Фукоксантинът инхибира възпалителния отговор, причинен от радиация

За контакт: Одри Хуaudrey.hu@wecistanche.com

Част Ⅱ: Фукоксантинът променя пътя на апелин-13/APJ в определени органи на облъчени мишки

Nermeen M. El Bakary, Noura Magdy Thabet и др.

ДИСКУСИЯ

Фокусът на настоящото изследване бешеФукоксантин(FX), поради своите биоактивни свойства; проучихме действието му срещу предизвикани от експозиция на RAD промени в пътя на апелин-13/APJ, които биха могли да повлияят или да бъдат повлияни отвъзпалителенреакции и промени в редокс статуса.

Данните от настоящото проучване показват, че излагането на мишки на IR е довело до забележителна индукция на окислителното натоварване в тъканите на черния дроб, бъбреците, белите дробове и далака, което се проявява чрез значително повишено регулиране на биомаркера за хипоксия, HIF{{1 }}a, повишаване на MDA (крайния продукт на липидната пероксидация) и намаляване на антиоксидантните маркери (GSH-PX и GSH). Тези данни са свързани със значително повишаване на про-възпалителенмолекули (MCP-1 и IL-6) в тъканите на изследваните органи, понижена регулация в -7nAchR на далака и смущения в системниявъзпалителенмедиатори (TNF-, IL-1, CRP и IL-10). Тези открития бяха подкрепени от хистопатологичното изследване, докато промените в архитектурата на тъканите, които реагираха на оксидативните увреждания ивъзпалениеса очевидни.

Тези резултати могат да бъдат приписани на развитието на оксидативен стрес, състояние, което възниква от изобилното генериране на ROS или неизправност на антиоксидантната защитна система. Yahyapour et al [1] съобщават, че възпалението и оксидативното увреждане са тясно свързани с излагането на IR. Chatterjee [9] разкри, че прогресивната хроничнавъзпалениеи оксидативният стрес са замесени в различни патологични процеси и могат да доведат до опасни заболявания.Радиация-предизвикано белодробно увреждане чрез пост-радиацияхипоксията е причинен фактор, медииращ непрекъснатото генериране на ROS, нарастване на миграцията на левкоцитите, съдов пермеабилитет, стимулиране на образуването на колаген и регулиране нагоре на освобождаването навъзпалителенцитокини от различни клетки като ендотелни клетки, алвеоларни макрофаги, пневмоцити и фибробласти [29]. Данните от настоящото изследване може да показват случай на хипоксия. Увеличаването на HIF-1 в органните тъкани на облъчени мишки може да означава появата на хипоксия следрадиацияекспозиция, която може да участва в развитието на оксидативен стрес ивъзпаление. Проучването на Azab et al [30] уточнява, че излагането на y-лъчение причинява преувеличено образуване на ROS и насочва облъчените клетки в състояние на оксидативен стрес, който е замесен в различни процеси от естествен и патологичен произход. Това свръхпроизводство на ROS е придружено от намаляване на клетъчните антиоксидантни активности и липидна пероксидация, индекси на протеиново окисление ивъзпалителенмаркери в черния дроб на облъчени плъхове. В изследването на Moustafa и Thabet [31], облъчването на плъхове с y-лъчи (6 Gy) повишава нивото на MDA и намалява антиоксидантните ензими |супероксид дисмутаза (SOD) и каталаза (CAT)] и в крайна сметка причинява увреждане на чернодробната тъкан . Също така, излагането на мозъчната тъкан на 5 Gy от y-радиацияповишен MDA, IL-1 и IL-6, съчетано с отменена антиоксидантна ензимна активност (глутатион S-трансфераза), което доведе до мозъчно увреждане [32].

Трябва да се отбележи, че -6, произведен в отговор на увреждане на черния дроб и бъбреците, е сигнал в случай на увреждане на тъканите [33-35]. IL 6, произведен в отговор на увреждане на бъбреците, директно причинявавъзпалениеи увреждане на белодробната тъкан35], което е в съответствие с резултатите, показани в настоящото изследване. Въпреки това, IL-6 активира спленоцитите да произвеждат IL-10 чрез -7nAchR, който е необходим за смекчаване на увреждане на тъканите, както се съобщава в проучването на Kinsey [35]. Те-облъчванемикросредата може да насочи постоянното активиране на IL. 6 в тъканите и системните про-възпалителенмедиатори (TNF- и IL-1) да бъдат по-скоро вредни, отколкото полезни, както се проявява чрез понижаване на нивата на -7nAchR и L-10 в далака, както се наблюдава в настоящото изследване. Подкрепяйки това мнение, Linard et al. [36] заяви, че след цялото тяло y-облъчванена плъхове при 10 Gy, каскади отвъзпалителенотговорите са индуцирани чрез повишените концентрации на IL-6 и IL.8, свързани с намаляване на нивото на IL-10. Освен това Galal et al [37] заявяват, че 7 Gy от y-радиацияповишени биомаркери за хепатотоксичност и намалени ROS-детоксикиращи ензими в черния дроб и далака, свързани с понижената регулация на -7nAchR на далака. Понижената регулация на -7nAchR на далака в RAD групата може да е свързана към кумулативни про-възпалителени намаляанти-възпалителеносвобождаване на цитокини през NF-KB пътя [38]. Освен това, Wang et al. [39] разкриват, че излагането на човешки ендотелни клетки на пъпната вена на y-радиациянарушава клетъчните връзки чрез активиране навъзпалителенNF-kB сигнален път, проявяващ се чрез усилване на оксидативния и нитрозативния стрес и повишаване на цитокините IL-6 и TNF-.

За разлика от това, прилагането на няколко дози FX (Фукоксантин) преди y-радиацияекспозиция във FX (фукоксантин)plus RAD групата намалява смущенията в оксидантната/антиоксидантната защитна система и про-/противовъзпалително средствоy баланс, както се наблюдава в настоящото изследване. Този резултат може да се дължи на антиоксидантния капацитет на FX (фукоксантин). Rodrigues et al.40| съобщи, че FX (фукоксантин), морски каротеноид, има мощен капацитет за отстраняване на свободните радикали, което обяснява неговите антиоксидантни способности. Тези способности могат да бъдат приписани на неговата отличителна аленова връзка и 5,6-моноепоксид, които са критични за отстраняването на свободните радикали и защитата на клетките от увреждане, предизвикано от H2O2 и UV-B [41]. FX (фукоксантин)показаха подобрения в модела на травматично мозъчно увреждане чрез намаляване на съдържанието на MDA и възстановяване на активността на GSH-PX [15]. Той може да упражнява своите цитопротективни ефекти срещу H2O2 окислително увреждане в L02 клетки (нормална човешка чернодробна клетъчна линия) чрез фосфатидилинозитол 3-киназа-зависима индукция на Nrf-2(свързан фактор с еритроиден ядрен фактор{{9 }}) сигнализиране, което се проявява чрез намалено изтичане на LDH и вътреклетъчен ROS с подобрен вътреклетъчен GSH 42|. FX (фукоксантин)отговаря за промените в клетъчния редокс тонус ивъзпалениекоито са наблюдавани в черния дроб на облъчени плъхове при 8 Gy фракционирани (2 Gy × 4; 2 Gy на всеки 3 дни) Y-лъчи чрез регулиране на нивата на TNF, производството на MDA и запазване на концентрацията на GSH |43]. Също така, FX (фукоксантин)възстановява намалената антиоксидантна система (GSH, GSH-PX, SOD и CAT) и инхибира високото ниво на генериране навъзпалителенмолекули IL-1 и TNF-, които са свързани със затлъстяването [44]. Освен това Grasa-Lopezet al|45|показва, че FX (фукоксантин)има прогресивен ефект чрез увеличаване напротивовъзпалителноцитокин адипонектин и намаляване на провъзпалителните цитокини лептин и CRP. Противовъзпалителният ефект на FX (фукоксантин)може да се дължи на инхибирането на индукцията на NF-kB и потискането на фосфорилирането на митоген-активирана протеин киназа (MAPK), което води до намаляване на нивото на про-възпалителенмедиатори, включващи NO, простагландин Е2, IL-1, TNF- и IL-6в липополизахарид-стимулирани клетки от миши макрофаги[14].

Протеиновата експресия на пътя на apelin-13/APJ/NF-KB се повишава в тъканите на черния дроб, бъбреците, белите дробове и далака на групата облъчени мишки едновременно с развитието на оксидативен стрес ивъзпаление, както се наблюдава в настоящото проучване. Увеличението, наблюдавано в експресията на апелин-13, API и NF-K B протеин може да се дължи на действието на силновъзпалителенмедиатори като IL-6 или развитието на оксидативен стрес поради големите количества MDA, образувани в отговор на прекомерно генерираните ROS в тъканите на органи порадирадиацияизлагане. Хан и др. [46] показа, чевъзпаление-индуцираното покачване на експресията на иРНК на апелин се медиира чрез IL-6 и интерферон-y чрез стимулиране на активността на промотора на апелин, което от своя страна се медиира чрез JAK/STAT пътя. Хелми и др. 47] описват, че увреждането на сърцето, наблюдавано по време на хронична системна хипоксия, се дължи на повишаване на относителната експресия на мРНК на апелин, високи нива на MDA и значително увеличаване на образуването на ROS по време на хипоксия. Повишената регулация навъзпалителенмедиаторите и активирането на NF-xB са ключови събития зад възпалителния процес. Xu et al.[48] установиха, че транскрипционният фактор NF-xB контролира сериозни клетъчни реакции на стрес и нараняване чрез активиране на цитокини (като TNF- и IL -1) и свободни от кислород радикали. Свързването на апелин-13 с неговия рецептор APJ може да подтикне експресията на транскрипционния фактор NF-KB, който засилва проявата на хемотактичната провъзпалителна молекула MCP-1 [49,50] и е свързана с понижена регулация на експресията на -7nAchR протеин [38].

Theанти-възпалителенефект на FX (фукоксантин)срещу т-радиация-индуцирана тъканвъзпалениеможе да се тълкува в светлината на способността му да контролира оста apelin/APJ/NF-kB. Настоящите данни посочиха значително подобрение в сигналния път на апелин/APJ/NF-kB при мишки, които са получили FX (фукоксантин)и след това бяха изложени на y-радиация. Може да се предположи, че управлението на този сигнален път може да се припише на ролята на NF-KB като регулатор на апелиновия път, механично свързан с инхибирането на апелина навъзпалителенрегулиране на медиатора и потискане на активирането на NF-kB в тъканите, страдащи отвъзпаление. Ким и др.|14]и Чой и др.51|постулираха, че FX (фукоксантин)е полезен като противовъзпалителна терапия поради неговото инхибиращо влияние върху активирането на NF-kB и фосфорилирането на MAPK.

В настоящото проучване е открит дисбаланс между MMP-2, MMP-9 и TIMP-1 в черния дроб, бъбреците, белия дроб и далака на мишки, изложени на y-облъчванев сравнение с контролните мишки. Това беше придружено от значително повишаване на активността на LDH във всички органи, нарушение на ензимите на чернодробната функция (както се вижда от повишените активности на AST и ALT) и бъбречната функция (както се вижда от повишените нива на урея и креатинин) и промени в структурата на органа тъкани, които са наблюдавани във фотомикрографии на тъкани на групата RAD. Индукция на оксидативен стрес,възпалениеи регулиране нагоре на сигналния път на апелин/APJ/NF-kB след y-облъчванеможе да допринесе за горните последствия и последващото разрушаване на органните функции при облъчени мишки. Yahyapour и др. [1 заяви, че ситуацията на окислително разрушаване е хроничнавъзпаление, и последиците от него, произтичащи след ИР, могат да нарушат функциите на облъчените органи. Galis и Khatri52| свързват дисбаланса между MMPs и TIMPs и насърчаването на съдовото ремоделиране с индуцирането на оксидативен стрес и развитието навъзпалителенотговори. Също така, Nguyen et al.|53| наблюдават индукцията на MMP-2 и MMP-9и намаляването на TIMP-1 в отговор на повишената регулация на NF-B в PMA(форбол 12-миристат {{7} }ацетат)-индуциран човешки фибросарком. В допълнение, при пациенти с колоректален карцином, развитието на оксидативен стрес повишава липидната пероксидация на клетъчната мембрана, което води до увреждане на пропускливостта на мембраната и изтичане на LDH и малат дехидрогеназа (MDH) в кръвообращението [54]. Изтичането на цитозолния ензим LDH е свързано с клетъчната жизнеспособност и следователно е удобен измерител на разрушаването на мембраната. Няколко проучвания потвърждават, че LDH е маркер за увреждане на органите и корелират увеличаването му в тъканите с оксидативния стрес ивъзпалителенусловия 55-58]. По този начин увеличенията на LDH, открити във всички органи от настоящото изследване, подчертават увреждането на тези органи след излагане на y-лъчение.

От данните, разкрити в настоящото проучване, FX (фукоксантин)администрация преди y-радиацияекспозицията намалява оксидативния стрес и в същото време предотвратява дисбаланса на MMP-2, MMP-9/TIMP-1 и поддържа клетъчната цялост, както се възприема от намаленото изтичане на LDH от черния дроб, бъбреците, белите дробове и далак на облъчени мишки. Тези открития могат да бъдат приписани на антиоксиданта ианти-възпалителендействия на FX (фукоксантин), което доведе до регулиране на сигналната ос apelin-13/API/NF-xB, както беше интерпретирано по-рано. FX (фукоксантин)администрирането намалява активността на клетъчните ММР-2 и ММР-9, съпътстващо повишаването на тъканните ММР инхибитори, като TIMP-1в PMA-индуцирани човешки фибросаркомни клетки чрез инхибиране на NF-kB, JNK и p38-MAPK[53]. Също така, предварителната обработка от FX (фукоксантин)доведе до намаляване на изтичането на LDH, намалено вътреклетъчно съдържание на ROS и повишен вътреклетъчен GSH [42]. Инхибирането на LDH намалява чернодробната некроза, апоптозата и появата на про-възпалителенмедиатори в миши модел с остра чернодробна недостатъчност [58], което може да обясни подобрението, наблюдавано в органа на FX (фукоксантин)плюс група RAD. Хистопатологичното изследване на черния дроб, бъбреците, белия дроб и далака при настоящото изследване разкри, че FX (фукоксантин)притежава забележителен радиозащитен потенциал, както се подразбира от неговото смекчаване на вредните промени, предизвикани от IR върху биохимичния профил. Тези данни са в съгласие с тези на Bharathrijaja et al. [59], Zheng et al. [60] и Wang et al [61], които постулират цитопротективната ефикасност на FX (фукоксантин)срещу различни вредни фактори в различни органи и приписва тези ефекти на неговия антиоксидант ипротивовъзпалителноИмоти. Трябва да се отбележи, че настоящото проучване хвърля светлина върху нов механизъм, който може да допринесе за цитопротективната ефикасност на FX (фукоксантин)чрез съгласуваната регулация на холинергичните на далакапротивовъзпалителноникотинов рецептор (-7nAchR) и апелин-13/APJ пътя в прицелните органи.

Както се съобщава в Mun et al [62], има няколко радиопротектора, които са изследвани с различни механизми на защитно действие като: бергенин (Caesalpinia digyna), който активира MAPK и ERK пътищата за модулиране нарадиациящети ефект; N-ацетил триптофан глюкопиранозид (Bacillus subtilis), който преодолява увреждането, предизвикано от радиация, чрез възстановяване на цитопротективни цитокини и антиоксидантни ензими; зимозан А (Saccharomyces cerevisiae), който предпазва отрадиация-предизвикано увреждане на ДНК чрез повишаване на нивата на цитокини и псорален в (Psoralea cory li folia), който инхибира индуцирания от радиация PI3K-IKK-IcB сигнален път, COX-2 и експресията на про-възпалителенцитокини. Доказано е, че N-ацетил цистеин и ресвератрол намаляват увреждането на ДНК чрез индукция на естествени антиоксиданти (GSH, SOD и CAT); витамин С, в полиеглюкозид и кверцетин-3-О-рамнозид-7-О.глюкозид, показа защита срещурадиациячрез намаляване на липидната пероксидация, както се съобщава в Smith et al 63]. Oh, et al|64|съобщават, че природните водораслови продукти като директор,фукоксантин, астаксантин и екстракти от водорасли имат радиозащитни ефекти, включително извличане на радикали и антиоксидантни свойства. Въпреки това, новите открития на настоящото проучване хвърлят светлина върху нов механизъм на FX (фукоксантин)като радиопротектор срещу y-радиация-индуцирано увреждане в органите, изследвани чрез съгласуваната регулация на сигналния път апелин/APJ/NF-kB и -7nAchR на далака, първичен рецептор на холинергичнитепротивовъзпалителнопът, тъй като има антиоксидант ипротивовъзпалителноефекти, довели до модулиране на маркерите за структурно увреждане (MMP-2, MMP-9, TIMP-1 и LDH) и функцията на органите.

Като цяло резултатите от настоящото проучване показват, черадиацияиндуцирано от експозиция активиране на апелин-13/APJ сигнализиране, което може да се припише на индуцирането на оксидативен стрес (както се проявява в това проучване чрез повишаване на HIF-1 и MDA и намаляване на GSH и GSH- PX), както ивъзпаление(както се проявява чрез увеличения на MCP-1, I-6 и NF-KB и понижения на IL-10 и -7nAchR). Освен това, повишаването на оксидативния стрес ивъзпалителенмедиаторите доведоха до структурни увреждания в изследваните органи (както се проявява чрез повишаване на MMP-2, MMP-9 и LDH и намаляване на TIMP-1, потвърдено от хистопатологично изследване). На свой ред, регистрираното активиране на апелиново сигнализиране в облъчената група изглежда участва в скока, наблюдаван при оксидативен стрес ивъзпаление. Можем да предположим, че системното администриране на FX (фукоксантин)има значителни благоприятни ефекти срещу оксидативно увреждане ивъзпалителенсъстояние. Регулирането на apelin-13/API/NF. kB сигнализиращата ос може да представлява крайъгълният камък на защитните механизми на FX (фукоксантин)срещурадиацияопасности, които водят до клетъчно увреждане и срив на функциите на органите. Като препоръка. FX (фукоксантин)може да се използва като потенциален радиопротектор в случаи нарадиацияизлагане.

ПРЕПРАТКИ

1. Yahyapour R, Amini P, Rezapour S et alРадиация-индуциран възпалениеи автоимунни заболявания. Mil Med Res 2018; 5: 9-17.

2. Di Maggio FM, Minafra L, Forte GI et al. Портрет навъзпалителенотговор на йонизациярадиациялечение. J Inflamm (Лондон) 2015; 12:14.

3. Reisz JA, Bansal N, Qian J et al. Ефекти от йонизиранерадиациявърху биологичните молекули - механизми на увреждане и нововъзникващи методи за откриване. Antioxid Redox Signal 2014; 21: 260-92. 4. Mishra KN, Moftah BA, Alsbeih GA. Оценка на механизмите на

радиозащита и терапевтични подходи нарадиацияконтрамерки. Biomed Pharmacother 2018; 106: 610-7.

5. Huang Z, Wu L, Chen LApelin/APJ система: нова потенциална терапевтична цел за бъбречно заболяване. J Cell Physiol 2018; 233: 3892-900.

6. Lw SY, Cui B, ChenWDet al Apelin/APJsystem: ключова терапевтична цел за чернодробно заболяване. Oncotarget 2017; 8;112145-51.

7. Zhou Q, Cao J, Chen L. Apelin/APJ система: нова терапевтична цел за оксидативен стрес, свързанвъзпалителензаболявания (преглед). Int J Mol Med 2016; 37: 1159-69.

8. Lil, LiF, LiF et al. Получените от NOX4-реактивни кислородни видове стимулират Apelin{2}}индуцираната пролиферация на васкуларни гладкомускулни клетки чрез ERKpathway.Int J Pept Res Ther 2011;17:{{5} }.

9. Chatterjee S. Оксидативен стрес,възпаление, и заболяване. В: Dziubla T, Butterfield DA (eds).O.оксидативен стрес и биоматериали. Ню Йорк: Academic Press, 2016, 35-58.

10. Ren C, Tong YL, Li JC и др. Защитният ефект на активирането на алфа 7 никотинов ацетилхолинов рецептор върху критично заболяване и неговия механизъм. Int J Biol Sa 2017; 13: 46-56.

11. ViedtC, Dechend R, FeiJet al. MCP-1 индуциравъзпалителенактивиране на човешки тубулни епителни клетки: участие на транскрипционните фактори, ядрен фактор капа В и активиращ протеин-1. J Am Soc Nephrol 2002; 13: 1534-47.

12. Raffetto JD, Khalil RA. Матриксни металопротеинази и техните инхибитори при съдово ремоделиране и съдово заболяване Biochem Pharmacol 2008;75:346-59.

13. Jain AK, Singh D, Dubey K et al. Модели и методи за in vitro токсичност. В: Dhawan A, Kwon S (eds). In Vito Toxicology. Кеймбридж, Масачузетс: AcademicPress, 2018, 45-65.

14. Ким KN, Heo SJ, Yoon WJ.Фукоксантининхибира навъзпалителенотговор чрез потискане на активирането на NF-KB и MAPKs