Μιτοφαγία σε εγκεφαλική ισχαιμία και τραυματισμό ισχαιμίας/επαναιμάτωσηςⅢ

ΜΙΤΟΦΑΓΙΑ ΣΕ Θ/Κ ΤΡΑΥΜΑΤΙΣΜΟΥ

Η μιτοφαγία ενεργοποιείται μετά από ισχαιμικό εγκεφαλικό επεισόδιο

Ενισχυμένος μιτοχονδριακός κατακερματισμός και σχάση παρατηρήθηκαν τόσο κατά την ισχαιμική φάση όσο και κατά τη διάρκεια της βλάβης I/R. Κατά τη διάρκεια της OGD σε κυτταρικές σειρές καρδιομυοκυττάρων αρουραίου (κύτταρα H9C2), παρατηρήθηκε μαζικός κατακερματισμός των μιτοχονδρίων (Kim H. et al., 2011). Η επαναοξυγόνωση κυτταρικών γραμμών καρδιομυοκυττάρων ποντικών (κύτταρα HL1) και νεογνών πρωτογενών καρδιομυοκυττάρων δείχνουν σχάση μιτοχονδρίων (Ong et al., 2010; Disatnik et al., 2013). Πειράματα in vivo που χρησιμοποιούν ποντίκια, 24-h μοντέλο μόνιμης απολίνωσης με φθίνουσα αριστερή πλευρά δείχνουν σταθερά αποτελέσματα (Kim H. et al., 2011). Ο εγκεφαλικός ιστός έχει μια πολύ παρόμοια κατάσταση με τα καρδιομυοκύτταρα. Μετά την OGD/επαναοξυγόνωση, παρατηρήθηκε ενισχυμένος κατακερματισμός μιτοχονδρίων σε νευροβλάστωμα N2a ποντικών και πρωτεύοντες νευρώνες αρουραίου (Sanderson et al., 2015· Tang et al., 2016), συνοδευόμενο από επεξεργασία Opa1 και απελευθέρωση κυτοχρώματος C. Πειράματα in vivo σε νευρώνες ιππόκαμπου CA1 αρουραίων έχουν σταθερά αποτελέσματα (Kumar et al., 2016). Αργότερα, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι τα μονοπάτια της μιτοφαγίας ενεργοποιούνται κατά την ισχαιμική/επαναιμάτωση μέσω πολλαπλών σημάτων.

Κάντε κλικ για να μειώσετε τα ανδρικά οφέλη για νευροπροστασία

Κατά τη διάρκεια της ισχαιμικής φάσης, η παραγωγή ATP μειώνεται γρήγορα, η οποία ενεργοποιεί τις οδούς AMPK για την έναρξη της αυτοφαγίας μέσω άμεσης ενεργοποίησης του συμπλέγματος ULK μέσω φωσφορυλίωσης των Ser 317 και Ser 777 ή έμμεσης ενεργοποίησης της ULK μέσω αναστολής της δραστηριότητας του mTOR, καθώς η ενεργοποίηση mTOR 1 καταστέλλει το Ulk. με φωσφορυλίωση του Ulk1 Ser 757 και διαταραχή της αλληλεπίδρασης μεταξύ Ulk1 και AMPK (Kim J. et al., 2011· Zaha and Young, 2012). Το ενεργοποιημένο σύμπλεγμα ULK1 θα ενεργοποιήσει στη συνέχεια το σύμπλεγμα PI3K κατηγορίας III (berlin 1, VPS34 και VPS15) που ξεκινά τη δημιουργία πυρήνων του φαγοφόρου (Kim J. et al., 2011).

Το ULK1 έχει επίσης βρεθεί ότι ενεργοποιεί τον υποδοχέα FUNDC1, ο οποίος μπορεί να ενεργοποιήσει παράπλευρα τη μιτοφαγία (Kundu et al., 2008) (Εικόνα 3). Κατά τη φάση της επαναιμάτωσης, ο μηχανιστικός στόχος των οδών της ραπαμυκίνης (mTOR) αναστέλλεται από σήματα ROS, προάγοντας έτσι την έναρξη και την πυρήνωση του αυτοφαγοσώματος (Alexander et al., 2010). Έχει βρεθεί ότι το ROS ενεργοποιεί τη μιτοφαγία μέσω του BNIP3, ενώ τα υψηλά επίπεδα του BNIP3 μπορούν να προκαλέσουν απόπτωση (Scherz-Shouval et al., 2007). Η μιτοφαγία που προκαλείται από το PINK1/Parkin ενεργοποιείται επίσης σε εγκεφαλική βλάβη που προκαλείται από εγκεφαλική ισχαιμία και επαναιμάτωση. Οι Lan et al. (2018) βρήκε σημαντικές αυξήσεις στη συσσώρευση PINK1 στην εξωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων. Αύξησαν τη μιτοχονδριακή μετατόπιση Parkin/p62 μετά την επαναιμάτωση, μαζί με την αύξηση των δεικτών αυτοφαγίας LC3B, Beclin1 και LAMP-1, με κορύφωση στις 24 ώρες (Εικόνα 3).

Η μιτοφαγία ασκεί τον προστατευτικό της ρόλο κυρίως κατά τη φάση της επαναιμάτωσης

Διάφορες μελέτες έχουν ήδη καταδείξει τον προστατευτικό ρόλο της ενισχυμένης μιτοφαγίας στην άμβλυνση της εγκεφαλικής βλάβης μετά από tMCAO σε αρουραίους (Li et al., 2014; Di et al., 2015). Ωστόσο, το εάν η μιτοφαγία ασκεί τον προστατευτικό της ρόλο κατά την ισχαιμική φάση της φάσης επαναιμάτωσης είναι ασαφές. Η ισχαιμία και η επαναιμάτωση έχουν διαφορετική παθοφυσιολογία που σχετίζεται με τα μιτοχόνδρια. Έτσι, μια σειρά μελετών έχει επικεντρωθεί στη διάκριση της φάσης ισχαιμίας και επαναιμάτωσης. Περιέργως, η μιτοφαγία αναγνωρίστηκε ότι έχει έναν ιδιαίτερο ρόλο κατά τη φάση της επαναιμάτωσης, αλλά μπορεί να μην είναι στην ισχαιμική φάση. Η αναστολή της Drp1 ήταν νευροπροστατευτική ως απόκριση στην OGD in vitro και παροδική εστιακή ισχαιμία in vivo (Grohm et al., 2012) και καρδιοπροστατευτική σε καλλιεργημένα καρδιομυοκύτταρα HL-1 που υποβλήθηκαν σε OGD και επαναοξυγόνωση (Dong et al., 2016).

Ωστόσο, η καρδιοπροστασία παρατηρήθηκε μόνο όταν η αναστολή της Drp1 ξεκίνησε ως προθεραπεία. Κατά την αναστολή της Drp1 κατά την επαναοξυγόνωση, ο κυτταρικός θάνατος επιδεινώθηκε παραδόξως, υποδεικνύοντας ότι η μιτοφαγία είναι απαραίτητη για την προστασία των κυττάρων από τραυματισμό επαναιμάτωσης. Σε μια άλλη μελέτη, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το επίπεδο του μιτοχονδριακού DNA (το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως δείκτης για τη μιτοχονδριακή μάζα) δεν μειώνεται αλλά αυξάνεται σημαντικά κατά τις πρώτες ώρες στην ισχαιμική φάση του εγκεφαλικού (Yin et al., 2008), το οποίο θα μπορούσε δείχνουν ότι η μιτοχονδριακή βιογένεση, αλλά όχι η μιτοφαγία, είναι μέρος των μηχανισμών αποκατάστασης μετά το εγκεφαλικό κατά τη διάρκεια της ισχαιμικής φάσης. Kumar et al. (2016) εντόπισαν επίσης διακριτές φάσεις των μιτοχονδρίων κατά τη διάρκεια της OGD και της επαναοξυγόνωσης.

Κατά τη διάρκεια της OGD που εμφανίζεται ο πρώτος γύρος σχάσης, η επαναοξυγόνωση προκαλεί αρχικά σύντηξη αλλά ακολουθείται από μαζικό κατακερματισμό. Αυτά τα αποτελέσματα έχουν εντοπίσει τη διακριτή φύση της ισχαιμικής φάσης και της φάσης επαναιμάτωσης, στην οποία η μιτοφαγία φαίνεται να έχει μοναδικό προστατευτικό ρόλο μόνο στη φάση της επαναιμάτωσης. Ωστόσο, δεδομένων αυτών των αποτελεσμάτων, τα οποία παρακολουθούν τη μιτοφαγία με ακρίβεια σε διαφορετικές φάσεις, αναδύεται μια πληρέστερη εικόνα της δυναμικής της μιτοφαγίας στη διαδικασία ισχαιμίας/επαναιμάτωσης, αλλά ακόμα με κάποια ασάφεια. Επομένως, απαιτείται μια πιο ολοκληρωμένη και ακριβής αξιολόγηση διαφορετικών χρονικών σημείων για να εξηγηθεί πλήρως ο ρόλος της μιτοφαγίας τόσο σε ισχαιμικούς τραυματισμούς όσο και σε τραυματισμούς επαναιμάτωσης.

Το Ιαλληλεπίδραση μεταξύ μιτοφαγίας και IR τραυματισμού

Θάνατος των κυττάρων που εξαρτώνται από τα μιτοχόνδρια σε τραυματισμό I/R

Τόσο κατά τη διάρκεια της ισχαιμικής φάσης όσο και της βλάβης IR, η εξαρτώμενη από μιτοχονδριακά απόπτωση κυττάρων είναι ένα από τα κρίσιμα γεγονότα που καθορίζουν την μοίρα των κυττάρων. Οι πρωτεΐνες της οικογένειας BCL-2, οι οποίες είναι ένας σημαντικός ρυθμιστής της διαπερατότητας της εξωτερικής μιτοχονδριακής μεμβράνης και διαδραματίζουν ουσιαστικό ρόλο στην ενδογενή αποπτωτική οδό (Chao and Korsmeyer, 1998), παρέχουν στα μιτοχόνδρια τη λειτουργία της «αίσθησης» του αποπτωτικού στρες. . Η οικογένεια BCL-2 έχει ταξινομηθεί σε δύο ομάδες: αντι-αποπτωτικές πρωτεΐνες (συμπεριλαμβανομένων των Bcl-2, BclxL και Bcl-w) και προ-αποπτωτικές πρωτεΐνες (συμπεριλαμβανομένων των Bax, Bak, κ.λπ.) Oltvai et al., 1993). Υπό συνθήκες στρες, όπως ισχαιμικές προσβολές και IR τραυματισμός, η αντι-αποπτωτική πρωτεΐνη Bcl-2 φωσφορυλιώνεται και απελευθερώνει το Beclin1 για να ενεργοποιήσει την αυτοφαγία και τη μιτοφαγία. Το Bcl-2 εμποδίζει την απελευθέρωση προ-αποπτωτικών πρωτεϊνών διατηρώντας την ακεραιότητα της μιτοχονδριακής μεμβράνης. Αυτή η διαδικασία αναστέλλει την απόπτωση των κυττάρων (Praharaj et al., 2019). Ωστόσο, οι προ-αποπτωτικές πρωτεΐνες της υποομάδας BCL-3 βρέθηκαν επίσης να ρυθμίζονται προς τα πάνω μετά από ισχαιμικό εγκεφαλικό επεισόδιο, το οποίο προκαλεί την απελευθέρωση του κυτοχρώματος c από τη μεμβράνη των μιτοχονδρίων στο κυτταρόπλασμα. Το κυτόχρωμα c αλληλεπιδρά με τον πρωτεϊνικό συμπαράγοντα Apaf-1 και την προκασπάση-9 από το αποπτόσωμα (Gibson και Davids, 2015). Έτσι, η ισχαιμία και ο τραυματισμός IR μπορεί να προκαλέσουν πολύπλοκα αποπτωτικά αποτελέσματα που περιλαμβάνουν μιτοχόνδρια. Οι δραστηριότητες των αντι- και προ-αποπτωτικών πρωτεϊνών συσχετίζονται με τη συγκέντρωση ROS.

Mιτοφαγία και Ca2 συν Υπερφόρτωση

Η υπερφόρτωση ασβεστίου είναι μια βασική παθολογία στον τραυματισμό I/R καθώς προάγει το άνοιγμα της mPTP, η οποία ενεργοποιεί αποπτωτικούς παράγοντες όπως η οικογένεια Bcl-2 και οδηγεί τελικά σε κυτταρική απόπτωση. Πρόσφατα στοιχεία υποδηλώνουν μια σύνδεση μεταξύ της μιτοφαγίας και της ρύθμισης του Ca2 plus. Πολλές πρωτεΐνες μιτοφαγίας εμπλέκονται επίσης στη ρύθμιση του μιτοχονδριακού ασβεστίου. Για παράδειγμα, στη μιτοφαγία με τη μεσολάβηση PINK1/Parkin, πολλές αισθητήριες πρωτεΐνες Ca2 συν ουμπικιτινώνονται, γεγονός που διαταράσσει τη λειτουργία ως ρυθμιστικό σύστημα Ca2 plus, όπως τα MFNs (de Brito and Scorrano, 2008; Gegg et al., 2010; Filadi et al. ., 2015), DRP1 (Cereghetti et al., 2008; Wang et al., 2011), VDAC1 (Gincel et al., 2001; Geisler et al., 2010) και BCL2 (Rong et al., 2008; Chenet. al., 2010). Επιπλέον, το PINK1 φωσφορυλιώνει τη μιτοχονδριακή rho GTPase 1 (RHOT1), η οποία είναι ένας ουσιαστικός ρυθμιστής των Ca2 συν ευαίσθητων χαρακτηριστικών στην ανταλλαγή φωσφολιπιδίων ER (Kornmann et al., 2011) και τη μιτοχονδριακή δυναμική (Saotome et al., 208). Το Parkin μεσολαβεί στην ουβικουϊτινοποίηση και την αποικοδόμηση της MICU-1, η οποία επηρεάζει επίσης τη σταθερότητα της MICU2 (Matteucci et al., 2018). Επιπλέον, ανάλογα με το επίπεδο ασβεστίου στο ER, το Ca2 plus μπορεί να είναι είτε προηγουμένως αντι-αυτοφαγικό (Cárdenas et al., 2010).

Μιτοφαγία και Οξειδωτικό Sκοτσίδα

Το οξειδωτικό στρες είναι μια από τις πιο κρίσιμες διαδικασίες παθολογικής εγκεφαλικής βλάβης στο οξύ ισχαιμικό εγκεφαλικό επεισόδιο (Chamorro et al., 2016). Το ROS και τα είδη αντιδρώντος αζώτου (RNS) είναι κρίσιμοι μεσολαβητές στην εγκεφαλική ισχαιμία-επαναιμάτωση. Το ROS/RNS σε χαμηλό επίπεδο είναι ευεργετικό για τη διευκόλυνση της προσαρμογής στο στρες ως σηματοδότηση οξειδοαναγωγής, ενώ το ROS/RNS σε υψηλό επίπεδο είναι επιβλαβές (Scialò et al., 2016). Τα ROS και RNS έχουν δημιουργηθεί κυρίως από τα σύμπλοκα της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων (ETC) I και του συμπλέγματος III στα μιτοχόνδρια, και το υπερβολικό ROS/RNS προκαλεί κυρίως τραυματισμό των μιτοχονδρίων. Υπό κανονικές συνθήκες, λιγότερο από το 10 τοις εκατό του οξυγόνου λαμβάνει ηλεκτρόνια για τη δημιουργία υπεροξειδίου στο ETC. Ωστόσο, κατά τον τραυματισμό IR, οι ισχαιμικοί εγκέφαλοι παράγουν ταυτόχρονα μεγάλη ποσότητα ΝΟ και ανιόν υπεροξειδίου (O2-). Η ταχεία αντίδραση του NO και του O2 − οδηγεί στο σχηματισμό του ONOO−, ενός αντιπροσωπευτικού/κρίσιμου κυτταροτοξικού παράγοντα τόσο για το οξειδωτικό όσο και για το νιτροδιακό στρες (Marla et al., 1997). Το ONOO- είναι ένα εξαιρετικά ενεργό κυτταροτοξικό μόριο που επιδεινώνει τη νευρωνική βλάβη, διαταράσσει την ακεραιότητα του αιματοεγκεφαλικού φραγμού (BBB) ​​και μεσολαβεί στον αιμορραγικό μετασχηματισμό πυροδοτώντας πολυάριθμους καταρράκτες κυτταρικής σηματοδότησης, που αντιπροσωπεύει έναν ζωτικό παθογόνο μηχανισμό στο ισχαιμικό εγκεφαλικό επεισόδιο (Marla et al. , 1997). Η μιτοφαγία έχει ρυθμιστικά αποτελέσματα στο οξειδωτικό στρες, καθώς τα κατεστραμμένα μιτοχόνδρια θα οδηγήσουν στην απελευθέρωση περισσότερων ROS. Το ROS μπορεί να προκαλέσει άμεσα μιτοφαγία (Wang et al., 2012), η οποία έχει αποδειχθεί ευεργετική σε διάφορες ασθένειες καθώς η μιτοφαγία εξασθενεί το οξειδωτικό στρες. Ωστόσο, πολλές μελέτες έχουν δείξει ότι το ONOO- προκαλεί υπερβολική ενεργοποίηση μιτοφαγίας με νίτρωση τυροσίνης της Drp1 και μεσολαβεί στη μιτοχονδριακή στρατολόγηση της Drp1, επιδεινώνοντας έτσι την εγκεφαλική βλάβη I/R (Feng et al., 2017). Αυτό εγείρει το ερώτημα εάν η μιτοφαγία είναι ωφέλιμη ή επιζήμια ως απάντηση στον τραυματισμό I/R, το οποίο θα συζητηθεί αργότερα. Πράγματι, η μιτοφαγία με τη μεσολάβηση ONOO υποπτεύεται ότι είναι υπερβολική και θα μπορούσε να είναι ένας κρίσιμος θεραπευτικός στόχος για τραυματισμό IR

Η Μιτοφαγία και εγώnφλεγμονή

Η αντιφλεγμονώδης είναι μια άλλη λειτουργία της μιτοφαγίας. Σε περίπτωση δυσλειτουργίας των μιτοχονδρίων, τα μιτοχονδριακά ROS που έχουν διαρρεύσει μπορεί να ενεργοποιήσουν τα φλεγμονοσώματα, συμβάλλοντας στη φλεγμονή (Murakami et al., 2012). Η μιτοφαγία έχει δείξει θετική επίδραση στη νεφρική νόσο, το ισχαιμικό εγκεφαλικό επεισόδιο και τον τραυματισμό I/R. Για παράδειγμα, όταν αντιμετωπίζουν τραυματισμό I/R, νεφρικά σωληνάρια πλούσια σε μιτοχόνδρια θα ενισχύσουν την αυτοφαγία (συμπεριλαμβανομένης της μιτοφαγίας) για να προστατεύσουν τα κύτταρα από τη φλεγμονώδη απόκριση που προκαλείται από το ROS (Kimura et al., 2011; Zhou et al., 2011). Στο ισχαιμικό εγκεφαλικό επεισόδιο, η υπερέκφραση του γονιδίου ATF4 μπορεί να ενισχύσει τη μιτοφαγία και να αναστείλει τη φλεγμονώδη απόκριση που προκαλείται από το φλεγμονώδες NLRP3 (He et al., 2019). Η πρόκληση μιτοφαγίας εξαρτώμενης από το Πάρκιν μπορεί να βελτιώσει τη φλεγμονώδη απόκριση και να αποτρέψει τον κυτταρικό θάνατο σε τραυματισμό I/R του μυοκαρδίου (Yao et al., 2019).

οραπευτικό Δυνατότητα Μιτοφαγίας Κανονισμός σε Τραυματισμό Ε/Κ

Τα τελευταία χρόνια ενισχύεται η έρευνα της μιτοφαγίας στην εγκεφαλική ισχαιμία και επαναιμάτωση, τα περισσότερα από τα οποία καταδεικνύουν τον προστατευτικό ρόλο της μιτοφαγίας. Ωστόσο, η υπερβολική μιτοφαγία, η οποία πιθανώς προκαλείται από ορισμένες συνθήκες οξειδωτικού στρες, έχει επίσης αποδειχθεί ότι είναι επιβλαβής στην εγκεφαλική ισχαιμία και τις διαδικασίες επαναιμάτωσης. Σε προκλινικές μελέτες, έχουν προταθεί αρκετοί θεραπευτικοί παράγοντες για τη βελτίωση της εγκεφαλικής βλάβης I/R, είτε μέσω της ενίσχυσης είτε της αναστολής ορισμένων τύπων μιτοφαγίας. Αυτές οι παρεμβάσεις που σχετίζονται με τη μιτοφαγία θα μπορούσαν να προταθούν ως συμπληρωματικές προσεγγίσεις για τη διαχείριση του ισχαιμικού εγκεφαλικού επεισοδίου. Οι μελέτες που διερευνούν το ρόλο της μιτοφαγίας στον τραυματισμό I/R μετά το 2018 συνοψίζονται ως εξής και στον Πίνακα 1. Προηγούμενες μελέτες έχουν ανασκοπηθεί από τους Anzell et al. (2018) και Guan et al. (2018). Ο ρόλος της αυτοφαγίας και οι πιθανές στρατηγικές στο ισχαιμικό εγκεφαλικό συνοψίζεται επίσης αναλυτικά σε μια πρόσφατη ανασκόπηση (Ajoolabady et al., 2021).

Προστατευτικός Ρόλος του Ενχπροήλθε η μιτοφαγία σε IR τραυματισμό

Οι Zhang και Yu (2018) διαπίστωσαν ότι μετά την επαναιμάτωση, το NR4A1 ήταν σημαντικά αυξημένο στον εγκεφαλικό ιστό, αναστέλλοντας την ενεργοποίηση της προστατευτικής μιτοφαγίας μέσω της οδού σηματοδότησης MAPK-ERK-CREB. Η γενετική κατάλυση του NR4A1 μείωσε την περιοχή του εγκεφαλικού εμφράγματος και την απόπτωση των νευρώνων. Όπως αποδεικνύεται από λειτουργικές μελέτες, το NR4A1 ρυθμίζει την εγκεφαλική IR βλάβη προκαλώντας μιτοχονδριακή βλάβη. Το υψηλότερο NR4A1 προήγαγε τη μείωση του μιτοχονδριακού δυναμικού, το επιδείνωση του κυτταρικού οξειδωτικού στρες και την έναρξη της απόπτωσης εξαρτώμενης από την κασπάση-9-. Μηχανιστικά, το NR4A1 προκάλεσε μιτοχονδριακή βλάβη διαταράσσοντας τη μιτοφαγία που σχετίζεται με το Mfn2-. Η καταστροφή του NR4A1 ανέστρεψε τη δραστηριότητα της μιτοφαγίας, στέλνοντας μια προεπιβίωση

σήμα για μιτοχόνδρια στο πλαίσιο της εγκεφαλικής βλάβης IR (Zhang and Yu, 2018).

Ο ηλεκτροβελονισμός (ΕΑ) έχει αποδειχθεί αποτελεσματικός στη θεραπεία του ισχαιμικού εγκεφαλικού. Πρόσφατα, οι Wang et al. (2019) έδειξε ότι η EA βελτιώνει τη λειτουργική βλάβη των μιτοχονδρίων που προκαλείται από νιτρο/οξειδωτικό στρες και μειώνει τη συσσώρευση κατεστραμμένων μιτοχονδρίων μέσω της κάθαρσης μιτοφαγίας με τη μεσολάβηση Pink1/Parkin για την προστασία των κυττάρων από νευρωνική βλάβη στον εγκεφαλικό I/R. Αργότερα, οι Mao et al. (2020) βρήκε επίσης ότι η προκαταρκτική θεραπεία με EA έχει προστατευτική επίδραση στην εγκεφαλική βλάβη I/R μέσω της προώθησης της μιτοφαγίας, με βάση τα αποτελέσματα ότι ο αριθμός των αυτοφαγοσωμάτων, FUNDC1, p62 και η αναλογία LC3-II/I ήταν σημαντικά αυξήθηκε. Ακόμα, το δυναμικό της μιτοχονδριακής μεμβράνης και η πρωτεΐνη p-mTORC1 που σχετίζεται με την αυτοφαγία μειώθηκαν σημαντικά στην ομάδα I/R (Mao et al., 2020). Ο He et al. (2019) έδειξε ότι η υπερέκφραση του ATF4 που προκαλείται από τον AAV ήταν προστατευτική έναντι της εγκεφαλικής βλάβης I/R ρυθμίζοντας προς τα πάνω την έκφραση Parkin, ενισχύοντας τη δραστηριότητα της μιτοφαγίας και αναστέλλοντας τη φλεγμονώδη απόκριση που προκαλείται από το φλεγμονώδες NLRP3.

Μια σειρά από φυσικές ενώσεις έχει βρεθεί ότι διαθέτουν την ικανότητα να προάγουν τη μιτοφαγία και να εξασθενούν τραυματισμούς I/R. Η κουρκουμίνη είναι ένα σύμπλεγμα που εξάγεται από το παραδοσιακό βρώσιμο βότανο που μπορεί να προστατεύσει τους νευρώνες σε αρουραίους μετά από τραυματισμό εγκεφαλικού I/R (Wang and Xu, 2020). Η κουρκουμίνη μείωσε τα επίπεδα του ROS ενώ αύξησε την αναπνοή κατάστασης 3 για να αποτρέψει την έκπτωση της μιτοχονδριακής λειτουργίας από την εγκεφαλική I/R. Επιπλέον, η κουρκουμίνη ενίσχυσε τον συνεντοπισμό του LC3B και του μιτοχονδριακού δείκτη VDAC1, την αναλογία LC3-II προς LC3-I, υποδηλώνοντας τον προστατευτικό ρόλο της κουρκουμίνης μέσω της ενίσχυσης της μιτοφαγίας. Οι Wu et al. (2020) διαπίστωσε ότι η garciesculenxanthone B (GeB), μια νέα ένωση ξανθόνης από την Garcinia esculent, μπορεί να προάγει την οδό μιτοφαγίας με τη μεσολάβηση ΡΟΖ{8}}Parkin και προστατεύει τον εγκέφαλο από τραυματισμό I/R. Η θεραπεία με GeB εξαρτώμενη από τη δόση προώθησε την αποικοδόμηση των μιτοχονδριακών πρωτεϊνών Tom20, Tim23 και MFN1 σε κύτταρα YFP-Parkin HeLa και κύτταρα SH-SY5Y. Το GeB σταθεροποίησε το PINK1 και πυροδότησε τη μετατόπιση του Parkin στα εξασθενημένα μιτοχόνδρια για να προκληθεί μιτοφαγία και αυτά τα αποτελέσματα καταργήθηκαν με την καταστροφή του PINK1. Πειράματα in vivo έδειξαν ότι το GeB διέσωσε εν μέρει τον εγκεφαλικό τραυματισμό που προκλήθηκε από ισχαιμία σε ποντίκια.

Άλλες δύο φυσικές ενώσεις που ονομάζονται Gerontoxanthone I (GeX1) και Macluraxanthone (McX), εξετάστηκαν επίσης για να διαθέτουν την ικανότητα να ενισχύουν τη μιτοφαγία (Xiang et al., 2020). Τα GeX1 και McX σταθεροποίησαν απευθείας το PINK1 στην εξωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων και στη συνέχεια στρατολόγησαν το Parkin στα μιτοχόνδρια, υποδηλώνοντας ότι τα GeX1 και McX μεσολαβούν στη μιτοφαγία μέσω της οδού PINK1-Parkin. Η θεραπεία με GeX1 και McX μείωσε την απόπτωση των κυττάρων και το επίπεδο ROS σε ένα μοντέλο IR τραυματισμού σε κύτταρα H9c2. Επιπλέον, ένα δισκίο που προέρχεται από τις κινεζικές κλασικές συνταγές χαπιών Angong Niuhuang με τροποποιημένες συνθέσεις έχει επίσης αποδειχθεί ότι μετριάζει την εγκεφαλική βλάβη I/R βελτιώνοντας τη μιτοφαγία και τον ποιοτικό έλεγχο των μιτοχονδρίων (Zhang et al., 2020a). Τα δισκία αύξησαν την αναλογία Bcl-2/Bax, ανέστειλαν την απόπτωση, μείωσαν τον όγκο του εμφράγματος και βελτίωσαν τη συμπεριφορά των αρουραίων MCAO. Αν και το ακριβές μοριακό ρυθμιστικό δίκτυο αυτών των φυσικών ενώσεων δεν έχει αντιμετωπιστεί πλήρως, λαμβάνοντας υπόψη τα πλεονεκτήματα των φυσικών ενώσεων όπως η χαμηλή τοξικότητα και τα ασφαλή φαρμακοκινητικά προφίλ συμπεριλαμβανομένου του υψηλού ποσοστού χρησιμότητας και της αποτελεσματικής απομάκρυνσης, τα φάρμακα που προέρχονται από φυσικές ενώσεις έχουν υψηλή μεταφραστική αξία.

Οι Chen et al. (2020) απέδειξε ότι μια κινάση σφιγγοσίνης 2-που μιμείται το πεπτίδιο ΤΑΤ προστατεύει τους νευρώνες από τραυματισμό ισχαιμίας-επαναιμάτωσης ενεργοποιώντας τη μιτοφαγία που προκαλείται από BNIP3-. Η κινάση της σφιγγοσίνης 2 (SPK2) αλληλεπιδρά με το Bcl-2 μέσω του τομέα BH3, ενεργοποιώντας την αυτοφαγία ή τη μιτοφαγία προκαλώντας τη διάσταση του Beclin-1/Bcl-2 ή του Bcl-2/BNIP3 συμπλέγει και προστατεύει τους νευρώνες από ισχαιμική βλάβη. Διαφορετικό από τον καρδιακό μυ, ο μακρύς άξονας είναι μια εξαιρετικά διακριτή μορφολογία νευρώνων, η οποία εντοπίζεται σε περισσότερο από το ήμισυ του συνολικού περιεχομένου μιτοχονδρίων στους νευρώνες (Nafstad and Blackstad, 1966). Ωστόσο, υπό συνθήκες στρες, τα συμβάντα αυτοφαγίας και μιτοφαγίας συγκεντρώνονται στο σώμα (Maday and Holzbaur, 2014), αλλά όχι στο εξόνιο, που αποδεικνύεται από συγκεντρωμένα αυτοφαγοσώματα και λυσοσώματα στο σώμα (Farías et al., 2017).

Επομένως, δεν είναι σαφές πώς τα μιτοχόνδρια στους απομακρυσμένους άξονες καθαρίζονται στους ισχαιμικούς νευρώνες (Ashrafi et al., 2014). Οι Zheng et al. (2019a,b) έχουν εντοπίσει μοναδική κίνηση των μιτοχονδρίων στους νευρώνες, από τον άξονα στο σώμα για αποικοδόμηση. Κατά τη στέρηση οξυγόνου και γλυκόζης-επαναδιάχυση, τα μιτοχόνδρια των νευραξόνων εμφάνισαν απώλεια της πρόσθιας κινητικότητας αλλά αυξημένη ανάδρομη κίνηση κατά την επαναιμάτωση, που σημαίνει ότι τα μιτοχόνδρια των νευραξόνων μεταφέρονται στο νευρωνικό σώμα για αποικοδόμηση. Η αγκύρωση των αξονικών μιτοχονδρίων από τη συνταφιλίνη απέκλεισε τη νευρωνική μιτοφαγία και τον επιδεινωμένο τραυματισμό. Αντίθετα, η επαγόμενη δέσμευση των μιτοχονδρίων με τη δυνεΐνη ενίσχυσε την ανάδρομη μεταφορά και η ενισχυμένη μιτοφαγία αποτρέπουν τη μιτοχονδριακή δυσλειτουργία και μειώνουν τη νευρωνική βλάβη. Ως εκ τούτου, η ρύθμιση της κινητικότητας των μιτοχονδρίων στους νευρώνες θα ήταν μια άλλη κατεύθυνση για την ενίσχυση της μιτοφαγίας και την εξασθένιση της νευρωνικής βλάβης I/R.

ONOO− Προκαλεί επιβλαβή μιτοφαγία

Feng et al. (2018) διαπίστωσε ότι η ναριγγίνη, ένα φυσικό αντιοξειδωτικό, θα μπορούσε να αναστείλει την ενεργοποίηση της μιτοφαγίας με τη μεσολάβηση ONOO και να μετριάσει την εγκεφαλική βλάβη I/R. Το Naringin διέθετε ισχυρή ικανότητα σάρωσης ONOO− και ανέστειλε την παραγωγή υπεροξειδίου και μονοξειδίου του αζώτου σε συνθήκες τραυματισμού υπερύθρων. Η ναρινγκίνη ανέστειλε την έκφραση των υπομονάδων οξειδάσης NADPH και του iNOS σε εγκεφάλους αρουραίων που υποβλήθηκαν σε ισχαιμία 2 ωρών συν επαναιμάτωση 22 ωρών. Η ναριγγίνη μπορεί να διασχίσει τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό, να μειώσει τη βαθμολογία του νευρολογικού ελλείμματος, να μειώσει το μέγεθος του εμφράγματος και να μετριάσει την απόπτωση στους εγκεφάλους αρουραίων με επαναιμάτωση με ισχαιμία.

Επιπλέον, η ναριγγίνη μείωσε την αναλογία LC3-II προς LC3-I στα μιτοχόνδρια. Ανέστειλε τη μετατόπιση του Πάρκιν στα μιτοχόνδρια, υποδηλώνοντας ότι η ναριγγίνη αποτρέπει τον εγκέφαλο από τραυματισμό I/R μέσω της εξασθένησης της υπερβολικής μιτοφαγίας που προκαλείται από το ONOO. Η ρεμαπικροζίδη, μια φυσική ένωση από ένα φαρμακευτικό φυτό, μπορεί να αναστείλει την ενεργοποίηση της μιτοφαγίας που προκαλείται από το ONOO (Zhang et al., 2020b). In vitro, η ρεμαπικροζίδη αντέδρασε με το ONOO− απευθείας για να καθαρίσει το ONOO−, μείωσε το O2− και το ONOO−, ρύθμισε προς τα πάνω το Bcl{-2 αλλά μείωσε το Bax, την Κασπάση-3 και τη διάσπαση της Κασπάσης-3, και ρυθμίστηκε προς τα κάτω PINK1, Parkin, p62 και η αναλογία LC3-II προς LC3-I στα κύτταρα PC12 που υποβλήθηκαν σε θεραπεία με OGD/RO. In vivo, η ρεμαπικροσίδη κατέστειλε τον 3-σχηματισμό νιτροτυροσίνης, τη νίτρωση Drp1 καθώς και τις οξειδάσες NADPH και την έκφραση iNOS στους εγκεφάλους αρουραίων με επαναιμάτωση ισχαιμίας. εμπόδισε επίσης τις μετατοπίσεις των PINK1, Parkin και Drp1 στα μιτοχόνδρια για ενεργοποίηση της μιτοφαγίας. Τέλος, η ρεμαπικροσίδη βελτίωσε τα μεγέθη εμφράγματος και βελτίωσε τις βαθμολογίες νευρολογικού ελλείμματος στους αρουραίους με παροδική εγκεφαλική ισχαιμία MCAO. Deng et al. (2020) καταδεικνύουν ότι το lncRNA SNHG14 προάγει τον τραυματισμό του νευρώνα που προκαλείται από OGD/R προκαλώντας υπερβολική μιτοφαγία μέσω του άξονα miR-182-5p/BINP3 σε νευρωνικά κύτταρα ιππόκαμπου ποντικού HT22. Το SNHG14 και το BNIP3 εκφράστηκαν σε μεγάλο βαθμό και το miR-182-5p ρυθμίστηκε προς τα κάτω στα επαγόμενα από OGD/R κύτταρα HT22.

Τα κύτταρα HT22 που προκαλούνται από OGD/R εμφάνισαν αύξηση στην απόπτωση. Η υπερέκφραση SNHG14 προώθησε την απόπτωση και την έκφραση της διασπασμένης κασπάσης-3 και της διασπασμένης κασπάσης-9 στα επαγόμενα από OGD/R κύτταρα HT22. Επιπλέον, η ανοδική ρύθμιση του SNHG14 ενίσχυσε την έκφραση των BNIP3, Beclin-1 και LC3II/LC3I στα επαγόμενα από OGD/R κύτταρα HT22. Επιπλέον, το SNHG14 ρύθμισε την έκφραση BNIP3 με σπόγγο miR-182-5σελ. Η υπερέκφραση του MiR-182-5p ή η μείωση του BNIP3 κατέστειλε την απόπτωση σε κύτταρα HT22 που προκαλούνται από OGD/R, η οποία καταργήθηκε από την ανοδική ρύθμιση του SNHG14. Συνολικά, η αναστολή της υπερβολικής ενεργοποίησης της μιτοφαγίας με τη μεσολάβηση ONOO ασκεί νευροπροστατευτικά αποτελέσματα, με πολλά πιθανά υποψήφια φάρμακα να ανακαλύπτονται ότι μετριάζουν την εγκεφαλική IR βλάβη. Αν και οι περισσότερες μελέτες έχουν δείξει τις πιθανές προστατευτικές επιδράσεις της μιτοφαγίας σε τραυματισμό IR, η μιτοφαγία είναι ένα δίκοπο μαχαίρι και απαιτεί περισσότερες μελέτες για να ελεγχθεί η κλινική της δυνατότητα.

ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΚΑΙ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΗ ΠΕΡΣΠΕΚΤΙΒΑ

Στη θεραπεία του ισχαιμικού εγκεφαλικού επεισοδίου, η επαναιμάτωση με θρομβόλυση και θρομβεκτομή είναι το κλειδί για την αποκατάσταση της ροής του αίματος και τη βελτίωση των αποτελεσμάτων των ασθενών. Ωστόσο, η αποκατάσταση της ροής του αίματος σε ασθενείς με AIS μπορεί να οδηγήσει σε δευτερογενή τραυματισμό επαναιμάτωσης. Ο ανεφοδιασμός οξυγόνου μπορεί να προκαλέσει υπερενεργοποίηση ενζύμων και αντλιών που αναστέλλονταν προηγουμένως από ανεπάρκεια ATP που προκαλείται από ισχαιμία, με αποτέλεσμα την ώθηση της παραγωγής αντιδραστικών ειδών οξυγόνου (ROS) και την αλλαγή της ομοιόστασης του ασβεστίου τόσο στο κυτταρόπλασμα όσο και στα μιτοχόνδρια. Τέτοιες εναλλαγές μπορούν να προκαλέσουν βλάβη στο μιτοχονδριακό DNA και να προάγουν το άνοιγμα του mPTP, το οποίο πυροδοτεί παράγοντες που σχετίζονται με την απόπτωση και οδηγεί σε κυτταρικό θάνατο. Η μιτοφαγία είναι μια βασική κυτταρική διαδικασία που διατηρεί την ποιότητα των μιτοχονδρίων.

Ενώ ο τραυματισμός IR προκαλεί κυρίως μιτοχονδριακή δυσλειτουργία και οδηγεί σε απορύθμιση του οξειδωτικού στρες, της ομοιόστασης του ασβεστίου και της κυτταρικής απόπτωσης, η ρύθμιση της δυναμικής των μιτοχονδρίων (σχάση και σύντηξη) και η ενεργοποίηση μιας μιτοφαγίας μέτριου επιπέδου μπορεί να συμβάλει στην προσαρμογή της κυτταρικής ποιότητας μιτοχονδρίου. Ο εντοπισμός και η στόχευση μορίων οδών που σχετίζονται με τη μιτοφαγία μπορεί να ωφελήσει ορισμένα υποσύνολα ασθενών με ισχαιμικό εγκεφαλικό επεισόδιο. Και ορισμένοι ρυθμιστές μιτοφαγίας που συζητήθηκαν παραπάνω έχουν ήδη δείξει μεγάλες δυνατότητες σε κλινική εφαρμογή. Για παράδειγμα, για ασθενείς με οξύ ισχαιμικό εγκεφαλικό επεισόδιο, η λήψη ορισμένων φυτικών παραγόντων πριν φτάσουν στο νοσοκομείο, και το πιο σημαντικό, κατά τη διάρκεια του μακροχρόνιου σταδίου ανάρρωσης, μπορεί να προσφέρει ζωτικά αποτελέσματα νευροπροστασίας και να οδηγήσει σε καλύτερη πρόγνωση. Για να αντιμετωπιστεί το κλινικό δυναμικό της μιτοφαγίας, απαιτείται περαιτέρω διευκρίνιση της μιτοφαγίας και του μηχανισμού διασταύρωσής της σε συνθήκες εγκεφαλικού επεισοδίου. Απαιτείται περαιτέρω ανακάλυψη θεραπευτικών στόχων και ανάπτυξη φαρμάκων για τον χειρισμό των μονοπατιών της μιτοφαγίας.

Νευροπροστατευτικό αποτέλεσμα Cistanche

Το Cistanche είναι ένα φυτικό εκχύλισμα γνωστό για τις νευροπροστατευτικές του ιδιότητες και ο μηχανισμός δράσης του πιστεύεται ότι περιλαμβάνει αντιοξειδωτικά, αντιφλεγμονώδη και αντιαποπτωτικά αποτελέσματα. Υπάρχουν αρκετές σχετικές δοκιμές και περιπτώσεις εφαρμογής που σχετίζονται με τις νευροπροστατευτικές επιδράσεις του Cistanche, οι οποίες περιλαμβάνουν:

1. Μελέτες in vitro: Μελέτες in vitro έχουν δείξει ότι το εκχύλισμα Cistanche προστατεύει τους νευρώνες από βλάβες που προκαλούνται από το στρες μειώνοντας το οξειδωτικό στρες και τη φλεγμονή.

2. Μελέτες σε ζώα: Μελέτες σε ζώα έχουν δείξει ότι το Cistanche μπορεί να προστατεύσει από νευρωνική βλάβη που προκαλείται από εγκεφαλική ισχαιμία, τραυματική εγκεφαλική βλάβη και έκθεση σε νευροτοξίνες.

3. Μελέτες σε ανθρώπους: Υπάρχουν περιορισμένα κλινικά στοιχεία σχετικά με τις νευροπροστατευτικές επιδράσεις του Cistanche στους ανθρώπους, αλλά ορισμένες μελέτες έχουν προτείνει ότι μπορεί να βελτιώσει τη γνωστική λειτουργία και να μειώσει τη μείωση της μνήμης που σχετίζεται με την ηλικία.

Luoan Shen1†, Qinyi Gan1†, Youcheng Yang1, Cesar Reis2, Zheng Zhang1, Shanshan Xu3, Tongyu Zhang4 * και Chengmei Sun1,3 *

1 Πανεπιστήμιο Zhejiang-University of Edinburgh Institute, School of Medicine, Zhejiang University, Haining, Κίνα,

2 VA Loma Linda Healthcare System, Loma Linda University, Loma Linda, CA, Ηνωμένες Πολιτείες,

3 Institute for Advanced Study, Shenzhen University, Shenzhen, China, 4 Department of Neurosurgery, Xuanwu Hospital, Capital Medical University, Πεκίνο, Κίνα