through metabolic remodeling and HIF-1 /VEGF axis. Free Radic Biol Med. 2018 Oct:126:1-14. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2018.07.009.

10. Wu B, Goronzy JJ, Weyand CM. Metabolic Fitness of T Cells in Autoimmune Disease. Immunometabolism. 2020;2(2):e200017. doi: 10.20900/immunometab20200017.

11. Четина ЕВ, Демидова НВ, Маркова ГА. Метаболические аспекты прогнозирования достижения ремиссии по базальной экспрессии генов в крови больных ревматоидным артритом. Современная ревматология. 2019;13(2):47-54. doi: 10.14412/1996-7012-2019-2-47-54

12. Li Y, Shen Y, Jin K, et al. The DNA Repair Nuclease MRE11A Functions as a Mito chondrial Protector and Prevents T Cell Pyroptosis and Tissue Inflammation. Cell Metab. 2019 Sep 3;30(3):477-492.e6. doi: 10.1016/j.cmet.2019.06.016.

13. Goodpaster BH, Sparks LM. Metabolic Flexibility in Health and Disease. Cell Metab. 2017 May 2;25(5):1027-1036. doi: 10.1016/j.cmet.2017.04.015.

14. Четина ЕВ, Демидова НВ, Маркова ГА и др. Прогнозирование эффективности терапии метотрексатом по базальной экспрессии гена АМР-активируемой протеинкиназы в крови больных ревматоидным артритом. Современная ревматология. 2022;16(1):46-51. doi: 10.14412/1996-7012-2022-1-46-51

15. Четина ЕВ, Сатыбалдыев АМ, Маркова ГА и др. Ассоциация между низким исходным уровнем экспрессии генов энергетического метаболизма в крови и развитием клинической ремиссии в ответ на терапию тофацитинибом у больных ревматоидным артритом. Современная ревматология. 2021;15(3):20-6. doi: 10.14412/1996-7012-2021-3-20-26

16. Min HK, Kim SH, Kim HR, et al. Therapeutic Utility and Adverse Effects of Biologic Disease-Modifying Anti-Rheumatic Drugs in Inflammatory Arthritis. Int J Mol Sci. 2022 Nov 11;23(22):13913. doi: 10.3390/ijms232213913.

17. Wen C, Li F, Zhang L, et al. Taurine is Involved in Energy Metabolism in Muscles, Adipose Tissue, and the Liver. Mol Nutr Food Res. 2019 Jan;63(2):e1800536. doi: 10.1002/mnfr.201800536.

18. Singh P, Gollapalli K, Mangiola S, et al. Taurine deficiency as a driver of aging. Science. 2023 Jun 9;380(6649):eabn9257. doi: 10.1126/science.abn9257.

19. Ripps H, Shen W. Review: taurine: a “very essential” amino acid. Mol Vis. 2012:18: 2673-86.

20. Lambert IH, Kristensen DM, Holm JB, et al. Physiological role of taurine--from organism to organelle. Acta Physiol (Oxf). 2015 Jan;213(1):191-212. doi: 10.1111/apha.12365.

21. Ito T, Yoshikawa N, Inui T, et al. Tissue depletion of taurine accelerates skeletal muscle senescence and leads to early death in mice. PLoS One. 2014 Sep 17;9(9):e107409. doi: 10.1371/journal.pone.0107409.

22. Chen C, Xia S, He J, et al. Roles of taurine in cognitive function of physiology, pathologies and toxication. Life Sci. 2019 Aug 15:231:116584. doi: 10.1016/j.lfs.2019.116584.

23. Imae M, Asano T, Murakami S. Potential role of taurine in the prevention of diabetes and metabolic syndrome. Amino Acids. 2014 Jan;46(1):81-8. doi: 10.1007/s00726-012-1434-4.

24. Pasantes-Morales H, Hernandez-Benitez R. Taurine and brain development: trophic or cytoprotective actions? Neurochem Res. 2010 Dec;35(12):1939-43. doi: 10.1007/s11064-010-0262-8.

25. Jamshidzadeh A, Heidari R, Abasvali M, et al. Taurine treatment preserves brain and liver mitochondrial function in a rat model of fulminant hepatic failure and hyperammonemia. Biomed Pharmacother. 2017 Feb:86:514-520. doi: 10.1016/j.biopha.2016.11.095.

26. Jong CJ, Azuma J, Schaffer S. Mechanism underlying the antioxidant activity of taurine: prevention of mitochondrial oxidant production. Amino Acids. 2012 Jun;42(6):2223-32. doi: 10.1007/s00726-011-0962-7.

27. Wenz T, Rossi SG, Rotundo RL, et al. Increased muscle PGC-1alpha expression protects from sarcopenia and metabolic disease during aging. Proc Natl Acad Sci U S A. 2009 Dec 1;106(48):20405-10. doi: 10.1073/pnas.0911570106.

28. Ferrucci L, Fabbri E. Inflammageing: chronic inflammation in ageing, cardiovascular disease, and frailty. Nat Rev Cardiol. 2018 Sep;15(9):505-522. doi: 10.1038/s41569-018-0064-2.

29. Tchetina EV, Antoniou J, Tanzer M, et al. TGFbeta2 suppresses collagen cleavage in cultured human osteoarthritic cartilage, reduces expression of genes associated with chondrocyte hypertrophy and degradation, and increases prostaglandin E2 production. Am J Pathol. 2006 Jan;168(1):131-40. doi: 10.2353/ajpath.2006.050369.

30. Tchetina EV, Di Battista JA, Zukor DL, et al. Prostaglandin E2 suppresses collagen cleavage in cultured human osteoarthritic cartilage, involves a reduction in expression of proinflammatory cytokines and those associated with chondrocyte hypertrophy. Arthritis Res Ther. 2007;9(4):R75. doi: 10.1186/ar2273.

31. Jahid M, Khan KU, Rehan-Ul-Haq, et al. Overview of Rheumatoid Arthritis and Scientific Understanding of the Disease. Mediterr J Rheumatol. 2023 Aug 1;34(3):284-291. doi: 10.31138/mjr.20230801.oo.

32. Perez-Hernandez E, Pastrana-Carballo JJ, Gomez-Chavez F, et al. A Key Metabolic Regulator of Bone and Cartilage Health. Endocrinol Metab (Seoul). 2022 Aug;37(4):559-574. doi: 10.3803/EnM.2022.1443.

33. Sharma S, Agnihotri N, Kumar S. Targeting fuel pocket of cancer cell metabolism: A focus on glutaminolysis. Biochem Pharmacol. 2022 Apr:198:114943. doi: 10.1016/j.bcp.2022.114943.

34. Shimada-Takaura K, Takahashi K, Ito T, Schaffer S. Role for Taurine in Development of Oxidative Metabolism After Birth. Adv Exp Med Biol. 2017:975 Pt 2:1047-1057. doi: 10.1007/978-94-024-1079-2_83.

35. Maguire D, Shah J, McCabe M. Assaying ATP synthase rotor activity. Adv Exp Med Biol. 2006:578:67-72. doi: 10.1007/0-387-29540-2_11.

36. Schaffer SW, Shimada-Takaura K, Jong CJ, et al. Impaired energy metabolism of the taurine-deficient heart. Amino Acids. 2016 Feb;48(2):549-58. doi: 10.1007/s00726-015-2110-2.

37. Jong CJ, Azuma J, Schaffer S. Mechanism underlying the antioxidant activity of taurine: prevention of mitochondrial oxidant production. Amino Acids. 2012 Jun;42(6):2223-32. doi: 10.1007/s00726-011-0962-7. Epub 2011 Jun 21.

38. Bettedi L, Foukas LC. Growth factor, energy and nutrient sensing signalling pathways in metabolic ageing. Biogerontology. 2017 Dec; 18(6):913-929. doi: 10.1007/s10522-017-9724-6.

39. Sevin G, Ozsar G. Taurine inhibits increased MMP-2 expression in a model of oxidative stress induced by glutathione depletion in rabbit heart. Eur J Pharmacol. 2013 Apr 15; 706(1-3):98-106. doi: 10.1016/j.ejphar.2013.02.052.

40. Marcinkiewicz J, Kontny E. Taurine and inflammatory diseases. Amino Acids. 2014 Jan; 46(1):7-20. doi: 10.1007/s00726-012-1361-4.

41. Yin Y, Guo M, Lipsky PE, Zhang X. Can we cure rheumatoid arthritis? Curr Opin Immunol. 2025 Jun:94:102561. doi: 10.1016/j.coi.2025.102561.

42. Rondanelli M, Perdoni F, Peroni G, et al. Ideal food pyramid for patients with rheumatoid arthritis: A narrative review. Clin Nutr. 2021 Mar;40(3):661-689. doi: 10.1016/j.clnu.2020.08.020. Epub 2020 Sep 2.