Роль окислительного стресса в патогенезе воспаления

Вступление

Окислительный стресс — это избыточное образование в клетках и тканях активных форм кислорода (АФК), которые не могу быть нейтрализованы антиоксидантами.
Дисбаланс в работе защитных механизмов может приводить к повреждению молекул ДНК, белков, жиров и увеличить вероятность мутагенеза.
Активные формы кислорода в норме образуются в ограниченном количестве и являются необходимой частью процессов поддержания клеточного гомеостаза и функций.
В процессе клеточного дыхания митохондрии продуцируют АФК и органические перекиси.
- При гипоксии в реакциях дыхательной цепи может синтезироваться активная форма азота (АФА), которая в дальнейшем может влиять на синтез других активных соединений.
- Избыточная продукция АФК/АФА, особенно в течение длительного периода, может стать причиной повреждения клеточной структуры и нарушения функции и приводить к соматическим мутациям и предраковым и раковым изменениям; в дальнейшем она может вызывать необратимые изменения в клетках, некроз и апоптотические процессы.

Полифенолы — это натуральные соединения, встречающиеся в растениях, со множеством биологических эффектов. Фенольные соединения и флавоноиды могут взаимодействовать с АФК/АФА и прерывать цепную реакцию до того, как она сильно повредит клетку.

Различные воспалительные стимулы, такие как избыточная продукция АФК/АФА в окислительном фосфорилировании и некоторые натуральные или искусственные соединения, инициируют противовоспалительный процесс с синтезом и секрецией противовоспалительных цитокинов.
Критическую роль в воспалительном процессе играют активация ядерного фактора «каппа би»/ активирующего белка-1 (NF-κB/AP-1) и синтез фактора некроза опухолей альфа (TNF-α), они приводят к развитию некоторых хронических заболеваний.
Фитохимические вещества, такие как полифенолы, могут модулировать воспалительные процессы.

Это исследование описывает биологические эффекты полифенолов и их возможное противовоспалительное действие.

Отношения между окислительным стрессом и воспалением

Воспаление — это естественный защитный механизм, направленный против патогенов. Оно ассоциировано со множеством патогенетических состояний, таких как микробные и вирусные инфекции, воздействия аллергенов, радиации и токсических химикатов, аутоиммунные и хронические заболевания, алкоголизм, курение и выскокалорийная диета.
Многие из хронических заболеваний, при которых синтезируются АФК, приводят к окислительному стрессу и окислению белков.
- Более того, окисление белков переходит в выброс молекулярных воспалительных сигналов, например, пероксиредоксина.
Данные свидетельствуют о том, что окислительный стресс играет патогенную роль в заболеваниях, обусловленных хроническим воспалением.
- Повреждения, вызванные им, такие как окисленные белки, продукты гликозилирования и липидное перокисление приводят к дегенеративным изменениям нейронов при заболеваниях мозга.
  - АФК, продуцируемые в мозге, могут модулировать синаптическое и несинаптическое взаимодействие между нейронами, что приводит к воспалению и смерти клеток, а потом и к нейродегенеративным процессам и потере памяти.
Трипептидный гютатион (GSH) — это внутриклеточный тиольный антиоксидант; его низкий уровень вызывает повышенный синтез АФК и приводит к дисбалансированному иммунному ответу, воспалению и инфекции.
Были проведены исследования роли GSH и его окисленной формы, их регуляторых функций и генной экспрессии отдельно от поглощения радикалов.
GSH участвует в окисительно-восстановительной регуляции иммунитета через смешанные дисульфиды между цистеинами и глутатионами.
- Это явление известно как глутатионилирование, осуществляющее свои функции через сигнальные белки и транскрипционные факторы.

Воспалительные стимулы индуцируют выброс PRDX2 — убиквитинового редокс-активного внутриклеточного фермента.

После выброса он работает как редокс-зависимый медиатор воспаления и стимулирует синтез и выброс ФНО-α макрофагами.
Глутатионилирование GSH происходит до или во время выброса PRDX2, что регулирует иммунитет.
Salzano и др. при использовании протеомных методов масс-спектрометрии выявили PRDX2 среди глютатинированных белков, синтезированных in vitro LPS-стимулированными макрофагами.
PRDX2 также является частью воспалительного каскада и может индуцировать выброс ФНО-α.
В классической воспалительной реакции цитокины синтезируются, но PRDX2 не влияет на мРНК или на синтез белка, опосредованный липосазаридом (LPS), хотя впоследствии он и обнаруживается в макрофагах, но в более низком уровне, чем при стимуляции LPS и выработке в окисленной форме.
В исследовании приходят к заключению, что PRDX2 и тиоредоксин макрофагов могут изменять редокс-статус поверхностных рецепторов клетки и позволять индуцировать воспалительный процесс, что делает их новой терапевтической мишенью.
Избыточный окислительный стресс вызывает сильное повреждение клеток мозга при диабете.
- Высокая липидная пероксидация, уровень нитритов, малондиальдегида и общий окислительный статус были ниже в полностью антиоксидантных маркерных ферментах мозга крыс с диабетом.
Также окислительный стресс увеличивает уровень воспалительных цитокинов (напр. ФНО-α) и активирует воспалительные молекулы, например, VCAM-1 и NF-κB, что приводит к дегенерации нейронов и диабетической энцефалопатии.

В Схеме 1 показаны факторы хронического воспаления, связанного с ожирением; воспаление не может рассматриваться как болезнь, а должно рассматриваться как биологический процесс, участвующий в патогенезе многих заболеваний. Совместное лечение значительно снижает концентрацию TBARS и фрагментацию ДНК в легких.

Исследование эффекта экстракта лимонной вербены на аккумуляцию триглицеридов в инсулин-резистеных гипертрофированных 3T3-L1 адипоцитах показало, что полифенолы, входящие в ее состав уменьшают аккумуляцию триглицеридов и генерацию АФК в данных клетках.

Биодоступность полифенолов

Полифенолы — натуральные вещества, однако существуют и синтетические и полусинтетические формы.
Они содержатся в фруктах, овощах, хлопьях, а также в красном вине, чае, кофе, шоколаде и в сухих бобах. Наконец, они есть в травах, специях, стеблях и цветах.
Суточное потребление полифенолов может достигать 1 г и, таким образом, это — наиболее потребляемые фитохимические антиоксиданты.

Полифенолы — это вторичные растительные метаболиты, участвующие в защите организма от ультрафиолетового излучения и патогенов.

Они характеризуются горьким, вяжущим вкусом и специфическим запахом. В растениях обнаружено более 8000 фенольных веществ.
Примерами их являются флавоноиды: флавонолы, флавоны, изофлавоны, антоцианиды и др.
Они могут активировать транскрипционный фактор Nrf2, играющий ключевую роль в защите от окислительного стресса и воспаления.

Факторы окружающей среды также влияют на содержание полифенолов в диете.

Это почва, количество света и влаги, хозяйственные методики и урожайность растения.
При созревании плода также изменяется содержание фенольных кислот.
Биодоступность зависит от пищеварения, абсорбции и метаболизма, а вот количество поступивших полифенолов на нее не влияет.
Большая часть этих веществ представлена в эфирной форме.
Они плохо абсорбируются в кишечнике и сначала гидролизуются ферментами или микрофлорой.
В кровь они поступают в измененной форме.
Некоторая часть может достигать толстого кишечника и метаболизироваться кишечной микробиотой, давая начало некоторым бактериальным метаболитам.
Микромолярная часть флавоноидов и монофенолов обнаруживается в фекалиях.

Полифенолы в окислительном стрессе

Антиоксидантные возможности полифенолов

Антиоксидантная активность полифенолов зависит от структуры их функциональных групп.
Количество гидроксильных групп влияет на такие процессы, как поглощение радикалов и хелатирование ионов металлов.
Антиоксидантная активность определяется возможностью полифенолов поглощать широкий диапазон АФК. Антиоксидантные свойства полифенолов заключаются в подавлении формирования АФК. Это осуществляется ингибированием ферментов, поглощением АФК или усилением антиоксидантной защиты.
Полифенолы могут снижать каталитическую активность ферментов, участвующих в генерации АФК.
При синтезе АФК увеличивается число свободных ионов металлов благодаря подавлению водородной пероксидазы и генерации активных гидроксильных радикалов.
Низкие редокс-потенциалы полифенолов могут термодинамически редуцировать высокоокислительные свободные радикалы, так как они могут хелатировать ионы металлов и свободные радикалы.
- Например, у кверцетина есть возможности к хелатированию и стабилизации ионов железа.

Взаимодействие со свободными радикалами

Полифенолы могут взаимодействовать с неполярными компонентами гидрофобной части плазматической мембраны; эти изменения в мембране влияют на скорость окисления липидов и белков.
Некоторые флавоноиды гидрофобного слоя защищают структуру и функцию мембраны от окислителей.
Взаимодействие полифенолов с синтазой оксида азота (NOS) может модулировать продукцию NO.
Ксантиноксидаза (КО) рассматривается как основной источник свободных радикалов и некоторых флавоноидов, таких как кверцетин. Она подавляет этот процесс. Флавоноиды могут уменьшать активность пероксидазы и ингибировать генерацию свободных радикалов нейтрофилами и активацию этих клеток α1-антитрипсином.

Ингибирование ферментов при окислении

Было показано, что разные полифенолы модулируют активность ферментов, метаболизирующих арахидоновую кислоту, таких как циклооксигеназа (COX), липоксигеназа (LOX) и NOS.
Подавление их активности уменьшает продукцию арахидоновой кислоты, простогландинов, лейкотриенов и NO — одних из ключевых медиаторов воспаления. Развитие воспаления при метаболизме арахидоновой кислоты показано в Схеме 2.

Бактериальные эндотоксины и воспалительные цитокины стимулируют макрофаги с последующим увеличением экспрессии iNOS, синтезом NO и окислительным повреждением.

Полифенолы подавляют LPS-индуцированную экспрессию генов iNOS и ассоциированную с ней активность в макрофагах, что уменьшает окислительное повреждение.

COX и LOX ответственны за продукцию метаболитов и могут усиливать окислительное повреждение тканей.

Некоторые полифенолы могут подавлять их активность.
Окислительное повреждение тканей может усиливаться метаболитами, продуцированными при метаболизме КO. При ишемии активность ксантиндегидрогеназы может преобразовываться в активность КO, что приводит к образованию АФК. Окислительное повреждение снижается при снижении активности КО.

Полифенолы в воспалении

Модулирующие функции полифенолов по отношению к клеткам в воспалительном процессе

При остром хроническом воспалении в животной модели была обнаружена противовоспалительная активность полифенолов (кверцетина, рутина, гесперетина). Таблица 1.
Рутин эффективен только при хроническом воспалении, особенно при артрите, а флаваноны – при неврогенном воспалении, индуцированном ксиленом.
Кверцетин может уменьшать отек лапы, вызванный каррагинаном.
Воспаление, индуцированное LPS может модулироваться даидзеином, глицитином и их гликозидами.

Полифенолы могут влиять на ферментативные и сигнальные системы воспалительного процесса, например,на тирозиновую и серин-теониновую киназы.

Эти ферменты участвуют в пролиферации Т-клеток, активации В-лимфоцитов и синтезе цитокинов. Специфическим ингибитором тирозиновой киназы является генистеин.
Он также вовлечен в пролиферацию Т-клеток, которая сопровождается фосфорилированием тирозина в белковых цепях.
Было также отмечено воздействие полифенолов на секреторную активность клеток.
Лютеолин, апигенин и кверцетин являются сильными ингибиторами б-глюкуронидазы и лизосом, выделенных нейтрофилами.
Эти вещества также ингибируют выделение арахидоновой кислоты из мембраны.

Механизм противовоспалительных эффектов полифенолов

Противовоспалительные эффекты заключаются в поглощении свободных радикалов, регуляции клеточной активности и модулировании активности ферментов, участвующих в метаболизме арахидоновой кислоты и аргинина, а также в модулировании синтеза других провоспалительных молекул.
Молекулярные противовоспалительные механизмы включают в себя ингибирование провоспалительных ферментов (COX-2, LOX, iNOS), NK-кB, активирующего белка-1 (AP-1), активацию антиоксидантных детоксифирующих ферментов фазы 2 и активацию митоген актиированной белковой киназы, киназы-С и ядерного эритроид 2-связанного фактора.
Эксперименты с фитохимическими веществами показали возможность модулирования других медиаторов воспаления, например, метаболитов арахидоновой кислоты, различных белков, возбуждающих аминокислот и цитокинов. Центральной в воспалительном процессе может быть также активность некоторых вторичных посредников (cGMP, cAMP, киназ и кальция) и некоторых белков и их компонентов (iNOS), цитокинов, нейропептидов и протеаз.

Роль полифенолов в хронических заболеваниях, обусловленных воспалением

Полифенолы и сердечно-сосудистые заболевания

Антиоксидантные свойства полифенолов могут играть положительную роль в воспалении и канцерогенезе.
Благоприятные эффекты наблюдались при включении в диету продуктов с высоким содержанием полифенолов: фруктов, овощей, кофе, красного вина и др. были показаны положительные результаты такой диеты и снижение вероятности ССЗ.
Механизм действия заключается в работе синтазы оксида азота (eNOS) и ее биодоступности для эндотелия.
- В этом регуляторном механизме оксида азота участвуют полифенолы, сигнальные пути, такие как PI3-киназа/Akt и внитриклеточный Са2+, которые фосфорилируют eNOS, что приводит к продукции NO.
Флаванолы и флавонолы тоже могут уменьшать возрастные сосудистые повреждения, взаимодействуя с МАРК и снижать количество транскрипционных факторов, что редуцирует НАДФ-оксидазу.

Полифенолы и неврологические заболевания

Регуляция развития неврологических заболеваний может осуществляться диетой с большим количеством флавоноидов.
Нейродегенеративные заболевания предупреждаются полифенолами путем модулирования нейрональных и глиальных сигнальных путей.
Полифенолы снижают количество транскрипционных факторов NF-κB, реагирующих на р58 и индуцирующих iNOS.
- При исследовании нейровоспалительных процессов в ЦНС выявляется возможная связь между сигнальными путями и транскрипционными факторами и продукцией цитокинов.
Также полифенолы оказывают защиту при нейротоксичности, вызванную конечными продуктами гликолиза (AGEs)

Полифенолы, как альтернативная цель раковой терапии

При достаточном поступлении полифенолов в организм снижается частота возникновения некоторых форм рака.
Так, эти соединения защищают от желудочно-кишечных раков, а полифенолы в овощах и фруктах предотвращают рак толстого кишечника.
Зеленый чай может снижать риск возникновения раков желчных протоков, мочевого пузыря, груди и толстого кишечника.
Механизмы противоракового действия включают в себя элиминацию карциногенов, модификацию сигналов раковых клеток, стимулирование клеточного цикла и апоптоза и модуляцию активности ферментов. Антиоксидантные свойства полифенолов подавляют формирование и развитие рака, например, взаимодействие с активными интермедиатами и стимулируют карциногенез и мутагенез. Флаванол, галлат эпигаллокатехина, содержащийся в зеленом чае, индуцирует апоптоз и предотвращает рост клеток путем взаимодействия с регуляторными и сигнальными белками клеточного цикла.

Заключение

Полифенолы обладают многими свойствами, например, антиоксидантными, противовоспалительными, противоопухолевными, против старения, кардиопротекторными, противораковыми и противомикробными. Они широко представлены в различных патологических ситуациях.
Окислительный стресс активирует медиаторы воспаления, задействованные в некоторых хронических заболеваниях. Окислительный стресс и воспаление, вызванные избыточной продукцией АФК, могут играть важную роль в развитии заболеваний, включая хронические, ассоциированные с воспалением. Употребление продуктов, содержащих полифенолы, может положительно влиять предотвращение и лечение подобных заболеваний. Однако исследований данной проблемы все еще мало.
Более полное понимание механизмов действия полифенолов может помочь точнее определять клинические случаи, при которых потребление полифенолов может быть полезно. Эти исследования также помогут создать новые средства с противовоспалительным эффектом.

Источник:

Tarique Hussain, Bie Tan, Yulong Yin, Francois Blachier, Myrlene C. B. Tossou, and Najma Rahu, “Oxidative Stress and Inflammation: What Polyphenols Can Do for Us?,” Oxidative Medicine and Cellular Longevity, vol. 2016, Article ID 7432797, 9 pages, 2016. doi:10.1155/2016/7432797

Источник

Биохимическая целостность мозга жизненно важна для нормального функционирования центральной нервной системы (ЦНС). Одним из факторов, способствующих церебральной биохимической недостаточности, является химический процесс, называемый окислительным стрессом.

Терминология

Окислительный стресс возникает при чрезмерной продукции свободных радикалов в результате недостаточности противодействующей системы антиоксидантного ответа. Мозг с его высоким потреблением кислорода и высоким содержанием липидов очень чувствителен к окислительному стрессу. Следовательно, вызванное окислительным стрессом повреждение головного мозга обладает выраженным потенциалом для негативного воздействия на нормальные функции ЦНС.

Этиологические факторы окислительного стресса

Возможно, психологический стресс нарушает окислительно-антиоксидантный баланс в мозге, вызывая нарушение функции антиоксидантных ферментов. Это приводит к истощению глутатиона и увеличивает окислительный стресс. Одновременно возникающая токсичность глутамата, дисбаланс кальция и митохондриальное нарушение совместно усиливают окислительный стресс, вызывая биохимические расстройства в мозге. Это нарушает нейроциркуляцию и ослабляет гиппокампальные, миндалевидные и корковые связи, в конечном итоге вызывая поведенческие и когнитивные нарушения

Патогенез окислительного стресса

Окислительное фосфорилирование, происходящее в митохондриях, является основным источником АТФ. В качестве побочного продукта этот процесс приводит к образованию свободных радикалов или активных форм кислорода (ROS), активных форм азота (RNS) и радикалов, содержащих углерод и серу. В умеренных или низких количествах ROS считаются необходимыми для развития и функционирования нейронов, тогда как слишком высокие уровни опасны. Генерируемая ROS закись азота и оксид углерода способствуют важным физиологическим функциям, таким как длительное потенцирование (LTP) посредством глутамат-зависимых механизмов. В нормальных условиях антиоксидантная система нейтрализует вредные эффекты продукции ROS во время аэробного метаболизма, и таким образом мозг эффективно регулирует потребление кислорода и способность к выработке окислительно-восстановительного потенциала. Когда продукция ROS превышает поглощающую способность системы антиоксидантного ответа, происходит интенсивное окисление белка и перекисное окисление липидов, вызывающее окислительное повреждение, клеточную дегенерацию и даже функциональное снижение активности мозга. Например, высокие концентрации ROS, как сообщается в литературе, уменьшают LTP и синаптическую передачу сигналов и механизмы пластичности мозга.

Окислительный стресс часто описывается как “саморазрушающий” феномен на основании наблюдений, поскольку чрезмерное высвобождение активных форм кислорода , вызванное окислительным стрессом, вызывает повреждение клеток, а сами поврежденные макромолекулы могут вести себя как и / или стать ROS. Следовательно, мозг с его богатым содержанием липидов, высокой потребностью в энергии и слабой антиоксидантной способностью становится легкой мишенью чрезмерного окислительного воздействия. Фосфолипиды в мозге являются особенно уязвимыми объектами для ROS-опосредованного перекисного окисления, но белки и ДНК также являются мишенью для ROS, что становится особенно проблематичным при старении, так как сообщается, что в “старом мозге” обнаруживаются высокие уровни мутаций, вызванных окислительным стрессом, в митохондриальном ДНК. Следовательно, накопление ROS представляет собой угрозу нейронов , которая, если она превышает или минует противодействующие механизмы, может вызвать значительное повреждение нейронов.

Влияние оксидативного стресса на структуры мозга

Биохимически очевидно, что разные нейроны имеют разные уровни уязвимости к окислительному стрессу. Например, клетки гиппокампа, миндалины и мозжечка в некоторых исследованиях были признаны наиболее восприимчивыми к окислительному стрессу и, следовательно, они, как предполагается, первыми подвергаются структурно – функциональному повреждению.

Гиппокамп

В нескольких исследованиях было высказано предположение, что пирамидные клетки CA3 и гранулярные клетки зубчатой извилины (DG) являются областями, подверженными окислительному стрессу, тогда как , другие авторы сообщали , что пирамидные клетки CA1 более восприимчивы к окислительному повреждению. Независимо от этого, специфическое для региона повышение уровня окислительного стресса в зонах CA1 и CA3 Cornu Ammis является важным и может иметь значительные функциональные последствия для мозга. Это особенно важно, поскольку гиппокамп играет преимущественную роль в обучении и функции памяти, а вентральный гиппокамп участвует в генезе тревоге и депрессии.

Хорошо известно, что система DG-CA3 гиппокампа регулирует структурную пластичность, регенеративную / ремоделирующую способность, а также факторы нейрогенеза, такие как нейротрофический фактор мозга. Также было высказано предположение, что пирамидальные клетки CA1 и CA3 и гранулярные клетки DG очень чувствительны к окислительному повреждению. Таким образом, окислительное повреждение функции DG-CA может уменьшить пролиферацию клеток, нарушить способность ремоделирования, изменить структурную пластичность и нарушить нейрогенез, коллективно нарушая нормальную синаптическую нейротрансмиссию.

Миндалина и префронтальная кора

Миндалина и префронтальная кора могут в процессе оксидативного стресса подвергаться определенным изменениям, касающимся , в частности, дендритов, о чем свидетельствуют ситуации экспериментального хронического стресса. Также сообщалось о дендритном сокращении медиального региона префронтальной коры и росте дендритов в миндалевидных нейронах в ответ на стресс. Известно, что стрессовые стимулы изменяют префронтальную дендритную архитектуру и нейронную связность внутри PFC. Интересно отметить, что более высокая уязвимость гиппокампа и миндалины к окислительному стрессу и разрушению системы антиоксидантной защиты очевидна. Поэтому представляется весьма вероятным, что окислительный стресс в мозге нарушает биохимическую целостность гиппокампа и миндалины. Понятны и вызванные окислительным стрессом нейроэндокринные изменения в миндалине, включая гиперактивность миндалины и сокращение дендритов, что может дополнительно усиливать синаптические нарушения, нарушая проекции гиппокампа и миндалины.

Кроме того, свободные радикалы , как известно, окисляют внеклеточные участки глутаматэргических N – метил – д -аспартата рецепторов, что приводит к ослаблению LTP и синаптической нейротрансмиссии

Антиоксиданты

В мозге действуют два вида защитных механизмов для борьбы с угрозой, создаваемой ROS: антиоксидантная ферментная система и низкомолекулярные антиоксиданты.

Антиоксидантная ферментная система включает супероксиддисмутазу (SOD), глиоксалазу, глутатионредуктазу, глутатионпероксидазу и каталазу (CAT). Ферменты SOD, в том числе Cu-Zn SOD и Mn-SOD, способствуют спонтанной дисмутации супероксидных радикалов с образованием H 2 O 2 , который затем удаляется ферментами CAT и глутатионпероксидазы.

Низкомолекулярные антиоксиданты включают глутатион, мочевую кислоту, аскорбиновую кислоту и мелатонин, которые обеспечивают нейтрализующие функции, вызывая хелатирование переходных металлов. Глутатион, который встречается в восстановленном (GSH), а также в окисленном виде (глутатион дисульфид), является наиболее важным неферментативным эндогенным антиоксидантом и может регенерироваться глутатионредуктазой с потреблением NADPH . Таким образом поддерживаются оптимальные уровни сниженного GSH. Эндогенное отношение GSH к глутатиондисульфиду считается показателем окислительно-восстановительного гомеостаза в клетке. Более высокие уровни GSH также служат кофактором для других ферментов, включая глиоксалазу и пероксидазу.

В ответ на окислительный и нитрозативный стресс клетки повышают свою антиоксидантную защиту посредством активации фактора, связанного с эритроидным фактором 2 (Nrf2) – важного фактора транскрипции. Nrf2 является ключевым компонентом этой системы контроля и распознает антиоксидантный элемент ответа (ARE), обнаруженный в промоторных областях многих генов, которые кодируют антиоксиданты и ферменты детоксикации, такие как гем-оксигеназы 1 (HO-1), NAD (P) H-дегидрогеназы хинона 1, SOD1, глутатионпероксидаза 1 (GPx1) и CAT. Таким образом, активация пути Nrf2 происходит для борьбы с накоплением видов ROS и RNS. Благодаря своим защитным свойствам Nrf2 был предложен в качестве фармакологической мишени при патологиях с нейровоспалительными и окислительными свойствами, включая нейродегенеративные и психоневрологические заболевания. При активации Nrf2 увеличивает экспрессию нескольких эндогенных антиоксидантов. А при стойком воспалении и повышенных уровнях ROS, как это наблюдается в течение нескольких эпизодов – обострений психического расстройства , механизмы антиоксидантной защиты тканей “насыщаются” до такой степени, что становятся неэффективными. Цитозольные ферменты, такие как глиоксалаза I путем детоксикации метилглиоксаля, обеспечивают защиту от окислительного повреждения. Метилглиоксаль генерирует высокоокислительные конечные продукты гликирования и может дополнительно вызывать окислительный стресс и вызывать гибель клеток.

Сегодня ясно, что активные формы кислорода играют важнейшую патогенетическую роль и что накопление активных форм кислорода повышает восприимчивость мозговой ткани к повреждению. Механизмы, с помощью которых активные формы кислорода вызывают повреждение ткани головного мозга, не совсем понятны, но сообщалось, что ROS запускают множество молекулярных каскадов, которые повышают проницаемость гематоэнцефалического барьера и изменяют морфологию мозга, вызывая, таким образом, нейровоспаление и гибель нейронов. Вовлечение гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси, сигнализации опосредованного рецептора глюкокортикоидов, токсичность глутамата, и нарушения N – метил – д -аспартата рецепторных систем сигнализации рассматривались , в качестве предполагаемых звеньев патогенеза этого процесса.

Таким образом, имеются свидетельства увеличения окислительного повреждения головного мозга при развитии патологий центральной нервной системы для нейродегенеративных заболеваний, включая болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и боковой амиотрофический склероз, цереброваскулярные расстройства, демиелинизирующие заболевания и психические расстройства. Несмотря на то, что окислительный стресс в основном связан с нейродегенеративными расстройствами, такими как болезнь Альцгеймера, болезнь Хантингтона и болезнь Паркинсона, его участие в нервно-психических расстройствах,включая тревожные расстройства и депрессию также не вызывает сомнений.

Нейродегенеративные расстройства

Болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и болезнь Хантингтона – это часто встречающиеся нейродегенеративные расстройства, патологические процессы при которых включают нейротоксическую агрегацию специфических белков в мозге. Накопление аномально свернутых тау- и амилоидных β- белков происходит при болезни Альцгеймера, а α-синуклеин и мутантный белок Хантингтона (mHtt) накапливаются при болезни Паркинсона и болезни Хантингтона, соответственно. Причинно-следственная связь между окислительным стрессом и этими белковыми агрегатами была доказана. В некоторых исследованиях сообщалось о возрастном повышении уровня активных форм кислорода , вызванного окислительным стрессом, как фактором, вносящеим свой вклад в формирование “нейронного налета” при болезни Альцгеймера, α- синуклеина и mHtt, а в других исследованиях указывалось на роль образования амилоидного β- белка при появлении ROS . Точно так же в отношении патологии при болезни Паркинсона (PD) , сообщалось , что окислительный стресс способствует альфа-synuclein агрегация в дофаминергических нейронах, и что α -synuclein дополнительно генерируют внутриклеточный ROS. В то время как накопление mHtt приводило к снижению количества антиоксидантного белка пероксиредоксина Prx1, сверхэкспрессия Prx1 дикого типа значительно снижала вызванную mHtt токсичность.

Психические расстройства

Участие механизмов окислительного стресса было также предполагается при некоторых психических заболеваниях, включая депрессию, тревожные расстройства, шизофрению и расстройства аутистического спектра. Предполагается, что низкий GSH-Px является фактором, способствующим структурным аномалиям мозга.

Депрессия

Повышенные уровни ROS и RNS и измененные уровни антиоксидантного глутатиона (GSH) были зарегистрированы в посмертных образцах головного мозга больных депрессией. . Фактически, механизмы окислительного стресса были предложены в качестве мишеней для новых антидепрессантов. Это представляется оправданным, учитывая случаи воспаления, окислительного и нитрозативного стресса, а также снижение уровней концентрации в плазме и активности некоторых ключевых антиоксидантов в образцах сыворотке больных депрессией. Также известна связь между депрессией и полиморфизмом в генах SOD и CAT. ).

Шизофрения

Механизмы окислительного стресса также связаны с шизофренией и биполярным расстройством. Повышенные уровни активности SOD в плазме были зарегистрированы у пациентов с “хронической шизофренией”, которым вводили антипсихотические препараты, и активность SOD отрицательно коррелировала с позитивными симптомами шизофрении. Уровни других антиоксидантов, включая глутатионпероксидазу (GSH-Px), также были вовлечены в патологический процесс при этом заболевании.

Биполярное аффективное расстройство

В нескольких исследованиях сообщалось, что у пациентов с биполярным расстройством наблюдаются значительные изменения в антиоксидантных ферментах, перекисном окислении липидов и уровнях оксида азота , что свидетельствует о роли свободных радикалов и антиоксидантов в патогенезе биполярного аффективного расстройства.

Терапия окислительного стресса

Возможно, жесткая регуляция окислительного стресса, либо путем усиления активности ферментов антиоксидантной защиты, либо путем непосредственного подавления прооксидантов, потенциально способна купировать острое или даже хроническое нейропсихиатрическое расстройство.

Окислительные стресс и антидепрессанты

Одна из гипотез предполагает, что антидепрессанты оказывают свое терапевтическое действие, подавляя провоспалительные цитокины и продукцию ROS / RNS или усиливая антиоксидантную защиту. Имеются убедительные данные, подтверждающие, что депрессия сопровождается окислительным стрессом и что, возможно, усиление антиоксидантной защиты является одним из механизмов, лежащих в основе нейропротекторного действия антидепрессантов.

Категория сообщения в блог:

Источник