Восстановленный никотинамидадениндинуклеотид-­ фосфат, продукт пентозофосфатного пути, может быть новым перспективным препаратом для лечения ишемического инсульта

30.03.2016
547

Laboratory of Aging and Nervous Diseases, Department of Pharmacology, Jiangsu Key Laboratory of Translational Research and Therapy for Neuro-Psycho-Diseases, Jiangsu Key Laboratory of Preventive and Translational Medicine for Geriatric Diseases, College of Pharmaceutical Science, Soochow University, Suzhou, China; Department of Radiology, Affiliated Hospital of Guilin Medical College, Guilin, China; Department of Pathophysiology, Nantong University School of Medicine, Nantong, China; Institute of Pharmacology and Toxicology, Zhejiang University School of Pharmaceutical Science, Hangzhou, China and Key Laboratory of Arrhythmias, Ministry of Education, East Hospital, Tongji University School of Medicine, Shanghai, China.

Предпосылки и цель исследования. В нашем предыдущем исследовании мы определили роль TP53-индуцированного гликолиза и регулятора апоптоза в нейропротекции при ишемическом повреждении, заключающуюся в увеличении содержания метаболитов пентозофосфатного пути. Мы предположили, что продукт пентозофосфатного пути никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ) может быть новым перспективным препаратом для лечения ишемического инсульта. Методы. НАДФ вводили до, во время или после развития инсульта посредством однократной или многократных внутривенных (мыши и крысы) или интраперитонеальных (обезьяны) инъекций. Краткосрочные и отдаленные терапевтические эффекты НАДФ оценивали у взрослых самцов мышей линии ICR (всего 614 особей) с транзиторной окклюзией средней мозговой артерии, у взрослых самцов крыс линии Sprague-Dawley (всего 114 особей) с постоянной окклюзией средней мозговой артерии и у взрослых самцов макаки-резуса (всего 12 особей) с тромбоокклюзией средней мозговой артерии. Результаты. Введение НАДФ привело к резкому увеличению содержания АТФ и восстановленной формы глутатиона, при этом произошло снижение содержания активных форм кислорода. На фоне введения НАДФ значительно уменьшался объем инфаркта, происходило улучшение выживаемости после инсульта и восстановление неврологических функций в моделях инсульта у мышей и крыс. Надежную нейропротекцию обеспечивало однократное введение НАДФ в первые 5 часов после реперфузии; однако повторное введение НАДФ два раза в день в течение 7 дней, начиная с 24 часов после появления симптомов инсульта, также оказывало терапевтический эффект. Предварительное введение НАДФ до индукции ишемии также приводило к значительному улучшению исходов после инсульта. Выводы. Введение экзогенного НАДФ в значительной степени защищало нейроны от ишемического и индуцированного реперфузией повреждения в 2 моделях инсульта у грызунов. Таким образом, НАДФ может быть перспективным новым препаратом для лечения ишемического инсульта.

Ишемический инсульт (ИИ), самый распространенный тип инсульта, является ведущей причиной смерти и инвалидизации у взрослых лиц [1], и в клинической практике вариантов его лечения достаточно мало. Тромболизис с применением рекомбинантного тканевого активатора плазминогена является терапией выбора первой линии в лечении инсульта, но его клиническое применение ограничено из-за узкого терапевтического окна и побочных эффектов [2]. Только 10% пациентам с инсультом проводят системный тромболизис по клиническим показаниям. Таким образом, оправдана разработка новых препаратов для лечения ИИ.

Прекращение поступления крови в вещество головного мозга во время инсульта является причиной развития метаболического кризиса, который приводит к снижению энергообмена и повышению образования активных форм кислорода (АФК). Общеизвестно, что нейроны особенно уязвимы при ишемическом повреждении ­в связи с низкой активностью анаэробного гликолиза. Между тем нейроны потребляют большое количество энергии для поддержания нормальной нейротрансмиссии. В многочисленных исследованиях продемонстрировали, что оксидантный стресс является ключевым звеном в развитии ишемического повреждения головного мозга, и именно поэтому его считают потенциальной терапевтической мишенью [3–5]. Однако в ранее проведенных исследованиях по изучению различных антиоксидантов выявили их ограниченную клиническую эффективность у пациентов с инсультом [3]. Одной из возможных причин является то, что АФК образуются внутри клеток и прежде чем они попадают во внеклеточное пространство, они уже вызывают окислительное повреждение ДНК, белков и липидов. Таким образом, удаление АФК из межклеточного пространства может иметь ограниченную пользу для нейронов.

Было показано, что регулятор TP53-индуцированного гликолиза и апоптоза ингибирует гликолиз и увеличивает поток метаболитов пентозофосфатного пути [6]. Он играет важную роль в выживаемости раковых клеток [6].­

В ранее проведенных исследованиях мы доказали, что регулятор TP53-индуцированного гликолиза и апоптоза преимущественно экспрессируется в нейронах голов­ного мозга и быстро реагирует на развитие ишемического и реперфузионного повреждений. Регулятор TP53-индуцированного гликолиза и апоптоза оказывает нейропротекторное действие при ишемическом повреждении головного мозга за счет увеличения числа метаболитов пентозофосфатного пути [7]. Никотинамид­адениндинуклеотидфосфат (НАДФ), мета­болический продукт пентозофосфатного пути, является коферментом и классической молекулой, участвующей во многих анаболических реакциях в клетках [8]. Он служит донором водорода и электронов при восстановительном биосинтезе аминокислот, липидов и нуклеотидов. Другой важной биологической функцией НАДФ является обеспечение работы окислительных и восстановительных антиоксидантных систем, опосредующих реакцию клеток на оксидантный стресс [9–11]. Восстановленная форма глутатиона имеет большое значение для функционирования ключевого антиоксидантного фермента глутатион-пероксидазы [12], и НАДФ необходим для его регенерации. НАДФ также участвует в образовании АТФ и вместе с окисленным в дыхательной цепи НАД сохраняет гомеостаз энергии в клетках [9, 13]. _

Мы предположили, что введение экзогенного НАДФ приведет к уменьшению выраженности внутриклеточного оксидантного стресса и улучшению энергетического обмена после инсульта. Таким образом, цель настоящего исследования заключалась в изучении терапевтического эффекта введения экзогенного НАДФ в моделях ИИ­ у грызунов и приматов. Результаты проведенного исследования убедительно свидетельствуют о том, что НАДФ может быть новым терапевтическим препаратом для лечения инсульта.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Модель окклюзии средней мозговой артерии у грызунов

Самцов мышей линии ICR (25–30 г) и взрослых самцов крыс линии Sprague-Dawley (250–280 г) приобрели в лаборатории SLACCAL Lab Animal Ltd (Шанхай, Китай). Всех животных использовали в соответствии с Руководством по использованию и уходу за лабораторными животными нашего учреждения, и протокол исследования был одобрен Комитетом по этике Университета Сучжоу. Операция по выполнению окклюзии средней мозговой артерии (ОСМА) была описана ранее [14, 15]. Мышам и крысам выполняли анестезию посредством интраперитонеальной инъекции 1% пентобарбитала натрия, посредством небольшого разреза обеспечивали доступ в правую наружную сонную артерию. В наружную сонную артерию вводили нейлоновую монофиламентную нить (Doccol Co, Redlands, Калифорния) размером 6–0 (для мышей) или 3–0 (для крыс) для окклюзии правой СМА в ее устье. Через 2 часа после окклюзии нить удаляли для обеспечения реперфузии. Животным в группе ложного вмешательства проводили аналогичные процедуры за исключением введения монофиламентной нити. Осуществляли мониторинг церебрального кровотока (LDF, ML191 Laser Doppler Blood Flow Meter, Австра...

Список литературы

  1. Heuschmann P.U., Kolominsky-Rabas P.L., Roether J., Misselwitz B., Lowitzsch K., Heidrich J., et al; German Stroke Registers Study Group. Predictors of in-hospital mortality in patients with acute ischemic stroke treated with thrombolytic therapy. JAMA. 2004;292:1831–1838. doi: 10.1001/jama.292.15.1831.
  2. He Z., Wang X., Wu Y., Jia J., Hu Y., Yang X., et al. Treadmill pre-training ameliorates brain edema in ischemic stroke via down-regulation ­of aquaporin-4: an MRI study in rats. PLoS One. 2014;9:e84602. ­doi: 10.1371/journal.pone.0084602.
  3. Sugawara T., Chan P.H. Reactive oxygen radicals and pathogenesis of neuronal death after cerebral ischemia. Antioxid Redox Signal. 2003;5:597–607. doi: 10.1089/152308603770310266.
  4. Moro M.A., Almeida A., Bolaños J.P., Lizasoain I. Mitochondrial respiratory chain and free radical generation in stroke. Free Radic Biol Med. 2005;39:1291–1304. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2005.07.010.
  5. Ray P.D., Huang B.W., Tsuji Y. Reactive oxygen species (ROS) homeostasis and redox regulation in cellular signaling. Cell Signal. 2012;24:981–990. doi: 10.1016/j.cellsig.2012.01.008.
  6. Bensaad K., Tsuruta A., Selak M.A., Vidal M.N., Nakano K., Bartrons R., et al. TIGAR, a p53-inducible regulator of glycolysis and apoptosis. Cell. 2006;126:107–120. doi: 10.1016/j.cell.2006.05.036.
  7. Li M., Sun M., Cao L., Gu J.H., Ge J., Chen J., et al. A TIGAR-regulated metabolic pathway is critical for protection of brain ischemia. J Neurosci. 2014;34:7458–7471. doi: 10.1523/JNEUROSCI.4655-13.2014.
  8. Jeon S.M., Chandel N.S., Hay N. AMPK regulates NADPH homeostasis to promote tumour cell survival during energy stress. Nature. 2012;485:661–665. doi: 10.1038/nature11066.
  9. Ying W. NAD+/NADH and NADP+/NADPH in cellular functions and cell death: regulation and biological consequences. Antioxid Redox Signal. 2008;10:179–206. doi: 10.1089/ars.2007.1672.
  10. Tan S.X., Teo M., Lam Y.T., Dawes I.W., Perrone G.G. Cu, Zn superoxide dismutase and NADP(H) homeostasis are required for tolerance ­of endoplasmic reticulum stress in Saccharomyces cerevisiae. Mol Biol Cell. 2009;20:1493–1508. doi: 10.1091/mbc.E08-07-0697.
  11. Ogasawara Y., Funakoshi M., Ishii K. Determination of reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate concentration using highperformance liquid chromatography with fluorescence detection: ratio ­of the reduced form as a biomarker of oxidative stress. Biol Pharm Bull. 2009;32:1819–1823.
  12. Seiler K.S., Starnes J.W. Exogenous GSH protection during hypoxiareoxygenation of the isolated rat heart: impact of hypoxia duration. Free Radic Res. 2000;32:41–55.
  13. Xia W., Wang Z., Wang Q., Han J., Zhao C., Hong Y., et al. Roles ­of NAD(+)/NADH and NADP(+)/NADPH in cell death. Curr Pharm Des. 2009;15:12–19.
  14. Clark W.M., Lessov N.S., Dixon M.P., Eckenstein F. Monofilament intraluminal middle cerebral artery occlusion in the mouse. Neurol Res. 1997;19:641–648.
  15. Sheng R., Liu X.Q., Zhang L.S., Gao B., Han R., Wu Y.Q., et al. Autophagy regulates endoplasmic reticulum stress in ischemic preconditioning. Autophagy. 2012;8:310–325. doi: 10.4161/auto.18673.
  16. Swanson R.A., Morton M.T., Tsao-Wu G., Savalos R.A., Davidson C., Sharp F.R. A semiautomated method for measuring brain infarct volume. J Cereb Blood Flow Metab. 1990;10:290–293. doi: 10.1038/jcbfm.1990.47.
  17. Longa E.Z., Weinstein P.R., Carlson S., Cummins R. Reversible middle cerebral artery occlusion without craniectomy in rats. Stroke. 1989;20:84–91.
  18. Mdzinarishvili A., Kiewert C., Kumar V., Hillert M., Klein J. Bilobalide prevents ischemia-induced edema formation in vitro and in vivo. Neuroscience. 2007;144:217–222. doi: 10.1016/j.neuroscience.2006.08.037.
  19. Belayev L., Busto R., Ikeda M., Rubin L.L., Kajiwara A., Morgan L., ­et al. Protection against blood-brain barrier disruption in focal cerebral ischemia by the type IV phosphodiesterase inhibitor BBB022: ­a quantitative study. Brain Res. 1998;787:277–285.
  20. Wu L.J., Wu G., Akhavan Sharif M.R., Baker A., Jia Y., Fahey F.H., et al. The voltage-gated proton channel Hv1 enhances brain damage from ischemic stroke. Nat Neurosci. 2012;15:565–573. doi: 10.1038/nn.3059.
  21. Bacigaluppi M., Comi G., Hermann D.M. Animal models of ischemic stroke. Part two: modeling cerebral ischemia. Open Neurol J. 2010;4:34–38. doi: 10.2174/1874205X01004020034.
  22. Roitberg B., Khan N., Tuccar E., Kompoliti K., Chu Y., Alperin N., et al. Chronic ischemic stroke model in cynomolgus monkeys: behavioral, neuroimaging and anatomical study. Neurol Res. 2003;25:68–78. doi: 10.1179/016164103101200950.
  23. Tsirka S.E., Rogove A.D., Strickland S. Neuronal cell death and tPA. Nature. 1996;384:123–124. doi: 10.1038/384123b0.
  24. Ryou M.G., Liu R., Ren M., Sun J., Mallet R.T., Yang S.H. Pyruvate protects the brain against ischemia-reperfusion injury by activating the erythropoietin signaling pathway. Stroke. 2012;43:1101–1107. doi: 10.1161/STROKEAHA.111.620088.

Полный текст публикаций доступен только подписчикам

Нет комментариев

Комментариев: 0

Вы не можете оставлять комментарии
Пожалуйста, авторизуйтесь