Патофізіологічні механізми ремоделювання сполучної тканини у нащадків опромінених різними дозах щурів

Abstract

Вивчення транзгенераційних ефектів іонізуючого випромінювання є одним із найбільш актуальних завдань сучасної радіобіології та патофізіології. Особливий науковий інтерес викликає стан позаклітинного матриксу (ПКМ), який не лише виконує опорну функцію, а й виступає регулятором клітинного мікрооточення. Порушення обміну колагену та глікозаміногліканів у нащадків опромінених батьків можуть стати підґрунтям для розвитку хронічних патологій у віддаленому періоді. Мета роботи – визначити особливості патофізіологічних механізмів порушень у системі сполучної тканини потомства тварин, батьки яких були опромінені різними дозами іонізуючої радіації, та окреслити потенційні маркери раннього ремоделювання матриксу для превентивної медицини. Дослідження проведено на першому поколінні нащадків білих щурів, батьки яких піддавалися тотальному одноразовому γ-опроміненню. Аналізували стан сполучної тканини легенів та шкіри. Визначали фракційний склад колагену (розчинний та нерозчинний пули), загальну колагенолітичну активність (із диференціацією на металозалежну та металонезалежну ланки) та рівень глікозаміногліканів (ГАГ). Встановлено виражену дозозалежну активацію солюбілізації колагену у легенях нащадків. Це супроводжувалося достовірним зменшенням вмісту структурно стабільного, нерозчинного колагену, що вказує на переважання катаболічних процесів над синтетичними. У шкірі реакція мала пороговий характер: зростання розчинної фракції відбувалося переважно при середніх та високих дозах опромінення батьків. Зниження пулу нерозчинного колагену в дермі відображає глибоку дезорганізацію дермального матриксу. В обох досліджених тканинах зафіксовано підвищення рівня ГАГ, причому в легенях цей процес був інтенсивнішим, що корелює з явищами гіпергідратації матриксу та підвищенням його проникності. Колагенолітична активність (КЛА) зростала паралельно із дозою опромінення. Функціональний аналіз показав посилення протеолізу як у металозалежній, так і в металонезалежній ланках. У тканині легенів домінував металозалежний механізм (активація матриксних металопротеїназ), що є ключовою ланкою патогенезу променевого фіброремоделювання. Результати свідчать про формування єдиного патофізіологічного механізму транзгенераційної відповіді, що полягає у персистуючому ремоделюванні ПКМ. Тканинна специфічність проявляється «розпушенням» та гідратацією в легенях проти протеолітичної дезорганізації у шкірі. Показники колагенових фракцій, КЛА та рівень ГАГ можуть слугувати ранніми біомаркерами для прогнозування віддалених наслідків та мішенями для превентивної корекції балансу «протеази/інгібітори».

The investigation of transgenerational effects induced by ionizing radiation is a cornerstone of modern radiobiology and clinical pathophysiology. The extracellular matrix (ECM) is of particular interest, as it functions not only as a structural scaffold but also as a critical regulator of the cellular microenvironment and signaling. Disturbances in collagen and glycosaminoglycan metabolism in the offspring of irradiated parents may predispose them to various chronic pathologies and accelerated aging. Objective. The study aimed to elucidate the specific pathophysiological mechanisms of connective tissue disorders in the offspring of rats exposed to different doses of ionizing radiation and to identify potential early markers of matrix remodeling essential for preventive medicine and the prediction of long-term radiation-induced consequences. The experimental study was conducted on the firstgeneration (F1) offspring of white rats whose parents had undergone a single totalbody γ-irradiation. Connective tissue status was evaluated in lung and skin samples. The methodology included assessing the fractional composition of collagen (soluble and insoluble pools), determining total collagenolytic activity (differentiating between metal-dependent and metal-independent pathways), and measuring the levels of glycosaminoglycans (GAGs). A significant dose-dependent increase in collagen solubilization was identified in the lungs of the offspring. This process was accompanied by a concomitant reduction in the structurally stable, insoluble collagen pool, indicating a shift toward catabolic dominance. In the skin, the ECM response exhibited a higher threshold: the soluble fraction increased primarily at moderate to high parental radiation doses, while the decrease in insoluble collagen reflected a profound disorganization of the dermal matrix. Both tissues showed elevated levels of GAGs; however, this effect was more pronounced in the lungs, correlating with matrix hyperhydration and increased vascular-tissue permeability. Collagenolytic activity rose in a dose-dependent manner across both metal-dependent and metal-independent arms, leading to overall proteolytic enhancement. In the lungs, the metal-dependent mechanism (likely involving matrix metalloproteinases) was functionally predominant, representing a primary pathogenetic factor in lung remodeling. The findings suggest a unified pathophysiological mechanism of transgenerational response, characterized by persistent ECM remodeling with distinct tissue-specific manifestations: "loosening" and hyperhydration in lung tissue versus proteolytic disorganization in the skin. The authors conclude that collagen fractions, collagenolytic activity, and GAG levels can serve as sensitive early biomarkers and therapeutic targets for preventive interventions. These interventions should aim to correct the proteaseinhibitor imbalance, thereby preventing the progression of fibrotic changes and other long-term radiation effects in subsequent generations.