MiR-378a-3p и miR-491-5p как маркеры применения ксеноновых ингаляций в допинг-контроле: пилотное исследование

Ингаляции ксенона потенциально могут стимулировать синтез в организме эритропоэтина, что привело к запрету на использование этого метода спортсменами Всемирным антидопинговым агентством как в соревновательный, так и внесоревновательный периоды. Определение ксенона в биологических жидкостях, в частности в образцах плазмы крови, затруднено ввиду небольшого окна детектирования. Косвенная детекция агентов, стимулирующих эритропоэз, возможна по изменению некоторых параметров крови при проведении общего клинического анализа, однако данный анализ неспецифичен.

Цель: поиск новых микроРНК-маркеров, экспрессия которых специфична и значимо изменяется при применении ингаляций ксенона здоровыми добровольцами.

Методы: количественная полимеразная цепная реакция в реальном времени с использованием прибора CFX96 Bio-Rad с помощью наборов miRCURY® LNA® miRNA SYBR® Green PCR Kit и панелей для исследования профилей экспрессии зрелых микроРНК сигнального пути гипоксии miRCURY LNA™ miRNA Focus Panel.

Результаты: установлено, что экспрессия hsa-miR-378а-3p и hsa-miR-491-5p в плазме крови существенно возрастает (более чем в 70 раз) при применении ингаляций ксенона. При этом показатели гематологических параметров до и после подобных ингаляций не показало существенных изменений, что свидетельствует о неэффективности их определения при допинг-контроле для косвенного определения употребления ингаляций ксенона.

Заключение: разница в уровнях экспрессии микроРНК до и после использования ксеноновой смеси (Xe/O₂ (25:75 v/v)) делает hsa-miR-378а-3p и hsa-miR-491-5p потенциальными претендентами на роль маркеров косвенного определения использования ингаляций ксенона спортсменами.

1. Hou B., Li F., Ou S., Yang L., Zhou S. Comparison of recovery parameters for xenon versus other inhalation anesthetics: systematic review and meta-analysis. J. Clin. Anesth. 2016:29:65–74. https://doi.org/10.1016/j.jclinane.2015.10.018

2. Risberg J. Regional cerebral blood flow measurements by 133Xe-inhalation: methodology and applications in neuropsychology and psychiatry. Brain Lang. 1980;9(1):9–34. https://doi.org/10.1016/0093-934x(80)90069-3

3. Цыганков Б.Д., Шамов С.А., Рыхлецкий П.З., Давлетов Л.А. Возможности применения ксенона в комплексной терапии психопатологических расстройств у больных наркологического профиля. Российский медицинский журнал. 2013:(4);11–13.

4. Brücken A., Coburn M., Rex S., Rossaint R., Fries M. Current developments in xenon research. Importance for anesthesia and intensive care medicine. Anaesthesist. 2010;59(10):883–895. https://doi.org/10.1007/s00101-010-1787-6

5. Tassel C., Le Dare B., Morel I., Gicquel T. Xenon: from rare gas to doping product. Presse Med. 2016;45(4):422–430. https://doi.org/10.1016/j.lpm.2016.01.025

6. Bukhtiyarov I.V., Kalmanov A.S., Kislyakov U.U., Nikiforov D.A., Christov S.D., Shvetskiy F.M., Bubeyev U.A. Studying of xenon adaptability within training process for functional state correction of sportsmen. Phys. Ther. Sports Med. 2010;78:22–29

7. Maze M., Laitio T. Neuroprotective Properties of Xenon. Mol. Neurobiol. 2020;57(1):118–124. https://doi.org/10.1007/s12035-019-01761-z

8. Goetzenich A., Hatam N., Preuss S., Moza A., Bleilevens C., Roehl A. B., Autschbach R., Bernhagen J., Stoppe C. The role of hypoxia-inducible factor-1α and vascular endothelial growth factor in late-phase preconditioning with xenon, isoflurane and levosimendan in rat cardiomyocytes. Interact. Cardiovasc. Thorac. Surg. 2014;18(3):321–328. https://doi.org/10.1093/icvts/ivt450

9. Stoppe C., Coburn M., Fahlenkamp A., Ney J., Kraemer S., Rossaint R., Goetzenich A. Elevated serum concentrations of erythropoietin after xenon anaesthesia in cardiac surgery: secondary analysis of a randomized controlled trial. Br. J. Anaesth. 2015;114:701–703. https://doi.org/10.1093/bja/aev060

10. Dias K.A., Lawley J.S., Gatterer H., Howden E.J., Sarma S., Cornwell 3rd W.K., et al. Effect of acute and chronic xenon inhalation on erythropoietin, hematological parameters, and athletic performance. J. Appl. Physiol. 2019;127(6):1503–1510. https://doi.org/110.1152/japplphysiol.00289.2019

11. Bezuglov E., Morgans R., Khalikov R., Bertholz V., Emanov A., Talibov O., Astakhov E., Lazarev A., Shoshorina M. Effect of xenon and argon inhalation on erythropoiesis and steroidogenesis: A systematic review. Heliyon. 2023;9(5):e15837. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e15837

12. The 2023 List of prohibited substances and methods [internet]. Available at: https://www.wada-ama.org/en/resources/world-anti-doping-program/prohibited-list (accessed 19 July 2023).

13. Thevis M., Piper T., Geyer H., Thomas A., Schaefer M.S., Kienbaum P., Schänzer W. Measuring xenon in human plasma and blood by gas chromatography/mass spectrometry. Rapid Commun. Mass Spectrom. 2014;28(13):1501–1506. https://doi.org/10.1002/rcm.6926

14. Thevis M., Piper T., Geyer H., Schaefer M.S., Schneemann J., Kienbaum P., Schänzer W. Urine analysis concerning xenon for doping control purposes. Rapid Commun. Mass Spectrom. 2015;29(1):61–66. https://doi.org/10.1002/rcm.7080

15. Frampas C., Ney J., Coburn M., Augsburger M., Varlet V. Xenon detection in human blood: Analytical validation by accuracy profile and identification of critical storage parameters. J. Forensic Leg. Med. 2018;58:14–19. https://doi.org/10.1016/j.jflm.2018.04.005

16. Kwok W.H., Choi T.L.S., So P.-K., Yao Z.-P., Wan T.S.M. Simultaneous detection of xenon and krypton in equine plasma by gas chromatography-tandem mass spectrometry for doping control. Drug Test. Anal. 2017;9(2):317–322. https://doi.org/10.1002/dta.1971

17. Postnikov P.V., Ishutenko G.V., Polosin A.V., Potapov S.V., Zhovnerchuk E.V., Mochalova E.S. Study of a Possibility of the Direct Determination of Xenon in the Equilibrium Vapor Phase of Whole Blood and Plasma Samples by GC-MS/MS after Inhalation by Healthy Volunteers. Journal of Analytical Chemistry. 2022;77:1737–1743. https://doi.org/10.1134/s1061934822140064

18. Athlete biological passport (ABP) operating guidelines [internet]. Available at: https://www.wada-ama.org/en/resources/world-anti-doping-program/athlete-biological-passport-abp-operating-guidelines (accessed 19 July 2023).

19. Postnikov P.V., Efimova Yu.A., Pronina I.V. Circulating MicroRNAs as a New Class of Biomarkers of Physiological Reactions of the Organism to the Intake of Dietary Supplements and Drugs. Microrna. 2022;11(1):25–35. https://doi.org/10.2174/2211536611666220422123437

20. Постников П.В., Пронина И.В. Преаналитические особенности определения циркулирующих микроРНК как новых специфических биомаркеров реакции организма на физическую нагрузку. Спортивная медицина: наука и практика. 2021;11(4):90–103. https://doi.org/10.47529/2223-2524.2021.4.1

21. Weber J.A., Baxter D.H., Zhang S., Huang D.Y., Huang K.H., Lee M.J., Galas D.J., Wang K. The microRNA spectrum in 12 body fluids. Clin. Chem. 2010;56(11):1733–1741. https://doi.org/10.1373/clinchem.2010.147405

22. Declaration of Helsinki of the World medical association [internet]. Available at: http://acto-russia.org/index.php?option=com_content&task=view&id=21 (accessed 19 July 2023).

23. International Standard for Laboratories [internet]. Available at: https://www.wada-ama.org/en/resources/world-anti-doping-program/international-standard-laboratories-isl (accessed 21 July 2023).

24. Postnikov P.V., Radus F.V., Efimova Yu.A., Pronina I.V. Determination of possible microRNA-markers of cobalt abuse by real-time qPCR using hypoxia signaling pathway panels. Fine Chem. Tech. 2023;18(1):65–74. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2023-18-1-65-74

25. Ma D., Lim T., Xu J., Tang H., Wan Y., Zhao H., Hossain M., Maxwell P.H., Maze M. Xenon preconditioning protects against renal ischemic-reperfusion injury via HIF-1alpha activation. J. Am. Soc. Nephrol. 2009;20(4):713–720 https://doi.org/10.1681/ASN.2008070712

26. Sessa F., Salerno M., Bertozzi G., Cipolloni L., Messina G., Aromatario M., Polo L., Turillazzi E., Pomara C. miRNAs as Novel Biomarkers of Chronic Kidney Injury in Anabolic-Androgenic Steroid Users: An Experimental Study. Front. Pharmacol. 2020;11:563756. https://doi.org/10.3389/fphar.2020.563756

27. Patten I.S., Arany Z. PGC-1 coactivators in the cardiovascular system. Trends Endocrinol. Metab. 2012;23(2):90–97. https://doi.org/10.1016/j.tem.2011.09.007

28. Krist B., Florczyk U., Pietraszek-Gremplewicz K., Józkowicz A., Dulak J. The Role of miR-378a in Metabolism, Angiogenesis, and Muscle Biology. Int. J. Endocrinol. 2015;2015:281756. https://doi.org/10.1155/2015/281756

29. Eichner L.J., Perry M.-C., Dufour C.R., Bertos N., Park M., St-Pierre J., Giguère V. miR-378(*) mediates metabolic shift in breast cancer cells via the PGC-1β/ERRγ transcriptional pathway. Cell Metab. 2010;12(4):352–361. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2010.09.002

30. Gagan J., Dey B.K., Layer R., Yan Z., Dutta A. MicroR-NA-378 targets the myogenic repressor MyoR during myoblast differentiation. J. Biol. Chem. 2011;286(22):19431–19438. https://doi.org/10.1074/jbc.M111.219006

31. Davidsen P.K., Gallagher I.J., Hartman J.W., Tarnopolsky M.A., Dela F., Helge J.W., Timmons J.A., Phillips S.M. High responders to resistance exercise training demonstrate differential regulation of skeletal muscle microRNA expression. J. Appl. Physiol. (1985). 2011;110(2):309–317. https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00901.2010

32. Kim S.W., Kim H.W., Huang W., Okada M., Welge J.A., Wang Y., Ashraf M. Cardiac stem cells with electrical stimulation improve ischaemic heart function through regulation of connective tissue growth factor and miR-378. Cardiovasc. Res. 2013;100(2):241–251. https://doi.org/10.1093/cvr/cvt192

33. Nagalingam R.S., Sundaresan N.R., Gupta M.P., Geenen D.L., Solaro R.J., Gupta M. A cardiac-enriched microRNA, miR-378, blocks cardiac hypertrophy by targeting Ras signaling. J. Biol. Chem. 2013;288(16):11216-11232. https://doi.org/10.1074/jbc.M112.442384

34. Jeon T.-I., Park J.W., Ahn J., Hwa Jung C., Ha T.Y. Fisetin protects against hepatosteatosis in mice by inhibiting miR-378. Mol. Nutr. Food Res. 2013;57(11):1931–1937. https://doi.org/10.1002/mnfr.201300071

35. Chen L.-T., Xu S.-D., Xu H., Zhang J.-F., Ning J.-F., Wang S.-F. MicroRNA-378 is associated with non-small cell lung cancer brain metastasis by promoting cell migration, invasion and tumor angiogenesis. Med. Oncol. 2012;29(3):1673–1680. https://doi.org/10.1007/s12032-011-0083-x

36. Lee D.Y., Deng Z., Wang C.-H., Yang B.B. MicroR-NA-378 promotes cell survival, tumor growth, and angiogenesis by targeting SuFu and Fus-1 expression. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007;104(51):20350–20355. https://doi.org/10.1073/pnas.0706901104

37. Loboda A., Jozkowicz A., Dulak J. HIF-1 versus HIF-2 is one more important than the other? Vascul. Pharmacol. 2012;56(5–6):245–251. https://doi.org/10.1016/j.vph.2012.02.006

38. Hua Z., Lv Q., Ye W., Amy Wong C.-K., Cai G., Gu D., et al. MiRNA-directed regulation of VEGF and other angiogenic factors under hypoxia. PLoS One. 2006;1(1):e116. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0000116

39. Jia X., Wang F., Han Y., Geng X., Li M., Shi Y., Lu L., Chen Y. miR-137 and miR-491 Negatively Regulate Dopamine Transporter Expression and Function in Neural Cells. Neurosci Bull. 2016;32(6):512–522. https://doi.org/10.1007/s12264-016-0061-6

40. Pramod A.B., Foster J., Carvelli L., Henry L.K. SLC6 transporters: structure, function, regulation, disease association and therapeutics. Mol. Aspects Med. 2013;34(2-3):197–219. https://doi.org/10.1016/j.mam.2012.07.002

41. Nikolaus S., Antke C., Hautzel H., Mueller H.W. Pharmacological treatment with L-DOPA may reduce striatal dopamine transporter binding in in vivo imaging studies. Nuklearmedizin. 2016;55(1):21–28. https://doi.org/10.3413/Nukmed-0764-15-08

42. Cheng M.H., Bahar I. Molecular mechanism of dopamine transport by human dopamine transporter. Structure. 2015;23(11):2171–2181 https://doi.org/10.1016/j.str.2015.09.001

43. Shen G., Li X., JIA Y.-F., Piazza G. A., Xi Y. Hypoxia-regulated microRNAs in human cancer. Acta Pharmacologica Sinica. 2013;34(3):336–341. https://doi.org/10.1038/aps.2012.195

44. Choudhry H., Mole D.R. Hypoxic regulation of the non-coding genome and NEAT1. Briefings in Functional Genomics. 2016;15(3):174–185. https://doi.org/10.1093/bfgp/elv050

45. Nallamshetty S., Chan S.Y., Loscalzo J. Hypoxia: A master regulator of microRNA biogenesis and activity. Free Radic. Biol. Med. 2013;64:20–30. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2013.05.022

46. Tang W., Guo Z.-D., Chai W.-N., Du D.-L., Yang X.-M., Cao L., et al. Downregulation of miR-491-5p promotes neovascularization after traumatic brain injury. Neural Regen. Res. 2022;17(3):577–586. https://doi.org/10.4103/1673-5374.314326

47. Yang Y., Wang H., Yang S. Meta-Analysis of miR-NA Expression and Diagnostic Value in Human Glioma. Journal of Biological Regulators and Homeostatic Agents. 2023;37(4):1783–1790. https://doi.org/10.23812/j.biol.regul.homeost.agents.20233704.177