Перехресні перешкоди між нейронами та гліальними клітинами при окисному пошкодженні та нейропротекції. Частина 4

Диференціальна антиоксидантна відповідь нейронів і астроцитів є результатом переважної астроцитної експресії Nrf2, окисно-відновного фактора транскрипції.

Астроцити є найпоширенішими ненервовими клітинами центральної нервової системи людини. Вони виконують різні функції, в основному пов'язані з енергозабезпеченням нервових клітин і підтриманням балансу нервового середовища. Ці клітини відіграють важливу роль у ініціації багатьох неврологічних захворювань, таких як хвороба Альцгеймера, хвороба Паркінсона та розсіяний склероз, а також у фазі відновлення після пошкодження нерва. Однак астроцити відіграють ще одну важливу роль у підтримці пам’яті.

Вчені виявили, що астроцити є більш впливовими, ніж вважалося раніше, відіграючи важливу роль у пам’яті, навчанні та нейропластичності. Під час процесу навчання посилюється зв’язок між нейронами, і астроцити вивільняють хімічний месенджер під назвою нейрональний серотонін, який може посилити зв’язок між нейронами, таким чином покращуючи пам’ять і здатність до навчання. Крім того, астроцити також захищають здоров’я нейронів, поглинаючи відходи та мертві клітини, що утворюються навколо них, тим самим підвищуючи загальну життєздатність і функції мозку.

Окрім переваг у навчанні та пам’яті, астроцити мають інші переваги. Наприклад, вони можуть підтримувати мозок здоровим, таким чином уникаючи виникнення таких захворювань, як хвороба Паркінсона та хвороба Альцгеймера. Крім того, вони можуть посилити функцію імунної системи людини, тим самим допомагаючи організму ефективніше боротися з хворобами та запальними реакціями.

Підсумовуючи, астроцити відіграють важливу роль у підтримці здоров’я мозку та пам’яті. Мало того, ці магічні клітини мають багато потенційних переваг, які заслуговують на подальше вивчення. Це демонструє їх важливість, і, отже, підтримання здорових і активних астроцитів у мозку має вирішальне значення для нашого довгострокового здоров’я. Можна побачити, що нам потрібно покращити пам’ять, і Cistanche deserticola може значно покращити пам’ять, оскільки Cistanche deserticola є традиційним китайським лікарським матеріалом, який має багато унікальних ефектів, одним із яких є покращення пам’яті. Ефективність Cistanche deserticola пояснюється багатьма активними інгредієнтами, які він містить, включаючи дубильну кислоту, полісахариди, флавоноїдні глікозиди тощо. Ці інгредієнти можуть сприяти здоров’ю мозку різними шляхами.

Натисніть «Знай 10 способів покращити пам’ять».

Nrf2-ARE є критичним шляхом для регуляції механізму антиоксидантного захисту, оскільки він регулює експресію ферментів фази II детоксикації та антиоксидантних генів [127].

Вища сприйнятливість нейронів до ROS пов’язана з постійною дестабілізацією та деградацією антиоксидантного активатора транскрипції Nrf2, який регулює систему GSH, систему тіоредоксину та SOD [128,129].

Nrf2 більш стабільний в астроцитах; таким чином, вони утилізують АФК у нервовій системі. Nrf2-індукція глутаматцистеїнової лігази (GCL) збільшує синтез GSH в астроцитах, а попередники GSH згодом експортуються в позаклітинне середовище [130].

Крім того, Nrf2-індукує синтез GSH в астроцитах, який використовується для поповнення нейронального GSH через човник астроцит-нейрон. Молекули, індуковані Nrf2-, такі як пов’язані з GSH ферменти та металотіонеїни, більш сильно експресуються в астроцитах, ніж у нейронах, що вказує на те, що активація Nrf2 в астроцитах захищає нейрони від окисного стресу [131,132].

Мікроглія демонструє оглядовий фенотип через динамічні перехресні перешкоди між мікроглією та нейронами в здоровому мозку [133]. Мікроглія M1 сприяє запаленню, виробляючи прозапальні цитокіни та індукуючи активність NO-синтази.

Мікроглія M2 регулює імунну функцію та сприяє відновленню шляхом секреції протизапальних цитокінів [134,135].

Функція окисно-відновних регуляторів у мікроглії неясна, але багато антиоксидантних білків пов’язані із запаленням через функціональну мікроглію. У перехресних перешкодах між мікроглією та нейронами, описаних на малюнку 3, експресія класичних антиоксидантних білків контролюється Nrf2 у мікроглії [6]. Дефіцит Nrf2 посилює когнітивні порушення та реактивний мікрогліоз при лікуванні LPS in vivo [136].

Гемоксигеназа-1 (HO-1), антиоксидантний фермент, активований Nrf2, пригнічує активацію NOX2 при стимуляції LPS [137]. HO-1, який може сприяти ослабленню передачі сигналу TLR4 шляхом інгібування NOX, відповідає за перетворення гему на білівердин і монооксид вуглецю та функціонує як антиоксидантний фермент [138]. Надмірна експресія HO-1 у мікроглії зменшила накопичення нейротоксичного заліза у літніх мишей [139].

Генетична делеція специфічних для мікроглії білків і механічне переривання активності нейронів маніпуляціями з мікроглією показали, що мікроглія модулює активність нейронів. Фракталкін (FKN) переважно експресується в ЦНС і локалізується на нейрональних клітинах.

Рецептор FKN (CX3CR1) експресується виключно в мікроглії та нейронах і є цікавою сигнальною віссю для зв’язку між мікроглією та нейронами [69,140]. Дефіцит CX3CR1 був пов’язаний із порушенням нейрогенезу та нервового зв’язку [141].

DAP12 є ще одним специфічним для мікроглії білком, який виникає в результаті змін вмісту глутаматного рецептора в синапсі через мікрогліальний BDNF [142]. У нейротрансмісії з маніпуляціями, специфічними для мікроглії, середовище, кондиціоноване мікроглією, посилювало збудливі постсинаптичні потенціали та струми в культурах дисоційованих клітин [143].

Інгібування активації мікроглії міноцикліном зменшувало загибель нейрональних клітин і спонтанні повторні судоми в моделі ратлітію-пілокарпіну [144].

6. Висновки

Нейрони, які мають високі потреби в енергії, беруть участь у метаболічних і окислювально-відновних перехресних діях з оточуючими клітинами для нормальної роботи мозку. Глія відіграє важливу роль в окислювально-відновних і метаболічних потребах нейронів для нейротрансмісії та виживання.

Кілька попередніх досліджень продемонстрували молекулярні та клітинні аспекти цього гліально-нейронального зв’язку та використовували антиоксидантну терапію для уповільнення прогресування нейродегенерації [139,145–147].

Ми розглянули окислювальні та антиоксидантні системи в активованій через паракринну окислювально-відновну передачу сигналів і вирішальну роль перехресних перешкод нейронів і глії проти окислювального стресу в ЦНС, де позаклітинний простір і відстань до сусідніх клітин або клітинних структур надзвичайно обмежені.

Гліальні клітини виявляють морфологічні та молекулярні зміни у відповідь на окислювальне пошкодження та регулюють активність нейронів за цих умов. Цей зв’язок між нейроном і глією відіграє вирішальну роль в окислювальних станах, затримуючи нейродегенерацію та аномальний нейрогенез через механізми редокс-балансування.

Авторські внески:

Усі автори зробили значний внесок. КХЛ розробила та підготувала рукопис. MC допомагав у написанні рукопису та підготовці малюнків. BHL спостерігав за всім проектом і підготував чернетку рукопису. Усі автори прочитали та погодилися з опублікованою версією рукопису.

Фінансування:

Ця робота була підтримана Програмою фундаментальних наукових досліджень через грант Національного дослідницького фонду Кореї (NRF), який фінансується урядом Кореї (MSIT) (NRF-2016R1D1A3B2008194,NRF-2020R1A2C3008481).

Список літератури

1. Цзян Т.; Сонце, Q.; Chen, S. Окислювальний стрес: основний патогенез і потенційна терапевтична ціль антиоксидантних агентів при хворобі Паркінсона та Альцгеймера. Прог. нейробіол. 2016, 147, 1–19. [CrossRef]

2. Лі, KH; Ча, М.; Lee, BH Нейропротекторний ефект антиоксидантів у мозку. Міжн. J. Mol. наук. 2020, 21, 7152. [CrossRef]

3. Лі, Б. Х. Нейрозахист: порятунок від смерті нейронів у мозку. Міжн. J. Mol. наук. 2021, 22, 5525. [CrossRef] [PubMed]

4. Таніока, М.; Парк, WK; Парк, Дж.; Лі, JE; Lee, BH Ліпідна емульсія покращує функціональне відновлення на тваринній моделі інсульту.Int. J. Mol. наук. 2020, 21, 7373. [CrossRef] [PubMed]

5. Чень, Ю.; Qin, C.; Хуан, Дж.; Тан, X.; Лю, Ч.; Хуан, К.; Сюй, Дж.; Го, Г.; Тонг, А.; Чжоу, Л. Роль астроцитів в окислювальному стресі центральної нервової системи: змішане благословення. Cell Prolif. 2020, 53, e12781. [CrossRef]

6. Сімпсон, DSA; Олівер, П. Л. Генерація ROS у мікроглії: розуміння окисного стресу та запалення при нейродегенеративних захворюваннях. Антиоксиданти 2020, 9, 743. [CrossRef]

7. Лі, Дж.; Wuliji, O.; Лі, В.; Цзян, З.-Г.; Ghanbari, HA Окислювальний стрес і нейродегенеративні розлади. Міжн. J. Mol. наук. 2013, 14, 24438–24475. [CrossRef]

8. Нідзельська, Є.; Смага, І.; Гавлик, М.; Монічевський, А.; Станкович, П.; Пера, Дж.; Філіп, М. Окислювальний стрес при нейродегенеративних захворюваннях. мол. нейробіол. 2016, 53, 4094–4125. [CrossRef] [PubMed]

9. Рао, А.; Balachandran, B. Роль окислювального стресу та антиоксидантів у нейродегенеративних захворюваннях. Nutr. Неврологія. 2002, 5, 291–309 [Cross Ref]

10. Бауернфайнд, А.Л.; Баркс С.К.; Дука, Т.; Гроссман Л.І.; Гоф, PR; Sherwood, CC Аеробний гліколіз у мозку приматів: Перегляд наслідків для росту та підтримки. Будова мозку. Функція. 2013, 219, 1149–1167. [CrossRef]

11. Коблі, Дж. Н.; Фіорелло, М. Л.; Бейлі, Д. М. 13 причин, чому мозок сприйнятливий до окислювального стресу. Redox Biol. 2018, 15, 490–503.[CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com