(Del I) Biomarkörer och mekanismer för oxidativ stress—Senaste 20 årens forskning med tonvikt på njurskador och njurtransplantation
Mar 20, 2022
Abstrakt:Oxidativ stress är en obalans mellan pro- och antioxidanter som påverkar organismen negativt i olika mekanismer och på många nivåer. Oxidativ skada som inträffar samtidigt i många cellulära strukturer kan orsaka en försämring av funktionen, inklusive apoptos och nekros. Skadan lämnar ett molekylärt "fotavtryck", som kan detekteras med specifik metodik, med hjälp av vissa biomarkörer för oxidativ stress. Det finns ett intimt samband mellan oxidativ stress, inflammation och funktionsnedsättning, vilket resulterar i olika sjukdomar som påverkar hela människokroppen. I den aktuella narrativa recensionen stärker vi sambandet mellan oxidativ stressmekanismer och deras aktiva föreningar, med betoning pånjurskadaochnjurtransplantation.En analys av reaktiva syrearter (ROS), antioxidanter, peroxidationsprodukter och slutligen signalvägar ger en hel del lovande data som potentiellt kommer att modifiera cellsvar på många nivåer, inklusive genuttryck. Oxidativ skada, stress och ROS är fortfarande intensivt utnyttjade forskningsämnen. Vi diskuterar föreningar som nämnts tidigare som biomarkörer för oxidativ stress och presenterar deras roll dokumenterad under de senaste 20 årens forskning. Följande nyckelord och MeSH-termer användes i sökningen: oxidativ stress, njure, transplantation, ischemi-reperfusionsskada, IRI, biomarkörer, peroxidation och behandling.
Nyckelord:oxidativ stress; biomarkörer; antioxidanter; lipidperoxidation; proteinperoxidation; DNA-peroxidation; signalväg; njure; njurtransplantation; ischemi-reperfusionsskada
CISTANCHE KOMMER FÖRBÄTTRA NJUR-/NJÖRSJUKDOMAR
IntroduktionOxidativ stress är ett komplext fenomen som negativt påverkar organismen i olika mekanismer och på många nivåer. Det definieras som en obalans mellan prooxidanter och ett nätverkssystem av antioxidantförsvar. I bedömningen kan vi mäta specifika biomarkörer på molekylär och cellulär nivå, observera karakteristiska mikroskopiska förändringar i vävnader och slutligen diagnostisera vissa patologier i organ som påverkar hela organismen. Den konstanta triaden av oxidativ stress, inflammation och funktionsnedsättning har rapporterats i patogenesen av många sjukdomar och kliniska tillstånd. Oxidativ stress påverkar åldrande, karcinogenes och metabola syndrom, inklusive diabetes och kardiovaskulära tillstånd [1,2]. Undernjurtransplantation,oxidativ stress är en avgörande mekanism som negativt påverkarnjureallotransplantat i den ischemiska fasen av organkonservering och under reperfusion när plötslig oxidation gör transplantatet benäget för ytterligare skada. Detta fenomen, brett beskrivet som ischemi-reperfusionsskada (IRI), resulterar i cellenergiutarmning och en obalans till förmån för prooxidanter med mikrocirkulationsförsämring, inflammation och apoptos [3-5]. IRI var grunden för denna recension. Men trots transplantationskontexten försökte vi presentera en bredare bild av grunderna, nuvarande kunskap och moderna tillvägagångssätt. Ur transplantationssynpunkt är oxidativ stress en nyckelmekanism i IRI, där både IRI och akut avstötning (AR) är viktiga orsaker till transplantatdysfunktion och förlust [6,7]. Adekvata interventioner och lösningar på cellnivå kan förbättra resultaten efter transplantation och hjälpa till att övervinna det växande antalet patienter på transplantationsväntelistor. Generellt sett ger studier om oxidativ stressmekanismer och deras signalvägar mycket lovande data. Det är möjligt att forskare och kliniker i framtiden kommer att kunna modifiera cellsvar på många nivåer, inklusive genuttryck. I den aktuella narrativa recensionen försöker vi föra närmare mekanismerna för oxidativ stress och deras viktigaste bidragsgivare - reaktiva syrearter (ROS), som också fungerar som biomarkörer. Kopplingen mellan oxidativ stress och IRI, inflammation ochnjurskadaär presenterad. Dessutom presenterar vi antioxidanter samt peroxidationsprodukter och deras roll som biomarkörer. Slutligen diskuterar vi en koppling mellan oxidativ stress, signalvägar och potentiella terapeutiska alternativ. Följande nyckelord och MeSH-termer användes i sökningen: oxidativ stress, njure, transplantation, ischemi-reperfusionsskada, IRI, biomarkörer, peroxidation och behandling.
Oxidativ stressOxidativ stress definieras ofta som en obalans mellan prooxidanter och antioxidanter [8]. Det uppstår när produktionen av reaktiva syrearter (ROS) överväldigar de inneboende antioxidanterna. Levande celler är under konstant oxidativ attack från ROS, vilket leder till "oxidativ skada", och det komplexa antioxidantförsvarssystemet håller i allmänhet denna attack i balans [9]. Regleringen av redox (reduktion och oxidation) tillstånd är avgörande för cellviabilitet, aktivering, proliferation och organfunktion. En patologisk förändring i den balansen leder till växande ROS-koncentrationer, vilket resulterar i negativa modifieringar av cellkomponenter, såsom lipider, proteiner och DNA [10]. Balansen upprätthålls antingen av enzymatiska antioxidanter, som kommer att diskuteras vidare på grund av deras roll som biomarkörer eller av icke-enzymatiska antioxidanter, som utgör den totala antioxidantkapaciteten (TAC) och indikerar cellernas förmåga att motverka oxidativ stress-inducerad skada. TAC stöds i hög grad av reducerade och oxiderade former av glutation GSH/GSSG. Jämvikten upprätthålls dock av många andra kemikalier, och den verkar regleras genom diskreta redoxvägar snarare än genom direkt respons på kemiska giftämnen och fysiologiska stimuli. Således kan oxidativ stress också definieras som en störning av redoxsignalering och kontroll [8]. Mindre störningar leder till homeostatiska anpassningar, medan betydande störningar kan leda till irreparabel skada och celldöd [9]. Oxidativ stress aktiverar multipel intracellulär signalering, vilket inducerar apoptos eller cellöverväxt, vilket leder till organdysfunktion i hjärtat, bukspottkörteln,njurar, och lungor, vilket ytterligare orsakar hypertoni, diabetes, kronisknjursjukdom, och lungsjukdomar [11]. Olika vägar är involverade inklusive apoptotiska gener: caspas-3, -8, -9, Bim, Bcl-2, Bak och Bax; och oxidativ stressgener: CYGB (cytoglobin), GSTP1 (glutation S-transferas pi 1), NCF1 (neutrofil cytosolisk faktor 1), GPX1 (glutationperoxidas 1), SOD1 (superoxiddismutas 1), SOD2, CCS (kopparchaperon för superoxid dismutas) och NOS2 (kväveoxidsyntas 2) [12]. GSTP1-uttryck och apoptotisk signalering genom aktivering av c-Jun N-terminalt kinas (JNK) verkar vara mekanismer som länkar oxidativ stress och hypertoni hos spontant hypertensiva råttor [13].
CISTANCHE KOMMER ATT FÖRBÄTTRA NJUR-/NJÖRSFULLT
Oxidativ stress anses vara en riskfaktor för olika biverkningar, inklusive åderförkalkning och dödlighet hos kroniskanjursjukdom(CKD) patienter. Från de tidiga stadierna av sjukdomen följer oxidativ stress försämringen avnjurfunktion, vilket förvärras ytterligare av hemodialys [14–16]. Data tyder på att kardiovaskulära komplikationer hos patienter som genomgår hemodialys förvärras av oxidativ obalans, vilket kan vara ett potentiellt mål för terapi [17]. Senare anger mottagarnanjurtransplantationprocedur (KTx) med nedsatt homeostas, ytterligare förändrad av preoperativa och postoperativa faktorer. Oxidativ stress och oxidativ skada anses vara viktiga faktorer för att utveckla olika sjukdomar: Alzheimers sjukdom [18], ateroskleros [19], manlig infertilitet [20], KOL [21], Glaukom [22], kronisk inflammation och amyloidos [23] , Parkinsons sjukdom [24], fetma [25-28] och diabetes [29] samt åldrande [30]. Om oxidativ skada bidrar avsevärt till sjukdomspatologi, bör åtgärder som minskar den vara terapeutiskt fördelaktiga. Några av dessa diskuteras vidare. Oxidativ stress orsakas direkt av ROS. I normal jämvikt spelar de viktiga roller som andra budbärare i många intracellulära signalkaskader som syftar till att bibehålla cellen i homeostas med dess omedelbara miljö. De orsakar urskillningslös skada på biologiska molekyler på högre nivåer, vilket leder till funktionsförlust och celldöd. Biomolekyler i levande organismer är mycket utsatta för oxidativ stress. ROS produceras från molekylärt syre på grund av normal cellulär metabolism; men många andra faktorer förändrar denna process. Några av dem presenteras i figur 1.
Figur 1. Oxidativ stress och njurskador. DT—tyrosin, NY—3-nitrotyrosin, DiBrY—dibromtyrosin, ACR—akrolein, CRA—krotonaldehyd, HHE—4-hydroxi-trans-2-hexenal, 4- HNE—{ {6}}hydroxinonenal, 7-KC—7-ketokolesterol, HEL—hexanoyl-lysinaddukt, 8OHdG—8- hydroxi-20 -deoxiguanosin
ROS kan delas in i två grupper: fria radikaler och icke-radikaler. Fria radikaler är molekyler som innehåller en eller flera oparade elektroner (•), vilket ger dem hög reaktivitet. ROS som delar sina oparade elektroner är icke-radikala former. De har viktiga kemiska skillnader men delar ändå liknande mekanismer för skada på biomolekylnivå [31]. Större ROS som är av fysiologisk betydelse från den första gruppen är superoxidanjon (O2 plus e → O2 •−), hydroxylradikal (H2O2 plus e → OH– plus OH• ), och hydroperoxylradikal (O2•− plus H2O→H2O•) ); från den andra gruppen – väteperoxid (H2O• plus e plus H → H2O2) [10]. Alla syreradikaler är ROS, men inte alla ROS är syreradikaler. Även om de är partiklar med vanligtvis kort halveringstid, har de länge erkänts som kemikalier med viktiga dubbla roller. De orsakar cellskador genom att reagera med biomolekyler, men de fungerar också som cellulära signalmedel [32]. Reaktiva arter (RS) härledda från molekylärt syre (ROS) och kväve (RNS) har studerats djupt; Men nya radikala arter som klor (RCS), brom (RBS) och svavelhärledda arter har också identifierats [33]
Major ROS presenteras i tabell 1. Beskrivande egenskaper utökades med histogram som representerar forskningsintresse i PubMed-databasen. "Allmänt" intresse bestämdes av sökformeln: {"ROS"[Title]}. Forskningsintresse inom området transplantation, som rubriker för medicinskt ämne, bestämdes med sökformel: {("ROS") AND (transplantation [MeSH Major Topic])}. Vi kan observera att toppintresset har passerat för ROS som superoxidanjon, alkoxyl & peroxyl, kväveoxid och peroxinitrit; men det finns fortfarande brett publicerade artiklar om hydroxylradikal, väteperoxid, singlettsyre, ozon, hypoklorsyra och kvävedioxid. Det fanns ett märkbart intresse för superoxidanjon, väteperoxid och kväveoxid vid transplantation; minskade dock avsevärt när vi talar om rollen av reaktiva syreämnen. Det finns fler kända ROS; de är dock mindre representerade i forskningen
I gruppen fria radikaler bör följande nämnas: karbonat (CO3•−), koldioxid (CO2•−), atomärt klor (Cl•). I gruppen icke-radikaler: peroxinitrussyra (ONOOH), nitryl (nitronium)klorid (NO2Cl), kloraminer, klorgas (Cl2), salpetersyrlighet (HNO2), nitrosylkatjon (NO plus ), nitroxylanjon (NO–), dikvävetrioxid (N2O3), dikvävetraoxid (N2O4), nitrylklorid (NO2Cl), nitronium (nitryl) katjon (NO2 plus ), alkylperoxinitrit (ROONO).
Oxidativ stress vid njurtransplantation
Oxidativ stress vid ischemi-reperfusionsskadaIschemi/reperfusionsskada (IRI) fick betydelse på grund av allmänt förekommande negativ oro i varje transplantationsförlopp. Skadliga effekter gäller både reperfusion och ischemi, och de är additiv. Generellt beskriver IRI funktionella och strukturella förändringar som blir uppenbara under båda faserna. Olika molekylära mekanismer har föreslagits för att förklara IRI, men oxidativ stress och ROS-generering fortsätter att få mycket uppmärksamhet som nyckelfaktorer i patogenesen [34]. Den första ultrastrukturella manifestationen av ischemi är ödem, vilket makroskopiskt uttrycks av blekhet och en ökning av turgor och organvikt. På molekylär nivå beror det på vävnadshypoxi och åtföljande utarmning av cellulär ATP. Ischemisk skada resulterar i systemisk inflammation på grund av cytokinproduktion och ökat uttryck av adhesionsmolekyler av hypoxiska parenkym- och endotelceller [35]. Plötsligt återinförande av O2 till hypoxisk vävnad resulterar i ytterligare en unik typ av skada, som inte är närvarande under den ischemiska fasen. Fyrtio år har gått sedan ROS första gången påpekades i IRI. Bevisen var
baserat på tre linjer: (1) ROS-rensare skyddar mot IRI, (2) artificiell ROS-generering liknar IRI-svaret, och (3) post-ischemiska vävnader kännetecknas av den förbättrade ROS-produktionen och deras produkter. De tidiga studierna utfördes på SOD både in vivo och ex vivo IRI-modeller, nästa CAT, GPx och rollen av H2O2 som en aktiv metabolit, slutligen som en signalerande andra budbärare [36]. Sambandet mellan ROS-generering och IRI bestämdes utifrån peroxidationsprodukter som biomarkörer. De flesta av de ytterligare diskuterade biomarkörerna studerades, där de mest "populära" var MDA, 4-HNE, proteinkarbonyler, 3-nitrotyrosin och 8OHdG.
Oxidativ stress efter IRI var också kopplad till de andra icke-enzymatiska källorna: hemoglobin och myoglobin. Emellertid var dessa enzymatiska eller enzymrelaterade processer de mest dokumenterade, inklusive xantinoxidas, NADPH-oxidas, mitokondrier, NOS, cytokrom P450, lipoxygenas/cyklooxygenas och monoaminoxidas. Slutligen var oxidativ stress kopplad till IRI genom cellulär signalering och aktivering av vissa metaboliska vägar och gener. Reoxygenering mobiliserar neutrofiler, CD4 plus T-lymfocyter, blodplättar. Aktiverade celler producerar ROS, TNF- och inflammatoriska mediatorer [37]. Återsyresättning ökar mängden ROS i parenkym-, endotel- och lymfocytcellerna. Skadade mitokondrier kännetecknas av ofullständig reduktion av syre, vilket resulterar i produktion av superoxidanjoner. Det finns minskade nivåer av NO som leder till vasokonstriktion, åtföljd av ökat uttryck av adhesionsmolekyler [4]. Orsakerna till och inverkan av oxidativ stress pånjure, presenterade i figur 1, delas universellt, inklusive kroniskanjursjukdom,IRI i KTx,njuretransplantera i det långsiktiga resultatet, andra patologier samt friska njurar vid normal funktion. Skillnaderna kommer från ytterligare patomekanismer relaterade till den speciella fasen av transplantationsproceduren eller det kliniska tillståndet. Renal ischemi-reperfusionsskada (I/R) är en viktig orsak till akut njurskada (AKI), som vid KTx vanligtvis visar sig som fördröjd graftfunktion (DGF) [38]. De tidiga faktorerna som påverkar det sena utfallet av KTx att ske hos donatorn och även långt innan patienten anses vara donator. Det är välkänt att organ med utökade kriterier är mer mottagliga för ischemi-reperfusionsskada (IRI). Många faktorer och deras konsekvenser kan kopplas till oxidativ stress och kronisk inflammation, med en viktig post-transplantationsdeterminant – fördröjd graftfunktion (DGF) – såväl som relaterade komplikationer inklusive autoimmunologisk avstötning (AR) [6,35,39] .
CISTANCHE KOMMER ATT FÖRBÄTTRA NJUR-/NJURINFEKTION
Oxidativ stress och inflammationOxidativ stress kan aktivera olika transkriptionsfaktorer, vilket leder till differentiellt uttryck av vissa gener involverade i inflammatoriska vägar. Huvudmålen för oxidativ stress är proteiner, lipider och DNA/RNA, som kommer att diskuteras vidare. Oxidativ skada orsakar vissa modifieringar av molekyler som utlöser ett komplext svar av olika metabola och signalsvar. Inflammation är en naturlig försvarsmekanism mot patogener, och den är förknippad med många patologier: infektioner, strålning, toxiner och sjukdomar. Det finns många bevis för att oxidativ stress och systemisk inflammation är de samexisterande fenomenen som påverkar varandra. Reduktion av glutation (GSH) korrelerar positivt med ökningen av oxidativ stress och deltar i redoxregleringen av immunitet [40]. Inflammatoriska stimuli inducerar frisättningen av ett allestädes närvarande redoxaktivt intracellulärt enzym (PRDX2), som fungerar som en redoxberoende inflammatorisk mediator som aktiverar makrofager för att producera pro-inflammatorisk TNF- [32]. Kronisk inflammation rapporterades öka lipidperoxidationsprodukter, nitritnivåer och malondialdehyd (MDA) [41]. Oxidativ stress rapporterades också höja nivån av pro-inflammatoriskt interleukin-6 (IL-6), vaskulär celladhesionsmolekyl-1 (VCAM-1), intercellulär adhesionsmolekyl{ {13}} (ICAM-1) och nukleär faktor-kappa B (NF-KB) [42]. Aktiveringen av det inflammatoriska svaret leder också till aktiveringen av cellulära adhesionsreceptorer. Neutrofiler migrerar genom endotelväggen in i vävnadsparenkymet och frisätter cytotoxiska mediatorer såsom TNF, interleukiner (ILs) och NOS, vilket direkt eller indirekt leder till produktion av mycket reaktivt ROS: O2 •-, H2O2 och ONOO- [43]. Ökningen av nivåerna av cirkulerande ROS och proinflammatoriska cytokiner inducerar oxidativ stress och inflammation i avlägsna organ [4]
Oxidativ stress och njurskadorNärvaron av ROS i biologiska vävnader leder till en skadlig oxidationseffekt på alla deras biokemiska komponenter: lipider, proteiner, kolhydrater och nukleinsyror. Således spelar det också en roll i patofysiologin för njurfunktionsnedsättning och är en förmedlare av kronisknjursjukdomprogression [44]. Oxidativ stress och ROS-generering i njuren stör utsöndringsfunktionen hos varje sektion av nefronen. Det försämrar vatten-elektrolyt- och syra-basbalansen och påverkar njurens regleringsmekanismer: tubulär glomerulär feedback, myogen reflex i den tillförselarteriol och renin-angiotensin-aldosteronsystemet [45]. Oxidativ stress är direkt kopplad till podocytskador (ödem, apoptos och nekros), sänkt glomerulär filtrationshastighet, proteinuri [46] och tubulointerstitiell fifibros [47]. Skadliga metabola förändringar är synergistiskt kopplade till förändringar i njurhemodynamiken [48]. Podocyter är känsliga för oxidativ skada. Konsekvensen av en skada är proteinuri [49], som blir en viktig faktor för att inducera mesangial och tubulär toxicitet och är involverad i lokala och systemiska inflammatoriska vägar [50]. Inflammation och TGF- är involverade i podocyternas endotelinsignalering, vilket undertrycker mitokondriell funktion och inducerar oxidativ stress i det glomerulära endotelet [51]. Efter initial njurskada leder reparationsmekanismer, tillväxtfaktorer, cytokiner och specifika molekylära vägar till tubulointerstitiell fifibros, avsättning av en interstitiell matris med inflammatoriska celler, tubulär cellförlust, fibroblastakumulering och sällsynthet av den peritubulära mikrovaskulaturen [52]. Njurskador förstärks av uppreglering av NOX-syntes [53], Nrf2/Keap1-system [54] och obalans i autofagisignalering [55]. Oxoxidativ stress är också relaterad till endoteldysfunktion och spelar en avgörande roll i CKD-progression [56]. Den avgörande faktorn är kväveoxid (NO), som är involverad i flera biologiska processer, inklusive vasodilatation i glatta muskelceller, inflammation och immunsvar [57]. Mikrovaskulär dysfunktion vid oxidativ stress njurskada medieras genom kväveoxidsyntas (NOS), försämring av den renala afferenta arteriolens autoreglering [58], ökning av perfusionstrycket, vilket ökar mängden superoxidradikal (O2 •−) [59]. IRI orsakar strukturell och funktionell skada på njurtubuli genom att direkt inducera tubulära cellers död, vilket ytterligare kan utlösa skadade svar [60]. Onormal apoptos och endoplasmatisk retikulumstress (ERS) av tubulära njurepitelceller kan påverka förekomsten och progressionen av akut njurskada (AKI) [61].
Biomarkörer för oxidativ stressReaktiva syreämnen är föreningar som är svåra att mäta vid bedömning av oxidativ stress, främst på grund av den mycket korta halveringstiden, så de spelar knappast rollen som biomarkörer. Men om ROS kombineras med en viss biologisk molekyl, lämnar det ett unikt kemiskt "fingeravtryck". Biomarkörer som erhålls på det sättet kan användas för att utvärdera oxidativ skada eller effekterna av antioxidanter, inklusive terapeutiska medel. Kärnkriteriet för biomarkören är dess roll i förutsägelsen av senare utveckling av sjukdom. Dessutom är viktiga tekniska kriterier för en biomarkör att den ska upptäcka en stor del av den totala pågående oxidativa skadan in vivo, ska tillhandahålla koherenta laboratorieanalyser, resultaten ska inte variera under samma förhållanden, ska vara stabila under lagring, måste använda kemiskt robust mätteknik , och får inte förväxlas av kosten [31]. Det finns ingen idealisk biomarkör, men många ger tillräcklig noggrannhet. ROS, som mycket reaktiva ämnen, interagerar med miljön in vivo, involverar och stimulerar olika endogena mekanismer samt reagerar med många molekyler, vilket lämnar ett nämnt fingeravtryck, vilket blir en intressant punkt vid specifika utvärderingar. ROS, reaktioner och väsentliga antioxidanter presenterades i figur 2. De nukleära signaleringsmekanismerna nämns i avsnitt 5.
Endogena antioxidanterATP-cellproduktion är naturligt kopplad till oxidation, reduktion och ROS-generering. Externa faktorer involverar mikrobiella infektioner, främlingsfientliga läkemedel, dietgifter, strålning, miljöföroreningar och andra. Levande organismer utvecklade specifika försvarssystem mot den skadliga effekten av fria radikaler. De viktigaste mekanismerna är intracellulära; dock verkar de med både extracellulära och dietära exogena antioxidanter. Endogena antioxidanter delas in i två grupper: protein (med enzymatisk aktivitet) och icke-protein. Proteiner är den första försvarslinjen, med tre de viktigaste: CAT, SOD och GPx. PubMeds sökformel för allmänt intresse bestämdes av: {("biomarkör"[Titel/Abstract]) AND (oxidativ stress)}. Forskningsintresset inom området transplantation, som rubriker för medicinskt ämne, bestämdes genom sökformel: {("biomarkör" [Titel/Abstract]) OCH (transplantation)} (tabell 2).
Katalas (CAT), ett tetrameriskt porfyrininnehållande enzym som finns i nästan alla levande organismer som exponeras för syre, finns huvudsakligen i peroxisomer. Omvandling av H2O2 till vatten och molekylärt syre sker i två steg: (1) CAT-Fe (III) plus H2O2 → H2O plus O=Fe(IV)-CAT(• plus ) och (2) O{ {11}}Fe(IV)-CAT(• plus ) plus H2O2 → CAT-Fe(III) plus 2H2O plus O2. Den högsta aktiviteten av CAT verkar vara i levern och erytrocyterna [62]. Det kan också katalysera oxidationen, genom väteperoxid, av olika metaboliter och toxiner, inklusive formaldehyd, myrsyra, fenoler, acetaldehyd och alkoholer. CAT i samband med oxidativ stress är brett representerat i forskningen under de senaste tjugo åren. Under flera decennier har det fastställts att nivåerna av CAT relaterar till många patologier som antioxidanter i allmänhet. Det fanns ett märkbart intresse för CAT inom området transplantation under det senaste decenniet, med liknande toppar som andra biomarkörer (tabell 2). Superoxiddismutas (SOD) är en grupp enzymer som fungerar som den avgörande delen av antioxidantförsvaret mot mycket reaktiva superoxidradikaler, som delar upp dem (dismutation) i H2O2 och O2. Det finns fyra isoenzymer, som beror på art och intracellulär lokalisering. Dessa metalloproteiner binder koppar och zink, mangan, järn eller nickel. De arbetar tillsammans med glutationperoxidas och katalas, och deras aktivitet är mycket känslig för oxidativ stress. Superoxid (O2 •−) produceras som en biprodukt av syreomsättningen. SOD katalyserar dismutationen (eller uppdelningen) av denna radikal i vanligt molekylärt syre (O2) och H2O2. En serie reaktioner involverar metallkatjoner med förändring av deras oxidationstillstånd upp till plus 3 för att överföra och para ihop en elektron i superoxiden. Det finns tre former hos människor: SOD1 finns i cytoplasman, SOD2 i mitokondrierna och SOD3 är extracellulärt. Trots det faktum att superoxidanjonradikalen (O2• ) spontant bestrider, påskyndar SODs avsevärt den nämnda reaktionen och konkurrerar ut skadliga reaktioner av superoxid, vilket skyddar cellen från toxicitet.
Glutationperoxidas (GPx) är det allmänna namnet på en enzymfamilj med peroxidasaktivitet. Det finns i två former: selenberoende och selenoberoende, och det katalyserar reduktionen av H2O2 eller organisk peroxid (ROOH) till vatten eller alkohol [63]. Processen sker i närvaro av GSH, som omvandlas till GSSG (oxiderat glutation) under denna reaktion. Det är avgörande att skydda de fleromättade fettsyrorna som finns i cellmembranen från oxidativ stress. Således fungerar GPx som en del av ett multikomponent antioxidantförsvarssystem i cellen [64]. Den är främst representerad i njuren och levern [62]; men det är känt för sitt förhållande till patologier i andra organ. GPx är det första enzymet som aktiveras under höga nivåer av ROS. Vanligtvis mäts det spektrofotometriskt eller direkt analys genom att koppla peroxidasreaktionen med glutationreduktas med mätning av omvandlingen av NADPH till NADP. Allmänt och transplantationsforskningsintresse är mindre uttryckt än CAT eller SOD; den representerar emellertid liknande toppar (tabell 2). Glutation S-transferaser (GST) är en familj av metaboliska isozymer som är mest kända för sin förmåga att katalysera konjugationen av den reducerade formen av glutation (GSH) till främlingsfientliga substrat för avgiftning. Det finns tre former: cytosolisk, mitokondriell och mikrosomal. Konjugering av GSH via en sulfhydrylgrupp till elektrofila centra av olika substrat katalyseras av GST, och sådana föreningar blir mer vattenlösliga. Dessutom reagerar nukleofilt GSH med elektrofila kol-, svavel- eller kväveatomer från opolära främlingsfientliga substrat, vilket förhindrar cellulära proteiner, lipider och nukleinsyror från att interagera med toxiska, reaktiva substanser.
CISTANCHE KOMMER FÖRBÄTTRA NJUR/NJURFUNKTIONEN
Glutationreduktas (GR) katalyserar reduktionen av glutationdisulfid (GSSG) till sulfhydrylformen glutation (GSH). Således förhindrar det oxidativ stress genom att bibehålla korrekt cellfunktion och GSSG/GSH-förhållande, samtidigt som det är avgörande för cellen att hålla höga nivåer av GSH. Dess aktivitet som biomarkör kan övervakas av NADPH-förbrukningen, med absorbans vid 340 nm. Det finns åtminstone ytterligare två "nya" proteinenzymantioxidanter: hemoxygenas 1 (HO-1) och NADPH-kinonoxidoreduktas-1 (NQO1). Den första katalyserar nedbrytningen av hem till biliverdin/bilirubin, järnjon och kolmonoxid (CO). HO-1 är en medlem av familjen värmechockprotein (HSP) identifierad som HSP32, med de högsta koncentrationerna i mjälten, levern och njurarna, och på cellnivå är det primärt lokaliserat i det endoplasmatiska retikulum. HO-1 är föremål för en omfattande undersökning av dess regulatoriska signalering, immunmodulerande och kryoskyddande roller på grund av de fördelaktiga terapeutiska aspekterna av biliverdin och kolmonoxid [65]. HO-1 fick intresse på grund av dess antioxidantegenskaper och roll i flera mänskliga sjukdomar, inklusive ateroskleros, Alzheimers och avstötning av organtransplantationer. Det kan skydda mot vaskulär ombyggnad och aterogenes [66]. Bilirubin skapat av hem har radikalavlägsnande egenskaper. HO-1 reglerar en mängd olika antiinflammatoriska, antioxidant- och anti-apoptotiska vägar. Det begränsar hemtillgänglighet för mognad av Nox2-subenheten av NADPH-oxidas, förhindrar sammansättning av ett funktionellt enzym och minskar cellulär ROS-generering [67]. CO som genereras av HO-1 har antiproliferativa, antiinflammatoriska och vasodilaterande egenskaper. Antiinflammatoriska och antiapoptotiska effekter uppstår via den mitogenaktiverade proteinkinasvägen (MAPK) [68]. De potentiella cytotoxiska effekterna av järn begränsas av den samtidiga förstärkningen av intracellulärt ferritin [69]. Toppen för allmänt forskningsintresse faller i genomsnitt år 2010. Det fanns dock ett märkbart, relativt konstant intresse för HO-1 inom transplantationsområdet under de senaste 20 åren (tabell 2)
NQO1 utför en reduktion av kinoner till hydrokinoner. Det är en tvåelektronreaktion som inte resulterar i produktion av radikala arter, som en-elektronreduktion utförd av t.ex. NADPH: cytokrom c-oxidoreduktas. Typiska substrat är ubikinon, bensokinon, juglone och durokinon. Kinonoidföreningar genererar reaktiva syrearter via redoxcykelmekanismer och arylerande nukleofiler. NQO1 tar bort en kinon från biologiska system i avgiftningsreaktionen som involverar NADPH, vilket säkerställer fullständig oxidation av substratet utan bildning av semikinoner och ROS. NQO1 spelar en roll i metabolismen av ubikinon och vitamin E kinon. Det skyddar cellmembranen från peroxidativ skada i reducerat tillstånd. Induktionen av NQO1 förmedlas genom Keap1/Nrf2/ARE-signalvägen, som främjar uttrycket av cytoprotektiva gener. NQO1 reglerar indirekt p53 och p73 tumörsuppressorproteiner [70]. Olika mekanismer och bred påverkan av NQO1 har fått stort forskningsintresse på sistone, med en maximal topp under år 2020. Transplantationsforskningsintresset är dock mindre uttryckt.
I gruppen på icke-proteinantioxidanter är den viktigaste glutation (GSH). Det kan förhindra skador på viktiga cellulära komponenter orsakade av olika ROS, främlingsfientliga läkemedel och tungmetaller. Det är en tripeptid och den vanligaste tiolen i djurceller. Det primära redoxparet i djurceller är reducerat (GSH) och oxiderat (GSSG) tillstånd. Det ökade GSSG-till-GSH-förhållandet är ett mått på större cellulär oxidativ stress. GSH regenereras från GSSG av GR. Glutation binder och aktiverar jonotropa receptorer, vilket potentiellt gör det till en neurotransmittor [71]. Direkt tillskott av glutation som antioxidant var inte framgångsrikt; dock användes tillskott av råa näringsmaterial såsom cystein och glycin för att generera GSH. Glutation, som huvudkomponenten i TAC, dyker regelbundet upp i fackgranskade medicinska tidskrifter. Antalet publikationer var stabilt under det senaste decenniet och översteg betydligt andra biomarkörer. Transplantationsforskningsintresset var proportionellt mot det allmänna, jämförbart med SOD (tabell 2). Koenzym Q (CoQ10, ubiquinone, 1,4-bensokinon) nämndes i NQO1-beskrivningen. Q hänvisar till den kemiska kinongruppen och 10 hänvisar till antalet isoprenylkemiska subenheter i dess svans. Det påminner om vitaminer och är fettlösligt. Den deltar i aerob cellandning och ATP-generering som en komponent i elektrontransportkedjan. Det finns huvudsakligen kvar i organ med de högsta energikraven: hjärta, lever och njure. Det anses vara en endogent syntetiserad lipidlöslig antioxidant som finns i alla membran. Under elektrontransport genom järn-svavelklustren kan den bara ta emot en elektron åt gången, den som är avgörande för att fria radikaler ska fångas upp. Biosynuppsats kräver minst 12 gener. CoQ10 kan mätas i blodplasma; mer exakta mätningar kan dock göras i odlade hudfibroblaster, muskelbiopsier och mononukleära blodceller [72].
Alfa-liponsyra (ALA) är en organisk svavelförening som syntetiseras för aerob metabolism. Liponsyra är bunden till proteiner och fungerar som en kofaktor för minst fem enzymsystem, inklusive intermediärer i citronsyracykeln, en katabolisk väg för de grenkedjiga aminosyrorna och glycin-klyvningssystemet. ALA är en direkt antioxidant; Det kan emellertid också utlösa antioxidantförsvar, förbättra cellulärt glukosupptag och modulera aktiviteten hos olika cellsignalerande molekyler och transkriptionsfaktorer. antioxidantaktiviteter involverar (1) direkt rensning av ROS och NOS; (2) regenerering av andra antioxidanter, medan ALA är ett kraftfullt reduktionsmedel av oxiderade former av CoQ10, vitamin C och GSH; (3) metallkelering och inhibering av koppar- och järnmedierad oxidativ skada; (4) aktivering av antioxidantsignalvägar via aktivering av den nukleära faktor E2-relaterade faktor 2 (Nrf2) genom uppreglering av uttrycket av -GCL och andra antioxidantenzymer [73]; och (5) uppreglering av insulin-fosfatidylinositid-3-kinas (PI3K)-proteinkinas B (PKB/Akt)-signalvägen genom hämning av nikotinamid-adenindinukleotidfosfat (NADPH)-oxidas (NOX) [74]. ALA användes som ett intravenöst medel för att behandla diabetisk perifer neuropati [75]; ett sådant tillskott gynnade dock inte patienter med Alzheimers sjukdom [76]. Bilirubin (BR) förekommer i den kataboliska vägen för hemnedbrytning, som härrör från åldrade eller onormala röda blodkroppar. Produktionen av biliverdin från hem är det första steget, varefter enzymet biliverdinreduktas (BVR) producerar bilirubin från biliverdin. Bilirubin består av en öppen kedja av tetrapyrrol och bildas genom oxidativ klyvning av porfyrin i hem. Det utsöndras efter konjugering med glukuronsyra. BR har förmågan att rensa fria radikaler. När bilirubin fungerar som en antioxidant oxideras det till biliverdin, som omedelbart reduceras till bilirubin av BVR. Denna cykel fungerar analogt med GSH och GSSG [77]. Frånvaron av cellulärt bilirubin leder till oxidativ stress [78]. BR rapporterades skydda njure, lever, hjärta och tarm från ischemi-reperfusionsskada [79,80]. Det har flera immunmodulerande effekter som kan dämpa immunsystemet för att främja organacceptans [81]. Det fanns ett konstant ökande forskningsintresse för BR som oxidant, nådde en topp 2018–2019. Stort intresse för BR som oxidant vid transplantation upptar de senaste tio åren.
Ferritin är ett universellt intracellulärt globulärt proteinkomplex som lagrar och frigör järn på ett kontrollerat sätt. Det är det primära intracellulära järnlagringsproteinet i alla levande organismer, och håller järn i en löslig och icke-toxisk form. Fritt järn är giftigt för celler eftersom det fungerar som en katalysator vid bildandet av fria radikaler från reaktiva syreämnen via Fenton-reaktionen, vilket producerar mycket skadlig hydroxylradikal [82]. Att binda järn i olika vävnadsfack är avgörande för cellöverlevnad. Under steady-state-förhållanden korrelerar ferritinnivån i blodserumet med kroppens totala förråd av järn. Ferritinkoncentrationerna ökar drastiskt i närvaro av en infektion, cancer och oxidativ stress [83]. Järndepåer i den infekterade kroppen nekas smittämnet, vilket hindrar dess metabolism [84]. Vårt forskningsintresse liknar det som gäller bilirubin.
