oxidatív

  • elemeket
  • absztrakt
  • bevezetés
  • az eredmény
  • A szövetdonorok demográfiája
  • GSH, GSSG, 3-NT, 3-CT és 8-oxo-dG
  • Aconitase aktivitás
  • A 8-oxo-dG az agy GSH/GSSG-jéhez kapcsolódik
  • vita
  • További információ
  • Word dokumentumok
  • 1. kiegészítő táblázat
  • 2. kiegészítő táblázat

elemeket

absztrakt

Az agy rendellenességei az autizmus agyában a leggyakrabban regisztrált változások közé tartoznak. A 2., 3., 4. idegépalkotó vizsgálatok csökkent vermis térfogatról, valamint teljes kisagy térfogatról számoltak be, míg a post mortem elemzések az autizmussal élő személyeknél a Purkinje sejtszám jelentős csökkenését mutatták ki. 5., 6., 7., 8. Az agyban bekövetkező neuroimmun részvétel bizonyítéka az aktivált neuroglia jelenléte és a megemelkedett citokinek, valamint az agyfehérjékkel szembeni autoantitestek jelenléte. 9, 10, 11

A magasabb időtartamú gyrus (STG) rendellenességeit jelentősnek tartják az autizmusban, mert fontos szerepet játszanak a hangfeldolgozásban és a beszéd fejlődésében. 12 Az STG tartalmazza a Brodmann 22 területet (BA22), amely a bal féltekén megfelel a Wernicke területnek, a beszédfeldolgozásban részt vevő régiónak. A neurofelvételes elemzések az autizmussal élő személyeknél megnövekedett jobb STG-mennyiséget mutattak ki, összhangban az autizmussal élő személyeknél az STG jobb jobboldali aszimmetriájának közelmúltbeli megállapításával. 13, 14 A BA22 mikroszkópos elemzésében autizmussal élő személyekben az idegsejtek sűrűségének csökkenését és a glia sejtsűrűségének növekedését figyelték meg. 15 Egy tanulmányban beszámoltak az STG-autizmus neuroimmun-aktivációjáról, és több immungén emelkedett transzkriptumszintjét találták. 16.

Az oxidatív stressz biomarkereiről számos neurológiai és pszichiátriai rendellenességről számoltak be, ideértve az Alzheimer-kórt, a Parkinson-kórt, a 18 skizofréniát, a 19, a 20 bipoláris rendellenességet 21 és az alkoholizmust (22), és ezek közös patofiziológiai mechanizmust tükrözhetnek. Korábban az oxidatív stressz számos mutatóját dokumentálták az autizmussal élő gyermekek vérében, többek között csökkent antioxidáns enzimaktivitás, fokozott lipidperoxidáció és haladó glikációs végtermékek felhalmozódása. 23, 24, 25 Három független eset/kontroll kohorszban az autista gyermekek kóros plazma metabolitszintjét mutatták ki a glutation-redox metabolizmus útjában. 26, 27, 28 Ezekben a vizsgálatokban a redukált glutation (GSH), az elsődleges intracelluláris antioxidáns és a redox puffer átlagos koncentrációja szignifikánsan csökkent, míg az oxidált glutation-diszulfid (GSSG) jelentősen megnőtt, ami a glutation csökkenését eredményezte redox (GSH/GSSG) az autizmussal élő gyermekek plazmájában és elsődleges immunsejtjeiben. Összefoglalva, az összesített bizonyítékok azt sugallják, hogy az autizmussal élő gyermekek oxidáltabb extracelluláris (plazma) és intracelluláris immunsejt-mikrokörnyezetben vannak, mint a nem érintett kontroll gyermekek.

Az oxidatív stressz és károsodás akkor következik be, amikor az antioxidáns védekező mechanizmusok nem képesek hatékonyan ellensúlyozni a reaktív oxigénfajok endogén vagy exogén forrásait. A glutation az elsődleges antioxidáns, amely a sejtek normális működéséhez és életképességéhez elengedhetetlen redukáló intracelluláris mikrokörnyezet fenntartásáért felelős. A GSH/GSSG megbízható mutatója a sejtek redox állapotának, és a GSH/GSSG krónikus csökkenése az antioxidáns kapacitás csökkenését és az oxidatív károsodásokra való fokozott érzékenységet tükrözi. A közelmúltban az oxidatív fehérje és a DNS károsodásának növekedése az intracelluláris és plazma GSH/GSSG csökkenésével társult autizmussal élő gyermekeknél, ami arra utal, hogy ezeknél a gyermekeknél az antioxidáns védekező képesség csökkenése funkcionális következményekkel járhat a látszólagos oxidatív károsodás szempontjából. 31

Bár egyre több bizonyíték van arra, hogy az autizmussal élő gyermekek vérében fokozott oxidatív stresszel rendelkező biomarkerek vannak jelen, az autizmussal rendelkező agyban az oxidatív stressz és a glutationhiány jelenléte viszonylag alábecsült marad. Az autizmussal élő gyermekek agyában Sajdel-Sulkowska et al. 32, 33 szignifikánsan megnövekedett 3-nitrotirozint (3-NT) találtak, amely az oxidatív fehérje károsodásának markere, és megfigyelték a megnövekedett 8-oxo-deoxi-guanozin (8-oxo-dG) tendenciáját, amely az oxidatív DNS-károsodás markere. Egy másik csoport a lipid-hidroperoxidok jelentős növekedését állapította meg az agyban és a tranziens kéregben autizmus esetén a kontrollokhoz képest. 34 Ezen túlmenően a BA22-ben a kontrollokhoz képest nagyobb számú lipofuscin tartalmú sejtet, lizoszómás degradációs termékek mátrixát és az oxidatív stressz markerét detektálták. 15 Az autizmussal élő agyban nem vizsgálták, hogy az autizmussal élő gyermekek plazma- és immunsejtjeiben korábban megfigyelt prooxidatív glutation-redox-egyensúlyhiányt sem vizsgálták-e.

Összességében a tanulmány eredményei alátámasztják hipotézisünket és a glutation-redox-egyensúlyhiány és az oxidatív stressz szerepét az autizmus neuropatológiájában. Ez a tanulmány további bizonyítékokat szolgáltat arra vonatkozóan, hogy a mitokondriális szuperoxid termelés fokozódhat az agy bizonyos területein, és hogy a neuroinflammatorikus folyamat elősegítheti az oxidatív stresszt és az érintett sejtek károsodását.

az eredmény

A szövetdonorok demográfiája

Nem találtunk különbséget az autizmus és a kontrollcsoport között az agy vagy a BA22 átlagos életkorában, nemében vagy postmortem intervallumában. A faj és a halál oka a lehető legközelebb állt a rendelkezésre álló esetekhez és ellenőrzésekhez; néhány személynél azonban a faj és a halál oka ismeretlen volt (1. és 2. kiegészítő táblázat).

GSH, GSSG, 3-NT, 3-CT és 8-oxo-dG

Az 1. ábra a GSH, GSSG, 3-NT, 3-CT és 8-oxo-dG relatív koncentrációit mutatja az autizmus- és kontrollmintákban, valamint a BA22 mintákban. Valamennyi mért metabolit jelentősen megváltozott az autizmusban az azonos kontrollokkal összehasonlítva mindkét elemzett agyi régióban. A GSH az autista agyban 43% -kal csökkent a kontroll agyhoz képest (P

A glutation-redox egyensúlyhiány és az oxidatív stressz fokozott biomarkerei az autizmus agyában (CB) és a Brodmann-régióban 22 (BA22). Nagy teljesítményű folyadékkromatográfiát (HPLC) és HPLC/tömegspektrometriát alkalmaztunk a biomarkerek mérésére az autizmus mintákban és a CB és BA22 kontrollszövetekben (n = 15 és 12 eset és kontroll/csoport), és fehérjetartalomra normalizáltuk. Redukált glutation (GSH; a ), oxidált glutation (GSSG; b ), redox/antioxidáns glutation redukciós képesség (GSH/GSSG; c ), 3-nitrotirozin (3-NT; d ), 3-klór-tirozin (3-CT) e ) 8-oxo-deoxi-guanozin (8-oxo-dG; f ) átlagként ± sd * P ** P = 0,01; # P = 0, 02.

Teljes méretű kép

Aconitase aktivitás

A 2a. Ábra mutatja az akonitáz aktivitást (nmol min-1 ml -1), mind agyi, mind autizmus mintákban és BA22 kontrollokban mérve. Az autizmus eseteinek átlagos aconitase-aktivitása az agyban szignifikánsan alacsonyabb volt, mint a kontrollok agyi szöveteiben (45,3%; P

Az akonitáz aktivitás csökken az agyi autizmusban (CB), és összefüggésben van a glutation-redox/antioxidáns (GSH/GSSG) kapacitásával a kontrollban, az autizmus CB-ben és a Brodmann-régióban 22 (BA22). ( a ) Az akonitáz aktivitást fagyasztott post mortem és kontroll szövetmintákból mértük a CB-ből és a BA22-ből (n = 15 és 12 eset és kontroll/csoport), és a fehérjetartalomra normalizáltuk. Az adatokat úgy mutatjuk be, hogy az átlagos ± sd akonitáz aktivitás szignifikánsan csökkent az autista CB-ben (3, 99 ± 2, 34), összehasonlítva a kontroll CB-vel (7, 29 ± 1, 85). Az akonitázaktivitásbeli különbség a BA22 autizmus (3, 30 ± 1, 88) és a kontroll BA22 (5, 47 ± 3, 78) között nem érte el a szignifikanciát. b ) A CB minták kombinált esetben és a kontroll csoportban az akonitáz aktivitás szignifikánsan társult a GSH/GSSG-vel (P = 0,01). ( c ) A BA22 esetében kombinált esetekben és kontrollokban az akonitáz aktivitás hasonlóan szignifikánsan társult a GSH/GSSG-vel (P = 0,03). Noha az autizmus mintákban a korrelációk jelentősége nem szignifikáns, az esetértékek csoportosítása (nyitott körökben) nyilvánvaló az egyes grafikonok bal alsó negyedében. * P

A 8-oxo-deoxi-guanozin (8-oxo-dG) az agy glutation-redox/antioxidáns kapacitásával (GSH/GGSG) társul. Az agyminták kombinált eseteiben és kontrollcsoportjában a 8-oxo-dG szignifikánsan társult a GSH/GSSG-vel (P 32, 44). Ezeket a megállapításokat tovább bővítik az alaposan kiválasztott szövetek nagyobb mintájának vizsgálata az oxidatív fehérje/DNS károsodás (3-NT, 8-oxo-dG), valamint a gyulladás funkcionális biomarkerei (3-CT) és a mitokondriális szuperoxid termelés (akonitáz aktivitás).

Az autizmus agyának akonitáz-aktivitásának relatív csökkenése fontos új megállapítás, amely az oxidatív stressz funkcionális következményére utal ezen a területen. Az agyszövetben az akonitáz főleg a mitokondriumokban található, ahol enzimként funkcionál a trikarbonsav-ciklusban. A mitokondriális akonitáz nagyon érzékeny a szuperoxid gyökök oxidatív inaktiválására, amelyeket az elektrontranszportlánc (ETC) közvetlen közelében termel. Amellett, hogy az oxidatív fehérjekárosodás markere, a csökkent akonitáz-aktivitás a fokozott mitokondriális szuperoxid-termelés érzékeny mutatója. 45, 46

A mitokondriális akonitáz inaktiválásának mechanizmusa. A mitokondriális akonitáz egy trikarbonsav (TCA) ciklusú enzim, amely katalizálja a citrát izocitráttá történő átalakulását. Aktív helyén vas-kén klasztert ([4Fe-4S]) tartalmaz, amelyet inaktivál a közelségben keletkező szuperoxid (O -), mint az elektronszállítási lánc mellékterméke. Ez Fe + 2 és egy hidrogén-peroxid-molekula (H 2 O 2) felszabadulásához vezet, amelyek a Fenton-reakció útján hidroxilcsoportot (OH) képezhetnek. A glutation-redox-kapacitás (GSH/GSSG) a szabad gyökök termelésének növekedése miatt csökken, és több szuperoxid-akonitáz inaktiválást tesz lehetővé, és ha megoldatlan marad, akkor önerősítő ciklus jön létre.

Teljes méretű kép

Az akonitáz inaktiválásáról és az oxidatív stresszről más neuropszichiátriai és neurodegeneratív rendellenességekről számoltak be, ismert mitokondriális rendellenességekkel, köztük skizofrénia, 50, 51 Huntington-kór 52 és Parkinson-kór. 53, 54 Az egyik tanulmány a mitokondriális diszfunkcióról az autizmus agyában számos ETC-komplex csökkent fehérjeszintjét mutatta ki az agyban, a frontális és a temporális kéregben. Bizonyíték van arra, hogy a mitokondriális diszfunkció az autizmussal élő gyermekek jelentős részcsoportjában jelen lehet, és hozzájárul az egyes autista gyermekeknél megfigyelt multisystem rendellenességekhez. 55, 56, 57 Az akonitáz aktivitás jelentős csökkenése megköveteli a mitokondriális diszfunkció, a szuperoxid termelés és az autizmusban megváltozott ETC komplex aktivitás közötti kölcsönhatások folyamatos vizsgálatát.

Az oxidált fehérjetirozin-származék, a 3-NT, stabil biokémiai nyomot szolgáltat az oxidatív fehérje károsodásához, és egy korábbi tanulmányban megállapították, hogy emelkedett az autizmussal élő gyermekek plazmájában. 31 Megemelkedett 3-NT szintről beszámoltak számos, oxidatív stressz patológiájú betegségben, beleértve az alkoholizmust, a dohányzást, a cukorbetegséget, az érelmeszesedést és a cisztás fibrózist. A tirozinszármazék, a 3-NT, elsősorban peroxinitritből, a szuperoxidból előállított káros szabad gyökökből és NO-ból áll. Így az autizmus és a BA22 agyában megfigyelt 3-NT-szint szignifikáns növekedése nem volt váratlan, és összhangban van a megnövekedett szuperoxid-termeléssel és az akonitáz-inaktivációval.

Amellett, hogy az emelkedett 3-NT szint az oxidatív fehérje károsodásának klasszikus markere, fokozott NO-termelést jelez. A NO felesleg verseng az MnSOD és a GSH antioxidánsokért a szuperoxidért, és elősegíti a peroxinitrit képződését. 59 Az NO reverzibilisen gátolhatja a mitokondriális légzést a IV komplexben, míg a károsabb peroxinitrit tartósan inaktiválhatja az I, III és V komplexeket. autizmussal élő gyermekek plazmájában és vörösvértestjeiben jelentett szintek. 24, 48, 61, 62 A neuroglia sejtek expresszálják az iNOS-t (indukálható NO-szintáz), és nagy mennyiségű NO-t termelnek, ha citokinek aktiválják őket. 63, 64 Érdekes módon a gyulladásgátló citokinek és az aktivált neuroglia9 jelenlétéről más területeken beszámoltak az autizmus agyában, ami arra utal, hogy az aktivált neuroglia felesleges NO-t termel és hozzájárulhat a peroxinitrit képződéséhez és a jelenleg megfigyelt megnövekedett 3-NT fehérjekárosodáshoz. . tanulmány.

Az autizmus agyában a 3-CT jelentősen megemelkedett szintje és a BA22 olyan új eredmények, amelyek krónikus neuroinflammatorikus állapotra utalnak ezeken a területeken. Az aktivált fagocita sejtek hipoklorinsavat termelnek, amely a myeloperoxidase (MPO) aktivitás terméke, amelyet stimulálnak az immunaktiválás során, ami 3-CT származékhoz vezet. A megnövekedett MPO-expressziót korábban krónikus neurológiai betegségekben, például Alzheimer-kórban, 65 Parkinson-kórban 66 és sclerosis multiplexben igazolták. 67 A 3-CT megfigyelt növekedése az autizmus agymintáiban és a BA22 az első jelzés a megnövekedett MPO expresszióról az autizmus agyában, és alátámasztja az autizmus agyában a mikroglia aktiválódásáról és a gyulladásos citokinekről szóló korábbi jelentéseket. A gyulladás és a mikroglia aktiváció szerepe az autizmus neuropatológiájában további vizsgálatot és megerősítést igényel.

A fehérjék oxidatív károsodásának markerei mellett a 8-oxo-dG, a DNS oxidatív károsodásának markere jelentősen megnőtt az agyban és a BA22 az autizmus eseteitől a kontrollokhoz képest. A 8-oxo-dG addukt a mitokondriális és a nukleáris DNS-ben pre-mutagén elváltozás, amelyet elsősorban hidroxilgyök (• OH) támadás képez. Oxidatív DNS károsodással jár együtt olyan körülmények között, mint az öregedés, a rák és a prooxidatív környezeti expozíció. 68 Az agyban a 8-oxo-dG negatívan társult a GSH/GSSG-vel a kombinált eset- és kontrollcsoportban (3. ábra); ez az egyesület azonban nem ért el jelentőséget a BA22 régióban. Kimutatták, hogy a szuperoxid által közvetített mitokondriális aconitáz inaktivációval járó Fe2 felszabadulás az OH gyökképződés fontos forrása a Fenton kémiai úton. 47 Ezek az adatok együttesen azt sugallják, hogy a GSH/GSSG csökkent antioxidáns kapacitása nem elegendő az OH túltermelésének megakadályozásához, és hogy az érintetlen • OH eljuthat a sejtmagig, és oxidáló DNS adduktot, 8-oxo-dG-t képezhet.

Az oxidatív stressz és károsodás, a mitokondriális diszfunkció és a gyulladás mindegyik mért biomarkerének előre jelzett kölcsönhatásait az 5. ábra mutatja. A diszfunkcionális mitokondriumokból származó megnövekedett szuperoxid elősegíti a felesleges H 2 O 2 képződését, amely az MPO által közvetített hipokloros szubsztrátja. savszintézis. és gyulladásos biomarker, 3-CT képződése. A megnövekedett szuperoxid kombinálható NO-val, ami peroxinitrit gyök és az oxidatív fehérje károsodás biomarkerének, a 3-NT-nek a kialakulásához vezet. A hidroxilgyök mind az akonitáz inaktiválásával, mind az MPO aktivitással jön létre, és elősegíti a 8-oxo-dG képződését. Ezeknek a szabad gyököknek a krónikus növekedése károsítja a GSH/GSSG redox/antioxidáns képességét, lehetővé téve a bontatlan szabad gyökök képződését és magát a fenntartó ciklust, ami krónikus oxidatív stresszhez és károsodáshoz vezet. Az életkor és a biomarkerek közötti korreláció hiánya arra utal, hogy az oxidatív stressz az autizmus krónikus állapota, mivel az emelkedett biomarkerek azonos mintázata figyelhető meg ilyen széles életkorban.

Javasolt kölcsönhatások a mért biomarkerek és az oxidatív stressz között. A diszfunkcionális mitokondriumokból származó megnövekedett szuperoxid elősegíti a felesleges H 2 O 2 képződését, amely a mieloperoxidáz (MPO) által közvetített perklórsav szintézis szubsztrátja, valamint a gyulladásos biomarker, a 3-klór-tirozin (3-CT) képződését. A megnövekedett nitrogén-oxid (NO) kombinációja megemelkedett szuperoxid-koncentrációval együtt peroxinitrit-gyök és biomarker kialakulásához vezet az oxidatív fehérje, a 3-nitrotirozin (3-NT) által okozott károsodáshoz. A hidroxilgyök az akonitáz és az MPO inaktiválásával jön létre, és elősegíti a 8-oxo-deoxi-guanozin (8-oxo-dG) képződését. Ezeknek a szabad gyököknek a krónikus növekedése károsítja a glutation-redox/antioxidáns kapacitást (GSH/GSSG), lehetővé téve a bontatlan szabadgyökök képződését és magát a fenntartó ciklust, ami krónikus oxidatív stresszhez vezet.

Teljes méretű kép

Összefoglalva: először mutatjuk be, hogy az oxidatív stressz és a károsodás perifériás markerei, amelyeket korábban a plazma és az immunsejtekben figyeltek meg, hasonlóan megemelkednek az autizmusban érintett agy két érintett területén, a kisagyban és a BA22-ben. Ezek a megfigyelések azt sugallják, hogy a prooxidatív környezet és az oxidatív stressz mindenütt jelen van és szisztematikus az autizmussal élő egyéneknél. A GSH/GSSG, valamint az oxidatív fehérje és a DNS károsodása közötti negatív kapcsolat arra utal, hogy az autizmussal rendelkező agyban csökkent glutation-redox-kapacitás funkcionális következményekkel járhat a megnövekedett mitokondriális szuperoxid-termelés és a krónikus gyulladásos állapot szempontjából. Mivel azonban az autizmust számos kölcsönhatásban lévő genetikai és környezeti tényező befolyásolja, amelyek specifikusak a post mortem agyra és az esetkorlátozásokra, ezek a megfigyelések utólagos vizsgálatokat igényelnek.