Исследование защитной активности полисахаридов бамбука и ивы на сенсорные волосковые клетки на основе модели зебрафиш
Аминогликозидные препараты - это антибиотики, содержащие в своей химической структуре молекулы аминосахаров, которые обычно используются для лечения инфекций, вызванных грамотрицательными бактериями, и имеют широкий спектр применения. Однако эти препараты обладают сильной ототоксичностью и нефротоксичностью. Исследования показали, что их нефротоксичность может быть ослаблена с помощью гидратационной терапии. Однако в настоящее время не существует эффективного лечения ототоксичности, поэтому крайне важно разработать соответствующие профилактические и терапевтические препараты. Патогенез аминогликозид-индуцированной тугоухости в настоящее время до конца не изучен, но исследования показали, что ключевую роль в нем играют сенсорные волосковые клетки во внутреннем ухе. Эта клетка представляет собой тип терминально дифференцированной клетки, расположенной во внутреннем ухе млекопитающих, и после ее потери она не может быть восстановлена. Попадая в волосковые клетки, аминогликозидные препараты могут вызывать большое производство реактивных форм кислорода (ROS). Эти ROS, образующиеся под действием аминогликозидных препаратов, могут способствовать окислительному повреждению волосяных клеток и вызывать их апоптоз. Поэтому снижение выработки ROS в сенсорных волосковых клетках стало одним из направлений разработки препаратов для профилактики и лечения аминогликозид-индуцированной тугоухости. Зебрафиш - признанный во всем мире новый модельный организм позвоночных, отличающийся небольшими размерами, быстрым ростом, высокой репродуктивной способностью, оплодотворением и развитием in vitro, а также прозрачными эмбрионами. По сравнению с человеком, зебрафиши демонстрируют чрезвычайно высокую степень сохранности физиологической структуры, сигнальных путей, функций белков и других аспектов. У зебрафиш есть сенсорные волосковые клетки внутреннего уха и боковые волосковые клетки, которые в значительной степени гомологичны человеческим. На 5-й день развития (dpf) вышеупомянутые волосковые клетки уже полностью развиты. Благодаря прозрачности зебрафиш на ранних стадиях развития, технология визуализации in vivo позволяет непосредственно в реальном времени наблюдать за токсическим воздействием испытуемого образца на волосковые клетки. Поэтому зебрафиш стал важным модельным организмом для изучения лекарств для профилактики и лечения лекарственно-индуцированной тугоухости. В предыдущих исследованиях было установлено, что бамбук и ива содержат полисахарид с антиоксидантными свойствами, который состоит из 8,72% ксилозы, 14,87% L (+) - рамнозы, 3,22% D (-) - глюкуроновой кислоты, 5,45% D-галактуроновой кислоты, 54,86% D-арабинозы и 13,05% маннозы. Исходя из тесной взаимосвязи между антиоксидантами и защитой сенсорных волосковых клеток от повреждений, в качестве подопытного животного в данном эксперименте была выбрана зебрафиша, а в качестве повреждающего препарата использовался канамицин, представитель аминогликозидных антибиотиков. Предварительно были изучены защитная активность и механизм действия на сенсорные волосковые клетки полисахаридов бамбука и ивы, открытых независимо друг от друга, с целью создания теоретической базы и получения экспериментальных данных для дальнейшего понимания профилактики и лечения лекарственно-индуцированной тугоухости.

Канамицин, как один из представителей аминогликозидных антибиотиков, имеет низкую цену, широкий антибактериальный спектр, стабильные свойства и широкий спектр применения. Однако он обладает сильной ототоксичностью. Механизм действия канамицина, вызывающего глухоту, относительно сложен, и важную роль играет избыточное накопление ROS в сенсорных волосковых клетках внутреннего уха. Антиоксиданты могут в определенной степени предотвращать и лечить вызванное канамицином повреждение сенсорных волосковых клеток. Исходя из этого, в данном проекте в качестве объекта исследования взяты независимо открытые полисахариды бамбука и ивы, обладающие антиоксидантной активностью, и на модели зебрафиш проведено предварительное исследование их защитной активности в отношении сенсорных волосковых клеток.
Исследования показали, что при применении полисахаридов бамбука и ивы в концентрациях 30, 40 или 50 мк г/мл для зебрафисов кумулятивная скорость вылупления зебрафисов превышает 98%, кумулятивная смертность ниже 15%, а частота сердечных сокращений находится в пределах 198-200 ударов в минуту. Хотя кумулятивная смертность зебрафиш была немного выше в группе обработки 40 мк г/мл, статистические испытания показали, что не было статистически значимых различий в кумулятивной скорости вылупления, смертности и частоте сердечных сокращений в трех группах зебрафиш (30, 40 и 50 мк г/мл) по сравнению с группой холостого контроля. Этот результат позволяет предположить, что полисахариды бамбука и ивы не обладают значительной токсичностью или тератогенным действием на зебрафиш. Дальнейшие исследования показали, что при сочетании полисахаридов бамбука и ивы с канамицином не наблюдается значительного токсического или тератогенного эффекта на зебрафиш. Однако в такой концентрации полисахарид обладает значительной защитной активностью против канамицин-индуцированного повреждения сенсорных волосковых клеток, а также может эффективно снижать накопление канамицин-индуцированных ROS в волосковых клетках и подавлять апоптоз волосковых клеток. ROS, как продукт одноэлектронного восстановления кислорода в организме, образуется после утечки электронов из дыхательной цепи и потребляет около 2% кислорода. ROS в организме не всегда вредна. Умеренное количество ROS может способствовать восстановлению, иммунитету, росту и выживанию. Однако в патологических условиях динамический баланс между производством и выведением ROS может быть нарушен. Длительное избыточное накопление ROS часто вызывает повреждение биомолекул, таких как белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды и липиды, переводя клетки в состояние окислительного стресса и провоцируя апоптоз. Данное исследование показало, что полисахариды бамбука и ивы, обладающие антиоксидантной активностью in vitro, могут оказывать антиоксидантное действие и на клетки сенсорных волос. Этот полисахарид может смягчать окислительное повреждение в сенсорных волосковых клетках, снижая уровень ROS, и в конечном итоге подавлять апоптоз, вызванный канамицином, оказывая защитное действие на волосковые клетки. Более того, поскольку полисахарид не обладает значительной токсичностью или тератогенным действием, приведенные выше результаты позволяют предположить, что полисахариды бамбука и ивы имеют определенный потенциал применения в области слуховой защиты.
Полисахариды, получаемые из натуральных продуктов, представляют собой класс структурно сложных полимерных соединений. Многочисленные исследования подтвердили, что полисахариды обычно обладают антиоксидантной активностью, которая тесно связана с содержанием маннозы, галактозы и уроновой кислоты в полисахаридах. Например, манноза, галактоза и глюкуроновая кислота склонны к взаимодействию с ROS, что приводит к расщеплению гликозидных связей или окислению глюкуроновой кислоты. Полисахариды бамбука и ивы, использованные в данном исследовании, содержат примерно 130,5% маннозы, 3,22% глюкуроновой кислоты и 5,45% D-галактоуроновой кислоты. Предполагается, что защитная активность полисахаридов бамбука и ивы в отношении сенсорных волосковых клеток может определяться их моносахаридным составом. Манноза и уроновая кислота в полисахаридах бамбука и ивы способствуют быстрому снижению содержания ROS в сенсорных волосковых клетках, тем самым проявляя защитную активность в отношении сенсорных волосковых клеток.
Бамбук и ива быстро растут, обладают сильной стрессоустойчивостью, высокой экономической эффективностью и высокой адаптивностью. В последние годы площадь их посадок в Китае быстро расширяется. В настоящее время исследования бамбука и ивы в основном сосредоточены на засухоустойчивости, устойчивости к соленой щелочи, борьбе с болезнями и вредителями, а сообщений об эффективности их экстрактов очень мало. Данное исследование подтвердило в ходе экспериментов in vivo, что полисахариды бамбука и ивы обладают определенной защитной активностью против повреждения сенсорных волосковых клеток, вызванного аминогликозидными антибиотиками, и обнаружило, что эта защитная активность тесно связана с антиоксидантной активностью полисахаридов бамбука и ивы. Данные, полученные в ходе этого исследования, могут предоставить новые экспериментальные данные для профилактики и лечения лекарственно-индуцированной потери слуха, а также помогут расширить области применения бамбука и ивы, способствуя их высокоэффективному применению.