Přeslechy mezi neuronem a gliovými buňkami při oxidativním poškození a neuroprotekci, část 4

Rozdílná antioxidační odpověď neuronů a astrocytů vyplývá z preferenční astrocytární exprese Nrf2, redox-senzitivního transkripčního faktoru.

Astrocyty jsou nejběžnější nenervové buňky v lidském centrálním nervovém systému. Mají různé funkce, které souvisí především se zásobováním nervových buněk energií a udržováním rovnováhy nervového prostředí. Tyto buňky hrají důležitou roli při iniciaci mnoha neurologických onemocnění, jako je Alzheimerova choroba, Parkinsonova choroba a roztroušená skleróza, a také ve fázi opravy po poškození nervů. Avšak další důležitou rolí, kterou hrají astrocyty, je jejich kritická role při udržování paměti.

Vědci zjistili, že astrocyty jsou vlivnější, než se dříve myslelo, hrají důležitou roli v paměti, učení a neuroplasticitě. Během procesu učení je posílena komunikace mezi neurony a astrocyty uvolňují chemického posla zvaného neuronální serotonin, který může posílit komunikaci mezi neurony, a tím zlepšit paměť a schopnosti učení. Kromě toho astrocyty také chrání zdraví neuronů tím, že pohlcují odpad a mrtvé buňky produkované kolem nich, čímž zvyšují celkovou vitalitu a funkci mozku.

Kromě výhod pro učení a paměť mají astrocyty další výhody. Mohou například udržovat zdravý mozek, a tak se vyhnout nástupu nemocí, jako je Parkinsonova choroba a Alzheimerova choroba. Navíc dokážou posílit funkci lidského imunitního systému, čímž pomáhají tělu účinněji bojovat s nemocemi a zánětlivými reakcemi.

Závěrem lze říci, že astrocyty hrají zásadní roli při udržování zdraví mozku a paměťových schopností. Nejen to, tyto magické buňky mají mnoho potenciálních výhod, které si zaslouží další studium. To dokazuje jejich důležitost, a proto je udržení zdravých a aktivních astrocytů v mozku pro naše dlouhodobé zdraví klíčové. Je vidět, že potřebujeme zlepšit paměť a Cistanche deserticola může výrazně zlepšit paměť, protože Cistanche deserticola je tradiční čínský léčivý materiál, který má mnoho jedinečných účinků, jedním z nich je zlepšení paměti. Účinnost Cistanche deserticola pochází z mnoha aktivních složek, které obsahuje, včetně kyseliny tříslové, polysacharidů, flavonoidních glykosidů atd. Tyto složky mohou podporovat zdraví mozku různými cestami.

Klikněte na 10 způsobů, jak zlepšit paměť

Nrf2-ARE je kritickou cestou pro regulaci antioxidačního obranného mechanismu, protože reguluje expresi detoxikačních enzymů fáze II a antioxidačních genů [127].

Vyšší náchylnost neuronů k ROS je způsobena kontinuální destabilizací a degradací antioxidačního transkripčního aktivátoru Nrf2, který reguluje systém GSH, thioredoxinový systém a SOD [128,129].

Nrf2 je stabilnější v astrocytech; tedy likvidují ROS v nervovém systému. Nrf2 indukce glutamátcystein ligázy (GCL) zvyšuje syntézu GSH v astrocytech a prekurzory GSH jsou následně exportovány do extracelulárního média [130].

Kromě toho Nrf2-indukoval syntézu GSH při astrocytéze používané k doplňování neuronálního GSH prostřednictvím raketoplánu astrocyt-neuron. Molekuly indukované Nrf2-, jako jsou enzymy související s GSH a metalothioneiny, jsou více exprimovány v astrocytech než v neuronech, což naznačuje, že aktivace Nrf2 v astrocytech chrání neurony před oxidačním stresem [131,132].

Mikroglie vykazují pozorovací fenotyp prostřednictvím dynamického přeslechu mezi mikroglií a neurony ve zdravém mozku [133]. Mikroglie M1 podporují zánět produkcí prozánětlivých cytokinů a indukcí aktivity NO syntázy.

Mikroglie M2 regulují imunitní funkci a podporují opravu sekrecí protizánětlivých cytokinů [134,135].

Funkce redox regulátorů v mikrogliích je nejasná, ale mnoho antioxidačních proteinů je spojeno se zánětem prostřednictvím funkčních mikroglií. V přeslechu mezi mikrogliemi a neurony popsané na obrázku 3 je exprese klasických antioxidačních proteinů řízena Nrf2 v mikrogliích [6]. Deficit Nrf2 zhoršuje kognitivní poruchy a reaktivní mikrogliózu po léčbě LPS in vivo [136].

Hem oxygenáza-1 (HO-1), antioxidační enzym upregulovaný Nrf2, inhibuje aktivaci NOX2 po stimulaci LPS [137]. HO-1, která může usnadnit útlum signalizace TLR4 inhibicí NOX, je zodpovědná za přeměnu hemu na biliverdin a oxid uhelnatý a funguje jako antioxidační enzym [138]. Nadměrná exprese HO-1 v mikrogliích snižovala akumulaci neurotoxického železa u starých myší [139].

Genetická delece mikrogliálních-specifických proteinů a mechanické přerušení neuronální aktivity mikrogliovou manipulací ukázaly, že mikroglie modulují neuronovou aktivitu. Fraktalkin (FKN) je převážně exprimován v CNS a lokalizován na neuronových buňkách.

FKN receptor (CX3CR1) je exprimován výhradně v mikrogliích a neuronech a je zajímavou signální osou pro komunikaci mezi mikroglií a neurony [69,140]. Deficit CX3CR1 byl spojen s narušením neurogeneze a nervové konektivity [141].

DAP12 je další protein specifický pro mikroglie, který se vyskytuje v důsledku změn v obsahu glutamátových receptorů při synapsi prostřednictvím mikrogliálního BDNF [142]. Při neurotransmisi s manipulací specifickou pro mikroglie zesilovala média upravená mikrogliemi excitační postsynaptické potenciály a proudy v disociovaných buněčných kulturách [143].

Inhibice mikrogliální aktivace minocyklinem snížila smrt neuronových buněk a spontánní recidivující záchvaty v modelu ratlithium-pilokarpin [144].

6. Závěry

Neurony, které mají vysoké energetické nároky, se zapojují do metabolických a redoxních přeslechů s okolními buňkami pro normální funkci mozku. Glia hraje zásadní roli v redoxních a metabolických potřebách neuronů pro neurotransmisi a přežití.

Několik předchozích studií prokázalo molekulární a buněčné aspekty tohoto spojení glií a neuronů a použily antioxidační terapie ke zpomalení progrese neurodegenerace [139,145–147].

Zhodnotili jsme oxidační a antioxidační systémy aktivované díky parakrinní redoxní signalizaci a klíčovou roli přeslechu neuron-glia proti oxidativnímu stresu v CNS, kde jsou extracelulární prostor a vzdálenost k sousedním buňkám nebo buněčným strukturám extrémně omezené.

Gliové buňky vykazují morfologické a molekulární změny v odpovědi na oxidační poškození a za těchto podmínek regulují neuronální aktivity. Tato komunikace neuron-glie hraje kritickou roli v oxidačních podmínkách tím, že zpomaluje neurodegeneraci a aberantní neurogenezi prostřednictvím mechanismů redoxního vyvažování.

Příspěvky autora:

Významnou měrou přispěli všichni autoři. KHL navrhla a vypracovala rukopis. MC asistoval s vypracováním rukopisu a přípravou figur. BHL dohlížel na celý projekt a připravil návrh rukopisu. Všichni autoři si přečetli a souhlasí s publikovanou verzí rukopisu.

Financování:

Tato práce byla podpořena Programem základního vědeckého výzkumu prostřednictvím grantu National ResearchFoundation of Korea (NRF) financovaného korejskou vládou (MSIT) (NRF-2016R1D1A3B2008194,NRF-2020R1A2C3008481).

Reference

1. Jiang, T.; Sun, Q.; Chen, S. Oxidační stres: Hlavní patogeneze a potenciální terapeutický cíl antioxidačních činidel u Parkinsonovy choroby a Alzheimerovy choroby. Prog. Neurobiol. 2016, 147, 1–19. [CrossRef]

2. Lee, KH; Cha, M.; Lee, BH Neuroprotektivní účinek antioxidantů v mozku. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 7152. [CrossRef]

3. Lee, BH Neuroprotekce: Záchrana před smrtí neuronů v mozku. Int. J. Mol. Sci. 2021, 22, 5525. [CrossRef] [PubMed]

4. Tanioka, M.; Park, WK; Park, J.; Lee, JE; Lee, BH Lipidová emulze zlepšuje funkční zotavení u zvířecího modelu mrtvice.Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 7373. [CrossRef] [PubMed]

5. Chen, Y.; Qin, C.; Huang, J.; Tang, X.; Liu, C.; Huang, K.; Xu, J.; Guo, G.; Tong, A.; Zhou, L. Role astrocytů v oxidativním stresu centrálního nervového systému: smíšené požehnání. Cell Prolif. 2020, 53, e12781. [CrossRef]

6. Simpson, DSA; Oliver, PL Generace ROS v mikrogliích: Pochopení oxidačního stresu a zánětu u neurodegenerativního onemocnění. Antioxidanty 2020, 9, 743. [CrossRef]

7. Li, J.; Wuliji, O.; Li, W.; Jiang, Z.-G.; Ghanbari, HA Oxidační stres a neurodegenerativní poruchy. Int. J. Mol. Sci. 2013, 14,24438–24475. [CrossRef]

8. Niedzielska, E.; Smaga, I.; Gawlik, M.; Moniczewski, A.; Stankowicz, P.; Pera, J.; Filip, M. Oxidační stres u neurodegenerativních onemocnění. Mol. Neurobiol. 2016, 53, 4094–4125. [CrossRef] [PubMed]

9. Rao, A.; Balachandran, B. Role oxidačního stresu a antioxidantů u neurodegenerativních onemocnění. Nutr. Neurosci. 2002, 5, 291–309.[CrossRef]

10. Bauernfeind, AL; Barks, SK; Duka, T.; Grossman, LI; Hof, PR; Sherwood, CC Aerobní glykolýza v mozku primátů: Přehodnocení důsledků pro růst a údržbu. Struktura mozku. Funct. 2013, 219, 1149–1167. [CrossRef]

11. Cobley, JN; Fiorello, ML; Bailey, DM 13 důvodů, proč je mozek náchylný k oxidativnímu stresu. Redox Biol. 2018, 15, 490–503.[CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com