Энергетический метаболизм и редокс-статус системы глутатиона при экспериментальной ишемии головного мозга и ее коррекции метаболическими нейропротекторами

Изучена способность комбинации пантенола, ацетилцистеина и наноселена восстанавливать баланс метаболических процессов при ишемии головного мозга у крыс. Для коррекции нарушений метаболизма применяли производные пантотеновой кислоты в комбинации с предшественниками биосинтеза глутатиона и препараты селена.
Моделирование ишемии головного мозга осуществляли путем перевязывания обеих общих сонных артерий у крыс на 2 ч. Препараты вводили трижды (за 1 ч до перевязки сонных артерий, в момент перевязки и через 1 ч после перевязки) в следующих дозах: пантенол – 400 мг/кг (в/б), N-ацетилцистеин – 150 (в/б), наноселен – 1 мг/кг (в/б). Установлено, что развитие окислительного стресса при ишемии сопровождается изменением показателей энергетического обмена и пентозофосфатного пути в больших полушариях мозга. На этом фоне отмечаются снижение уровня GSH, повышение содержания GSSG и снижение соотношения GSH/GSSG, активация ферментов окислительно-восстановительных превращений глутатиона. Редокс-потенциал системы глутатиона снижается и сдвигается в сторону окисления, а уровень S-глутатионилированных белков повышается.
Величина соотношения GSH/GSSG и интенсивность глутатионилирования белков являются чувствительными показателями редокс-потенциала в ткани мозга и могут использоваться в качестве маркеров степени изменения окислительно-восстановительного баланса. Введение животным пантенола приводит к снижению содержания продуктов свободнорадикального окисления, уменьшению нарушений окислительного фосфорилирования и восстановлению тиолдисульфидного баланса в мозге. При совместном введении пантенола с N-ацетилцистеином и наноселеном корригирующее действие пантенола усиливается.

1. Neuroprotection for stroke: current status and future perspectives / J. Minnerup [et al.] // Int. J. Mol. Sci. – 2012. – Vol. 13, N 12. – P. 11753–11772. https://doi.org/10.3390/ijms130911753

2. Lyden, P. Mechanisms of action of neuroprotectants in stroke / P. Lyden, N. G. Wahlgren // J. Stroke Cerebrovasc. Dis. – 2000. – Vol. 9, N 6. – P. 9–14. https://doi.org/10.1053/jscd.2000.19316

3. Ginsberg, M. D. Neuroprotection for ischemic stroke: Past, present and future / M. D. Ginsberg // Neuropharmacology. – 2008. – Vol. 55, N 3. – P. 363–389. https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2007.12.007

4. Gitler, A. D. Neurodegenerative disease: models, mechanisms, and a new hope / A. D. Gitler, P. Dhillon, J. Shorter // Dis. Models Mech. – 2017. – Vol. 10, N 5. – P. 499–502. https://doi.org/10.1242/dmm.030205

5. Oxidative stress in neurodegenerative diseases: from molecular mechanisms to clinical applications [Electronic resource] / Z. Liu [et al.] // Oxid. Med. Cell Longev. – 2017. – Vol. 2017. – Art. ID 2525967. https://doi.org/10.1155/2017/2525967

6. Oxidative stress, prooxidants, and antioxidants: the interplay / A. Rahal [et al.] // BioMed. Res. Int. – 2014. – Vol. 2014. – Art. ID 761264. https://doi.org/10.1155/2014/761264

7. Bacigaluppi, M. Nеw targets of neuroprotection in ischemic stroke / M. Bacigaluppi, D. M. Hermann // Sci. World J. – 2008. – Vol. 8. – Art. ID 974246. https://doi.org/10.1100/tsw.2008.94

8. Thiol redox homeostasis in neurodegenerative disease / G. J. McBean [et al.] // Redox Biol. – 2015. – Vol. 5. – P. 186–194. https://doi.org/10.1016/j.redox.2015.04.004

9. Activation of NADPH oxidase in Alzheimer’s disease brains / S. Shimohama [et al.] // Biochem. Biophys. Res. Commun. – 2000. – Vol. 273, N 1. – P. 5–9. https://doi.org/10.1006/bbrc.2000.2897

10. Ben-Yoseph, O. Assessment of the role of the glutathione and pentose phosphate pathways in the protection of primary cerebrocortical cultures from oxidative stress / O. Ben-Yoseph, P. A. Boxer, B. D. Ross // J. Neurochem. – 1996. – Vol. 66, N 6. – Р. 2329–2337. https://doi.org/10.1046/j.1471-4159.1996.66062329.x

11. Oxidized glutathione stimulated the amyloid formation of α-synuclein / S. R. Paik [et al.] // FEBS Lett. – 2003. – Vol. 537, N 1–3. – P. 63–67. https://doi.org/10.1016/s0014-5793(03)00081-4

12. Пенионжкевич, Д. Ю. Новые технологии нейрометаболической терапии цереброваскулярных заболеваний / Д. Ю. Пенионжкевич, Ф. Е. Горбунов // Журн. неврологии и психиатрии имени С. С. Корсакова. – 2009. – Т. 109, № 7. – С. 19–22.

13. Tymianski, M. Can molecular and cellular neuroprotection be translated into therapies for patients? Yes, but not the way we tried it before / M. Tymianski // Stroke. – 2010. – Vol. 41, N 10, suppl. 1. – P. S87–S90. https://doi.org/10.1161/strokeaha.110.595496

14. Couto, N. The role of glutathione reductase and related enzymes on cellular redox homoeostasis network / N. Couto, J. Wood, J. Barber // Free Radic. Biol. Med. – 2016. – Vol. 95. – P. 27–42. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2016.02.028

15. 15. Pantothenic acid in maintaining thiol and immune homeostasis /A. G. Moiseenok [et al.] // BioFactors. – 2000. – Vol. 11, N 1–2. – P. 53–55. https://doi.org/10.1002/biof.5520110115

16. Panthenol as neuroprotectant: study in a rat model of middle cerebral artery occlusion / M. V. Onufriev [et al.] // Neurochem. J. – 2010. – Vol. 4, N 2. – P. 148–152. https://doi.org/10.1134/s181971241002011x

17. Результаты экспериментального и клинического изучения отечественного препарата пантевитола (пантенола) / М. А. Ковлер [и др.] // Пантенол и другие производные пантотеновой кислоты : материалы Междунар. симп., Гродно, 3–5 июня 1998 г. / Институт биохимии НАН Беларуси ; под ред. проф. А. Г. Мойсеёнка. – Гродно, 1998. – С. 99–106.

18. Олешкевич, Ф. В. Нейропротекторный эффект производных пантотеновой кислоты при хирургическом лечении артериальных аневризм головного мозга / Ф. В. Олешкевич, А. А. Скороход, А. Г. Мойсеёнок // Журн. теор. и клин. медицины. – 2000. – № 3. – С. 232–233.

19. Protective effect of ebselen, a seleno-organic antioxidant on neurodegeneration induced by hypoxia and reperfusion in stroke-prone spontaneously hypertensive rat / K. Yamagata [et al.] // Neuroscience. – 2008. – Vol. 153, N 2. – P. 428–435. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2008.02.028

20. Parnham, M. Ebselen: prospective therapy for cerebral ischaemia / M. Parnham, H. Sies // Expert Opin. Invest. Drugs. – 2000. – Vol. 9, N 3. – P. 607–619. https://doi.org/10.1517/13543784.9.3.607

21. N-acetyl cysteine restores limb function, improves mitochondrial respiration, and reduces oxidative stress in a murine model of critical limb ischaemia / A. Lejay [et al.] // Eur. J. Vasc. Endovasc. Surg. – 2018. – Vol. 56, N 5. – P. 730–738. https://doi.org/10.1016/j.ejvs.2018.07.025

22. Моделирование глобальной ишемии головного мозга путем билатеральной окклюзии сонных артерий у бодрствующих гипертензивных крыс (SHR-SP) / Н. Н. Лобанова [и др.] // Бюл. эксперим. биологии и медицины. – 2008. – Т. 146, № 12. – С. 627–630.

23. Use of N,N-dimethyl-p-phenylenediamine to evaluate the oxidative status of human plasma / V. Verde [et al.] // Free Radic. Res. – 2002. – Vol. 36, N 8. – P. 869–873. https://doi.org/10.1080/1071576021000005302

24. Williamson, K. S. Fluorometric and colorimetric assessment of thiobarbituric acid-reactive lipid aldehydes in biological matrices / K. S. Williamson, K. Hensley, R. A. Floyd // Methods in Biological Oxidative Stress / eds. : K. Hensley, R. A. Floyd. – New York, 2003. – P. 57–65.

25. Hermes-Lima, M. Quantification of lipid peroxidation in tissue extracts based on Fe(III) xylenol orange complex formation / M. Hermes-Lima, W. G. Willmore, K. B. Storey // Free Rad. Biol. Med. – 1995. – Vol. 19, N 3. – P. 271–280. https://doi.org/10.1016/0891-5849(95)00020-x

26. Арутюнян, А. В. Методы оценки свободнорадикального окисления и антиоксидантной системы организма : метод. рекомендации / А. В. Арутюнян, Е. Е. Дубинина, Н. Н. Зыбина ; под ред. В. Х. Хавинсона. – СПб. : С.-Петерб. ин-т биорегуляции и геронтологии, 2000. – 102 с.

27. Ninfali, P. Methods for studying the glucose-6-phosphate dehydrogenase activity in brain areas / P. Ninfali, G. Aluigi, A. Pompella // Brain Res. Protocols. – 1997. – Vol. 1, N 4. – P. 357–363. https://doi.org/10.1016/s1385-299x(97)00011-1

28. Quirós, P. M. Determination of aconitase activity: a substrate of the mitochondrial ion protease / P. M. Quirós // Methods in Molecular Biology / eds. : S. Cal, A. Obaya. – New York, 2018. – Vol. 1731. – P. 49–56. https://doi.org/10.1007/978-1-4939-7595-2_5

29. Ещенко, Н. Д. Определение количества янтарной кислоты и активности сукцинатдегидрогеназы / Н. Д. Ещенко, Г. Г. Вольский // Методы биохимических исследований (липидный и энергетический обмен) : учеб. пособие / М. И. Прохорова [и др.] ; под ред. М. И. Прохоровой. ‒ Л., 1982. – С. 207–212.

30. Биссвангер, Х. Практическая энзимология : учеб. пособие / Х. Биссвангер ; пер. с англ. Т. П. Мосоловой. – М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 328 c.

31. Anderson, M. Determination of glutathione and glutathione disulfide in biological samples / M. Anderson // Methods in Enzymology. – Orlando, 1985. – Vol. 113 : Glutamate, Glutamine, Glutathione, and Related Compounds / ed. A. Meister. – P. 548–555.

32. Rahman, I. Assay for quantitative determination of glutathione and glutathione disulfide levels using enzymatic recycling method / I. Rahman, A. Kode, S. K. Biswas // Nat. Protocols. – 2006. – Vol. 1, N 6. – P. 3159–3165. https://doi.org/10.1038/nprot.2006.378

33. Smith, I. K. Assay of glutathione reductase in crude tissue homogenates using 5,5ˊ-dithiobis(2-nitrobenzoic acid) / I. K. Smith, T. L. Vierheller, C. A. Thorne // Anal. Biochem. – 1988. – Vol. 175, N 2. – P. 408–413. https://doi.org/10.1016/0003-2697(88)90564-7

34. Flohé, L. Assays of glutathione peroxidase / L. Flohé, W. A. Günzler // Methods in Enzymology. – Orlando, 1984. – Vol. 105 : Oxygen Radicals in Biological Systems / ed. L. Packer. – P. 114–121.

35. Menon, D. A fluorometric method to quantify protein glutathionylation using glutathione derivatization with 2,3-naphthalenedicarboxaldehyde / D. Menon, P. G. Board // Anal. Biochem. – 2013. – Vol. 433, N 2. – P. 132–136. https://doi.org/10.1016/j.ab.2012.10.009