докази

  • предметів
  • реферат
  • вступ
  • результат
  • Демографія донорів тканин
  • GSH, GSSG, 3-NT, 3-CT та 8-оксо-dG
  • Аконітазна активність
  • 8-оксо-дГ асоціюється з GSH/GSSG у мозку
  • обговорення
  • Додаткова інформація
  • Документи Word
  • Додаткова таблиця 1
  • Додаткова таблиця 2

предметів

реферат

Аномалії в головному мозку є одними з найбільш часто реєструваних змін в мозку аутизму. 2, 3, 4 Дослідження нейровізуалізації повідомили про зменшення об’єму вермісів, а також загального об’єму мозочка, тоді як аналізи після забою виявили значне зменшення кількості клітин Пуркіньє у осіб з аутизмом. 5, 6, 7, 8 Докази нейроімунної участі мозку включають наявність активованої нейроглії та підвищеного рівня цитокінів, а також аутоантитіл до мозкових білків. 9, 10, 11

Аномалії звивини вищих часів (СТГ) вважаються значними при аутизмі, оскільки вони відіграють важливу роль у обробці звуку та розвитку мовлення. 12 STG містить область Бродмана 22 (BA22), яка в лівій півкулі відповідає області Верніке, області, задіяної в обробці мови. Аналізи нейровізуалізації виявили збільшення об’єму СТГ в правому напрямку у осіб з аутизмом, що відповідає нещодавньому знаходженню більшої правої асиметрії СТГ у осіб з аутизмом. 13, 14 У мікроскопічному аналізі BA22 у осіб з аутизмом було відзначено зменшення щільності нейрональних клітин та збільшення щільності гліальних клітин. 15 В одному дослідженні повідомлялося про нейроімунну активацію при аутизмі СТГ, і було виявлено підвищений рівень транскриптів декількох імунних генів. 16

Повідомлялося про біомаркери окисного стресу при багатьох неврологічних та психічних розладах, включаючи хворобу Альцгеймера, хворобу Паркінсона, 18 шизофренію, 19, 20 біполярний розлад 21 та алкоголізм 22, і можуть відображати загальний основний патофізіологічний механізм. Раніше в крові дітей з аутизмом зафіксовано численні показники окисного стресу, включаючи зниження активності антиоксидантних ферментів, збільшення перекисного окислення ліпідів та накопичення кінцевих продуктів гликерування. 23, 24, 25 У трьох незалежних когортах випадків/контролів у дітей з аутизмом було показано ненормальні рівні метаболітів у плазмі крові в процесі метаболізму окислювально-відновних процесів глутатіону. 26, 27, 28 У цих дослідженнях було виявлено, що середня концентрація відновленого глутатіону (GSH), первинного внутрішньоклітинного антиоксиданту та окислювально-відновного буфера значно знижена, тоді як окислений дисульфід глутатіону (GSSG) був значно підвищений, що призвело до зменшення глутатіону відношення окислювально-відновного (GSH/GSSG) як у плазмі, так і в первинних імунних клітинах у дітей з аутизмом. 29 Підводячи підсумок, об’єднані дані свідчать про те, що діти з аутизмом мають більш окислене позаклітинне (плазма) та внутрішньоклітинне мікросередовище імунних клітин, ніж діти, які не зазнають впливу у віці.

Окислювальний стрес і пошкодження виникають, коли антиоксидантні захисні механізми не можуть ефективно протидіяти ендогенним або екзогенним джерелам активних форм кисню. Глутатіон - основний антиоксидант, відповідальний за підтримку редукуючого внутрішньоклітинного мікросередовища, який необхідний для нормальної роботи та життєздатності клітин. GSH/GSSG є надійним показником клітинного окислювально-відновного стану, а хронічне зниження GSH/GSSG відображає знижену антиоксидантну здатність та підвищену сприйнятливість до окислювальних пошкоджень. Нещодавно збільшення окислювального білка та пошкодження ДНК було пов’язане зі зменшенням внутрішньоклітинного та плазмового GSH/GSSG у дітей з аутизмом, що припускає, що зниження захисної здатності антиоксидантів у цих дітей може мати функціональні наслідки з точки зору очевидних окисних пошкоджень. 31

Хоча є все більше доказів того, що біомаркери з підвищеним окислювальним стресом присутні в крові дітей з аутизмом, наявність оксидативного стресу та дефіциту глутатіону в мозку з аутизмом залишається відносно заниженим. У мозку дітей з аутизмом Сайдель-Сулковська та ін. 32, 33 виявлено суттєво підвищений 3-нітротирозин (3-NT), маркер пошкодження окислювального білка, і відмічена тенденція збільшення 8-оксо-дезоксигуанозину (8-оксо-dG), маркера окисного пошкодження ДНК. Інша група відзначила значне збільшення гідропероксидів ліпідів у мозку та минущій корі у випадках аутизму порівняно з контролем. 34 Крім того, у BA22 було виявлено більшу кількість клітин, що містять ліпофусцин, матрикс продуктів розпаду лізосом та маркер окисного стресу порівняно з контролем. 15 У головному мозку з аутизмом не досліджено, чи також не досліджувався прооксидантний окисно-відновний дисбаланс глутатіону, який раніше спостерігався в плазмі та імунних клітинах у дітей з аутизмом.

Загалом, результати цього дослідження підтверджують нашу гіпотезу та роль дисбалансу окислювально-відновного відновлення глутатіону та окисного стресу в невропатології аутизму. Далі це дослідження надає нові докази того, що вироблення супероксиду мітохондрій може збільшуватися в певних ділянках мозку і що нейрозапальний процес може сприяти окисному стресу та пошкодженню уражених клітин.

результат

Демографія донорів тканин

Не виявлено відмінностей між аутизмом та контрольною групою середнього віку, статі чи інтервалу після смерті для мозку або BA22. Раса та причина смерті були максимально наближені до наявних випадків та контролю; однак у деяких осіб раса та причина смерті були невідомі (додаткові таблиці 1 та 2).

GSH, GSSG, 3-NT, 3-CT та 8-оксо-dG

На малюнку 1 показані відносні концентрації GSH, GSSG, 3-NT, 3-CT та 8-оксо-dG у зразках аутизму та контролі та у зразках BA22. Всі виміряні метаболіти були значно змінені при аутизмі порівняно з однаковими контролями в обох аналізованих регіонах мозку. GSH був знижений в аутичному мозку на 43% порівняно з контрольним мозком (P

Дисбаланс окислювально-відновного складу глутатіону та збільшення біомаркерів окисного стресу в мозку аутизму (CB) та області Бродмана 22 (BA22). Високопродуктивну рідинну хроматографію (ВЕРХ) та ВЕРХ/мас-спектрометрію використовували для вимірювання біомаркерів у зразках аутизму та контролю тканин від CB та BA22 (n = 15 та 12 випадків та контролі/групи) та нормалізували до вмісту білка. Концентрації відновленого глутатіону (GSH; a ), окислений глутатіон (GSSG; b ), окислювально-відновна/антиоксидантна здатність до глутатіону (GSH/GSSG; c ), 3-нітротирозин (3-NT; d ), 3-хлоротирозин (3-КТ) e ) 8-оксо-дезоксигуанозин (8-оксо-дГ; f ) повідомляється як середнє значення ± sd * P ** P = 0,01; # P = 0, 02.

Повнорозмірне зображення

Аконітазна активність

На рис. 2а показана активність аконітази (нмоль хв-1 мл -1), виміряна як у зразках головного мозку, так і в аутизмі та контролі BA22. Середня активність аконітази у мозку у випадках аутизму була значно нижчою, ніж у тканинах мозку у контрольних груп (45,3%; P

Активність аконітази знижується при аутизмі головного мозку (CB) і пов'язана з здатністю окислювально-відновного/антиоксидантного глутатіону (GSH/GSSG) у контролі та аутизмі CB та Broddom region 22 (BA22). ( a ) Активність аканітази вимірювали у заморожених зразках забою та контрольної тканини від CB та BA22 (n = 15 та 12 випадків та контролі/група) та нормалізували до вмісту білка. Дані представлені, оскільки середня активність ± sd аконітази була значно знижена при АВ аутизму (3, 99 ± 2, 34) порівняно з контрольною ЦБ (7, 29 ± 1, 85). Різниця в активності аконітази між аутизмом BA22 (3, 30 ± 1, 88) та контролем BA22 (5, 47 ± 3, 78) не досягла значущості. b ) У комбінованому випадку та контрольній групі зразків CB активність аконітази була суттєво пов’язана з GSH/GSSG (P = 0,01). ( c ) У BA22 у комбінованих випадках та контролях активність аконітази була аналогічним чином суттєво пов'язана з GSH/GSSG (P = 0,03). Хоча значення кореляцій у зразках аутизму не має значення, групування значень випадків (у відкритих колах) у нижньому лівому квадранті кожного графіку є очевидним. * P

8-оксо-дезоксигуанозин (8-оксо-дГ) пов'язаний з окисно-відновною/антиоксидантною здатністю глутатіону (GSH/GGSG) у мозку. У комбінованому випадку та контрольній групі зразків мозку 8-оксо-dG був суттєво пов'язаний з GSH/GSSG (P 32, 44). Ці висновки додатково розширюються шляхом дослідження більшої зразка ретельно відібраних тканин на наявність множинних маркерів окисного білка/Пошкодження ДНК (3-NT, 8-оксо-dG), а також функціональні біомаркери запалення (3-CT) та вироблення супероксиду мітохондрій (активність аконітази).

Відносне зниження активності аконітази в мозку аутизму є важливою новою знахідкою, яка вказує на функціональний наслідок окисного стресу в цій області. У тканинах мозку аконітаза міститься переважно в мітохондріях, де вона функціонує як фермент у циклі трикарбонової кислоти. Мітохондріальна аконітаза дуже чутлива до окисної інактивації супероксидними радикалами, які утворюються в безпосередній близькості від електронно-транспортного ланцюга (ETC). Окрім того, що вона є маркером пошкодження окисного білка, знижена активність аконітази вважається чутливим показником збільшення виробництва супероксиду мітохондрій. 45, 46

Механізм інактивації мітохондріальної аконітази. Мітохондріальна аконітаза - це фермент циклу трикарбонової кислоти (ТСА), який каталізує перетворення цитрату в ізоцитрат. У своєму активному центрі він містить залізо-сірчаний кластер ([4Fe-4S]), який інактивується супероксидом (О -), що утворюється в безпосередній близькості, як побічний продукт ланцюга транспорту електронів. Це призводить до вивільнення Fe +2 та молекули пероксиду водню (H 2 O 2), який може реагувати за допомогою реакції Фентона, утворюючи гідроксильний радикал (OH). Окислювально-відновна здатність глутатіону (GSH/GSSG) буде зменшена через збільшення виробництва вільних радикалів і дозволить більше інактивації супероксид аконітази, і буде створено цикл самопосилення, якщо його не вирішити.

Повнорозмірне зображення

Повідомлялося про інактивацію аконітази та окислювальний стрес при інших нервово-психічних та нейродегенеративних розладах з відомими мітохондріальними розладами, включаючи шизофренію, 50, 51 хвороба Хантінгтона 52 та хворобу Паркінсона. 53, 54 Одне дослідження мітохондріальної дисфункції в мозку аутизму виявило знижений рівень білка в декількох комплексах ETC у мозку, лобовій та скроневій корі. Є дані про те, що дисфункція мітохондрій може бути наявною у значної частини дітей з аутизмом та сприяє виникненню мультисистемних відхилень, що спостерігаються у деяких дітей-аутистів. 55, 56, 57 Значне зниження активності аконітази вимагає постійного дослідження взаємодії між дисфункцією мітохондрій, виробленням супероксиду та зміненою активністю комплексу ETC при аутизмі.

Похідне окисленого білка тирозину, 3-NT, забезпечує стабільний біохімічний слід пошкодження окислювального білка, і було виявлено, що він підвищений у плазмі у дітей з аутизмом у попередньому дослідженні. 31 Підвищений рівень 3-NT зафіксовано при багатьох захворюваннях з патологією окисного стресу, включаючи алкоголізм, куріння, діабет, атеросклероз та муковісцидоз. Похідне тирозину, 3-NT, складається переважно з пероксинітриту, шкідливого вільного радикала, що утворюється з супероксиду, та NO. Таким чином, значне підвищення рівнів 3-NT, яке спостерігається в мозку аутизму та BA22, не було несподіваним і узгоджується із збільшенням продукції супероксиду та інактивацією аконітази.

Окрім того, що підвищений рівень 3-NT є класичним маркером пошкодження окисного білка, це свідчить про збільшення продукції NO. Надлишок NO конкурує за антиоксиданти MnSOD та GSH для супероксиду та сприяє утворенню пероксинітриту. 59 NO може оборотно пригнічувати дихання мітохондрій у комплексі IV, тоді як більш шкідливий пероксинітрит може назавжди інактивувати комплекси I, III та V. 60 У попередньому дослідженні ми продемонстрували підвищену сприйнятливість аутизуючих лімфобластоїдних клітин до гострої деполяризації NO мітохондрій та інших азотистих рівні в плазмі та еритроцитах у дітей з аутизмом. 24, 48, 61, 62 Нейрогліальні клітини експресують iNOS (індуковану NO-синтазу) і виробляють велику кількість NO при активації цитокінами. 63, 64 Цікаво, що в мозку аутизму серед інших областей повідомляється про наявність запальних цитокінів та активованої нейроглії9, що припускає, що активована нейроглія виробляє надлишок NO і може сприяти утворенню пероксинітритів та збільшенню пошкоджень білка 3-NT ... вивчення.

Значно підвищений рівень 3-КТ у мозку аутизму та BA22 є новими висновками, що свідчать про хронічний нейрозапальний стан у цих областях. Активовані фагоцитарні клітини виробляють хлорну кислоту, продукт дії мієлопероксидази (МРО), який стимулюється під час активації імунітету, що призводить до похідного 3-СТ. 35 Підвищення експресії МРО раніше було продемонстровано при хронічних неврологічних станах, таких як хвороба Альцгеймера, 65 хвороба Паркінсона 66 та розсіяний склероз. 67 Спостережуване збільшення 3-КТ у зразках мозку аутизму та BA22 є першим показником збільшення експресії МРО у мозку аутизму та підтверджує попередні повідомлення про активацію мікроглії та запальних цитокінів у мозку аутизму. Роль запалення та активації мікроглії у нейропатології аутизму вимагає подальшого дослідження та підтвердження.

На додаток до маркерів окисного пошкодження білків, 8-оксо-dG, маркер окислювального пошкодження ДНК, був значно підвищений у мозку та BA22 від випадків аутизму порівняно з контролем. Аддукт 8-оксо-dG в мітохондріальній та ядерній ДНК є премутагенним ураженням, утвореним головним чином атакою гідроксильних радикалів (• ОН). Це пов’язано з окислювальним пошкодженням ДНК в таких станах, як старіння, рак та окислювальний вплив навколишнього середовища. 68 У мозку 8-оксо-dG негативно асоціювався з GSH/GSSG у поєднаній групі випадків та контрольній групі (рис. 3); однак ця асоціація не набула важливого значення в регіоні BA22. Показано, що вивільнення Fe2, пов’язане з опосередкованою супероксидом інактивацією мітохондріальної аконітази, є важливим джерелом утворення радикалів ОН за допомогою хімії Фентона. 47 У сукупності ці дані свідчать про те, що знижена антиоксидантна здатність GSH/GSSG недостатня для запобігання перепродукції • OH і що нездійснені • OH може досягати ядра та утворювати окислювальний аддукт ДНК, 8-оксо-dG.

Прогнозовані взаємодії між кожним із вимірюваних біомаркерів окисного стресу та пошкодження, дисфункції мітохондрій та запалення наведені на рисунку 5. Підвищений супероксид, що утворюється з дисфункціональних мітохондрій, сприяє утворенню надлишку H 2 O 2, субстрату для MPO-опосередкованого гіпохлорного синтез кислоти. і утворення запального біомаркеру, 3-КТ. Підвищений супероксид можна поєднувати з NO, що призводить до утворення пероксинітритного радикала та біомаркеру окисного пошкодження білка, 3-NT. Гідроксильний радикал генерується як інактивацією аконітази, так і активністю МРО і сприяє утворенню 8-оксо-дГ. Хронічне збільшення цих вільних радикалів пошкоджує окисно-відновну/антиоксидантну здатність GSH/GSSG, дозволяючи утворенню вільних радикалів, що не відкриваються, і самому циклу підтримання, що призводить до хронічного окисного стресу та пошкодження. Відсутність кореляції між віком та біомаркерами свідчить про те, що окислювальний стрес є хронічним станом аутизму, оскільки така ж картина підвищених біомаркерів спостерігається в такому широкому віковому діапазоні.

Запропоновані взаємодії між вимірюваними біомаркерами та окислювальним стресом. Підвищений супероксид, що утворюється з дисфункціональних мітохондрій, сприяє утворенню надлишку H 2 O 2, субстрату для синтезу хлорної кислоти, опосередкованого мієлопероксидазою (MPO), та утворенню запального біомаркера, 3-хлоротирозину (3-CT). Збільшення оксиду азоту (NO) у поєднанні з підвищеним рівнем супероксиду призводить до утворення пероксинітритного радикала та біомаркеру пошкодження окислювальним білком, 3-нітротирозином (3-NT). Гідроксильний радикал утворюється при інактивації аконітази та МРО та сприяє утворенню 8-оксо-дезоксигуанозину (8-оксо-дГ). Хронічне збільшення цих вільних радикалів пошкоджує окисно-відновну/антиоксидантну здатність глутатіону (GSH/GSSG), дозволяючи утворенню вільних радикалів, що не відкриваються, і самому циклу підтримання, що призводить до хронічного окисного стресу.

Повнорозмірне зображення

Підводячи підсумок, ми вперше показуємо, що периферичні маркери окисного стресу та пошкодження, які раніше спостерігались у плазмі та імунних клітинах, однаково підвищені у двох уражених ділянках мозку при аутизмі, мозочку та BA22. Ці спостереження свідчать про те, що прооксидантне середовище та окислювальний стрес є повсюдними та систематичними у осіб з аутизмом. Негативний взаємозв'язок між GSH/GSSG та окислювальними пошкодженнями білка та ДНК свідчить про те, що знижена окисно-відновна здатність глутатіону в мозку при аутизмі може мати функціональні наслідки з точки зору збільшення продукції супероксиду мітохондрій та хронічного запального статусу. Однак, оскільки на аутизм впливає багато взаємодіючих генетичних факторів та факторів навколишнього середовища, які є специфічними для патологоанатомічного мозку та обмежених випадків захворювання, ці спостереження потребуватимуть подальших досліджень.