A NAFLD kialakulásának megakadályozása elhízott patkányokban a pro/antioxidáns állapot javításával a cérium-dioxid nanorészecskék révén

NAZARII KOBYLIAK

1 Bogomolets Nemzeti Orvostudományi Egyetem, Kijev, Ukrajna

LUDOVICO ABENAVOLI

2 Egészségtudományi Tanszék, Magna Graecia egyetem, Catanzaro, Olaszország

TETYANA FALALYEYEVA

3 Tarasz Sevcsenko Kijevi Nemzeti Egyetem, Ukrajna

OLEKSANDR VIRCHENKO

3 Tarasz Sevcsenko Kijevi Nemzeti Egyetem, Ukrajna

BELEMETS NATALIA

3 Tarasz Sevcsenko Kijevi Nemzeti Egyetem, Ukrajna

TETYANA BEREGOVA

3 Tarasz Sevcsenko Kijevi Nemzeti Egyetem, Ukrajna

PETRO BODNAR

1 Bogomolets Nemzeti Orvostudományi Egyetem, Kijev, Ukrajna

MYKOLA SPIVAK

4 Zabolotnyi Mikrobiológiai és Virológiai Intézet, Ukrajna Nemzeti Tudományos Akadémia, Kijev, Ukrajna

Absztrakt

Háttér

A nem alkoholos zsírmájbetegség (NAFLD) egyik patogén mechanizmusa a reaktív oxigénfajok felhalmozódása, ami viszont súlyosbítja a betegség előrehaladását. Új cérium-dioxid nanorészecskéket (nCeO2) vizsgáltunk ígéretes antioxidáns auto-regeneráló képességük és alacsony toxicitásuk miatt.

Mód

30 fehér hím Wistar patkányt 3 csoportba osztottunk: kontroll, mononátrium-glutamát (MSG) által kiváltott elhízás és nCeO2 (MSG + nCeO2) csoportokkal kezelt MSG. A kontrollcsoport újszülött patkányait sóoldattal (kontroll) injektáltuk. Az MSG− és MSG + nCeO2 csoportokba MSG-t (4 mg/g koncentráció, 8 μl/g térfogat) injektáltunk szubkután az élet 2. és 10. napja között [13]. 1 hónapos korban a II. Csoportba tartozó patkányoknak orálisan 2,9 ml/kg vizet adtak be, az MSG + nCeO2 csoport orálisan 1 mM nCe02 oldatot kapott. 4 hónapos patkányokat leöltünk és a májat szövettani és biokémiai elemzés céljából összegyűjtöttük. A máj morfológiai változásainak értékeléséhez a NAS-t (NAFLD aktivitási pontszám) használtuk. A lipidperoxidációs termékek tartalmát, a szuperoxid-diszmutáz (SOD) és a kataláz enzimatikus aktivitását a májban standard biokémiai módszerekkel tanulmányozták [Refs].

Eredmények

4 hónapos patkányokban szignifikánsan alacsonyabb összpontszámot találtunk (1,3 ± 0,26 vs 3,6 ± 0,34, p Kulcsszavak: alkoholmentes zsírmájbetegség, reaktív oxigénfajok, Wistar patkányok, lipidperoxidáció, nanorészecskék

Háttér

Fokozott a figyelem az elhízás világméretű járványára, mivel ez az ötödik vezető kockázati tényező a globális halálozás szempontjából [1]. Az elhízottak aránya minden okból elhízott népességnél legalább 20% -kal magasabb a normál testsúlyhoz képest [2]. Az elhízás előfordulása szorosan összefügg a kapcsolódó betegségek széles körével, például szív- és érrendszeri betegségek (kivéve a pangásos szívelégtelenséget) [3], 2-es típusú cukorbetegség, minden típusú rák (kivéve a nők nyelőcsőrákját), asztma, epehólyag-betegség, osteoarthritis és krónikus hátfájás [4]. Elhízott egyéneknél a lipidanyagcsere zavart, ami túlzott zsírfelhalmozódáshoz vezet a szervezetben. A lehetséges zsírlerakódás egyik fő helye a máj, amely az alkoholmentes zsírmájbetegség (NAFLD) kialakulásának elsődleges oka.

A NAFLD a májműködési zavarok leggyakoribb oka a nyugati világban, mivel szoros összefüggésben van az elhízással, az inzulinrezisztenciával és a dyslipidaemiával [5]. A NAFLD a lipidek felhalmozódása a hepatocitákban, amely meghaladja a máj tömegének 5% -át túlzott etanolbevitel hiányában (hagyományosan napi 20 g etanol bevitelként definiálva) és a májbetegségek egyéb okai nélkül [6]. A zsírmáj kialakulásában és a betegség előrehaladásában szerepet játszó mechanizmusok nem tisztázottak, de genetikai hajlam összefüggésében ezek összefüggésben lehetnek egy anyagcsere-profillal [7]. Az inzulinrezisztencia, az oxidatív stressz, a citokinek és az elhízás azonosítják a NAFLD/NASH patogenezisének fő kockázati tényezőit. Ezek a tényezők elősegíthetik az intra-hepatikus zsírfelhalmozódást és lipotoxicitást, gyulladásos állapot kialakulását, oxidatív stresszt, apoptózist és fibrogenezist, amelyek meghatározzák a betegség előrehaladását [8].

A közelmúltban beszámoltak a cérium-dioxid nanorészecskék (nCeO2), egyfajta mesterségesen előállított nanoanyagok antioxidáns hatásáról. Ezeket jelenleg vizsgálják lehetséges terápiás jelentőségük szempontjából. Az nCeO2 katalitikus aktivitással rendelkezik, amely két vegyérték-állapot (Ce3 + és Ce4 +) jelenlétéből adódik. Az ezekben a nanorészecskékben jelenlévő oxigén-üresedések miatt képesek reagálni a környező reaktív oxigénfajtákkal, ezáltal bevezetve az nCeO2-t potenciális in vivo utánzó anyagként az endogén antioxidánsokhoz, például a szuperoxid-diszmutázhoz [9]. Az nCeO2 antioxidáns aktivitás hatékonyságával kapcsolatban azonban ellentmondásos eredmények vannak.

A NAFLD egyik patogén mechanizmusa a reaktív oxigénfajok felhalmozódása, ami viszont súlyosbítja a betegség előrehaladását [10]. Következésképpen antioxidáns terápiára van szükség a májkárosodás sikeres kezeléséhez. Így célul tűztük ki az új cérium-dioxid nanorészecskék (nCeO2) vizsgálatát, amelyek ígéretes antioxidáns auto-regeneráló képességet és alacsony toxicitást mutattak [11,12]

A vizsgálat célja az nCeO2 lipid peroxidációra és antioxidáns enzimekre gyakorolt hatásának vizsgálata volt kísérleti indukált NAFLD patkányokban.

Mód

Dizájnt tanulni

A kísérleti NAFLD kifejlesztése patkányokban a nátrium-glutamát (MSG) által kiváltott elhízás modelljét alkalmazták [13–15]. A vizsgálatban fehér hím Wistar patkányokat (n = 30) használtunk, és 3 csoportra osztottuk őket: kontroll, MSG− és MSG + nCeO2 csoportok. A kontrollcsoport újszülött patkányait sóoldattal (kontroll) injektáltuk. Az MSG− és MSG + nCeO2 csoportokat MSG-vel (4 mg/g, 8 μl/g térfogat) injektáltuk az élet 2.-10. Napján szubkután [13]. 1 hónapos korban a II. Csoportba tartozó patkányoknak 2,9 ml/kg térfogatú vizet adtak be orálisan, az MSG + nCeO2 csoportot 1 mM nCeO2 oldattal (1 mg/kg orálisan) kezelték. A kezeléseket szakaszosan adták kéthetes tanfolyamokban, felváltva kéthetes szünetekkel 3 hónapig. A kísérlet során az egy és négy hónap közötti patkányokat standard laboratóriumi chow-val és csapvízzel etették szabadon. 4 hónapos patkányokat leöltünk, és a májat szövettani és biokémiai elemzés céljából eltávolítottuk.

Szövettani vizsgálat

Hematoxilinnel és eozinnal festett MSG-csoportú patkányok májszövetének fénymikroszkópos mikroszkópos felvételei, × 400.

A - kifejezett teljes mikrovezikuláris steatosis;

B - mikrovezikuláris steatosis perivaszkuláris leukocita infiltrációval a 3. zónában (enyhe lobuláris gyulladás);

C - fokális nekrózis a degenerációt gátló hepatociták következtében - magok hiánya (középen).

Hematoxilinnal és eozinnal festett MSG + nCeO2 patkányok májszövetének fénymikroszkópos mikroszkópos felvételei, × 400.

A - egyetlen perivaszkuláris lobuláris limfocita infiltráció;

B - fokális enyhe mikrovezikuláris steatosis;

C - főleg a hepatociták normál szövettani szerkezete.

I. táblázat

A májszövet morfológiai változásai a kísérleti csoportokban.

Kontrollcsoport (n = 20) MSG-elhízás (n = 10) MSG + nCeO2 (n = 10) p

Steatosis (0–3)

0,10 ± 0,1a

2,1 ± 0,18c

1,10 ± 0,18b

3. ábra). Az nCeO2 rövid távú, időszakos orális beadása jelentősen csökkentette a májszövet lipid-peroxidációját, nevezetesen 27% -kal csökkentette a DC-tartalmat (p 4. ábra).

Lipidperoxidáció patkány májban MSG-elhízás és nCeO2 (1 mg/kg) kezelés körülményei között. A, B, C - a konjugált diének, a TBA-termékek és a Schiff-bázis tartalma a májban. * - p 4. ábra). Az nCeO2-vel végzett kezelés a SOD aktivitás visszaállításához vezetett a kontrollértékekhez és a túlzott kataláz aktivitás 22,1% -os csökkenéséhez vezetett (p 4. ábra). Így a vizsgált nanorészecskék javították a máj károsodott pro/antioxidáns állapotát az MSG által kiváltott NAFLD körülményei között.

Vita

Az oxidatív stressz az egyik legfontosabb jelenség az elhízás és a NAFLD kialakulása során [20]. Az nCeO2 SOD és/vagy kataláz aktivitást utánoz, és ígéretesnek bizonyult terápiás alkalmazásként antioxidáns auto-regeneráló képességük és alacsony toxicitásuk miatt [22,23]. A nanoméretű CNP-k elektronikus szerkezete hangsúlyozza antioxidáns aktivitásukat. Mind a nagy felület/térfogat arány, a részecskeméret csökkenésével [24,25], valamint a felületen jelen lévő Ce 3 + és Ce 4 + közötti reverzibilis váltás képessége [26,27] oxigénhibákat eredményez. a kristályrács, amely „reaktív helyekként” vagy „forró pontokként” működik a reaktív oxigénfajok (ROS) elszívásában [28].

Az nCeO2 fiziokémiai tulajdonságai (mérete, alakja, agglomerációs állapota folyadékban és bevonatában) szintén befolyásolhatják biológiai reakciójukat és katalitikus aktivitásukat. Számos CNP nanokompozitot írtak le, amelyeket biokompatibilis polimerek (polietilénglikol, dextrán, poliakrilsav, citrom- és olajsav) bevonására használnak [29]. Vizsgálatunk során közel alakú, citráttal bevont nCeO2-t használtunk, amelynek részecskemérete 2–5 nm volt. A nanokompozitokban lévő nátrium-citrát nemcsak stabilizátorként szolgál, amely meghatározza az nCeO2 összetételű stabilitását vízben és biológiailag releváns közegben, hanem fontos szerepet játszik a sejtekben az nCeO2 farmakokinetikájában is. A citrát mint a Krebs-ciklus alkotóeleme biztosítja az nCeO2-t a mitokondriumokban, ahol a kóros körülmények között ROS képződik, ami oxidatív stresszhez vezet.

Az elmúlt években jelentős érdeklődés mutatkozott az nCeO2, mint terápiás szer iránt, és számos példa található arra, hogy ezeket a nanorészecskéket számos patológia kezelésére tesztelték, ahol a redox állapot egyensúlyhiánya lép fel [30]. Jelen tanulmányban először az nCeO2 hatását vizsgáltuk a máj lipidperoxidációjára és az antioxidáns enzimek aktivitására kísérleti NAFLD-vel rendelkező patkányokban.

Számos korábbi tanulmány egyértelműen kimutatta az nCeO2 biodisztribúcióját főleg a lépben és a májban, nyomokban a tüdőben és a vesében is, és gyakorlatilag egy sem a szívben vagy az agyban. Annak ellenére, hogy a lépben és a májban legalább 30 napig erősen felhalmozódott, a szövettani elemzés nem mutat semmilyen változást a szervi citológiában, és a szövetek tipikus morfológiáját mutatja a kezelt és a kontroll patkányok közötti különbség nélkül [31]. Csak egy vizsgálatban találtak granulomatosus képződményeket 30 nap elteltével az egyszeri nCeO2 dózisnak kitett patkányok májában [32]. Ez a májkárosodás azonban valószínűleg a beadott nCeO2 nagy dózisának (85 mg/kg) volt a következménye, ami a nanorészecske-clearance károsodását eredményezte.

Hirst és mtsai. számolt be arról, hogy az nCeO2 heti, 2 vagy 5 héten át történő adagolása 0,5 mg/kg-mal indukált májtoxicitású egereknek (CCl4-gyel) hasonló eredményeket mutatott, mint az N-acetil-cisztinnel (NAC) kezelt egerek, amelyek általános terápiásak az oxidatív stressz csökkentésére ]. Ezek az adatok összhangban vannak eredményeinkkel, ahol bebizonyítjuk, hogy az nCeO2 beadása után a patológiás lipidperoxidáció gyengülése csökkenti a ROS káros hatását a májszövetre a NAFLD MSG által indukált állatmodelljében.

Rocca és munkatársai egy érdekes tanulmányról számoltak be, amelyben az nCeO2-t in vitro és in vivo tesztelték, mint új elhízás elleni gyógyszerkészítményt. Megemlítették, hogy az nCeO2 az adipogenezisben részt vevő gének mRNS-transzkripciójának csökkentésével és a trigliceridek 3T3-L1 pre-adipocytákban történő felhalmozódásának gátlásával akadályozza az adipogén útvonalat. 0,5 mg/kg nCeO2 intraperitonális beadása Wistar patkányoknak nem volt toxikus hatású, de jelentősen csökkentette a súlygyarapodást és csökkentette az inzulin, leptin, glükóz és trigliceridek plazmaszintjét a kontroll csoporthoz képest [33].

Pourkhalili és mtsai. kimutatták, hogy a jó antioxidáns tulajdonságok csak a CeO2 nanorészecskéknek vannak jellemzőek, és megerősíthetők további nátrium-szelenit adagolásával. Az antioxidáns enzimek aktivitásának javulását, valamint a koleszterin, a triglicerid és az alacsony sűrűségű lipoprotein szint csökkenését bizonyították a streptozotocin által kiváltott diabéteszes patkányokban 2 hetes intraperitoneális nCeO2 injekció után nátrium-szelenittel önmagában vagy kombinációban, de a CeO2 fémformája nem mutatott szignifikáns hatást. javulás [34].

Következtetés

Az nCeO2 oxidatív stressz esetén történő beadása csökkentheti/megakadályozhatja kóros hatásait. A Ce3 + Ce4 + nCeO2-vé történő átalakításának köszönhetően hatékonyan semlegesíti a hidrogén-peroxidot és a hidroxilgyököt ROS generálása nélkül. A kóros lipidperoxidáció ilyen csillapítása csökkenti az ROS májszövetre gyakorolt kóros hatását, amit megerősít a NAFLD fő szövettani jellemzőinek jelentős javulása és az antioxidáns enzimek aktivitásának helyreállítása. Összefoglalva, az nCeo2 potenciálisan felhasználható a NAFLD kezelésére, de az elhízás más állatmodelljeivel kell tesztelni.