Undersøgelse af den beskyttende aktivitet af bambus- og pilepolysaccharider på sensoriske hårceller baseret på zebrafiskmodellen
Aminoglykosidlægemidler er antibiotika, der indeholder aminosukkermolekyler i deres kemiske struktur, og som ofte bruges til at behandle infektioner forårsaget af gramnegative bakterier og har en bred vifte af anvendelsesmuligheder. Disse stoffer har dog stærk ototoksicitet og nefrotoksicitet. Forskning har vist, at nefrotoksiciteten kan mindskes ved hjælp af væsketerapi. Men der findes i øjeblikket ingen effektiv behandling af ototoksiciteten, og det er afgørende at udvikle tilsvarende forebyggende og terapeutiske lægemidler. Patogenesen af aminoglykosidinduceret høretab er i øjeblikket ikke fuldt forstået, men forskning har vist, at sensoriske hårceller i det indre øre spiller en nøglerolle i det. Denne celle er en type terminalt differentieret celle i det indre øre hos pattedyr, og når den først er gået tabt, kan den ikke regenereres. Efter at være trængt ind i hårcellerne kan aminoglykosidlægemidler fremkalde en stor produktion af reaktive iltarter (ROS). Disse ROS, der genereres af aminoglykosidlægemidler, kan fremme oxidativ skade på hårceller og fremkalde deres apoptose. Derfor er reduktion af produktionen af ROS i sensoriske hårceller blevet en af retningerne for udvikling af lægemidler til forebyggelse og behandling af aminoglykosidinduceret høretab. Zebrafisk er en internationalt anerkendt ny modelorganisme for hvirveldyr med lille størrelse, hurtig vækst, stærk forplantningsevne, in vitro-befrugtning og -udvikling samt gennemsigtige embryoner. Sammenlignet med mennesker udviser zebrafisk ekstremt høj bevaringsgrad i fysiologisk struktur, signalveje, proteinfunktion og andre aspekter. Zebrafisk har sensoriske hårceller i det indre øre og laterale hårceller, der er meget homologe med mennesker. Når den når den 5. udviklingsdag (dpf), er de førnævnte hårceller allerede fuldt udviklede. På grund af zebrafiskens gennemsigtighed under den tidlige udvikling giver in vivo-billeddannelsesteknologi mulighed for direkte observation i realtid af testprøvens toksiske virkninger på hårceller. Derfor er zebrafisk blevet en vigtig modelorganisme til undersøgelse af lægemidler til forebyggelse og behandling af lægemiddelinduceret høretab. I tidligere undersøgelser blev det konstateret, at bambus og pil indeholder et polysaccharid med antioxidantegenskaber, som består af 8,72% xylose, 14,87% L (+) - rhamnose, 3,22% D (-) - glucuronsyre, 5,45% D-galacturonsyre, 54,86% D-arabinose og 13,05% mannose. Baseret på det tætte forhold mellem antioxidant og beskyttelse af sensoriske hårceller blev zebrafisk valgt som forsøgsdyr i dette eksperiment, og kanamycin, et repræsentativt aminoglykosidantibiotikum, blev brugt som skadesmedicin. Den beskyttende aktivitet og mekanisme for sensoriske hårceller af bambus- og pilepolysaccharider, der blev opdaget uafhængigt af hinanden, blev foreløbigt undersøgt med det formål at tilvejebringe teoretisk grundlag og eksperimentelle data til yderligere forståelse af forebyggelse og behandling af lægemiddelinduceret høretab.

Kanamycin, som er et af de repræsentative lægemidler inden for aminoglykosidantibiotika, har en lav pris, et bredt antibakterielt spektrum, stabile egenskaber og en bred vifte af anvendelsesmuligheder. Men det har stærk ototoksicitet. Virkningsmekanismen for kanamycininduceret døvhed er relativt kompleks, og den overdrevne ophobning af ROS i det indre øres sensoriske hårceller spiller en vigtig rolle. Antioxidanter kan til en vis grad forebygge og behandle kanamycin-induceret sensorisk hårcelleskade. Baseret på dette tager dette projekt de uafhængigt opdagede bambus- og pilepolysaccharider med antioxidantaktivitet som forskningsobjekt og anvender zebrafiskmodellen til at udføre indledende forskning i deres sensoriske hårcellebeskyttende aktivitet.
Forskning har vist, at når bambus- og pilepolysaccharider i koncentrationer på 30, 40 eller 50 μg/ml anvendes alene på zebrafisk, er den kumulative klækningsrate for zebrafisk højere end 98%, den kumulative dødelighed er lavere end 15%, og hjertefrekvensen er mellem 198-200 slag pr. minut. Selvom den kumulative dødelighed hos zebrafisk var lidt højere i behandlingsgruppen med 40 μ g/ml, viste statistisk testning, at der ikke var nogen statistisk signifikante forskelle i den kumulative udklækningsrate, dødelighed og hjertefrekvens for de tre grupper af zebrafisk (30, 40 og 50 μ g/ml) sammenlignet med den blanke kontrolgruppe. Dette resultat tyder på, at bambus- og pilepolysaccharider ikke har nogen signifikant toksisk eller teratogen effekt på zebrafisk. Yderligere forskning har vist, at når polysaccharider fra bambus og pil kombineres med kanamycin, er der ingen signifikant toksicitet eller teratogen effekt på zebrafisk. Ved denne koncentration har polysaccharidet imidlertid en betydelig beskyttende aktivitet mod kanamycininduceret sensorisk hårcelleskade og kan effektivt reducere ophobningen af kanamycininduceret ROS i hårceller og hæmme forekomsten af hårcelleapoptose. ROS, som er et enkelt elektronreduktionsprodukt af ilt i kroppen, genereres, når elektroner lækker fra respirationskæden og forbruger ca. 2% ilt. ROS i kroppen er ikke altid skadeligt. Moderat ROS kan fremme reparation, immunitet, vækst og overlevelse. Men under patologiske forhold kan den dynamiske balance mellem ROS-produktion og -clearance blive forstyrret. Langvarig overdreven ophobning af ROS forårsager ofte skader på biomolekyler som proteiner, nukleinsyrer, polysaccharider og lipider, hvilket sætter cellerne i en oxidativ stresstilstand og fremkalder apoptose. Denne undersøgelse viste, at bambus- og pilepolysaccharider med antioxidantaktivitet in vitro også kan udøve deres antioxidante virkninger i sensoriske hårceller. Dette polysaccharid kan afhjælpe oxidativ skade i sensoriske hårceller ved at reducere niveauet af ROS og i sidste ende hæmme kanamycin-induceret apoptose, hvilket giver en beskyttende effekt på hårceller. Da polysaccharidet desuden ikke har nogen væsentlig toksicitet eller teratogene virkninger, tyder ovenstående resultater på, at polysaccharider fra bambus og pil har visse potentielle anvendelser inden for beskyttelse af hørelsen.
Polysaccharider, der stammer fra naturlige produkter, er en klasse af strukturelt komplekse polymerforbindelser. Talrige undersøgelser har bekræftet, at polysaccharider typisk har antioxidantaktivitet, som er tæt forbundet med indholdet af mannose, galactose og uronsyre i polysaccharider. For eksempel er mannose, galactose og glucuronsyre alle tilbøjelige til at interagere med ROS, hvilket fører til spaltning af glykosidiske bindinger eller oxidation af glucuronsyre. De polysaccharider fra bambus og pil, der blev brugt i denne undersøgelse, indeholder ca. 130,5% mannose, 3,22% glucuronsyre og 5,45% D-galactouronsyre. Det spekuleres i, at den sensoriske hårcellebeskyttende aktivitet af bambus- og pilepolysaccharider kan bestemmes af deres monosaccharidsammensætning. Både mannose og uronsyre i bambus- og pilepolysaccharider bidrager til deres hurtige reduktion af ROS-indhold i sensoriske hårceller og udviser derved beskyttende aktivitet mod sensoriske hårceller.
Bambus og pil vokser hurtigt, er meget modstandsdygtige over for stress, har store økonomiske fordele og en stærk tilpasningsevne. I de senere år er deres planteareal i Kina vokset hurtigt. På nuværende tidspunkt fokuserer forskningen i bambus og pil hovedsageligt på tørkeresistens, tolerance over for salt og alkali samt sygdoms- og skadedyrsbekæmpelse, og der er kun få rapporter om effekten af deres ekstrakter. Denne undersøgelse bekræftede gennem in vivo-eksperimenter, at bambus- og pilepolysaccharider har en vis beskyttende aktivitet mod sensorisk hårcelleskade induceret af aminoglykosidantibiotika, og fandt, at denne beskyttende aktivitet er tæt forbundet med antioxidantaktiviteten af bambus- og pilepolysaccharider. Dataene fra denne undersøgelse kan give nye eksperimentelle data til forebyggelse og behandling af lægemiddelinduceret høretab og hjælpe med at udvide anvendelsesområderne for bambus og pil og fremme deres anvendelser af høj værdi.