Czy siarczan chondroityny chroni przed neurotoksycznym działaniem fluoru?
Badanie eksperymentalne przeprowadzone na modelu szczurzym oraz linii komórkowej SH-SY5Y wykazało, że siarczan chondroityny (CS) chroni przed zaburzeniami synaptycznymi wywołanymi przez fluor poprzez modulację szlaku sygnałowego Erk1/2-MMP-9. Naukowcy badali mechanizmy neurotoksycznego działania fluoru oraz potencjalne właściwości neuroprotekcyjne CS.
W badaniu wykorzystano model szczurzy, w którym zwierzęta podzielono na trzy grupy: kontrolną, grupę eksponowaną na fluor (10 mg/L w wodzie pitnej przez 90 dni) oraz grupę otrzymującą fluor z następczym podaniem CS (0,66 mg/kg przez 5 dni). Dodatkowo przeprowadzono badania na ludzkiej linii komórkowej neuroblastoma SH-SY5Y.
Jak fluor wpływa na funkcje poznawcze i strukturę mózgu?
Wyniki testu labiryntu wodnego Morrisa wykazały, że ekspozycja na fluor znacząco wydłużyła czas dotarcia do platformy u szczurów w trzecim dniu testu nawigacyjnego, co wskazuje na upośledzenie zdolności uczenia się przestrzennego. Szczury narażone na fluor spędzały również istotnie mniej czasu w kwadrancie docelowym, co sugeruje zaburzenia pamięci przestrzennej. Podanie CS częściowo odwracało te deficyty poznawcze.
Badania histologiczne mózgu wykazały zdezorganizowane neurony ze zmianami eozynofilowymi u szczurów eksponowanych na fluor. Analiza mikroskopowa TEM ujawniła poważne uszkodzenia hipokampa, w tym obrzęk mitochondriów, pęknięcia grzebieni mitochondrialnych, rozszerzenie retikulum endoplazmatycznego oraz zaburzenia jądrowe i synaptyczne. Podanie CS łagodziło te zmiany ultrastrukturalne, częściowo zachowując integralność błony postsynaptycznej.
- Fluor powoduje zaburzenia poznawcze i uszkodzenia strukturalne mózgu poprzez aktywację szlaku Erk1/2-MMP-9
- Siarczan chondroityny (CS) wykazuje działanie neuroprotekcyjne poprzez:
– Hamowanie szlaku Erk1/2-MMP-9
– Przywracanie prawidłowej ekspresji białek synaptycznych
– Ochronę struktury neuronów - Optymalne stężenie CS w badaniach in vitro wynosi 0,4 mg/ml
Czy modyfikacja szlaku Erk1/2-MMP-9 leczy uszkodzenia synaptyczne?
Na poziomie molekularnym stwierdzono, że ekspozycja na fluor znacząco zmniejszała poziom synaptofizyny (SYN) w regionach CA2 i CA3 hipokampa, co wskazuje na uszkodzenie synaps. Jednocześnie fluor zwiększał poziom fosforylowanego Erk1/2 oraz MMP-9 (metaloproteinazy macierzy 9), a zmniejszał poziom MMP-2. Podanie CS odwracało redukcję SYN oraz hamowało nadmierną ekspresję fosfo-Erk1/2 i MMP-9.
Badania na komórkach SH-SY5Y potwierdziły, że fluor indukuje uszkodzenia synaptyczne poprzez szlak Erk1/2-MMP-2/MMP-9. Zastosowanie inhibitora Erk1/2 (PD98059) odwracało zmiany wywołane fluorem, co potwierdza kluczową rolę tego szlaku w neurotoksyczności fluoru. Optymalne stężenie PD98059 określono na 10 µmol/L (48-godzinna ekspozycja), osiągając skuteczność hamowania na poziomie 32,29% dla Erk1 i 53,07% dla Erk2. CS wykazywał podobne działanie ochronne, hamując aktywację szlaku Erk1/2-MMP-9 i przywracając ekspresję SYN.
Fluor znacząco obniżał żywotność komórek SH-SY5Y i zmniejszał ekspresję białka synaptofizyny, a efekty te były skutecznie odwracane przez jednoczesne podanie PD98059. Ponadto, fluor obniżał poziomy mRNA i białka MMP-2 oraz SYN, jednocześnie podnosząc ekspresję mRNA i białka MMP-9. PD98059 odwracał te zmiany (z wyjątkiem mRNA MMP-2). Optymalne stężenie CS w badaniach in vitro określono na 0,4 mg/ml.
Interesującym odkryciem było tworzenie się okołokomórkowych agregatów CS widocznych w badaniach immunofluorescencyjnych. Analiza TEM wykazała zwiększoną endocytozę w komórkach traktowanych CS w porównaniu z grupami kontrolnymi i eksponowanymi na fluor, co sugeruje, że internalizacja może pośredniczyć w działaniu neuroprotekcyjnym.
- Fluor powoduje:
– Wydłużenie czasu uczenia się przestrzennego
– Zaburzenia pamięci przestrzennej
– Uszkodzenia strukturalne hipokampa
– Obniżenie poziomu synaptofizyny - Siarczan chondroityny skutecznie:
– Łagodzi deficyty poznawcze
– Chroni przed uszkodzeniami synaptycznymi
– Przywraca integralność błony postsynaptycznej
Jakie są perspektywy terapeutyczne zastosowania CS?
Badanie to dostarcza dowodów, że fluor wywołuje uszkodzenia synaptyczne głównie poprzez kaskadę Erk1/2-MMP-9, podczas gdy CS działa neuroprotekcyjnie poprzez ukierunkowane hamowanie tego szlaku sygnałowego. Wyniki sugerują, że CS może być potencjalnym środkiem terapeutycznym w łagodzeniu deficytów poznawczych związanych z fluorozą, działając poprzez: hamowanie całkowitego Erk1/2 i jego hiperfosforylacji w celu blokowania przekazywania sygnałów, selektywne tłumienie nadmiernej aktywacji MMP-9 w mikroregionach hipokampa oraz przywracanie ekspresji białek synaptycznych (szczególnie synaptofizyny) dla odbudowy plastyczności strukturalnej.
Podsumowanie
Badania przeprowadzone na szczurach i komórkach linii SH-SY5Y wykazały, że siarczan chondroityny (CS) skutecznie chroni przed neurotoksycznym działaniem fluoru. Fluor powodował znaczące zaburzenia poznawcze u szczurów, w tym problemy z uczeniem się przestrzennym i pamięcią, oraz wywoływał poważne uszkodzenia strukturalne w hipokampie. Na poziomie molekularnym fluor aktywował szlak Erk1/2-MMP-9, prowadząc do uszkodzeń synaptycznych. CS skutecznie przeciwdziałał tym efektom poprzez hamowanie tego szlaku, przywracanie prawidłowej ekspresji białek synaptycznych i ochronę struktury neuronów. Badania in vitro potwierdziły mechanizm działania CS i jego potencjał terapeutyczny w leczeniu deficytów poznawczych związanych z fluorozą.
