Исследование смягчающего действия фукоидана на окислительный стресс у крыс
В ходе нормальной физиологической деятельности организм вырабатывает необходимое количество реактивных форм кислорода (ROS) для участия в иммунных реакциях и процессах представления информации. В то же время в организме существует механизм, ингибирующий реакции ROS, который может очищать избыток ROS и поддерживать баланс физиологического состояния организма. Если антиоксидантная функция организма нарушается и стимулируется без своевременного очищения от повышенного количества ROS, это приводит к повреждению биологических макромолекул организма, таких как нуклеиновые кислоты, белки, фосфолипиды, стерины и жиры, вызывая реакции окислительного стресса. Нормальные клетки организма имеют большое количество ферментных и неферментных эндогенных защитных систем, чтобы противостоять вторжению ROS. Например, ферментные системы, такие как супероксиддисмутаза (SOD), каталаза (CAT) и глутатионпероксидаза (GPx), присутствующие в организме животных, преобразуют ROS, такие как O2- и H2O2, в молекулярный кислород и воду. Исследования показали, что экзогенные природные антиоксиданты помогают смягчить повреждения в организме, вызванные окислительным стрессом, за счет улучшения работы внутриклеточных ферментативных и неферментативных систем. Большинство природных антиоксидантов выделено из овощей, фруктов и травянистых растений, а недавно фукоиданы, выделенные из морских организмов, особенно из водорослей, также обладают потенциальной антиоксидантной активностью.
Фукоидные полисахариды представляют собой сложную смесь гетерологичных природных полисахаридов, состоящих в основном из L-фукозы и сульфатных групп, а также небольшого количества различных форм белков, моносахаридов, уроновых кислот и ацетильных групп. Исследования показали, что содержание и места расположения сульфатных групп, основных активных групп фукоидана из разных источников, различаются. Сульфатные группы в основном расположены в С2, С4 или в обоих положениях остатков фукоидана, иногда также в положении С3, что значительно влияет на активность и эффективность фукоидана. В последние годы исследования показали, что фукоидан обладает множеством биологических активностей, таких как антикоагулянтная, антибактериальная, антивирусная, антиожирение, противоопухолевая, антиартритная, нейропротекторная, иммунная регуляция и защита функции кишечного барьера. Исследования показали, что фукоидан проявляет отличную антиоксидантную активность как in vivo, так и in vitro. Кроме того, фукоидан обладает такими биологическими свойствами, как предотвращение язвы желудка, заживление ран и нейропротекция, благодаря своей антиоксидантной функции.
Приведенные выше результаты свидетельствуют о том, что фукоидан является потенциальным природным антиоксидантом и может быть разработан как природный антиоксидант для использования в качестве пищевой добавки. Исходя из этого, в данном эксперименте была создана модель крысы с окислительным стрессом путем внутрибрюшинного введения диклофена и кормления ее фукоиданом для изучения смягчающего эффекта этого природного антиоксиданта на окислительный стресс.

В нормальных животных организмах производство и удаление ROS - это динамический равновесный процесс. Когда происходят резкие изменения или чрезмерный стресс во внутренней и внешней среде, это может привести к большому накоплению ROS в организме, что легко может вызвать гибель клеток или повреждение тканей, тем самым нарушая нормальную жизнедеятельность животных. Печень является важным органом обмена веществ в организме, а селезенка - важным иммунным органом. Различные химические реагенты и лекарства могут вызывать повреждения печени и селезенки и даже патологические повреждения. Окислительный стресс обычно присутствует при различных заболеваниях печени и селезенки, а ROS играет важную роль в патогенезе заболеваний печени и селезенки, индуцированных множеством факторов. Синтез и секреция АЛТ и АСТ печенью являются важными показателями для оценки функции печени. При повреждении клеток печени образующиеся ROS могут повреждать клеточные мембраны и органеллы, вызывая набухание или даже гибель клеток печени, что приводит к высвобождению АЛТ и АСТ из клеток в кровоток и повышению активности АЛТ и АСТ в сыворотке крови. Исследование показало, что окислительный стресс, вызванный диклофеном, повышает активность АСТ в сыворотке крови крыс, а окислительный стресс приводит к повышению уровня общего билирубина в сыворотке крови. Кроме того, окислительный стресс снижает вес печени и селезенки у крыс, что указывает на то, что окислительный стресс вызывает повреждение печени и селезенки. Предотвращение генерации ROS и перекисного окисления липидов - наиболее распространенный механизм действия природных защитных соединений печени. В последние годы было показано, что фукоиданы, выделенные из различных морских водорослей и некоторых морских беспозвоночных, являются потенциальными поглотителями ROS, оказывают определенное смягчающее действие на окислительный стресс в организме и способны оказывать защитное действие на печень и селезенку благодаря антиоксидантной активности. Исследования показали, что лечение фукоиданом значительно подавляет повышение активности АЛТ и АСТ в сыворотке крови, вызванное ацетаминофеном (APAP), циклофосфамидом, воздействием алкоголя, CCl4 и D-галактозамина+липополисахарида у мышей, и оказывает хорошее защитное действие на повреждения печени. В соответствии с вышеприведенными результатами, кормление крыс фукоиданом значительно снижало активность АСТ в сыворотке крови, что указывает на то, что фукоидан может эффективно смягчать повреждения печени у крыс.
Кроме того, окислительное повреждение может приводить к чрезмерному расходованию антиоксидантных ферментов в организме или подавлять синтез и активацию антиоксидантных ферментов, усугубляя окислительное повреждение в организме. В данном исследовании после внутрибрюшинного введения диклофенака уровни GSH, CAT, SOD и GPx в тканях печени были значительно снижены, а активности CAT, SOD и GPx в тканях селезенки также были значительно снижены. Это свидетельствует о том, что окислительный стресс приводит к истощению запасов CAT, SOD, GPx и GSH в организме, снижению антиоксидантной способности, чрезмерному окислению липидов клеточных мембран и повышению содержания МДА. А предварительная обработка фукоиданом значительно уменьшила снижение активности SOD и GPx после внутрибрюшинного введения диклофена, повысила общую антиоксидантную способность организма и снизила перекисное окисление липидов. Таким образом, кормление фукоиданом может повысить антиоксидантную способность печени и селезенки крыс. Аналогичным образом, фукоидан повышал уровень GSH в тканях печени мыши, обработанных APAP, увеличивал активность SOD и CAT, тем самым подавляя уровень ROS и MDA. Исследование Tian et al. также показало, что фукоидан повышает активность SOD, GPx и CAT в печени мыши, снижает уровень MDA и смягчает повреждение печени у мышей, вызванное циклофосфамидом. Полисахариды фукоидана также могут эффективно смягчать снижение активности СОД и GPx в сыворотке крови, уменьшать содержание МДА и ингибировать перекисное окисление липидов, вызванное ROS, в моделях CCl4 и D-галактозамин+липополисахарид, индуцированных повреждением печени у мышей, тем самым защищая печень. Кроме того, фукоидан также снижал увеличение содержания NO в тканях почек крыс, вызванное циклоспорином А, увеличивал содержание GSH в селезенке, отменял ингибирующий эффект циклоспорина А на активность СОД и, таким образом, улучшал повреждение тканей почек. Эти результаты свидетельствуют о том, что фукоидан может облегчать перекисное окисление липидов и окислительные повреждения в организме, повышая активность антиоксидантных ферментов.
В организме животных существует множество путей окислительного стресса, одним из которых является сигнальный путь Keap1 (Kelch like epichlorohydrin associated protein-1) - Nrf2 ARE (antioxidant response element). Когда клетки не стимулируются, ингибирующие белки Keap1 и Nrf2 связываются в комплекс, который изолирует Nrf2 отдельно в цитоплазме. Когда организм подвергается воздействию стрессоров или индукторов, Nrf2 подвергается фосфорилированию на своем специфическом сериновом или треониновом участке, и Nrf2 отделяется от комплекса Keap1/Nrf2 и мигрирует в ядро. Затем Nrf2 связывается с ARE и регулирует экспрессию ряда защитных генов, кодирующих внутриклеточные детоксицирующие ферменты, включая HO-1, хинон-оксидоредуктазу 1 (NQO1), глутатион S-трансферазу (GST), CAT, SOD и GPx, которые повышают способность клетки очищаться от ROS. Исследования показали, что фукоидан может смягчать окислительные повреждения в организме, регулируя сигнальный путь Nrf2. Кормление фукоиданом может регулировать снижение экспрессии Nrf2, вызванное диметилнитрозамином в тканях печени крысы, регулировать транскрипцию генов GST, NQO1 и SOD, тем самым повышая активность SOD и GPx в печени и сыворотке крови, а также снижая степень перекисного окисления липидов в организме. Исследования показали, что фукоидан также может повышать уровни Nrf2, HO-1, глутамат-цистеиновой лигазы (GCLM) и белка NQO1 за счет регуляции пути Nrf2/HO-1, тем самым повышая активность CAT, SOD и GPx в печени и почках, снижая уровень МДА и улучшая вызванное циклофосфамидом повреждение печени и почек у мышей ICR. Есть также исследования, показывающие, что фукоидан усиливает экспрессию общего Nrf2 в ткани печени и Nrf2 в ядре, повышает активность SOD и CAT и содержание GSH, а также смягчает повышение уровня ROS и MDA, индуцированное APAP в ткани печени. Полученные результаты свидетельствуют о том, что механизм защиты печени фукоиданом связан с Nrf2-опосредованным окислительным стрессом. Фукоидан эффективно стимулирует транслокацию Nrf2 из цитоплазмы в ядро, повышает антиоксидантную способность организма и подавляет накопление ROS. В соответствии с вышеизложенной точкой зрения, в данном эксперименте окислительный стресс подавлял экспрессию гена Nrf2 в тканях печени и селезенки крыс, а также снижал экспрессию генов нижележащих CAT, SOD1, SOD2 и GPx. Кормление фукоиданом повышало экспрессию генов Nrf2, GPx и SOD2 в тканях печени и селезенки, что указывает на то, что фукоидан активирует сигнальный путь Nrf2 и нижележащие антиоксидантные ферменты, такие как SOD и GPx, тем самым оказывая антиоксидантное действие и подавляя окислительное повреждение в организме.
Таким образом, фукоидан повышает экспрессию генов антиоксидантных ферментов и регулирует активность антиоксидантных ферментов в тканях печени и селезенки крыс через Nrf2-путь, тем самым ослабляя реакцию окислительного стресса у крыс.