Триптофан и цинк: влияние совместного введения на гомеостаз свободных аминокислот плазмы

Одна из основных гидрофобных аминокислот – триптофан и незаменимый микроэлемент цинк вы­полняют в организме млекопитающих многочисленные и во многом перекрывающиеся функции. Огромное количе­ство цинксодержащих соединений (белки, ферменты, факторы транскрипции и гормоны) взаимодействуют с мета­болитами триптофана. Нами предпринята попытка выявить основные эффекты аминокислоты и микроэлемента на показатели метаболизма аминокислот с целью определения общих механизмов и целесообразности их возможного терапевтического использования.

Нами обнаружено, что при курсовом введении триптофана в дозе 40 мг/кг в плазме крови снижается общее ко­личество АРУЦ и повышается концентрация свободного триптофана. У животных, получавших цинка диаспартат или цинка диаспартат совместно с триптофаном, снижалось общее количество аминокислот и их азотсодержащих метаболитов в плазме крови. Анализ индивидуальных концентраций аминокислот и их азотсодержащих метаболи­тов показал, что совместное введение триптофана и цинка диаспартата сопровождается статистически значимыми изменениями концентраций большинства изучаемых показателей аминокислотного пула (19 из 35 показателей). Сле­дует отметить однонаправленность изменений содержания свободных аминокислот и их азотсодержащих метаболи­тов в группах животных, получавших цинка диаспартат или цинка диаспартат совместно с триптофаном (совпаде­ние эффектов составляет 90 %).

Таким образом, проведенные нами исследования показали, что курсовое введение цинка диаспартата в дозе 25 мг/кг массы (в 2 раза превышает среднюю терапевтическую дозу) оказывает выраженный метаболический эф­фект, характеризующийся изменениями концентраций свободных аминокислот и их азотсодержащих метаболитов в плазме крови. Курсовое введение триптофана в дозе 40 мг/кг массы (1/2 терапевтической дозы) не оказывает суще­ственного влияния на показатели аминограммы плазмы крови. При совместном введении цинка диаспартата и трип­тофана в указанных дозах выявленные изменения в большей степени можно отнести к эффектам цинка диаспартата. 

1. Tryptophan biochemistry: structural, nutritional, metabolic, and medical aspects in humans / L. Palego [et al.] // J. Amino Acids. – 2016. – Vol. 2016. – Art. 8952520. https://doi.org/10.1155/2016/8952520

2. Zinc and its importance for human health: An integrative review / N. Roohani [et al.] // J. Res. Med. Sci. – 2013. – Vol. 18, N 2. – P. 144‒157.

3. Makita, S. Post-transcriptional regulation of immune responses and inflammatory diseases by RNA-binding ZFP36 family proteins / S. Makita, H. Takatori, H. Nakajima // Front Immunol. – 2021. – Vol. 12. – Art. 711633. https://doi.org/10.3389/fimmu.2021.711633

4. Tryptophan supplementation enhances intestinal health by improving gut barrier function, alleviating inflammation, and modulating intestinal microbiome in lipopolysaccharide-challenged piglets / G. Liu [et al.] // Front Microbiol. – 2022. – Vol. 13. – Art. 919431. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.919431

5. Effect of tryptophan and kynurenine on cell proliferation in tissue culture of the cerebral cortex in young and old rats / N. I. Chalisova [et al.] // Adv. Gerontol. – 2019. – Vol. 9. – P. 186–189. https://doi.org/10.1134/S2079057019020073

6. Tryptophan-derived catabolites are responsible for inhibition of T and natural killer cell proliferation induced by indoleamine 2,3-dioxygenase / G. Frumento [et al.] // J. Exp. Med. – 2002. – Vol. 196, N 4. – P. 459‒468. https://doi.org/10.1084/jem.20020121

7. The effect of IV L-tryptophan on prolactin, growth hormone, and mood in healthy subjects / D. S. Charney [et al.] // Psychopharmacology (Berl). – 1982. – Vol. 78, N 1. – P. 38‒43. https://doi.org/10.1007/BF00470585

8. Cunningham, B. C. Dimerization of human growth hormone by zinc / B. C. Cunningham, M. G. Mulkerrin, J. A. Wells // Science. – 1991. – Vol. 253, N 5019. – P. 545‒548. https://doi.org/10.1126/science.1907025

9. Oxenkrug, G. Insulin resistance and dysregulation of tryptophan-kynurenine and kynurenine-nicotinamide adenine dinucleotide metabolic pathways / G. Oxenkrug // Mol. Neurobiol. – 2013. – Vol. 48, N 2. – P. 294‒301. https://doi.org/10.1007/ s12035-013-8497-4

10. The effect of zinc supplementation in pre-diabetes: A protocol for systematic review and meta-analysis / X. Du [et al.] // Medicine (Baltimore). – 2019. – Vol. 98, N 27. – P. e16259. https://doi.org/10.1097/MD.0000000000016259

11. Tryptophan metabolism, inflammation, and oxidative stress in patients with neurovascular disease / M. Hajsl [et al.] // Metabolites. – 2020. – Vol. 10, N 5. – Art. 208. https://doi.org/10.3390/metabo10050208

12. Melatonin as an antioxidant: under promises but over delivers / R. J. Reiter [et al.] // J. Pineal Res. – 2016. – Vol. 61, N 3. – P. 253‒278. https://doi.org/10.1111/jpi.12360

13. Slepchenko, K. G. Cross talk between increased intracellular zinc (Zn2+) and accumulation of reactive oxygen species in chemical ischemia / K. G. Slepchenko, Q. Lu, Y. V. Li // Am. J. Physiol. Cell Physiol. – 2017. – Vol. 313, N 4. – P. C448‒C459. https://doi.org/10.1152/ajpcell.00048.2017

14. Hübner, C. Interactions of zinc- and redox-signaling pathways / C. Hübner, H. Haase // Redox Biol. – 2021. – Vol. 41. – Art. 101916. https://doi.org/10.1016/j.redox.2021.101916

15. Muthuraman, P. Analysis of dose-dependent effect of zinc oxide nanoparticles on the oxidative stress and antioxidant enzyme activity in adipocytes / P. Muthuraman, K. Ramkumar, D. H. Kim // Appl. Biochem. Biotechnol. – 2014. – Vol. 174, N 8. – P. 2851‒2863. https://doi.org/10.1007/s12010-014-1231-5

16. Tryptophan administration in rats enhances phagocytic function and reduces oxidative metabolism / S. Sanchez [et al.] // Neuro Endocrinol. Lett. – 2008. – Vol. 29, N 6. – P. 1026‒1032.

17. León-Ponte, M. Serotonin provides an accessory signal to enhance T-cell activation by signaling through the 5-HT7 receptor / M. León-Ponte, G. P. Ahern, P. J. O’Connell // Blood. – 2007. – Vol. 109, N 8. – P. 3139‒3146. https://doi.org/10.1182/blood-2006-10-052787

18. Wessels, I. Zinc as a gatekeeper of immune function / I. Wessels, M. Maywald, L. Rink // Nutrients. – 2017. – Vol. 9, N 12. – Art. 1286. https://doi.org/10.3390/nu9121286

19. Lindseth, G. The effects of dietary tryptophan on affective disorders / G. Lindseth, B. Helland, J. Caspers // Arch. Psychiatr. Nurs. – 2015. – Vol. 29, N 2. – P. 102‒107. https://doi.org/10.1016/j.apnu.2014.11.008

20. Zinc is involved in depression by modulating G protein-coupled receptor heterodimerization / M. Tena-Campos [et al.] // Mol. Neurobiol. – 2016. – Vol. 53, N 3. – P. 2003‒2015. https://doi.org/10.1007/s12035-015-9153-y

21. Kynurenine is an endothelium-derived relaxing factor produced during inflammation / Y. Wang [et al.] // Nat. Med. – 2010. – Vol. 16, N 3. – P. 279‒285. https://doi.org/10.1038/nm.2092

22. Zinc regulates iNOS-derived nitric oxide formation in endothelial cells / M. M. Cortese-Krott [et al.] // Redox Biol. – 2014. – Vol. 16, N 2. – P. 945‒954. https://doi.org/10.1016/j.redox.2014.06.011

23. Gut microbiota-produced tryptamine activates an epithelial g-protein-coupled receptor to increase colonic secretion / Y. Bhattarai [et al.] // Cell Host Microbe. – 2018. – Vol. 23, N 6. – P. 775‒785.e5. https://doi.org/10.1016/j.chom.2018.05.004

24. Effect of zinc treatment on intestinal motility in experimentally induced diarrhea in rats / O. S. Adeniyi [et al.] // Niger J. Physiol. Sci. – 2014. – Vol. 29, N 1. – P. 11‒15.

25. Выбор дозы препарата для доклинического исследования: межвидовой перенос доз / Е. В. Шекунова [и др.] // Ведомости Науч. центра экспертизы средств мед. применения. Регулятор. исслед. и экспертиза лекарств. средств. – 2020. – Т. 10, № 1. – С. 19–28.

26. Neinast, M. Branched chain amino acids / M. Neinast, D. Murashige, Z. Arany // Annu. Rev. Physiol. – 2019. – Vol. 81. – P. 139‒164. https://doi.org/10.1146/annurev-physiol-020518-114455

27. Holeček, M. Branched-chain amino acids in health and disease: metabolism, alterations in blood plasma, and as supplements / M. Holeček // Nutr. Metab. – 2018. – Vol. 15. – Art. 33. https://doi.org/10.1186/s12986-018-0271-1