Features of the cytogram and cytokine profile of bronchoalveolar lavage fluid in experimental metabolic syndrome

The aim of the study was to identify the features of the cellular composition and cytokine profile of bronchoalveolar lavage fluid in rats in a model of diet-induced metabolic syndrome.

Materials and methods. In an experiment on animals (rats), a model of metabolic syndrome (MS) induced by a high-fat and high-carbohydrate diet was reproduced. To assess the viability of the reproduced model, biochemical and morphometric methods were used, such as measurement of body weight, specific gravity of liver and visceral fat, and blood pressure, determination of glucose concentration in the blood (including a glucose tolerance test), as well as determination of blood lipid parameters. To assess the intensity of the inflammatory response in the blood, the concentration of total protein, the total number of leukocytes, and the levels of immunocytokines (interleukin (IL)-6, IL-10, tumor necrosis factor (TNF)α, monocyte chemoattractant protein (MCP)-1) were determined. Open bronchoalveolar lavage was performed on the isolated heart – lung complex. The concentration of protein, immunocytokines (IL-6, IL-10, TNFα, MCP-1), the total number of leukocytes, and the ratio of their morphological types were determined in the bronchoalveolar lavage fluid (BALF).

Results. In animals with MS, an increase in the total number of leukocytes in the blood due to granulocytes and a rise in the concentration of protein, TNFα, and IL-10 were revealed compared with the parameters in the controls. BALF analysis revealed an increase in the concentration of protein, the total number of leukocytes, and the absolute number of alveolar macrophages, neutrophil granulocytes, and lymphocytes. The levels of IL-6 and MCP-1 were more than 1.5 times higher.

Conclusion. Changes in the qualitative and quantitative parameters of BALF are inflammatory in nature and are formed during a systemic inflammatory response accompanying metabolic disorders in modeling MS in rats in the experiment.

1. Lee J., Lee K.S., Kim H., Jeong H., Choi M.J., Yoo H.W. et al. The relationship between metabolic syndrome and the incidence of colorectal cancer. Environmental Health and Preventive Medicine. 2020;25(1):6. DOI: 10.1186/s12199-02000845-w.

2. Segula D. Complications of obesity in adults: a short review of the literature. Malawi Med. J. 2014; 26(1):20–24.

3. Laakso M., Kuusisto J., Stančáková, A., Kuulasmaa T., Pajukanta P., Lusis A.J. et al. The Metabolic Syndrome in Men study: a resource for studies of metabolic and cardiovascular diseases. Journal of Lipid Research. 2017;58(3):481–493. DOI: 10.1194/jlr.O072629.

4. Будневский А.В., Малыш Е.Ю., Овсянников Е.С., Дробышева Е.С. Бронхиальная астма и метаболический синдром: клинико-патогенетические взаимосвязи. Терапевтический архив. 2015;87(10):110–114. DOI: 10.17116/terarkh20158710110-114.

5. Будневский А.В., Овсянников Е.С., Лабжания Н.Б. Сочетание хронической обструктивной болезни легких и метаболического синдрома: патофизиологические и клинические особенности. Терапевтический архив. 2017;89(1):123–127. DOI: 10.17116/terarkh2017891123-127.

6. Воронкова О.В., Саприна T.В., Букреева Е.Б., Зима А.П. Этиопатогенетические параллели и нерешенные вопросы патогенеза коморбидности хронической обструктивной болезни легких и метаболического синдрома (обзор литературы). Ожирение и метаболизм. 2020;17(3):292–298. DOI: 10.14341/omet12378.

7. Зиновьев С.В., Селиверстов С.С., Целуйко С.С., Горбунов М.М., Семенов Д.А. Морфологическая характеристика открытого бронхоальвеолярного лаважа легкого крысы. Амурский медицинский журнал. 2015;4(12):103–108.

8. Алимкина О.В., Петренко А.Э., Савченко Е.С., Огнева Н.С., Tабоякова Л.А., Максименко С.В. и др. Анализ клеточного состава бронхоальвеолярного лаважа при моделировании и лечении острого респираторного дистресс-синдрома на мышах-биомоделях. Биомедицина. 2021;17(3):17–22. DOI: 10.33647/2074-5982-17-3-17-22.

9. Матичин А.А., Кательникова А.Е., Крышень К.Л. Особенности отбора бронхоальвеолярного лаважа у лабораторных животных. Лабораторные животные для научныx исследований. 2019;4:6. DOI: 10.29296/2618723X-2019-04-06.

10. Woods S.C., Seeley R.J., Rushing P.A., D'Alessio D., Tso P. A controlled high-fat diet induces an obese syndrome in rats. J. Nutr. 2003; 133(4):1081–1087. DOI: 10.1093/jn/133.4.1081.

11. Jawien J., Nastalek P., Korbut R. Mouse models of experimental atherosclerosis. J. Physiol. Pharmacol. 2004;55(3):503.

12. Tran L.T., Yuen V.G., McNeill J.H. The fructose-fed rat: a review on the mechanisms of fructose-induced insulin resistance and hypertension. Mol. Cell. Biochem. 2009;332(12):145–159. DOI: 10.1007/s11010-009-0184-4.

13. Ригер Н.А., Апрятин С.А., Шипелин В.А., Гмошинский И.В. Иммунологические маркеры алиментарно-индуцированной гиперлипидемии у крыс линии Вистар. Вопросы питания. 2019;88(3):44–52. DOI: 10.24411/00428833-2019-10028.

14. Романцова T.И., Сыч Ю.П. Иммунометаболизм и метавоспаление при ожирении. Ожирение и метаболизм. 2019;16(4):3–17. DOI: 10.14341/omet12218.

15. Беспалова И.Д., Рязанцева Н.В., Калюжин В.В. и др. Системное воспаление в патогенезе метаболического синдрома и ассоциированных с ним заболеваний. Сибирский медицинский журнал (Иркутск). 2013;117(2):5–9.

16. Шварц В. Воспаление жировой ткани (часть 1). Морфологические и функциональные проявления. Проблемы эндокринологии. 2009;55(4):44–49. DOI: 10.14341/probl200955444-49.

17. Крюков Н.Н., Гинзбург М.М., Киселева Е.В. Современный взгляд на роль асептического воспаления жировой ткани в генезе ожирения и метаболического синдрома. Артериальная гиnертензия. 2013;19(4):305–310. DOI: 10.18705/1607-419X-2013-19-4-.

18. McCracken E., Monaghan M., Sreenivasan S. Pathophysiology of the metabolic syndrome. Clin. Dermatol. 2018;36(1):14– 20. DOI: 10.1016/j.clindermatol.2017.09.004.

19. Lee B.-C., Lee J. Cellular and molecular players in adipose tissue inflammation in the development of obesity-induced insulin resistance. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Molecular Basis of Disease. 2014;1842(3):446–462. DOI: 10.1016/j.bbadis.2013.05.017.

20. Кологривова И.В., Винницкая И.В., Кошельская O.А., Суслова T.Е. Висцеральное ожирение и кардиометаболический риск: особенности гормональной и иммунной регуляции. Ожирение и метаболизм. 2017;14(3):3–10. DOI: 10.14341/OMET201733-10.

21. Kodavanti U.P. Respiratory toxicity biomarkers. Biomarkers in Toxicology. Academic Press. 2014:217–239. DOI: 10.1016/B978-0-12-404630-6.00012-9.

22. Лямина С.В., Шимшелашвили Ш.Л., Калиш С.В., Малышева Е.В., Ларионов Н.П., Малышев И.Ю. Изменение фенотипа и фенотипической пластичности альвеолярных макрофагов при заболеваниях легких, имеющих воспалительный компонент. Пульмонология. 2012;6:83–89. DOI: 10.18093/0869-0189-2012-0-6-83-89.

23. Кжышковска Ю.Г., Грачев А.Н. Маркеры моноцитов и макрофагов для диагностики иммунопатологий. Патогенез. 2012;10(1):14–19.

24. Murray P.J., Allen J.E., Biswas S.K., Fisher E.A., Gilroy D.W., Goerdt S. et al. Macrophage activation and polarization: nomenclature and experimental guidelines. Immunity. 2014;41(1):14–20. DOI: 10.1016/j.immuni.2014.06.008.

25. Колотов К.А., Распутин П.Г. Моноцитарный хемотаксический протеин-1 в физиологии и медицине. Пермский медицинский журнал. 2018;35(3):99–105. DOI: 10.17816/pmj35399-105.

26. Rincon M., Irvin C.G. Role of IL-6 in asthma and other inflammatory pulmonary diseases. Int. J. Biol. Sci. 2012;8(9):1281– 1290. DOI: 10.7150/ijbs.4874.

27. Durham A.L., Caramori G., Chung K.F., Adcock I.M. Targeted anti-inflammatory therapeutics in asthma and chronic obstructive lung disease. Transl. Res. 2016;167(1):192–203. DOI: 10.1016/j.trsl.2015.08.004.

28. Wolf J., Rose-John S., Garbers C. Interleukin-6 and its receptors: a highly regulated and dynamic system. Cytokine. 2014;70(1):11–20. DOI: 10.1016/j.cyto.2014.05.024.