Ишемия головного мозга - разрушительное заболевание головного мозга и одна из основных причин смерти и инвалидности. Недостаточное кровоснабжение головного мозга вызывает церебральную ишемию и гибель клеток в определенных областях мозга, таких как полосатое тело мозга, неокортекс и гиппокамп, что приводит к деменции. Эндотелиальные клетки, базальная мембрана, концы астроцитов и перициты составляют гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). В физиологических условиях ГЭБ предотвращает попадание токсичных компонентов внутрь организма. Кора головного мозга поддерживает здоровый баланс головного мозга, который является специализированным барьером. Церебральная ишемия приводит к нарушению ГЭБ, а затем периферические иммунные цитотоксические молекулы проникают в кору головного мозга, что приводит к ишемической гибели нейронов. Помимо церебральной ишемии, рассеянный склероз и болезнь Альцгеймера могут разрушить ГЭБ.

Эндотелиальные клетки микрососудов головного мозга (ЭКМГМ), являющиеся важным компонентом ГЭБ, играют важную роль в поддержании церебрального динамического баланса и снижении проницаемости мозга. Множество факторов могут повредить эндотелиальные клетки микрососудов головного мозга, такие как гипоксия и дефицит глюкозы, которые приводят к воспалению и окислительному стрессу. Когда эндотелиальные клетки микрососудов головного мозга разрушаются, они увеличивают проницаемость клеточной мембраны, повреждая ее структуру и функцию, и далее разрушая ГЭБ. Дисфункция ГЭБ может привести к необратимым церебральным и неврологическим повреждениям. Многие исследователи пытаются найти нейропротекторы, связанные с такими механизмами, как воспаление, окислительный стресс, апоптоз и разрушение ГЭБ. В экспериментальных моделях церебральной ишемии были использованы многие нейропротекторы, но эффект оказался слабым. Следовательно, необходимо разработать эффективные препараты для профилактики и лечения церебральной ишемии.

Недавние исследования показали, что Кордицепс Синенсис (Cordyceps sinensis (BERK.) SACC., сокр. CS) содержит аминокислоты, циклические пептиды, нуклеозиды, стерины, органические кислоты, полисахариды и различные неорганические соединения. CS обладает способностью снижать уровень глюкозы в крови, регулировать иммунитет и сопротивляться окислению, бактериальным и грибковым инфекциям и опухолям.

В предыдущих исследованиях CS продемонстрировал защитный эффект в отношении церебральной ишемии, вызванной окклюзией средней мозговой артерии у крыс. Мы обнаружили, что CS снижал поведенческие оценки у крыс, улучшал неврологические симптомы у модельных крыс и значительно повышенный уровень глутатионредуктазы, глутатион-S-трансферазы, глутатионпероксидазы, Na-K-АТФазы и каталазы. Другое исследование показало, что CS значительно снижает синтез и высвобождение индуцибельной синтазы оксида азота, циклооксигеназы-2, молекулы межклеточной адгезии-1, фактора некроза опухоли-α (TNF-α) и интерлейкина-1β (IL-1β), и подавляет экспрессию ядерного фактора, усиливающего каппа-легкую цепь активированных В-клеток. CS оказывает нейропротекторный эффект в модели фокальной церебральной ишемии / реперфузии (ИР) у крыс. Этаноловые экстракты CS значительно подавляли индуцированное производство ИР мозгом индуцибельной синтазы оксида азота, молекулы-1 межклеточной адгезии клеток, циклооксигеназы-2, TNF-α и IL-1β, а также ингибировали инфильтрацию полиморфно-ядерных клеток. Кроме того, этанольные экстракты CS значительно уменьшил размер инфаркта окклюзии средней мозговой артерии. Кордимин, один из активных компонентов CS, оказывает нейропротекторное действие в модели фокальной ИР мозга. Кордимин усиливает защиту от церебральной ишемии, что связано с увеличением антиоксидантной активности. Антиоксидантный гомеостаз после ИР головного мозга может быть полезным для восстановления после церебральной ишемии. Кроме того, кордимин подавляет инфильтрацию полиморфно-ядерных клеток и уровни белка C3, TNF-α и IL-1β, индуцированной ИР, и заметно улучшает нейроповеденческую функцию после ИР головного мозга у крыс.

Хотя защитные эффекты CS при церебральной ишемии хорошо описаны с точки зрения модели на животных, клеточные и молекулярно-биологические эксперименты упоминаются редко. Таким образом, в этом исследовании мы пытаемся изучить защитный эффект CS на эндотелиальные клетки микрососудов головного мозга крысы (ЭКМГМ) путем создания модели ишемического повреждения ЭКМГМ, вызванного кислородно-глюкозной депривацией (КГД) на клеточном и молекулярном уровнях.

Обсуждение

Церебральный ишемический инсульт инициирует каскад сигнальных молекул, ведущих к разрушению ГЭБ. Повреждение ГЭБ является основным патологическим признаком церебральной ишемии, и ГЭБ считается основной мишенью при лечении церебральной ишемии. Суть состоит в том, что микрососудистые поражения являются результатом снижения микроциркуляции, что приводит к церебральной ишемии. В качестве важного компонента ГЭБ эндотелиальные клетки микрососудов головного мозга (ЭКМГМ) представляют собой однослойные клетки, которые расположены между подкожной тканью и кровообращением. Эндотелиальные клетки микрососудов головного мозга выполняют обширные физиологические функции, такие как антикоагуляция, антитромбоз и фибринолиз. Эндотелиальные клетки микрососудов головного мозга более уязвимы, чем другие клетки, ассоциированные с ГЭБ, и периферические эндотелиальные клетки, когда страдают от ишемии / гипоксии. Следовательно, изучение ЭКМГМ, кислородно-глюкозной депривацией (КГД), важно для понимания лечения церебральной ишемии.

Обмен веществ в головном мозге высокий. Церебральная гипоксия / ишемия снижает выработку АТФ, что приводит к энергетической недостаточности, анаэробной деполяризации, функциональному повреждению ионных насосов и активации рецептора рецептора N-метил-D-аспарагиновой кислоты. Это вызывает приток Ca2 +, что приводит к повреждению клеток мозга или даже смерти. Разрушение ГЭБ активирует ферментативные реакции, включая некоторые деструктивные липазы, протеазы и нуклеазы, которые приводят к перекисному окислению липидов мембран и повреждению мембран. После разрушения мембраны происходит высвобождение большого количества внутриклеточной Лактатдегидрогеназы, и клетки мозга еще больше повреждаются. Между тем, образуются свободные радикалы кислорода, и наступает апоптоз. В нашем исследовании анализ CCK-8 показал, что CS увеличивает клеточную активность и уменьшает повреждение клеток, указывая на то, что CS может защищать ЭКМГМ от ишемии. Кроме того, эффект CS в низкой концентрации (5, 10, 50, 100 и 20 мкг · мл-1) был лучше, чем у более высокой (200 и 400 мкг · мл-1), которую можно внедрить в клиническую практику. Обнаружение Лактатдегидрогеназы в клеточном супернатанте показало, что CS значительно ингибирует утечку Лактатдегидрогеназы и заметно снижает цитотоксичность. Это предотвратило повреждение клеток и защитило целостность клеточной мембраны.

Ткань мозга богата липидами, которые легко вступают в реакцию со свободными радикалами с образованием перекиси липидов. В механизме церебрального ишемического повреждения цепная реакция свободных радикалов является важной частью, вызывающей повреждение головного мозга. MDA (малоновый диальдегид) является основным продуктом перекисного окисления липидов и вызывает значительные повреждения клеточной структуры и функций. Количество MDA отражает степень повреждения клеток. В нашем организме существует ряд систем улавливания свободных радикалов, в которых задействованы свободные радикалы, и Супероксиддисмутаза играет важную роль в удалении этих свободных радикалов. Активность супероксиддисмутазы обычно является основным индикатором улавливания свободных радикалов кислорода. Таким образом, уровень MDA и активность Супероксиддисмутазы в клетках отражают степень повреждения ЭКМГМ. Наше исследование показало, что CS может снизить уровень MDA при ишемическом повреждении и повысить активность Супероксиддисмутазы. Эта ситуация улучшает энергетический обмен, снимает окислительный стресс и борется со свободными радикалами в ЭКМГМ в кислородно-глюкозной депривацией (КГД).

Накопление Са2 + в клетках активирует синтазу оксида азота, и вырабатывается большое количество NO (Оксид азота(II). Комбинация NO и пероксида производит токсичный пероксинитрит. Оксид азота также способствует дальнейшему высвобождению глутамата, что приводит к порочному кругу. В ходе исследования мы обнаружили, что CS, очевидно, может снизить содержание NO в клетках, тем самым защищая клетки от дальнейшего повреждения.

Фактор некроза опухоли представляет собой иммуномодулирующий и провоспалительный цитокин, который влияет на рост, дифференцировку, пролиферацию и выживание клеток. Он также регулирует иммунные воспалительные реакции и модулирует функцию клеток иммунной системы. Интерлейкин-1β (ген IL1β) представляет собой плейотропный цитокин и важный медиатор, запускающий воспалительную реакцию при ишемии головного мозга. Интерлейкин-1β в основном экспрессируется эндотелиальными клетками сосудов, глиальными клетками и нейронами. Уровни TNF-α и IL-1β низкие в нормальной ткани мозга. Предыдущие исследования показали, что ткань мозга продуцирует TNF-α, IL-1β и другие воспалительные факторы во время церебральной ишемии. Повышающая регуляция экспрессии IL-1β после церебральной ишемии стимулирует выработку молекул клеточной адгезии, вызывает агрегацию нейтрофилов и индуцирует экспрессию различных цитокинов. Фактор некроза опухоли индуцирует выработку клетками матриксных металлопротеиназ, которые разрушают базальную пластинку и белки плотных контактов эндотелиальных клеток, вызывают миграцию глиальных клеток и разрушают целостность сосудисто-нервных единиц. Этот процесс увеличивает проницаемость ГЭБ. Раскрытие ГЭБ позволяет воспалительным клеткам проникать в центральную нервную систему, подвергая нервные клетки воздействию периферических иммунных воспалительных клеток и приводит к повреждению головного мозга. Было доказано, что CS, очевидно, может снижать уровни TNF-α и IL-1β в ЭКМГМ в кислородно-глюкозной депривацией (КГД). Чтобы быть конкретным, по сравнению с модельной группой, уровни TNF-α в группах CS 5, 10 и 20 мкг · мл-1 отображали статистические различия (P <0,05). Что касается уровня IL-1β, не было большой разницы между модельной группой и группой CS 5 мкг · мл-1, но по сравнению с двумя другими группами наблюдались статистические различия (P <0,05). Таким образом, на основании нашего исследования, концентрации CS при 10 мкг · мл-1 и 20 мкг · мл-1 являются оптимальным выбором для ЭКМГМ в кислородно-глюкозной депривацией (КГД).

Полученные результаты

После 12-часового введения CS в концентрации 5, 10, 20 мкг · мл-1 до и во время кислородно-глюкозной депривации (КГД), по сравнению с модельной группой, группы CS, очевидно, уменьшали повреждение ЭКМГМ, вызванное КГД, ингибировали апоптоз и некроз клеток и улучшение клеточной морфологии ЭКМГМ. Кроме того, по сравнению с модельной группой, CS также сдерживал утечку лактатдегидрогеназы в гипоксические клетки (P <0,01), значительно увеличивал активность супероксиддисмутазы (P <0,05) и снижал уровни оксида азота, малонового диальдегида, фактора некроза опухоли и Интерлейкин-1β (P <0,05).

Вывод

C. sinensis играет заметно защитную роль в ЭКМГМ, индуцированных кислородно-глюкозной депривацией (КГД). Механизм CS может быть связан с уменьшением свободных радикалов кислорода, повышением способности клеток поглощать свободные радикалы, ингибированием воспалительной реакции или поддержанием функции эндотелия. Эти механизмы еще предстоит изучить в последующих экспериментальных исследованиях.

Источник: SCIENCEDIRECT