Редокс-залежні механізми нейропротекції головного мозку щурів із експериментальним цукровим діабетом
DOI:
https://doi.org/10.15587/2519-4852.2018.145725Ключові слова:
цукровий діабет, головний мозок, оксидативний стрес, N-ацетилцистеїн, мелатонін, мітохондрії, супероксидАнотація
Мета. Дослідити ефективність регулювання редокс-залежних механізмів нейропротекції різних фармакологічних схем N-ацетилцистеїну (NAC) та мелатоніну (Mel) у головному мозку щурів з експериментальним цукровим діабетом 1 типу (ЦД 1).
Методи. Щури з індукованим ЦД 1 отримували NAC (1,5 г/кг), Mel (10 мг/кг) або їх комбінацію ( NAC+Mel) протягом 5-ти тижнів. Стан електрон-транспортного ланцюга (ЕТЛ) мітохондрій, швидкість генерування супероксидних радикалів (СР), активність nNOS, концентрацію лактоферину, «вільного заліза», метгемоглобіну, 8-oxoG в клітинах головного мозку щурів досліджували методом електронного парамагнітного резонансу (ЕПР) на комп’ютеризованому ЕПР-спектрометрі РЕ-1307 за температури рідкого азоту (Т=77К).
Результати. Через 7 тижнів після індукції ЦД 1 швидкість генерування СР мітохондріями головного мозку щурів з ЦД 1 була значно вищою, а активність нейрональної NO-синтази (nNOS) зниженою, порівняно з групою контролю. Було встановлено зменшення активності Комплексу І ЕТЛ мітохондрій та зростання рівня 8-oxoG, концентрації «вільного заліза», NO-FeS-білків, концентрації лактоферину та MetHb, в тканині головного мозку тварин з ЦД 1. Всі досліджувані фармакологічні схеми сприяли достовірному зниженню швидкості генерування СР та відновленню активності nNOS мітохондріями головного мозку. Фармакологічна корекції NAC/Mel або NAC+Mel сприяла достовірному зниженню рівня 8-oxoG та комплексів NO-FeS-білків, нормалізації активності комплексів «вільного заліза» тканини головного мозку щурів з ЦД 1. Терапія NAC також сприяла зменшенню рівня MetHb, а комбінована терапія NAC+Mel - зменшенню рівня лактоферину головного мозку щурів з ЦД1.
Висновки. При індукції ЦД 1 типу відбувається пошкодження ЕТЛ мітохондрій продуктами неповного розпаду глюкози, що проявляється зниженням синтезу АТФ, підвищенням рівня СР, які генеруються в наслідок порушення механізму транспорту електронів. Терапія NAC та Mel чи їх комбінації супроводжувалася захистом клітин головного мозку щурів з ЦД 1 від токсичної дії СР, перешкоджаючи порушення функцій мітохондрій, що свідчить про нейропротективну дію. NAC та Mel є перспективними лікарськими засобами для профілактики та лікування діабетичної нейропатії
Посилання
- World Health Organization. Global Report on Diabetes (2016). World Health Organization. Available at: http://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/204871/9789241565257_eng.pdf?sequence=1
- Tkachenko, V. I., Vydyborets, N. V., Kovalenko, O. F. (2014). Analiz poshyrenosti ta zakhvoriuvanosti na tsukrovyi diabet i yoho uskladnennia sered naselennia Ukrainy ta u Kyivskii oblasti za 2004–2013 rr. Zdobutky klinichnoi i eksperymentalnoi medytsyny, 2, 177–182.
- Popruha, A. A., Bobyreva, L. E., Samarchenko, L. A., Mykhaylychenko, T. E. (2017). Mathematical model of diabetic encephalopathy. Wiad Lek, 70 (5), 906–909. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29203738
- Thakur, P., Kumar, A., Kumar, A. (2018). Targeting oxidative stress through antioxidants in diabetes mellitus. Journal of Drug Targeting, 26 (9), 766–776. doi: http://doi.org/10.1080/1061186x.2017.1419478
- Johar, D. R., Bernstein, L. H. (2017). Biomarkers of stress-mediated metabolic deregulation in diabetes mellitus. Diabetes Research and Clinical Practice, 126, 222–229. doi: http://doi.org/10.1016/j.diabres.2017.02.023
- Vieira, L., Soares, R., Felipe, S., Moura, F., Brito, G., Pacheco, C., Soares, P. (2017). Physiological Targets for the Treatment of Diabetic Encephalopathy. Central Nervous System Agents in Medicinal Chemistry, 17 (1), 78–86. doi: http://doi.org/10.2174/1871524916666160428111015
- Sytnyk, I., Burlaka, A., Vovk, A., Khaitovych, M. (2017). Study of superoxide- and NO-dependent protective mechanisms of N-acetylcysteine and losartan in ratʼs aorta and liver under streptozoticin-induced type 1 diabetes mellitus. ScienceRise: Pharmaceutical Science, 6 (10), 25–31. doi: http://doi.org/10.15587/2519-4852.2017.119490
- Zychowska, M., Rojewska, E., Przewlocka, B., Mika, J. (2013). Mechanisms and pharmacology of diabetic neuropathy – experimental and clinical studies. Pharmacological Reports, 65 (6), 1601–1610. doi: http://doi.org/10.1016/s1734-1140(13)71521-4
- Yerra, V. G., Gundu, C., Bachewal, P., Kumar, A. (2016). Autophagy: The missing link in diabetic neuropathy? Medical Hypotheses, 86, 120–128. doi: http://doi.org/10.1016/j.mehy.2015.11.004
- Wen, X., Wu, J., Wang, F., Liu, B., Huang, C., Wei, Y. (2013). Deconvoluting the role of reactive oxygen species and autophagy in human diseases. Free Radical Biology and Medicine, 65, 402–410. doi: http://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2013.07.013
- Muriach, M., Flores-Bellver, M., Romero, F. J., Barcia, J. M. (2014). Diabetes and the Brain: Oxidative Stress, Inflammation, and Autophagy. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2014, 1–9. doi: http://doi.org/10.1155/2014/102158
- Chekman, I. S., Bielenicheva, I. F., Nahorna, O. O. et. al. (2016). Doklinichne vyvchennia spetsyfichnoi aktyvnosti potentsiinykh likarskykh zasobiv pervynnoi ta vtorynnoi neiroprotektsii. Kyiv, 92.
- Wu, W., Liu, B., Xie, C., Xia, X., Zhang, Y. (2018). Neuroprotective effects of N-acetyl cysteine on primary hippocampus neurons against hydrogen peroxide-induced injury are mediated via inhibition of mitogen-activated protein kinases signal transduction and antioxidative action. Molecular Medicine Reports, 17 (5), 6647–6654. doi: http://doi.org/10.3892/mmr.2018.8699
- Wang, B., Yee Aw, T., Stokes, K. Y. (2018). N-acetylcysteine attenuates systemic platelet activation and cerebral vessel thrombosis in diabetes. Redox Biology, 14, 218–228. doi: http://doi.org/10.1016/j.redox.2017.09.005
- Rafieian-Kopaei, M., Sharafati-Chaleshtori, R., Shirzad, H., Soltani, A. (2017). Melatonin and human mitochondrial diseases. Journal of Research in Medical Sciences, 22 (1), 2. doi: http://doi.org/10.4103/1735-1995.199092
- Council Directive 2010/63/EU of 22 September 2010 on the protection of animals used for scientific purposes (2010). Official Journal of the European Communities, L 276, 33–79.
- Stefanov, O. V. (Ed.) (2001). Doklinichni doslidzhennia likarskykh zasobiv. Kyiv: Avitsena, 528 p.
- Kamboj, S. S., Vasishta, R. K., Sandhir, R. (2010). N-acetylcysteine inhibits hyperglycemia-induced oxidative stress and apoptosis markers in diabetic neuropathy. Journal of Neurochemistry, 112 (1), 77–91. doi: http://doi.org/10.1111/j.1471-4159.2009.06435.x
- Negi, G., Kumar, A., Sharma, S. S. (2010). Melatonin modulates neuroinflammation and oxidative stress in experimental diabetic neuropathy: effects on NF-κB and Nrf2 cascades. Journal of Pineal Research, 50 (2), 124–131. doi: http://doi.org/10.1111/j.1600-079x.2010.00821.x
- Burlaka, A. P., Gafurov, M. R., Iskhakova, K. B., Lukin, S. M., Rodionov, A. A., Sidorik, E. P., Vovk, A. V. (2016). Electron Paramagnetic Resonance in the Experimental Oncology: Implementation Examples of the Conventional Approaches. BioNanoScience, 6 (4), 431–436. doi: http://doi.org/10.1007/s12668-016-0238-5
- Burlaka, A. P., Ganusevich, I. I., Golotiuk, V. V. et. al. (2016). Superoxide and NO-dependent mechanisms of antitumor and antimetastatic effect of L-arginine hydrochloride and coenzyme Q10. Experimental oncology, 38, 31–35.
- Burlaka, A. P., Sydoryk, Ye. P. (2006). Radykalni formy kysniu ta oksydu azotu pry pukhlynnomu protsesi. Kyiv: Naukova dumka, 227.
- Dehdashtian, E., Mehrzadi, S., Yousefi, B., Hosseinzadeh, A., Reiter, R. J., Safa, M. et. al. (2018). Diabetic retinopathy pathogenesis and the ameliorating effects of melatonin; involvement of autophagy, inflammation and oxidative stress. Life Sciences, 193, 20–33. doi: http://doi.org/10.1016/j.lfs.2017.12.001
- Rose, J., Brian, C., Woods, J., Pappa, A., Panayiotidis, M. I., Powers, R., Franco, R. (2017). Mitochondrial dysfunction in glial cells: Implications for neuronal homeostasis and survival. Toxicology, 391, 109–115. doi: http://doi.org/10.1016/j.tox.2017.06.011
- M. Santos, J., Mohammad, G., Zhong, Q., A. Kowluru, R. (2011). Diabetic Retinopathy, Superoxide Damage and Antioxidants. Current Pharmaceutical Biotechnology, 12 (3), 352–361. doi: http://doi.org/10.2174/138920111794480507
- Rafieian-Kopaei, M., Sharafati-Chaleshtori, R., Shirzad, H., Soltani, A. (2017). Melatonin and human mitochondrial diseases. Journal of Research in Medical Sciences, 22 (1), 2. doi: http://doi.org/10.4103/1735-1995.199092
- Agil, A., El-Hammadi, M., Jiménez-Aranda, A., Tassi, M., Abdo, W., Fernández-Vázquez, G., Reiter, R. J. (2015). Melatonin reduces hepatic mitochondrial dysfunction in diabetic obese rats. Journal of Pineal Research, 59 (1), 70–79. doi: http://doi.org/10.1111/jpi.12241
- Jimenéz-Aranda, A., Fernández-Vázquez, G., Mohammad A-Serrano, M., Reiter, R. J., Agil, A. (2014). Melatonin improves mitochondrial function in inguinal white adipose tissue of Zücker diabetic fatty rats. Journal of Pineal Research, 57 (1), 103–109. doi: http://doi.org/10.1111/jpi.12147
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2018 Olena Temirova, Mykola Khaitovych, Anatoliy Burlaka, Anastasia Vovk
![Creative Commons License](http://i.creativecommons.org/l/by/4.0/88x31.png)
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons CC BY для журналів відкритого доступу.