(Часть I) Биомаркеры и механизмы окислительного стресса — последние 20 лет исследований с акцентом на повреждение почек и трансплантацию почек

edmund.chen@wecistanche.com

Абстрактный:Окислительный стресс представляет собой дисбаланс между про- и антиоксидантами, который неблагоприятно влияет на организм в различных механизмах и на многих уровнях. Окислительное повреждение, происходящее одновременно во многих клеточных структурах, может вызвать ухудшение функции, включая апоптоз и некроз. Повреждение оставляет молекулярный «след», который можно обнаружить с помощью специальной методологии с использованием определенных биомаркеров окислительного стресса. Существует тесная связь между окислительным стрессом, воспалением и функциональными нарушениями, приводящими к различным заболеваниям, поражающим весь организм человека. В текущем описательном обзоре мы усиливаем связь между механизмами окислительного стресса и их активными соединениями, подчеркиваяповреждение почека такжетрансплантация почки.Анализ активных форм кислорода (АФК), антиоксидантов, продуктов перекисного окисления и, наконец, сигнальных путей дает много многообещающих данных, которые потенциально могут изменить клеточные ответы на многих уровнях, включая экспрессию генов. Окислительное повреждение, стресс и АФК по-прежнему интенсивно используются в исследованиях. Мы обсуждаем соединения, упомянутые ранее как биомаркеры окислительного стресса, и представляем их роль, документально подтвержденную в течение последних 20 лет исследований. При поиске использовались следующие ключевые слова и термины MeSH: окислительный стресс, почка, трансплантация, ишемически-реперфузионное повреждение, ИРИ, биомаркеры, перекисное окисление и лечение.

Ключевые слова:окислительный стресс; биомаркеры; антиоксиданты; перекисное окисление липидов; перекисное окисление белков; перекисное окисление ДНК; сигнальный путь; почка; трансплантация почки; ишемически-реперфузионное повреждение

CISTANCHE УЛУЧШИТ ЗАБОЛЕВАНИЕ ПОЧЕК / ПОЧЕК

ВведениеОкислительный стресс представляет собой сложное явление, неблагоприятно влияющее на организм различными механизмами и на многих уровнях. Он определяется как дисбаланс между прооксидантами и сетевой системой антиоксидантной защиты. При оценке мы можем измерять определенные биомаркеры на молекулярном и клеточном уровне, наблюдать характерные микроскопические изменения в тканях и, наконец, диагностировать определенные патологии в органах, влияющих на весь организм. Сообщалось о постоянной триаде окислительного стресса, воспаления и функциональных нарушений в патогенезе многих заболеваний и клинических состояний. Окислительный стресс влияет на старение, канцерогенез и метаболический синдром, включая диабет и сердечно-сосудистые заболевания [1,2]. В течениетрансплантация почки,окислительный стресс является важнейшим механизмом, отрицательно влияющим напочкааллотрансплантат в ишемической фазе органосохранения и при реперфузии, когда резкое окисление делает трансплантат склонным к дополнительным повреждениям. Это явление, широко описываемое как ишемически-реперфузионное повреждение (ИРИ), приводит к истощению клеточной энергии и дисбалансу в пользу прооксидантов с нарушением микроциркуляции, воспалением и апоптозом [3-5]. IRI был основой этого обзора. Однако, несмотря на трансплантационный контекст, мы попытались представить более широкую картину основ, существующих знаний и современных подходов. С точки зрения трансплантологии, окислительный стресс является ключевым механизмом при ИРИ, где и ИРИ, и острое отторжение (АР) являются основными причинами дисфункции и потери трансплантата [6,7]. Адекватные вмешательства и решения на клеточном уровне могут улучшить результаты после трансплантации и помочь справиться с растущим числом пациентов в списках ожидания на трансплантацию. В целом исследования механизмов окислительного стресса и их сигнальных путей дают много многообещающих данных. Вполне возможно, что в будущем исследователи и клиницисты смогут изменять клеточные ответы на многих уровнях, включая экспрессию генов. В текущем описательном обзоре мы пытаемся приблизить механизмы окислительного стресса и его основных участников — активные формы кислорода (АФК), которые также служат биомаркерами. Связь между окислительным стрессом и ИРИ, воспалением иповреждение почекпредставлена. Кроме того, мы представляем антиоксиданты, а также продукты перекисного окисления и их роль в качестве биомаркеров. Наконец, мы обсуждаем связь между окислительным стрессом, сигнальными путями и потенциальными терапевтическими вариантами. При поиске использовались следующие ключевые слова и термины MeSH: окислительный стресс, почка, трансплантация, ишемически-реперфузионное повреждение, ИРИ, биомаркеры, перекисное окисление и лечение.

Окислительный стрессОкислительный стресс часто определяют как дисбаланс между прооксидантами и антиоксидантами [8]. Он возникает, когда производство активных форм кислорода (АФК) подавляет внутренние антиоксиданты. Живые клетки подвергаются постоянной окислительной атаке со стороны АФК, что приводит к «окислительному повреждению», и комплексная система антиоксидантной защиты обычно уравновешивает эту атаку [9]. Регулирование окислительно-восстановительного состояния (восстановления и окисления) имеет решающее значение для жизнеспособности клеток, активации, пролиферации и функции органов. Патологическое смещение этого баланса приводит к увеличению концентрации АФК, что приводит к неблагоприятным модификациям клеточных компонентов, таких как липиды, белки и ДНК [10]. Баланс поддерживается либо ферментативными антиоксидантами, которые будут обсуждаться далее в связи с их ролью в качестве биомаркеров, либо неферментативными антиоксидантами, которые составляют общую антиоксидантную емкость (ТАС) и указывают на способность клеток противодействовать повреждениям, вызванным окислительным стрессом. TAC в значительной степени поддерживается восстановленными и окисленными формами глутатиона GSH/GSSG. Однако равновесие поддерживается многими другими химическими веществами и, по-видимому, регулируется дискретными окислительно-восстановительными путями, а не прямой реакцией на химические токсиканты и физиологические стимулы. Таким образом, окислительный стресс также может быть определен как нарушение окислительно-восстановительной сигнализации и контроля [8]. Незначительные нарушения приводят к гомеостатическим адаптациям, тогда как значительные нарушения могут привести к непоправимым повреждениям и гибели клеток [9]. Окислительный стресс активирует множественную внутриклеточную передачу сигналов, что вызывает апоптоз или чрезмерный рост клеток, что приводит к органной дисфункции сердца, поджелудочной железы,почкии легкие, вызывая в дальнейшем гипертонию, диабет, хроническиеБолезнь почеки легочные заболевания [11]. Задействованы различные пути, включая гены апоптоза: каспазы -3, -8, -9, Bim, Bcl-2, Bak и Bax; и гены окислительного стресса: CYGB (цитоглобин), GSTP1 (глутатион-S-трансфераза pi 1), NCF1 (нейтрофильный цитозольный фактор 1), GPX1 (глутатионпероксидаза 1), SOD1 (супероксиддисмутаза 1), SOD2, CCS (медный шаперон для супероксида дисмутаза) и NOS2 (синтаза оксида азота 2) [12]. Экспрессия GSTP1 и передача сигналов апоптоза посредством активации c-Jun N-концевой киназы (JNK), по-видимому, являются механизмами, связывающими окислительный стресс и гипертензию у крыс со спонтанной гипертензией [13].

CISTANCHE УЛУЧШИТ ПОЧЕЧНУЮ НЕДОСТАТОЧНОСТЬ

Окислительный стресс признан фактором риска различных нежелательных явлений, включая атеросклероз и смертность при хронических заболеваниях.Болезнь почек(ХБП) пациентов. С ранних стадий заболевания окислительный стресс сопровождает ухудшениефункция почек, что еще больше усугубляется гемодиализом [14–16]. Данные свидетельствуют о том, что сердечно-сосудистые осложнения у пациентов, находящихся на гемодиализе, усугубляются окислительным дисбалансом, который может быть потенциальной мишенью для терапии [17]. Позже получатели входят втрансплантация почкипроцедура (КТх) с нарушением гомеостаза, дополнительно измененным предоперационными и послеоперационными факторами. Окислительный стресс и окислительные повреждения признаны важными факторами развития различных заболеваний: болезни Альцгеймера [18], атеросклероза [19], мужского бесплодия [20], ХОБЛ [21], глаукомы [22], хронического воспаления и амилоидоза [23]. , болезнь Паркинсона [24], ожирение [25–28] и диабет [29], а также старение [30]. Если окислительное повреждение вносит значительный вклад в патологию заболевания, то действия, уменьшающие его, должны быть терапевтически полезными. Некоторые из них обсуждаются далее. Окислительный стресс напрямую вызван АФК. В нормальном равновесии они играют важную роль в качестве вторичных мессенджеров во многих внутриклеточных сигнальных каскадах, направленных на поддержание клетки в гомеостазе с ее ближайшим окружением. Они вызывают неизбирательное повреждение биологических молекул на более высоких уровнях, что приводит к потере функции и гибели клеток. Биомолекулы в живых организмах сильно подвержены окислительному стрессу. АФК образуются из молекулярного кислорода в результате нормального клеточного метаболизма; однако многие другие факторы изменяют этот процесс. Некоторые из них представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Окислительный стресс и повреждение почек. DT – тирозин, NY – 3-нитротирозин, DiBrY – дибромтирозин, ACR – акролеин, CRA – кротоновый альдегид, HHE – 4-гидрокси-транс-2-гексеналь, 4- HNE – { {6}}гидроксиноненаль, 7-KC-7-кетохолестерин, HEL-аддукт гексаноиллизина, 8OHdG-8-гидрокси-20 -дезоксигуанозин

АФК можно разделить на две группы: свободные радикалы и нерадикалы. Свободные радикалы — это молекулы, содержащие один или несколько неспаренных электронов (•), что придает им высокую реакционную способность. АФК, которые имеют общие неспаренные электроны, являются нерадикальными формами. Они имеют важные химические различия, но имеют схожие механизмы повреждения на уровне биомолекул [31]. Основными АФК, имеющими физиологическое значение, из первой группы являются супероксид-анион (O2 плюс e → O2 •-), гидроксильный радикал (H2O2 плюс e → OH– плюс OH•) и гидропероксильный радикал (O2•- плюс H2O→H2O•). ); из второй группы – перекись водорода (H2O• плюс e плюс H → H2O2) [10]. Все кислородные радикалы являются АФК, но не все АФК являются кислородными радикалами. Несмотря на то, что они представляют собой частицы с обычно коротким периодом полураспада, они уже давно признаны химическими веществами, играющими важную двойную роль. Они вызывают повреждение клеток, реагируя с биомолекулами, но они также функционируют как клеточные сигнальные агенты [32]. Активные формы (RS), полученные из молекулярного кислорода (ROS) и азота (RNS), глубоко изучены; однако также были идентифицированы новые виды радикалов, такие как хлор (RCS), бром (RBS) и производные серы [33].

Основные АФК представлены в таблице 1. Описательные характеристики были дополнены гистограммами, отражающими исследовательский интерес в базе данных PubMed. «Общий» интерес определялся по поисковой формуле: {"ROS"[Title]}. Исследовательский интерес к области трансплантологии, как предметной медицинской рубрике, определялся поисковой формулой: {("ROS") AND (transplantation [MeSH Major Topic])}. Мы можем наблюдать, что пик интереса к АФК, таким как анион супероксида, алкоксил и пероксил, оксид азота и пероксинитрит, прошел; однако до сих пор широко публикуются статьи о гидроксильном радикале, перекиси водорода, синглетном кислороде, озоне, хлорноватистой кислоте и диоксиде азота. Заметен интерес к супероксид-анионам, перекиси водорода и оксиду азота в трансплантологии; однако значительно уменьшилась, поскольку мы говорим о роли активных форм кислорода. Известно больше ROS; однако они менее представлены в исследованиях

В группе свободных радикалов следует отметить следующие: карбонат (CO3•−), углекислый газ (CO2•−), атомарный хлор (Cl•). В группе нерадикалов: пероксиазотистая кислота (ONOOH), нитрил (нитроний) хлорид (NO2Cl), хлорамины, газообразный хлор (Cl2), азотистая кислота (HNO2), нитрозильный катион (NO plus ), нитроксиланион (NO–), триоксид диазота (N2O3), тетраоксид диазота (N2O4), хлорид нитрила (NO2Cl), катион нитрония (нитрил) (NO2 plus ), алкилпероксинитриты (ROONO).

Окислительный стресс при трансплантации почки

Окислительный стресс при ишемически-реперфузионном поврежденииИшемия/реперфузионное повреждение (ИРИ) приобрела значимость из-за повсеместных неблагоприятных последствий при каждой операции по трансплантации. Повреждающие эффекты касаются как реперфузии, так и ишемии, и они аддитивны. В целом IRI описывает функциональные и структурные изменения, которые проявляются на обеих фазах. Для объяснения ИРИ были предложены различные молекулярные механизмы, однако окислительный стресс и образование АФК продолжают привлекать большое внимание как ключевые факторы патогенеза [34]. Первым ультраструктурным проявлением ишемии является отек, который макроскопически выражается бледностью и увеличением тургора и массы органов. На молекулярном уровне это зависит от тканевой гипоксии и последующего истощения клеточного АТФ. Ишемическое повреждение приводит к системному воспалению из-за продукции цитокинов и повышенной экспрессии молекул адгезии гипоксическими паренхиматозными и эндотелиальными клетками [35]. Внезапное повторное введение O2 в гипоксическую ткань приводит к дополнительному уникальному типу повреждения, которого нет во время ишемической фазы. Сорок лет прошло с тех пор, как АФК впервые была указана в ИРИ. Доказательства были

на основе трех линий: (1) поглотители АФК защищают от ИРИ, (2) искусственная генерация АФК напоминает реакцию ИРИ и (3) постишемические ткани характеризуются повышенной продукцией АФК и их продуктами. Ранние исследования проводились на SOD как in vivo, так и ex vivo на моделях IRI, затем CAT, GPx и роли H2O2 в качестве активного метаболита, наконец, в качестве сигнального вторичного мессенджера [36]. Связь образования АФК с ИРИ определяли по продуктам перекисного окисления в качестве биомаркеров. Было изучено большинство обсуждаемых далее биомаркеров, причем наиболее «популярными» были MDA, 4-HNE, карбонилы белков, 3-нитротирозин и 8OHdG.

Окислительный стресс после ИРИ также был связан с другими неферментативными источниками: гемоглобином и миоглобином. Тем не менее, эти ферментативные или связанные с ферментами процессы были наиболее задокументированы, включая ксантиноксидазу, НАДФН-оксидазу, митохондрии, NOS, цитохром Р450, липоксигеназу/циклооксигеназу и моноаминоксидазу. Наконец, окислительный стресс был связан с ИРИ посредством передачи клеточных сигналов и активации определенных метаболических путей и генов. Реоксигенация мобилизует нейтрофилы, CD4 плюс Т-лимфоциты, тромбоциты. Активированные клетки продуцируют АФК, ФНО- и медиаторы воспаления [37]. Реоксигенация увеличивает количество АФК в паренхиматозных, эндотелиальных и лимфоцитарных клетках. Поврежденные митохондрии характеризуются неполным восстановлением кислорода, что приводит к продукции супероксидных анионов. Снижение уровня NO приводит к вазоконстрикции, сопровождающейся повышенной экспрессией молекул адгезии [4]. Причины и влияние оксидативного стресса напочка, представленные на рисунке 1, распространены повсеместно, включая хроническиеБолезнь почек,ИРИ в КТх,почкатрансплантата в отдаленном исходе, других патологиях, а также здоровых почек при нормальной функции. Различия возникают из-за дополнительных патомеханизмов, связанных с определенной фазой процедуры трансплантации или клиническим состоянием. Реперфузионно-ишемическое (И/Р) повреждение является основной причиной острого повреждения почек (ОПП), которое при КТ обычно проявляется задержкой функции трансплантата (ЗФД) [38]. Ранние факторы, влияющие на поздний исход КТ, имеют место у донора и даже задолго до того, как пациент считается донором. Хорошо известно, что органы с расширенными критериями более подвержены ишемически-реперфузионному повреждению (ИРИ). Многие факторы и их последствия могут быть связаны с окислительным стрессом и хроническим воспалением, с основной посттрансплантационной детерминантой — отсроченной функцией трансплантата (ЗФР), а также с сопутствующими осложнениями, включая аутоиммунологическое отторжение (АР) [6,35,39]. .

CISTANCHE УЛУЧШИТ ПОЧЕЧНУЮ ИНФЕКЦИЮ

Окислительный стресс и воспалениеОкислительный стресс может активировать различные факторы транскрипции, что приводит к дифференциальной экспрессии некоторых генов, участвующих в воспалительных путях. Основными мишенями окислительного стресса являются белки, липиды и ДНК/РНК, которые будут обсуждаться далее. Окислительное повреждение вызывает определенные модификации молекул, запуская сложный ответ различных метаболических и сигнальных ответов. Воспаление является естественным защитным механизмом от патогенов и связано со многими патологиями: инфекциями, радиацией, токсинами и болезнями. Существует много доказательств того, что окислительный стресс и системное воспаление являются сосуществующими явлениями, влияющими друг на друга. Восстановление глутатиона (GSH) положительно коррелирует с усилением окислительного стресса и принимает участие в окислительно-восстановительной регуляции иммунитета [40]. Воспалительные стимулы индуцируют высвобождение вездесущего редокс-активного внутриклеточного фермента (PRDX2), который действует как редокс-зависимый медиатор воспаления, активирующий макрофаги для продукции провоспалительного TNF- [32]. Сообщалось, что хроническое воспаление увеличивает продукты перекисного окисления липидов, уровни нитритов и малонового диальдегида (МДА) [41]. Также сообщалось, что окислительный стресс повышает уровень провоспалительного интерлейкина-6 (IL-6), молекулы адгезии сосудистых клеток-1 (VCAM-1), молекулы межклеточной адгезии{ {13}} (ICAM-1) и ядерный фактор-каппа B (NF-κB) [42]. Активация воспалительной реакции также приводит к активации рецепторов клеточной адгезии. Нейтрофилы мигрируют через эндотелиальную стенку в тканевую паренхиму, высвобождая цитотоксические медиаторы, такие как TNF, интерлейкины (IL) и NOS, что прямо или косвенно приводит к продукции высокореактивных АФК: O2 •-, H2O2 и ONOO– [43]. Повышение уровня циркулирующих АФК и провоспалительных цитокинов вызывает окислительный стресс и воспаление в отдаленных органах [4].

Окислительный стресс и повреждение почекНаличие АФК в биологических тканях приводит к вредному окислительному действию на все их биохимические компоненты: липиды, белки, углеводы и нуклеиновые кислоты. Таким образом, он также играет роль в патофизиологии почечной недостаточности и является медиатором хроническогоБолезнь почекпрогрессия [44]. Окислительный стресс и образование АФК в почках нарушают выделительную функцию каждого отдела нефрона. Он нарушает водно-электролитный и кислотно-щелочной баланс, влияет на регуляторные механизмы почек: канальцево-гломерулярную обратную связь, миогенный рефлекс в питающей артериоле и ренин-ангиотензин-альдостероновую систему [45]. Окислительный стресс напрямую связан с повреждением подоцитов (отек, апоптоз и некроз), снижением скорости клубочковой фильтрации, протеинурией [46] и тубулоинтерстициальным фиброзом [47]. Неблагоприятные метаболические изменения синергически связаны с изменениями почечной гемодинамики [48]. Подоциты уязвимы к окислительному повреждению. Последствием травмы является протеинурия [49], которая становится существенным фактором в индукции мезангиальной и канальцевой токсичности и участвует в местных и системных воспалительных путях [50]. Воспаление и TGF- участвуют в передаче сигналов эндотелина подоцитов, что подавляет митохондриальную функцию и вызывает окислительный стресс в эндотелии клубочков [51]. После начального повреждения почек механизмы репарации, факторы роста, цитокины и специфические молекулярные пути приводят к тубулоинтерстициальному фиброзу, отложению интерстициального матрикса с воспалительными клетками, потере клеток канальцев, накоплению фибробластов и разрежению перитубулярных микроциркуляторных сосудов [52]. Повреждение почек усиливается за счет усиления синтеза NOX [53], системы Nrf2/Keap1 [54] и дисбаланса в передаче сигналов аутофагии [55]. Оксидативный стресс также связан с эндотелиальной дисфункцией и играет решающую роль в прогрессировании ХБП [56]. Решающим фактором является оксид азота (NO), который участвует в нескольких биологических процессах, в том числе вазодилатации гладкомышечных клеток, воспалении и иммунных реакциях [57]. Микроваскулярная дисфункция при окислительном стрессовом поражении почек опосредована синтазой оксида азота (NOS), нарушением ауторегуляции почечных афферентных артериол [58], повышением перфузионного давления, что увеличивает количество супероксидного радикала (O2 •-) [59]. ИРИ вызывает структурное и функциональное повреждение почечных канальцев, непосредственно индуцируя гибель клеток канальцев, что в дальнейшем может запускать поврежденные реакции [60]. Аномальный апоптоз и стресс эндоплазматического ретикулума (ЭСР) эпителиальных клеток почечных канальцев могут влиять на возникновение и прогрессирование острого повреждения почек (ОПП) [61].

Биомаркеры окислительного стрессаАктивные формы кислорода представляют собой соединения, которые трудно измерить при оценке окислительного стресса, в первую очередь из-за очень короткого периода полураспада, поэтому они вряд ли играют роль биомаркеров. Однако, если АФК соединяется с определенной биологической молекулой, она оставляет уникальный химический «отпечаток пальца». Полученные таким образом биомаркеры можно использовать для оценки окислительного повреждения или действия антиоксидантов, в том числе терапевтических агентов. Основным критерием для биомаркера является его роль в прогнозировании более позднего развития заболевания. Более того, важными техническими критериями биомаркера являются то, что он должен обнаруживать большую часть общего продолжающегося окислительного повреждения in vivo, должен обеспечивать согласованные лабораторные анализы, результаты не должны различаться в одних и тех же условиях, должен быть стабильным во время хранения, должен использовать химически надежную технологию измерения. , и его нельзя смешивать с диетой [31]. Идеального биомаркера не существует, однако многие из них обеспечивают достаточную точность. АФК, как высокореакционноспособные вещества, взаимодействуют с окружающей средой in vivo, задействуя и стимулируя различные эндогенные механизмы, а также реагируя с многочисленными молекулами, оставляя упомянутый отпечаток пальца, который становится предметом интереса в конкретных оценках. АФК, реакции и основные антиоксиданты представлены на рисунке 2. Ядерные механизмы передачи сигналов упомянуты в разделе 5.

Эндогенные антиоксидантыПродукция клеток АТФ неотъемлемо связана с окислением, восстановлением и образованием АФК. К внешним факторам относятся микробные инфекции, ксенобиотики, диетические токсины, радиация, загрязнение окружающей среды и другие. Живые организмы выработали специфические системы защиты от пагубного действия свободных радикалов. Наиболее важные механизмы внутриклеточные; однако они действуют как с внеклеточными, так и с диетическими экзогенными антиоксидантами. Эндогенные антиоксиданты делятся на две группы: белковые (обладающие ферментативной активностью) и небелковые. Белковые — это первая линия защиты, три из которых наиболее важны: CAT, SOD и GPx. Формула поиска в PubMed для общего интереса определялась: {("биомаркер"[Название/резюме]) И (оксидативный стресс)}. Исследовательский интерес в области трансплантологии, как предметной медицинской рубрики, определялся по поисковой формуле: {("биомаркер" [Название/Аннотация]) И (трансплантация)} (табл. 2).

Каталаза (CAT), тетрамерный порфиринсодержащий фермент, обнаруженный почти во всех живых организмах, подверженных воздействию кислорода, локализуется в основном в пероксисомах. Превращение H2O2 в воду и молекулярный кислород происходит в два этапа: (1) CAT-Fe (III) плюс H2O2 → H2O плюс O=Fe(IV)-CAT(• плюс ) и (2) O{ {11}}Fe(IV)-CAT(• плюс) плюс H2O2 → CAT-Fe(III) плюс 2H2O плюс O2. Наиболее высокая активность CAT проявляется в печени и эритроцитах [62]. Он также может катализировать окисление перекисью водорода различных метаболитов и токсинов, включая формальдегид, муравьиную кислоту, фенолы, ацетальдегид и спирты. ХАТ в сочетании с окислительным стрессом широко представлена ​​в исследованиях последних двадцати лет. В течение нескольких десятилетий было установлено, что уровни КАТ связаны с многочисленными патологиями как антиоксиданты в целом. В последнее десятилетие наблюдался заметный интерес к CAT в области трансплантологии с такими же пиками, как и у других биомаркеров (таблица 2). Супероксиддисмутаза (СОД) представляет собой группу ферментов, играющих важную роль в антиоксидантной защите от высокореакционноспособных супероксидных радикалов, разделяя их (дисмутация) на H2O2 и O2. Различают четыре изофермента, которые зависят от вида и внутриклеточной локализации. Эти металлопротеины связывают медь и цинк, марганец, железо или никель. Они работают вместе с глутатионпероксидазой и каталазой, и их активность очень чувствительна к окислительному стрессу. Супероксид (O2 •−) образуется как побочный продукт метаболизма кислорода. СОД катализирует дисмутацию (или расщепление) этого радикала на обычный молекулярный кислород (О2) и Н2О2. В серию реакций вовлечены катионы металлов с изменением их степени окисления до плюс 3 с переносом и сопряжением электрона в супероксиде. У человека выделяют три формы: SOD1 находится в цитоплазме, SOD2 — в митохондриях, SOD3 — внеклеточно. Несмотря на то, что супероксидный анион-радикал (О2•) самопроизвольно спорит, СОД значительно ускоряют указанную реакцию и превосходят повреждающие реакции супероксида, защищая клетку от токсичности.

Глутатионпероксидаза (GPx) — это общее название семейства ферментов с пероксидазной активностью. Он существует в двух формах: селен-зависимой и селен-независимой и катализирует восстановление H2O2 или органического пероксида (ROOH) до воды или спирта [63]. Процесс происходит в присутствии GSH, который в ходе этой реакции превращается в GSSG (окисленный глутатион). Крайне важно защитить полиненасыщенные жирные кислоты, расположенные в клеточных мембранах, от окислительного стресса. Таким образом, GPx функционирует как часть многокомпонентной системы антиоксидантной защиты внутри клетки [64]. В основном он представлен в почках и печени [62]; однако он известен своей связью с патологиями других органов. GPx является первым ферментом, который активируется при высоких уровнях АФК. Обычно его измеряют спектрофотометрически или прямым анализом, связывая пероксидазную реакцию с глутатионредуктазой с измерением превращения НАДФН в НАДФ. Общий и трансплантологический исследовательский интерес менее выражен, чем CAT или SOD; однако он представляет собой аналогичные пики (таблица 2). Глутатион-S-трансферазы (GST) представляют собой семейство метаболических изоферментов, наиболее известных своей способностью катализировать конъюгацию восстановленной формы глутатиона (GSH) с ксенобиотическими субстратами для детоксикации. Различают три формы: цитозольную, митохондриальную и микросомальную. Конъюгация GSH через сульфгидрильную группу с электрофильными центрами различных субстратов катализируется GST, и такие соединения становятся более водорастворимыми. Кроме того, нуклеофильный GSH реагирует с электрофильными атомами углерода, серы или азота неполярных ксенобиотических субстратов, предотвращая взаимодействие клеточных белков, липидов и нуклеиновых кислот с токсическими реактивными веществами.

CISTANCHE УЛУЧШИТ ФУНКЦИЮ ПОЧЕК / ПОЧЕК

Глутатионредуктаза (GR) катализирует восстановление дисульфида глутатиона (GSSG) до сульфгидрильной формы глутатиона (GSH). Таким образом, он предотвращает окислительный стресс, поддерживая правильную функцию клеток и соотношение GSSG/GSH, в то время как для клетки крайне важно поддерживать высокий уровень GSH. Его активность в качестве биомаркера можно контролировать по потреблению НАДФН с поглощением при 340 нм. Есть как минимум еще два «новых» антиоксиданта белковых ферментов: гемоксигеназа 1 (HO-1) и NADPH-хиноноксидоредуктаза-1 (NQO1). Первый катализирует расщепление гема до биливердина/билирубина, ионов двухвалентного железа и монооксида углерода (СО). HO-1 является членом семейства белков теплового шока (HSP), идентифицированным как HSP32, с самыми высокими концентрациями в селезенке, печени и почках, а на клеточном уровне в основном локализуется в эндоплазматическом ретикулуме. HO-1 является предметом обширного исследования его регулирующей сигнальной, иммуномодулирующей и криозащитной роли из-за полезных терапевтических аспектов биливердина и монооксида углерода [65]. HO-1 привлекла внимание благодаря своим антиоксидантным свойствам и роли в ряде заболеваний человека, включая атеросклероз, болезнь Альцгеймера и отторжение трансплантата органов. Он может защищать от ремоделирования сосудов и атерогенеза [66]. Билирубин, созданный из гема, обладает свойствами удаления радикалов. HO-1 регулирует широкий спектр противовоспалительных, антиоксидантных и антиапоптотических путей. Он ограничивает доступность гема для созревания субъединицы Nox2 НАДФН-оксидазы, предотвращает сборку функционального фермента и снижает образование клеточных АФК [67]. CO, генерируемый HO-1, обладает антипролиферативными, противовоспалительными и сосудорасширяющими свойствами. Противовоспалительные и антиапоптотические эффекты проявляются через путь митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK) [68]. Потенциальные цитотоксические эффекты железа ограничиваются одновременным усилением внутриклеточного ферритина [69]. Пик общего исследовательского интереса в среднем приходится на 2010 г. Однако в течение последних 20 лет наблюдается заметный, относительно постоянный интерес к ГО-1 в области трансплантологии (табл. 2).

NQO1 осуществляет восстановление хинонов до гидрохинонов. Это двухэлектронная реакция, которая не приводит к образованию радикалов, подобно одноэлектронному восстановлению, осуществляемому, например, НАДФН: цитохром-с-оксидоредуктазой. Типичными субстратами являются убихинон, бензохинон, юглон и дурохинон. Хиноноидные соединения генерируют активные формы кислорода посредством механизмов окислительно-восстановительного цикла и арилирования нуклеофилов. NQO1 удаляет хинон из биологических систем в реакции детоксикации с участием НАДФН, что обеспечивает полное окисление субстрата без образования семихинонов и АФК. NQO1 играет роль в метаболизме убихинона и хинона витамина Е. Он защищает клеточные мембраны от пероксидативного повреждения в их восстановленном состоянии. Индукция NQO1 опосредована сигнальным путем Keap1/Nrf2/ARE, который способствует экспрессии цитопротекторных генов. NQO1 косвенно регулирует белки-супрессоры опухолей p53 и p73 [70]. Различные механизмы и широкое влияние NQO1 в последнее время вызвали большой исследовательский интерес с максимальным пиком в 2020 году. Однако интерес к трансплантологии выражен меньше.

В группе небелковых антиоксидантов наиболее важным является глутатион (GSH). Он может предотвратить повреждение важных клеточных компонентов, вызванное различными АФК, ксенобиотиками и тяжелыми металлами. Это трипептид и самый распространенный тиол в клетках животных. Первичная окислительно-восстановительная пара в клетках животных находится в восстановленном (GSH) и окисленном (GSSG) состояниях. Повышенное отношение GSSG к GSH является мерой более выраженного клеточного окислительного стресса. GSH регенерируется из GSSG с помощью GR. Глутатион связывается и активирует ионотропные рецепторы, что потенциально делает его нейротрансмиттером [71]. Прямое добавление глутатиона в качестве антиоксиданта не увенчалось успехом; однако для получения GSH использовалось добавление исходных пищевых материалов, таких как цистеин и глицин. Глутатион, как основной компонент TAC, регулярно появляется в рецензируемых медицинских журналах. Количество публикаций было стабильным в последнее десятилетие и значительно превышало другие биомаркеры. Исследовательский интерес к трансплантации был пропорционален общему, сопоставимому с СОД (табл. 2). Коэнзим Q (CoQ10, убихинон, 1,4-бензохинон) упоминался в описании NQO1. Q относится к химической группе хинона, а 10 относится к количеству изопренильных химических субъединиц в его хвосте. Он напоминает витамины и является жирорастворимым. Он участвует в аэробном клеточном дыхании и образовании АТФ как компонент электрон-транспортной цепи. Остается в основном в органах с наибольшей потребностью в энергии: сердце, печень, почки. Он считается эндогенно синтезируемым жирорастворимым антиоксидантом, присутствующим во всех мембранах. Во время переноса электронов через кластеры железо-сера он может принять только один электрон за раз, тот, который имеет решающее значение для удаления свободных радикалов. Для биосинтеза необходимо как минимум 12 генов. CoQ10 можно измерить в плазме крови; однако более точные измерения могут быть выполнены в культивируемых фибробластах кожи, биоптатах мышц и мононуклеарных клетках крови [72].

Альфа-липоевая кислота (АЛК) представляет собой сероорганическое соединение, синтезированное для аэробного метаболизма. Липоевая кислота связана с белками и работает как кофактор по крайней мере для пяти ферментных систем, включая промежуточные продукты цикла лимонной кислоты, катаболический путь аминокислот с разветвленной цепью и систему расщепления глицина. ALA является прямым антиоксидантом; однако он также может запускать антиоксидантную защиту, усиливать поглощение глюкозы клетками и модулировать активность различных клеточных сигнальных молекул и факторов транскрипции. антиоксидантная активность включает (1) прямое удаление АФК и NOS; (2) регенерация других антиоксидантов, в то время как ALA является мощным восстановителем окисленных форм CoQ10, витамина C и GSH; (3) хелатирование металлов и ингибирование окислительного повреждения, опосредованного медью и железом; (4) активация антиоксидантных сигнальных путей посредством активации ядерного фактора E 2-родственного фактора 2 (Nrf2) путем усиления экспрессии -GCL и других антиоксидантных ферментов [73]; и (5) усиление сигнального пути инсулин-фосфатидилинозитид-3киназа (PI3K)-протеинкиназа B (PKB/Akt) путем ингибирования никотинамидадениндинуклеотидфосфат (NADPH) оксидазы (NOX) [74]. ALA применялась внутривенно для лечения диабетической периферической невропатии [75]; однако такая добавка не принесла пользы пациентам с болезнью Альцгеймера [76]. Билирубин (BR) возникает в катаболическом пути распада гема, возникающего из старых или аномальных эритроцитов. Производство биливердина из гема является первым этапом, после которого фермент биливердинредуктаза (БВР) производит билирубин из биливердина. Билирубин состоит из тетрапиррола с открытой цепью и образуется в результате окислительного расщепления порфирина в геме. Выводится после конъюгации с глюкуроновой кислотой. BR обладает способностью удалять свободные радикалы. Когда билирубин действует как антиоксидант, он окисляется до биливердина, который немедленно восстанавливается до билирубина с помощью BVR. Этот цикл работает аналогично GSH и GSSG [77]. Отсутствие клеточного билирубина приводит к окислительному стрессу [78]. Сообщалось, что BR защищает почки, печень, сердце и кишечник от ишемически-реперфузионного повреждения [79,80]. Он обладает несколькими иммуномодулирующими эффектами, которые могут ослаблять иммунную систему, способствуя приживлению органов [81]. Исследовательский интерес к БР как к окислителю постоянно возрастал, пик которого пришелся на 2018–2019 годы. Значительный интерес к БР как оксиданту в трансплантологии вызывает последние десять лет.

Ферритин представляет собой универсальный внутриклеточный глобулярный белковый комплекс, который хранит и высвобождает железо контролируемым образом. Это основной внутриклеточный белок-депо железа во всех живых организмах, сохраняющий железо в растворимой и нетоксичной форме. Свободное железо токсично для клеток, поскольку оно действует как катализатор образования свободных радикалов из активных форм кислорода посредством реакции Фентона, образуя сильно повреждающий гидроксильный радикал [82]. Связывание железа в различных тканевых компартментах имеет решающее значение для выживания клеток. В стационарных условиях уровень ферритина в сыворотке крови коррелирует с общими запасами железа в организме. Концентрация ферритина резко возрастает при наличии инфекции, рака и окислительного стресса [83]. Запасы железа инфицированного организма отказывают возбудителю инфекции, препятствуя его метаболизму [84]. Наш исследовательский интерес напоминает интерес к билирубину.