Beskyttende effekt af astragalosid IV på højdosis S-ketamin-induceret PC12-celleskade
Millioner af spædbørn og småbørn verden over får hvert år generel anæstesi. Talrige undersøgelser har vist, at enkeltstående og kortvarige anæstesier ikke har negative virkninger på nervesystemets udvikling, men høje doser eller gentagen eksponering for anæstesimidler kan forårsage kognitiv dysfunktion og neurologiske udviklingsforstyrrelser. Anæstesimidlers indvirkning på hjernens udvikling har tiltrukket sig stor opmærksomhed fra mange forældre.

S-ketamin (SK) er S-enantiomeren af ketamin og blev officielt godkendt af FDA som et adjuverende lægemiddel til behandling af svær depression i 2019. Det er også et almindeligt anvendt bedøvelsesmiddel i pædiatriske og obstetriske operationer. Det er bekymrende, at folk tilsyneladende kun er interesserede i at studere dets antidepressive virkninger uden at være særlig opmærksomme på de potentielle risici, det kan medføre. En nylig undersøgelse analyserede 962 bivirkninger relateret til SK og fandt, at kvindelige patienter, patienter, der fik højdosis SK, og patienter, der fik flere lægemiddelbehandlinger, havde større sandsynlighed for at opleve bivirkninger. Derfor er det af stor betydning at udforske mekanismen for SK-induceret nerveskade og finde tilsvarende håndteringsforanstaltninger for både spædbarns- og voksenanæstesi.
Astragalosid IV (ASIV) er en af de vigtigste aktive ingredienser, der er isoleret fra den traditionelle kinesiske medicin Astragalus membranaceus. Undersøgelser har vist, at det har en lang række farmakologiske virkninger, herunder anti-tumor, anti-inflammatorisk, antioxidant, anti-fibrotisk og anti-apoptotisk virkning. Desuden har det vist sig at være et naturligt neurobeskyttende middel. Der er dog kun få rapporter om, hvorvidt ASIV kan lindre nerveskader forårsaget af anæstesimidler. Derfor valgte denne undersøgelse den almindeligt anvendte neurale cellelinje rotte binyrefæokromocytomceller, nemlig PC12-celler, til at konstruere en in vitro-skademodel af SK, udforske den neurobeskyttende effekt af ASIV og give reference til rationel brug af SK og udvikling af nye lægemidler til ASIV.

Anæstesimidlers neurotoksicitet har altid været en bekymring for det internationale samfund. US Food and Drug Administration og International Association for the Study of Anesthesiology holdt et fælles møde for at diskutere vigtigheden af at standardisere præklinisk forskning og etablere rapporteringsstandarder for anæstesiinduceret perinatal neurotoksicitet, og foreslog brugen af nye metoder til at løse nogle af de største problemer på dette område. Hvad angår ketamin, er det i modsætning til de fleste anæstetika en NMDA-receptorantagonist. Medicinsk blokade af NMDA-receptorer kan ændre den excitatoriske hæmningsbalance, der er nødvendig for hjernens udvikling, og føre til neurotoksicitet. Undersøgelser har vist, at ketamin kan fremkalde neurotoksicitet hos mennesker gennem den mitokondrielle apoptosevej på en tids- og dosisafhængig måde, mens dets enantiomer S-ketamin ikke er blevet rapporteret til at fremkalde lignende bivirkninger. Derfor spekuleres der i, at når en vis koncentrationstærskel er nået, kan SK også aktivere den mitokondrielle apoptosevej og forårsage celleapoptose.
Mitokondrier, som er centrum for cellulær metabolisme og den vigtigste regulator af redoxbalancen, spiller en afgørende rolle i forekomsten og udviklingen af sygdomme. Blandt de mange fysiologiske reaktioner, der medieres af mitokondrier, er oxidativ stress en af nøglefaktorerne i aktiveringen af den mitokondrielle apoptosevej, og overdreven ROS er det materielle grundlag for forekomsten af oxidativ stress. Almindeligt anvendte anæstetika i klinisk praksis har vist sig at fremme eller reducere graden af oxidativ stress. For eksempel kan inhalationsanæstesi sevofluran fremkalde neuronal apoptose ved at øge den intracellulære Ca2+-koncentration, hæve ROS-niveauerne og øge ekspressionen af mitokondrie-apoptosevej-relaterede proteiner Cleaved-Caspase-9, Cytochrome C og Bax/Bcl-2. Lokalbedøvelsesmidlet bupivacain aktiverer ROS-medieret autofagi, hvilket fører til nedsat autofagi-flux og nedsat cellelevedygtighed. Brugen af reaktive oxygenarter kan dog vende denne autofagiske skade betydeligt. I den mitokondrielle vej fører stigningen i ROS-indhold til ændringer i de relative ekspressionsniveauer af Bax og Bcl-2. Bax aktiveres og oligomeriseres ved mitokondriernes ydre membran og binder sig derefter til specifikke molekyler for at ændre mitokondriernes membranpermeabilitet. Cytokrom C frigives derfor fra mitokondrierne til cytoplasmaet, hvor det bindes til faktorer som Apaf-1 for at danne apoptotiske legemer og aktivere Pro-Caspase-9 til spaltning. Den spaltede Caspase-9 aktiverer yderligere downstream-relaterede apoptotiske faktorer og fremmer celleapoptose.

Astragalosid IV er et naturligt aktivt stof med stærke antioxidantegenskaber, og forskning har vist, at nogle af dets virkninger er tæt forbundet med mitokondrier. For eksempel kan ASIV fremme mitokondriel autofagi, reducere ophobningen af beskadigede mitokondrier og dannelsen af mitokondrielle reaktive oxygenarter. Liu et al. fandt også ud af, at ASIV kan udøve neurobeskyttende effekter ved at angribe alfa-synuclein, et protein, der er placeret i mitokondriernes indre membran og er stærkt udtrykt i den menneskelige hjerne. Man kan se, at ASIV har potentiale til at behandle nerveskader forårsaget af bedøvelsesmidler.
Baseret på ovenstående forskningsresultater og analyser udførte denne undersøgelse et in vitro-eksperiment ved hjælp af den mitokondrielle apoptosevej som en ledetråd til at behandle højdosis SK-induceret nerveskade med ASIV. De endelige eksperimentelle koncentrationer af SK og ASIV blev bestemt til at være henholdsvis 450 μ g/mL og 25 μ mol/L ved hjælp af CCK-8-assay. Derudover viste eksperimentet, at PC12-celler, der blev udsat for høje doser SK, ikke kun viste en signifikant stigning i apoptosehastighed og ROS-indhold, men også aktiverede de vigtigste upstream-molekyler Bax, Bcl-2, Caspase-9 og Cytochrome C i den mitokondrielle apoptosevej. Dette indikerer, at højdosis SK inducerer apoptose i PC12-celler ved at aktivere den ROS-medierede mitokondrielle apoptosevej. Efter behandling med ASIV blev disse ændringer induceret af SK signifikant hæmmet, hvilket viser, at ASIV har en vis beskyttende virkning på PC12-celler under denne proces.
Sammenfattende kan astragalosid IV lindre højdosis S-ketamin-induceret skade i PC12-celler, og dens mekanisme kan være relateret til hæmning af mitokondriel apoptosevej.