Niedawny Składniki odżywcze badanie ocenia właściwości neuroprotekcyjne Ecklonia cava polifenoli (ECP) w łagodzeniu uszkodzeń neuronów wywołanych przez rotenon w chorobie Parkinsona (PD).

Badanie: Polifenole Ecklonia cava działają zapobiegawczo na chorobę Parkinsona poprzez aktywację szlaku Nrf2-ARE. Źródło obrazu: C Levers / Shutterstock.com

PD i rotenon

PD to powszechne zaburzenie neurodegeneracyjne, które objawia się objawami motorycznymi, w tym sztywnością, drżeniem i wiotkością ruchową, a także objawami niemotorycznymi, takimi jak depresja i upośledzenie funkcji poznawczych. Poprzednie badania wykazały, że ryzyko wystąpienia PD wzrasta trzykrotnie co dekadę po 60. roku życia.

Ze względu na szybkie starzenie się populacji na świecie szacuje się, że do 2040 roku liczba przypadków PD osiągnie 14,2 miliona. Do tej pory naukowcom nie udało się opracować żadnego leczenia, które mogłoby spowolnić postęp choroby.

Podstawowe mechanizmy związane z patogenezą choroby Parkinsona obejmują śmierć neuronów dopaminergicznych, dysfunkcję mitochondriów, stres oksydacyjny, wytwarzanie wewnątrzkomórkowych reaktywnych form tlenu (ROS), neurozapalenie i nieprawidłową akumulację białka α-synukleiny.

PD można dalej klasyfikować jako autosomalne dominujące/recesywne lub sporadyczne. Około 10-15% przypadków PD jest genetycznie powiązanych, podczas gdy pozostałe przypadki są uważane za sporadyczne i mogą wynikać z różnych czynników ryzyka. Na przykład czynniki środowiskowe, takie jak narażenie na substancje neurotoksyczne, takie jak pestycydy, zwiększają ryzyko rozwoju sporadycznej PD.

Rotenon, pochodzący z korzeni tropikalnych roślin strączkowych, takich jak couve, jest powszechnie stosowany jako insektycyd i pestycyd. Poprzednie badania wykazały, że doustne podawanie rotenonu powoduje dysfunkcję motoryczną i żołądkowo-jelitową. Mechanistycznie rotenon wywołuje dysfunkcję mitochondriów poprzez hamowanie kompleksu transportu elektronów łańcucha oddechowego I, co następnie zwiększa generację ROS i apoptozę.

Szlak czynnika jądrowego erytrocytu 2 związanego z czynnikiem 2 (Nrf2)-element odpowiedzi antyoksydacyjnej (ARE) aktywuje kaskadę genów cytoprotekcyjnych, w tym liczne czynniki transkrypcyjne powiązane z generowaniem enzymów antyoksydacyjnych, proteasomów, biogenezy mitochondriów i mediatorów przeciwzapalnych. Kilka badań podkreśliło, że szlak Nrf2-ARE odgrywa kluczową rolę w wyzwalaniu adaptacyjnych odpowiedzi na stres oksydacyjny.

W normalnych warunkach wewnątrzkomórkowych Nrf2 wiąże się z bogatym w cysteinę białkiem Kelch-like ECH-associated protein 1 (Keap1) w cytoplazmie, aby promować ubikwitynację Keap1. W obecności stresu oksydacyjnego Nrf2 przyłącza się do ARE i zwiększa produkcję białek antyoksydacyjnych.

Dlatego szlak Nrf2-ARE może być ukierunkowany na ochronę neuronów przed stresem oksydacyjnym przy użyciu przeciwutleniaczy. Ta koncepcja może być wykorzystana w zapobieganiu i leczeniu PD.

O badaniu

W niniejszym badaniu analizowano neuroprotekcyjne działanie ECP na uszkodzenia neuronów wywołane rotenonem. E.kawa jest jadalną brunatną algą wzbogaconą w polifenole i florotaninę, które są związane z działaniem przeciwutleniającym, przeciwzapalnym i przeciwbakteryjnym. W bieżącym badaniu wykorzystano komercyjnie dostępne ECP o całkowitej zawartości polifenoli wynoszącej 99,4%.

In vitro eksperymenty przeprowadzono przy użyciu linii komórek neuroblastoma ludzkiego SH-SY5Y. W tym celu komórki SH-SY5Y poddano działaniu różnych stężeń ECP i rotenonu, po czym oceniono żywotność komórek i poziom wewnątrzkomórkowego ROS. Zmierzono również poziom ekspresji dehydrogenazy fosforanu dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NADPH) 1 (NQO1) i Nrf2.

Po aklimatyzacji myszy do warunków laboratoryjnych, zostały one losowo przydzielone do grup kontrolnych, rotenonu, ECP(L) i ECP(H), z których każda składała się z sześciu myszy. W grupie ECP(L) myszy leczono 20 mg/kg ECP, podczas gdy myszy w grupie ECP(H) leczono 240 mg/kg ECP. Wszystkim myszom podawano rotenon doustnie codziennie przez 30 dni, z wyjątkiem grupy kontrolnej.

Wszystkie myszy poddano kilku testom funkcji motorycznych, w tym testom drążka i zawieszenia na drucie oraz ocenom funkcji niemotorycznych. Pod koniec okresu badania pobrano tkanki okrężnicy i mózgu i poddano je analizie histopatologicznej.

Wyniki badań

Ten in vitro eksperymenty wykazały, że toksyczność rotenonu była zależna od dawki, przy czym 200 nanomoli (nM) wybrano jako dawkę leczniczą do kolejnych eksperymentów skuteczności ECP. Po ekspozycji na 200 nM rotenonu, 12,5 µg/ml ECP wystarczająco przywróciło żywotność komórek i ekspresję ROS do poziomów kontrolnych. Leczenie ECP doprowadziło również do większej translokacji jądrowej Nrf2 w porównaniu z komórkami leczonymi samym rotenonem, co wskazuje na aktywację reakcji na stres oksydacyjny.

Nrf2 pośredniczy w indukcji genu p62, który wspiera aktywację Nrf2 poprzez pętlę sprzężenia zwrotnego dodatniego. Po leczeniu ECP komórek narażonych na rotenon zaobserwowano znaczny wzrost poziomów kwasu rybonukleinowego (mRNA) informacyjnego p62.

W testach funkcji motorycznych myszy leczone ECP wykonywały biegi T w krótszym czasie i wykazywały większą siłę mięśni w porównaniu do myszy leczonych rotenonem.

Dysfunkcja żołądkowo-jelitowa jest częstym objawem autonomicznym zgłaszanym u pacjentów z PD. Przeprowadzono analizę histopatologiczną tkanek jelita grubego, aby ustalić, czy leczenie ECP wpłynęło również na objawy niemotoryczne. W tym celu leczenie ECP skutecznie przywróciło funkcję motoryczną jelit w porównaniu z efektami obserwowanymi w jelitach u myszy leczonych wyłącznie retononem.

Hydroksylaza tyrozynowa (TH) jest enzymem ograniczającym szybkość syntezy dopaminy; dlatego ekspresja TH jest często wykorzystywana do analizy funkcji neuronów dopaminergicznych w istocie czarnej śródmózgowia. W bieżącym badaniu analiza immunohistochemiczna mózgów myszy wystawionych na działanie rotenonu wykazała zmniejszoną ekspresję TH w porównaniu z myszami kontrolnymi. Jednak leczenie ECP doprowadziło do znacznego odzyskania ekspresji TH-pozytywnej w sposób zależny od dawki.

Wnioski

Leczenie ECP prowadzi do zwiększonej translokacji jądrowej Nrf2, aktywności NQO1 i ekspresji mRNA NQO1 po narażeniu na rotenon. Ponadto wyniki badania wykazują, że ECP naprawia uszkodzenia neuronów poprzez supresję ROS i aktywację 5′ adenozynomonofosforanu (AMP)- kinazy białkowej aktywowanej (AMPK), co wskazuje na terapeutyczny potencjał tego związku w leczeniu PD. Niemniej jednak konieczne są przyszłe badania w celu ustalenia dokładnych mechanizmów zaangażowanych w aktywność ECP w celu przyspieszenia jego klinicznego zastosowania.