Редокс-залежні механізми нейропротекції головного мозку щурів із експериментальним цукровим діабетом

Автор(и)

  • Olena Temirova Національний медичний університет імені О. О. Богомольця бул. Тараса Шевченка, 13, м. Київ, Україна, 01601, Україна https://orcid.org/0000-0002-9752-6898
  • Mykola Khaitovych Національний медичний університет імені О. О. Богомольця бул. Тараса Шевченка, 13, м. Київ, Україна, 01601, Україна https://orcid.org/0000-0001-6412-3243
  • Anatoliy Burlaka Інститут експериментальної патології, онкології і радіобіології ім. Р. Є. Кавецького Національної академії наук України вул. Васильківська, 45, м. Київ, Україна, 03022, Україна https://orcid.org/0000-0002-0328-1907
  • Anastasia Vovk Інститут експериментальної патології, онкології і радіобіології ім. Р. Є. Кавецького Національної академії наук України вул. Васильківська, 45, м. Київ, Україна, 03022, Україна https://orcid.org/0000-0002-3555-8990

DOI:

https://doi.org/10.15587/2519-4852.2018.145725

Ключові слова:

цукровий діабет, головний мозок, оксидативний стрес, N-ацетилцистеїн, мелатонін, мітохондрії, супероксид

Анотація

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

Біографії авторів

Olena Temirova, Національний медичний університет імені О. О. Богомольця бул. Тараса Шевченка, 13, м. Київ, Україна, 01601

Аспірант

Кафедра клінічної фармакології та клінічної фармації

Mykola Khaitovych, Національний медичний університет імені О. О. Богомольця бул. Тараса Шевченка, 13, м. Київ, Україна, 01601

Доктор медичних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра клінічної фармакології та клінічної фармації

Anatoliy Burlaka, Інститут експериментальної патології, онкології і радіобіології ім. Р. Є. Кавецького Національної академії наук України вул. Васильківська, 45, м. Київ, Україна, 03022

Доктор біологічних наук, старший науковий співробітник

Лабораторія проблем метастатичного мікрооточення

Anastasia Vovk, Інститут експериментальної патології, онкології і радіобіології ім. Р. Є. Кавецького Національної академії наук України вул. Васильківська, 45, м. Київ, Україна, 03022

Кандидат біологічних наук, науковий співробітник

Лабораторія проблем метастатичного мікрооточення

Посилання

  1. 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
  2. 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.
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. 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
  10. 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
  11. 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
  12. 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.
  13. 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
  14. 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
  15. 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
  16. 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.
  17. Stefanov, O. V. (Ed.) (2001). Doklinichni doslidzhennia likarskykh zasobiv. Kyiv: Avitsena, 528 p.
  18. 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
  19. 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
  20. 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
  21. 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.
  22. Burlaka, A. P., Sydoryk, Ye. P. (2006). Radykalni formy kysniu ta oksydu azotu pry pukhlynnomu protsesi. Kyiv: Naukova dumka, 227.
  23. 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
  24. 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
  25. 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
  26. 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
  27. 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
  28. 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

2018-11-05

Як цитувати

Temirova, O., Khaitovych, M., Burlaka, A., & Vovk, A. (2018). Редокс-залежні механізми нейропротекції головного мозку щурів із експериментальним цукровим діабетом. ScienceRise: Pharmaceutical Science, (5 (15), 39–46. https://doi.org/10.15587/2519-4852.2018.145725

Номер

№ 5 (15) (2018)

Розділ

Фармацевтичні науки

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Olena Temirova, Mykola Khaitovych, Anatoliy Burlaka, Anastasia Vovk

Creative Commons License

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.