Az arzén által kiváltott toxikus hatások enyhítése egerekben Syzygium cumini levélkivonat étrend-kiegészítésével

Milánó Barai

1 Genetikai és Biotechnológiai Tanszék, Dhaka Egyetem, Dhaka-1000, Banglades

Nazmul Ahsan

1 Genetikai és Biotechnológiai Tanszék, Dhaka Egyetem, Dhaka-1000, Banglades

Nilanjana Paul

1 Genetikai és Biotechnológiai Tanszék, Dhaka Egyetem, Dhaka-1000, Banglades

Khaled Hossain

2 Biokémiai és Molekuláris Biológiai Tanszék, Rajshahi Egyetem, Rajshahi-6205, Banglades

Mohammad Abdur Rashid

3 A gyógyszerészeti kémia hatástalanítása, Dhaka Egyetem, Dhaka-1000, Banglades

Masashi Kato

4 Foglalkozási és Környezetegészségügyi Tanszék, Nagoya University Graduate School of Medicine, Nagoya, Japán

Nobutaka Ohgami

4 Foglalkozási és Környezetegészségügyi Tanszék, Nagoya University Graduate School of Medicine, Nagoya, Japán

Anwarul Azim Akhand

1 Genetikai és Biotechnológiai Tanszék, Dhaka Egyetem, Dhaka-1000, Banglades

Géntechnikai és Biotechnológiai Tanszék, Dhaka Egyetem, Dhaka-1000, Banglades

Tel .: 880-2-9661920 ext. 7818, fax: + 880-2-9667222, e-mail: [email protected]

ABSZTRAKT

BEVEZETÉS

Az mérgező nehézfém arzén perzisztens a környezetben, és számos káros egészségügyi következménnyel járhat. Bangladesben és sok más országban emberek milliói vannak kitéve magas arzénszintnek a szennyezett talajvíz ivása révén. 1,2) Az arzén expozíció ezáltal világszerte komoly közegészségügyi aggodalmat okozott. Ennek a nehézfém-mérgezésnek a hatása rövid időn belül vagy hosszan tartó expozíció után nyilvánvaló, attól függően, hogy milyen dózis és bejutási útvonal, testvédelmi mechanizmus és az egyén táplálkozási állapota van. Az arzén hosszú távú kitettsége számos káros hatással jár az egészségre, beleértve a fogyást, a bőrelváltozásokat, a rákot, a szív- és érrendszeri betegségeket (CVD), a cukorbetegséget, a máj rendellenességeit, az immunotoxicitást stb. 3-7) Az arzénvegyületek többsége ismert bizonyos mértékben vízben oldódik, ezáltal a véren keresztül könnyen eljuthat a test különböző szerveibe. Bár a testbe jutó arzén egy része kiválasztódik, a jelentések szerint jelentős részét különböző szövetek/szervek szívják fel, beleértve a szőrt, a körmöket, a májat, a vesét, a szívet, a tüdőt és a lépet, ami káros fiziológiai hatásokat okoz. 8–10)

Az arzéntoxicitás mechanizmusának megértése érdekében felvetett számos hipotézis közül az arzén által kiváltott oxidatív stressz érintettségét tartják a legkiemelkedőbbnek. Az arzén által kiváltott oxidatív stressz főleg abból adódik, hogy képes reaktív oxigénfajtákat (ROS) generálni és kölcsönhatásba lépni a fehérjék/enzimek szulfhidrilcsoportjaival. 11-13) Különböző vizsgálatok kimutatták, hogy ez az oxidatív stressz képes megszakítani több sejtes jelátviteli utat, amelyek kiemelkedő szerepet játszhatnak az arzén által közvetített betegség megnyilvánulásában. 14,15) annak ellenére, hogy felismerték az arzéntoxicitás globális közegészségügyi fenyegetését; hatékony, megbízható és biztonságos kezelése továbbra is többnyire ismeretlen maradt. Figyelembe véve az arzéntoxicitás és az oxidatív stressz közötti összefüggés fennállását, a kutatók alig várják, hogy a különböző növényi kivonatok antioxidáns tulajdonságait felhasználják az arzénmérgezés leküzdésére.

A legújabb vizsgálatok bebizonyították az antioxidánsok potenciális szerepét az arzén toxicitás megelőzésében és/vagy kezelésében. 16,17) Következésképpen a magas antioxidáns potenciállal rendelkező növényi alapú természetes vegyületek és azok aktív alkotóelemei nagy figyelmet kaptak, mivel képesek ellensúlyozni az arzén toxikus hatásait. 18,19) A teakivonatban jelen lévő természetes antioxidánsokról kimutatták, hogy védenek az arzén által kiváltott toxicitások ellen. 20,21) Nemrégiben beszámoltunk arról, hogy az arzén okozta egerek testsúlycsökkenését és a különféle szervek megnagyobbodását megakadályozták a Phyllanthus emblica levélkivonat étrend-kiegészítésével. 9) Ezért az antioxidánsok kutatása a gyümölcs-, zöldség- és gyógynövényekben a nehézfémek toxikus hatásainak enyhítése érdekében nagy figyelmet fordít szerte a világon.

Syzygium cumini Linn. (Myrtaceae család), egy jól ismert gyümölcsnövény, széles körben elterjedt a trópusi és szubtrópusi régiókban, beleértve Bangladeset is. A S. cumini-t nagyra értékelték olyan bioaktív vegyületek, mint flavonoidok, glikozidok, tanninok, antocianinok és aszkorbinsav birtoklása miatt; amelyek mindegyike kiváló antioxidáns tulajdonságokkal rendelkezik. 22,23) Ebben az összefüggésben a S. cumini többféle terápiás alkalmazását írták le eddig; köztük antidiabetikus, gyulladáscsökkentő, hasmenés elleni, rákellenes és antimikrobiális tevékenység. 24-27) Jelen vizsgálatban a S. cumini levelek kivonatát értékelték az arzén által közvetített káros hatások elleni megelőző aktivitása szempontjából kísérleti egerekben.

ANYAGOK ÉS METÓDUSOK

Növényi anyagok

Az S. cumini leveleit gyümölcsösökből gyűjtötték a bangladesi Dhaka Egyetem Curzon Hall campusán. Az üzemet azonosították és hitelesítették, és az üzem utalványmintáját (34742. Sz.) Letétbe helyezték a bangladesi nemzeti herbáriumban.

S. cumini levélkivonatok (SLE) elkészítése

Az SLE-t a korábban leírtak szerint kaptuk. 25) Röviden: a leveleket szobahőmérsékleten megtisztítottuk és levegőn szárítottuk, 7–10 napig távol tartva őket a közvetlen napsugárzástól, majd durva porrá őröltük. Az így kapott levélport (250,0 g) 1 l etanolban (95%) áztattuk egy lombikban, és az extrakcióhoz szobahőmérsékleten 1 hétig tartottuk. Az extraktumot ezután Whatman szűrőpapírral (11. sz.) Szűrjük, hogy összegyűjtsük a szűrletet. A maradékot ismét etanolban áztattuk, hogy további extraktumot kapjunk. Az összes összegyűjtött szűrletet vákuum rotációs bepárlóval csökkentett hőmérsékleten és nyomáson bepároljuk. Az így kapott gumiszerű anyagot szobahőmérsékleten szárítottuk a por alakú forma előállítása céljából. A porított kivonatot lemértük és 4 ° C-on tároltuk a további munkához. 250,0 g szárított levélporból végül 35,5 g (14,2%) extraktumot kapunk. A kivonatot összekeverték a bangladesi Nemzetközi Hasmenési Betegségkutató Központtól vásárolt egerek takarmányával (icddr, b).

Állattartás

Svájci albínó egereket (hím, 6 hetes korosztály) az icddr-től, szül. Az egereket véletlenszerűen választottuk ki, és műanyag ketrecekben helyeztük el, fapelyhes ágyneművel (6 egér/ketrec). Egy hét akklimatizáció után az egereket négy csoportba osztottuk, nevezetesen kontroll, arzén (As), As + SLE és SLE. A „kontroll” egereket miliQ vízzel látták el etetőpalackok és normál egerek etetésével. Az „As group” egerek normál takarmányt és vizet tartalmazó nátrium-arsenitet (NaAsO2) kaptak (miliQ vízben előállítva, 10 μg/g testtömeg/nap), míg az „As + SLE csoport” egereknek SLE-t (50 μg/g testtömeg/nap) takarmányt és As-tartalmú vizet tartalmaz. Az „SLE csoport” takarmányt és miliQ vizet tartalmazó SLE-t kapott. Ezeket a különböző egércsoportokat 12 hétig tartottuk fenn. Mindezeket az egerek alkalmazásával végzett kísérleteket és kísérleteket a bangladesi Dhaka Egyetem Biológiai Tudományok Karának etikai kérdéseit követve végeztük el.

Az egerek testének és szervének tömegének mérése

Az összes csoport minden egerét kéthetente lemértük analitikai mérleg alkalmazásával, és ennek megfelelően rögzítettük. 12 hetes fenntartás után az egereket méhnyak diszlokációval feláldoztuk, és a hasat hasi metszéssel műtéti úton tesszük ki. A vesét, a májat és a lépet gondosan eltávolítottuk, megtisztítottuk minden zsírtól és kötőszövettől, majd lemértük. Ezután kiszámolták az átlagos szerv/testtömeg (mg/g) arányt.

Vérvétel és a különböző szérumparaméterek meghatározása

A sebészeti pengét (11-es méret) élesen megcsipkedtük az egerek füle és szeme között. A vér cseppenként jött ki és kémcsövekbe gyűlt össze. Ezután a szérumot elválasztották az összegyűjtött vértől, és –80 ° C-on tartották, amíg a különféle paraméterek vizsgálatát elvégezték. Meghatároztuk a szérum glükóz- és húgysavszinteket, és meghatároztuk az alkalikus foszfatáz (ALP), az alanin-aminotranszferáz (ALT) és a laktát-dehidrogenáz (LDH) aktivitását a kereskedelemben kapható vizsgálati készlet alkalmazásával, a gyártó protokolljának megfelelően (Human Diagnostic, Németország; DiaSys Diagnostic Systems, Törökország; és Biosystems SA, Spanyolország). Az összes szérummintát kétszer analizáltuk, majd átlagértékeket alkalmaztunk.

Arzénlerakódás mérése As-nak kitett egerek szövetmintáiban

Az As-nak kitett egerek szövetmintáinak arzénszintjét a korábban leírt módszerrel mértük. (28) Röviden: máj- és lépmintákat vettünk 15 ml-es polipropilén csőben 3 ml salétromsav (61%) jelenlétében. A csöveket megfelelően lezártuk és 48 órán át 80 ° C-on inkubáltuk, majd 1 órán át szobahőmérsékletre hűtöttük. Lehűlés után minden csőbe 3 ml hidrogén-peroxidot (30%) adunk, majd 3 órán át 80 ° C-on inkubáljuk. Az emésztett anyagok ultratiszta vízzel történő megfelelő hígítása után az arzén szintjét a mintákban induktívan kapcsolt plazma-tömegspektrométerrel (ICP-MS; 7500cx, Agilent Technologies, Inc.) határoztuk meg egy reakciócellával ArCl-ion hiánya érdekében. interferencia.

Statisztikai analízis

A tanulmány statisztikai elemzését a Social Sciences Statistics Packages (SPSS 17.0 verzió, SPSS Inc., Chicago, IL) szoftverével végeztük. Az adatokat átlag ± SD-ként tüntettük fel. Az adatokat egyirányú ANOVA-val elemeztük, majd Bonferroni többszörös összehasonlító tesztekkel. P értéke 1. ábra. 12 hét elteltével a kontroll, az As, As + SLE és az SLE csoport átlagos testtömege 32,25 ± 1,5, 19,81 ± 1,3, 25,57 ± 0,73 és 31,78 ± 0,65 g lett. Megfigyelték, hogy a kontroll egerek idővel fokozatosan híztak; az As-nak kitett egereknél azonban a testtömeg normális növekedése megszakadt. A testtömeg-növekedés az As-nak kitett egerekben szignifikánsan csökkent a kontrollhoz képest a 4., 8. és 12. héten (pa szignifikánsan különbözött (pb szignifikánsan különbözött (p 1. táblázat. Kontroll egerekben a lép és a szerv/test tömeg átlag ± SD aránya) A vese és a máj 3,6 ± 0,32, 12,5 ± 1,29 és 42,2 ± 4,76 volt. Az As-nak kitett egerek lép, vese és máj szerv-test tömegaránya azonban szignifikánsan megnőtt (1. táblázat). Ezek az eredmények azt jelezték, hogy az SLE fontos szerepet játszhatott az érintett szervekre gyakorolt arzén által közvetített toxikus hatások csökkentésében.

Asztal 1

A szervek testtömegaránya mind a négy egércsoportban 12 hét elteltével

Szerv tömeg/test tömeg (mg/g) ControlAsAs + SLESLE

Lép	3,6 ± 0,32	4,9 ± 0,24 a	3,9 ± 0,24 b	3,7 ± 0,43
Vese	12,5 ± 1,29	19,1 ± 3,39 a	14,5 ± 1,28 b	12,8 ± 1,49
Máj	42,2 ± 4,76	54,2 ± 2,97 a	46,1 ± 3,37 b	41,5 ± 3,35

Az értékek átlag ± SD (n = 6 csoportonként).

a Jelentősen eltérő (pb Jelentősen eltérő (p. 2A. ábra. Az enzimaktivitások ezen növekedése statisztikailag szignifikáns volt (p. 2B. ábra). Ez az eredmény a szív és más szövetek arzén által közvetített lehetséges károsodását jelezte, amely a szérum LDH emelkedését okozhatta Ismét megfigyeltük, hogy ez az LDH szérumszint emelkedése részben blokkolt volt, amikor az SLE-t kiegészítették.

Az SLE részben megmenti a szérumenzimek arzén által közvetített emelkedését.

Arzén (mg/kg testtömeg) lerakódása az As-nak kitett egerek májában és lépében.

Az adatok átlag ± SD-ként vannak feltüntetve (n = 3 csoportonként). a Lényegesen eltérő (p 29,30) Mivel ebben a tanulmányban már megfigyelhető az LDH emelkedése, ezt követően megvizsgáltuk, hogy az arzén expozíció összefüggésben van-e a húgysavszint emelkedésével is. Amint a 4. ábra mutatja, az As-expozíciós csoportban a szérum húgysav (4,15 ± 0,23 mg/dl) megemelkedett a kontrollhoz képest (3,44 ± 0,29 mg/dl). Bár az SLE-kiegészítés részben blokkolta ennek az enzimnek az emelkedését, azonban a különbség nem volt statisztikailag szignifikáns (p> 0,05), ha az As-expozíciós csoportot összehasonlítottuk az As + SLE-csoporthoz. Az arzénről ismert, hogy cukorbetegséget vált ki (6,31,32), míg a cukorbetegség kimutatták, hogy összefügg a húgysavszinttel. 33-35) Ezért teszteltük, hogy az As-nak kitett egerek fokozott szérum glükózszintet kísérnek-e vagy sem. Megfigyeltük, hogy az arzén expozíció szignifikánsan (p 0,05), az As okozta glükózszint növekedés.

Az SLE részben megmenti a szérum húgysav és glükóz arzén által közvetített emelkedését

Noha szinte minden szervet érint az arzén expozíció, úgy gondolják, hogy a máj, a vese és a lép a leginkább érzékeny a toxikus hatásokra. 44-46) Vizsgálatunkban a máj, a vese és a lép tömegének szignifikáns növekedését figyelték meg As-nak kitett egereknél, amelyet a szerv/test arány megnövekedett aránya mutatott (1. táblázat). Eredményeink megfelelnek a korábbi jelentéseknek, amelyek összefüggést mutattak az arzén expozíció és a hepatomegalia, a splenomegalia vagy a vese megnagyobbodása között. 7,9,44) Az SLE-vel való együttes kezelés arzénnal együtt jelentősen visszaállíthatja a szervek súlyát a normálérték közeli állapotba, ami jelzi az SLE arzéntoxicitással szembeni terápiás potenciálját.

Úgy gondolják, hogy az arzén sejtekben és szövetekben történő felhalmozódása tartós károsító képessége miatt komoly gondot jelent. Az arzénról ismert, hogy különböző szervekben felhalmozódik, beleértve a májat, a vesét, a szívet, a tüdőt, az izmokat és a lépet, ha ember és állat lenyeli azt. 8,9,50) Jelentősen magas arzénfelhalmozódás volt megfigyelhető ebben a vizsgálatban az As-expozíciós csoport tesztelt szervein belül is (3. ábra). Bár az SLE szilárdan képes volt megakadályozni a testtömeg-növekedés csökkenését és a szervek tömegének növekedését As-nak kitett egerekben (1. ábra és 1. táblázat), képessége a szervekben az arzénlerakódás csökkentésére azonban nem volt szignifikáns.

A bizonyítékok felhalmozódnak az arzénnak való kitettség és a cukorbetegség emberi és állati eredetű összefüggése közötti összefüggés mellett. 6,31,32) Vizsgálatunk szignifikáns különbséget mutat a vércukorszintben a kontroll és az As-kezelt egerek között (4. ábra), amely alátámasztja a fenti elképzelést. A glükózszint növekedése az arzén hasnyálmirigy β-sejtekre gyakorolt citotoxikus hatását teheti figyelembe. 51) A kezelt egerek a glükózszint növekedése mellett a húgysavszint emelkedését is kísérik. Eredményeink összhangban vannak a korábbi jelentésekkel, amelyek igazolják a húgysav szerepét a cukorbetegség megnyilvánulásában (33-35), azonban a húgysav és a hiperglikémia közötti kapcsolat nem mindig következetes. Sok tanulmány pozitív korrelációt mutatott a szérum húgysav- és glükózszintje között, míg mások fordított összefüggést javasoltak. 52,53) Bár az SLE szignifikánsan blokkolta az arzén által kiváltott szérum ALP, ALT és LDH aktivitás emelkedését, azonban a szérum húgysav- és glükózszintjét nem tudta jelentősen csökkenteni.

Összefoglalva, a jelen tanulmány az SLE jelentős hatását mutatta be a testtömeg-növekedés arzén által kiváltott csökkenése, a szervek megnagyobbodása és a különböző szérumparaméterek növekedése ellen. Az arzén toxicitás egyik fő mechanizmusát az oxidatív stressznek tulajdonították. Ezzel a nézettel kapcsolatban az SLE védelmet mutathat az arzén által kiváltott toxicitás ellen azáltal, hogy képes ellensúlyozni az oxidatív stresszt. Számos potenciális antioxidáns jelenléte a tesztkivonatokban (22, 23, 25, 54) valószínűleg hozzájárult a káros hatások elleni általános védelemhez. Annak ellenére, hogy az SLE-nek nagy lehetősége van az arzén által kiváltott káros hatások enyhítésére, az SLE-összetevők pontos szerepét a melioráció folyamatában még mindig nem értik egyértelműen. Ezért további kutatásokra van szükség a kivonatban lévő összetevők fiziológiai, sejtes és molekuláris mechanizmusaira vonatkozóan. Ez arra késztethet minket, hogy a jövőben kifejlesszünk egy SLE-alapú terápiás gyógyszert az emberi arzén expozíció miatti szövődmények beavatkozására.

KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS

Ezt a munkát részben a bangladesi University Grants Commission (UGC) támogatása támogatta. Köszönjük Shoko Ohnumának a szövetminták ICP-MS elemzését.

ÉRDEKLŐDÉSEK

Minden szerző kijelenti, hogy nincs tényleges vagy potenciális összeférhetetlensége.