Защитное действие антоцианов из черной плодовой железы китайского дерева парасоль на окислительный стресс и апоптоз, индуцированный A β 1-42 в клетках SH-SY5Y, через механизм Nrf2
Болезнь Альцгеймера (БА), также известная как старческое слабоумие, - это прогрессирующее нейродегенеративное заболевание, которое может привести к потере памяти, когнитивным нарушениям, поведенческим расстройствам, социальным нарушениям и является наиболее распространенной причиной деменции. По оценкам специалистов, 24 миллиона человек во всем мире страдают от деменции, причем большинство из них - от болезни Альцгеймера. Кроме того, болезнь Альцгеймера - распространенное возрастное заболевание, чаще всего встречающееся у людей в возрасте 65 лет и старше. Таким образом, болезнь Альцгеймера остается одной из главных проблем здравоохранения стареющего населения, и в ближайшие десятилетия число случаев болезни Альцгеймера значительно возрастет. В настоящее время существует несколько гипотез, объясняющих патогенез болезни Альцгеймера, в том числе гиперфосфорилирование бета-амилоидного (A β) пептида и белка тау, которые играют важную роль в патогенезе болезни Альцгеймера. Кроме того, появляется все больше доказательств того, что окислительный стресс и клеточный апоптоз играют критическую роль в развитии болезни Альцгеймера. Соответствующие исследования показали, что окислительный стресс у пациентов с БА может приводить к апоптозу клеток. Между тем, окислительный стресс может активировать клеточные защитные механизмы, включая эндогенные антиоксиданты и антиоксидантные ферментные системы. Основными антиоксидантными ферментами, участвующими в этом защитном эффекте, являются гемоксигеназа-1 (HO-1), супероксиддисмутаза (SOD), каталаза (CAT) и глутатионпероксидаза (CSH Px). Транскрипционная активация генов антиоксидантных ферментов в основном регулируется ядерными факторами, связанными с транскрипцией (Nrf2). Некоторые фитохимические вещества могут активировать сигнализацию Nrf2/антиоксидантный элемент ответа (ARE), тем самым повышая экспрессию антиоксидантных ферментов и усиливая устойчивость нейронов к окислительному стрессу. В состоянии покоя Nrf2 существует в виде комплекса. Когда комплекс нарушается, Nrf2 транслоцируется в ядро и связывается с последовательностью ARE, способствуя экспрессии антиоксидантных ферментов. Известно, что внеклеточное отложение A β может вызывать окислительное повреждение и апоптоз нейронов, также было показано, что A β вызывает избыточное производство ROS и перекиси водорода (H202), а также снижает уровни SOD и GSH Px, что приводит к окислительному стрессу.

В настоящее время ведутся исследования профилактического и защитного действия антоцианов на болезнь Альцгеймера. Heo et al. исследовали нейропротекторную активность антоцианов клубники на клеточных моделях болезни Альцгеймера. Исследование показало, что антоцианы клубники могут снижать проявления окислительного стресса и индуцированного окислительным стрессом апоптоза клеток, тем самым оказывая защитное действие на нервные клетки. Бадшах и др. исследовали нейропротекторное действие антоцианов, содержащихся в черных соевых бобах, на клетки и животные модели нейродегенеративных заболеваний, вызванных A β 1-24. Исследования показали, что антоцианы эффективно снижают апоптоз нейронов за счет поддержания Ca2+-гомеостаза и оказывают защитное действие на нейронные клетки. Менг и др. исследовали защитное действие цианидин-3-О-глюкозида на клеточных моделях болезни Альцгеймера. Результаты показали, что цианидин-3-О-глюкозид может защищать клетки болезни Альцгеймера от A β 1-40-индуцированного окислительного стресса и апоптоза путем регуляции клеточных антиоксидантов и генов, связанных с апоптозом. Приведенные выше исследования показывают, что антоцианы могут стать потенциальными препаратами-кандидатами для лечения нейродегенеративных заболеваний, таких как БА. Кроме того, недавнее исследование Isaak et al. показало, что антоцианы клюквы, состоящие из цианидин-3-O-галактозида, цианидин-3-O-глюкозида и цианидин-3-O-арабинозида, могут защищать кардиомиоциты от окислительного стресса и повреждений, вызванных апоптозом клеток. Предыдущие исследования показали, что содержание антоцианов в черной плодовой железе вяза ребристого очень высокое, с простой структурой, состоящей в основном из цианидин-3-O-галактозида, цианидин-3-O-глюкозида, цианидин-3-O-арабинозида и цианидин-3-O-ксилозида. Высокочистые антоцианы относительно легче выделить. Поэтому мы выбрали высокоочищенные антоцианы из черной плодовой железы Eucommia ulmoides, чтобы исследовать их профилактическое и защитное действие на болезнь Альцгеймера, связанную с окислительным стрессом.

ROS, образующиеся в результате окислительного стресса, прямо или косвенно повреждают физиологические функции внутриклеточных и макромолекулярных веществ, таких как белки, липиды и нуклеиновые кислоты, и являются патологической и физиологической основой для возникновения многих заболеваний. Организм формирует сложную систему реакции на окислительный стресс, чтобы справиться с повреждениями, вызванными свободными радикалами и токсичными веществами. При воздействии электрофильных агентов или реактивных видов кислорода организм может индуцировать ряд защитных белков, чтобы облегчить повреждение клеток. Этот скоординированный ответ регулируется антиоксидантным ответным элементом (ARE) в верхней регуляторной области ДНК защитных белков. Исследования показали, что ядерный фактор эритроидного 2-родственного фактора 2 (Nrf2) регулирует кодирование антиоксидантных белков через взаимодействие с ARE, что делает его наиболее важным эндогенным антиоксидантным путем борьбы со стрессом, открытым на сегодняшний день. Предыдущие исследования показали, что антоцианы, благодаря своей сильной антиоксидантной способности, способны очищать организм от свободных радикалов, снижать уровень окислительного стресса и защищать организм от повреждений, вызванных окислительным стрессом. Дальнейшие исследования показали, что антоцианы могут повышать экспрессию соответствующих антиоксидантных ферментов через сигнальный путь Nrf2, снижать уровень окислительного стресса и защищать клетки и животные модели болезни Альцгеймера от повреждений, вызванных окислительным стрессом.

Кроме того, апоптоз часто сопровождается окислительным стрессом, а апоптоз в клетках млекопитающих происходит как по внешнему, так и по внутреннему пути. Внешний путь включает в себя связывание внеклеточных сигнальных факторов с рецепторами смерти в плазматической мембране. Внутренний путь активируется внутриклеточным стрессом и осуществляется через митохондрии. Митохондриальный путь апоптоза регулируется семейством Bcl-2, которое включает антиапоптотические белки, такие как Bcl-2 и Bcl xL, а также проапоптотические белки, такие как Bax и Bak. В последние годы исследования показали, что окислительный стресс и апоптоз клеток способствуют развитию болезни Альцгеймера. Поэтому поиск биологически активных веществ, способных предотвратить окислительное повреждение нейронов и апоптоз, имеет большое исследовательское значение для профилактики и борьбы с болезнью Альцгеймера.

Как указано в предисловии, в некоторых исследованиях сообщалось, что антоцианы могут предотвращать и защищать болезнь Альцгеймера, снижая уровень окислительного стресса и апоптоза клеток, вызванного окислительным стрессом. Поэтому в данном исследовании использовались индуцированные A β 1-42 клетки SH-SY5Y для создания модельной системы клеток болезни Альцгеймера. В качестве показателей, связанных с окислительным стрессом, были выбраны ROS, SOD и H2O2, а для оценки защитного эффекта антоцианов на окислительный стресс и апоптоз клеток использовался сигнальный путь Nrf2. Результаты показали, что антоцианы из черной плодовой железы китайского парасольного дерева могут активировать метаболический путь Nrf2, повышать экспрессию мРНК и белков генов HO-1 и NQO1, тем самым повышая экспрессию соответствующих антиоксидантных ферментов, таких как HO-1, NQO1, SOD, и снижая уровень внутриклеточного окислительного стресса. В то же время антоцианы из черной плодовой железы китайского парасольного дерева могут повышать экспрессию гена и белка Bcl-2, снижать экспрессию гена и белка Bax, тем самым уменьшая апоптоз клеток. Таким образом, антоцианы из Scutellaria lobata могут эффективно защищать от окислительного стресса и апоптоза, индуцированных A β 1-42 в клетках SH-SY5Y при болезни Альцгеймера. В предыдущих исследованиях, посвященных влиянию антоцианов на болезнь Альцгеймера, в основном использовались неочищенные экстракты или смеси антоцианов. Однако смесь антоцианов, использованная в данном исследовании, имеет простую и четкую структуру с чистотой более 93%, что еще раз доказывает роль антоцианов в развитии болезни Альцгеймера. Это имеет большое значение для дальнейшего развития антоцианов и связанных с ними продуктов.