(I dio) Biomarkeri i mehanizmi oksidativnog stresa — posljednjih 20 godina istraživanja s naglaskom na oštećenje bubrega i transplantaciju bubrega
Mar 20, 2022
sažetak:Oksidativni stres je neravnoteža između pro- i antioksidansa koja negativno utječe na organizam u različitim mehanizmima i na više nivoa. Oksidativna oštećenja koja se javljaju istovremeno u mnogim ćelijskim strukturama mogu uzrokovati pogoršanje funkcije, uključujući apoptozu i nekrozu. Oštećenje ostavlja molekularni "otisak", koji se može detektovati specifičnom metodologijom, upotrebom određenih biomarkera oksidativnog stresa. Postoji intimna veza između oksidativnog stresa, upale i funkcionalnog oštećenja, što rezultira raznim bolestima koje pogađaju cijelo ljudsko tijelo. U sadašnjem narativnom pregledu jačamo vezu između mehanizama oksidativnog stresa i njihovih aktivnih spojeva, naglašavajućioštećenje bubregaitransplantacija bubrega.Analiza reaktivnih vrsta kiseonika (ROS), antioksidansa, proizvoda peroksidacije i konačno signalnih puteva daje mnogo obećavajućih podataka koji će potencijalno modifikovati ćelijske odgovore na mnogim nivoima, uključujući ekspresiju gena. Oksidativna oštećenja, stres i ROS su još uvijek intenzivno eksploatirani predmeti istraživanja. Raspravljamo o spojevima spomenutim ranije kao biomarkerima oksidativnog stresa i predstavljamo njihovu ulogu dokumentovanu tokom posljednjih 20 godina istraživanja. U pretraživanju su korištene sljedeće ključne riječi i MeSH termini: oksidativni stres, bubreg, transplantacija, ishemijsko-reperfuzijska ozljeda, IRI, biomarkeri, peroksidacija i liječenje.
Ključne riječi:oksidativni stres; biomarkeri; antioksidansi; lipidna peroksidacija; peroksidacija proteina; DNK peroksidacija; signalni put; bubreg; transplantacija bubrega; ishemijsko-reperfuziona povreda
CISTANCHE ĆE POBOLJŠATI BOLESTI BUBREGA/BUBREGA
UvodOksidativni stres je složena pojava koja negativno utiče na organizam u različitim mehanizmima i na više nivoa. Definiše se kao neravnoteža između prooksidansa i mrežnog sistema antioksidantne odbrane. U procjeni možemo mjeriti specifične biomarkere na molekularnom i ćelijskom nivou, uočiti karakteristične mikroskopske promjene u tkivima i na kraju dijagnosticirati određene patologije u organima koji utiču na cijeli organizam. Konstantna trijada oksidativnog stresa, upale i funkcionalnog oštećenja prijavljena je u patogenezi mnogih bolesti i kliničkih stanja. Oksidativni stres utiče na starenje, karcinogenezu i metabolički sindrom, uključujući dijabetes i kardiovaskularna stanja [1,2]. Tokomtransplantacija bubrega,oksidativni stres je ključni mehanizam koji negativno utječe nabubregalografta u ishemijskoj fazi očuvanja organa i tokom reperfuzije kada iznenadna oksidacija čini transplantat podložnim dodatnom oštećenju. Ovaj fenomen, široko opisan kao ishemijsko-reperfuzijska ozljeda (IRI), rezultira iscrpljivanjem energije ćelije i neravnotežom u korist prooksidanata s oštećenjem mikrocirkulacije, upalom i apoptozom [3–5]. IRI je bio temelj ovog pregleda. Međutim, uprkos transplantacijskom kontekstu, pokušali smo da predstavimo širu sliku osnova, sadašnjih znanja i savremenih pristupa. Sa stajališta transplantacije, oksidativni stres je ključni mehanizam u IRI, gdje su i IRI i akutno odbacivanje (AR) glavni uzroci disfunkcije i gubitka transplantata [6,7]. Adekvatne intervencije i rješenja na ćelijskom nivou mogu poboljšati ishode nakon transplantacije i pomoći u prevazilaženju sve većeg broja pacijenata na listama čekanja za transplantaciju. Općenito, studije o mehanizmima oksidativnog stresa i njihovim signalnim putevima daju mnogo obećavajućih podataka. Moguće je da će u budućnosti istraživači i kliničari biti u mogućnosti da modifikuju ćelijske odgovore na mnogim nivoima, uključujući ekspresiju gena. U trenutnom narativnom pregledu pokušavamo približiti mehanizme oksidativnog stresa i njihove glavne doprinose – reaktivne kisikove vrste (ROS), koje također služe kao biomarkeri. Veza između oksidativnog stresa i IRI, upale ioštećenje bubregaje predstavljen. Nadalje, predstavljamo antioksidante kao i proizvode peroksidacije i njihovu ulogu kao biomarkera. Na kraju, raspravljamo o vezi između oksidativnog stresa, signalnih puteva i potencijalnih terapijskih opcija. U pretraživanju su korištene sljedeće ključne riječi i MeSH termini: oksidativni stres, bubreg, transplantacija, ishemijsko-reperfuzijska ozljeda, IRI, biomarkeri, peroksidacija i liječenje.
Oksidativni stresOksidativni stres se često definira kao neravnoteža između prooksidanata i antioksidanata [8]. Nastaje kada proizvodnja reaktivnih vrsta kisika (ROS) nadvlada intrinzične antioksidanse. Žive ćelije su pod stalnim oksidativnim napadom ROS, što dovodi do "oksidativnog oštećenja", a složeni antioksidativni odbrambeni sistem generalno drži ovaj napad u ravnoteži [9]. Regulacija redoks (redukcije i oksidacije) stanja je kritična za vitalnost, aktivaciju, proliferaciju i funkciju organa. Patološki pomak u toj ravnoteži dovodi do rastućih koncentracija ROS-a, što rezultira štetnim modifikacijama ćelijskih komponenti, kao što su lipidi, proteini i DNK [10]. Ravnotežu održavaju ili enzimski antioksidansi, o kojima će dalje biti riječi zbog njihove uloge biomarkera, ili neenzimski antioksidansi, koji čine ukupni antioksidativni kapacitet (TAC) i ukazuju na sposobnost stanica da se suprotstave oštećenju izazvanom oksidativnim stresom. TAC je u velikoj mjeri podržan reduciranim i oksidiranim oblicima glutationa GSH/GSSG. Međutim, ravnotežu održavaju mnoge druge hemikalije, i čini se da se reguliše putem diskretnih redoks puteva, a ne direktnim odgovorom na hemijske otrove i fiziološke podražaje. Dakle, oksidativni stres se također može definirati kao poremećaj redoks signalizacije i kontrole [8]. Manji poremećaji dovode do homeostatskih adaptacija, dok značajne perturbacije mogu dovesti do nepopravljive štete i smrti ćelije [9]. Oksidativni stres aktivira višestruku intracelularnu signalizaciju, koja inducira apoptozu ili prekomjerni rast stanica, što dovodi do disfunkcije organa srca, gušterače,bubrezi, i pluća, što dalje uzrokuje hipertenziju, dijabetes, hroničnubolest bubregai plućne bolesti [11]. Uključeni su različiti putevi uključujući apoptotičke gene: kaspaza-3, -8, -9, Bim, Bcl-2, Bak i Bax; i geni oksidativnog stresa: CYGB (citoglobin), GSTP1 (glutation S-transferaza pi 1), NCF1 (neutrofilni citosolni faktor 1), GPX1 (glutation peroksidaza 1), SOD1 (superoksid dismutaza 1), SOD2, CCS (superoksid za kokooksid) dismutaza) i NOS2 (sintaza dušikovog oksida 2) [12]. Čini se da su ekspresija GSTP1 i apoptotska signalizacija kroz aktivaciju c-Jun N-terminalne kinaze (JNK) mehanizmi koji povezuju oksidativni stres i hipertenziju kod spontano hipertenzivnih pacova [13].
CISTANCHE ĆE POBOLJŠATI BUBREZU/BUBREZU
Oksidativni stres je prepoznat kao faktor rizika za razne štetne događaje, uključujući aterosklerozu i smrtnost kod kroničnihbolest bubrega(CKD) pacijenata. Od ranih faza bolesti, oksidativni stres prati pogoršanje stanjabubrežna funkcija, što se dodatno pogoršava hemodijalizom [14–16]. Podaci ukazuju na to da su kardiovaskularne komplikacije kod pacijenata na hemodijalizi pogoršane oksidativnim disbalansom, što može biti potencijalna meta za terapiju [17]. Kasnije, primaoci ulaze utransplantacija bubregaprocedura (KTx) sa poremećenom homeostazom, dodatno izmenjenom preoperativnim i postoperativnim faktorima. Oksidativni stres i oksidativna oštećenja su prepoznati kao važni faktori u razvoju različitih bolesti: Alchajmerove bolesti [18], ateroskleroze [19], muške neplodnosti [20], HOBP [21], glaukoma [22], hronične upale i amiloidoze [23] , Parkinsonova bolest [24], gojaznost [25–28] i dijabetes [29] kao i starenje [30]. Ako oksidativno oštećenje značajno doprinosi patologiji bolesti, tada bi akcije koje ga smanjuju trebale bi biti terapeutski korisne. O nekima od njih se dalje raspravlja. Oksidativni stres je direktno uzrokovan ROS. U normalnoj ravnoteži, oni igraju važnu ulogu kao sekundarni glasnici u mnogim intracelularnim signalnim kaskadama čiji je cilj održavanje ćelije u homeostazi sa njenom neposrednom okolinom. Oni uzrokuju neselektivno oštećenje bioloških molekula na višim razinama, što dovodi do gubitka funkcije i smrti stanice. Biomolekule u živim organizmima su visoko izložene oksidativnom stresu. ROS se proizvode iz molekularnog kisika zbog normalnog staničnog metabolizma; međutim, mnogi drugi faktori mijenjaju ovaj proces. Neki od njih su prikazani na slici 1.
Slika 1. Oksidativni stres i oštećenje bubrega. DT—tirozin, NY—3-nitrotirozin, DiBrY—dibromotirozin, ACR—akrolein, CRA—krotonaldehid, HHE—4-hidroksi-trans-2-heksenal, 4- HNE—{ {6}}hidroksinonenal, 7-KC—7-ketoholesterol, HEL—heksanoil-lizin adukt, 8OHdG—8- hidroksi-20 -deoksiguanozin
ROS se može podijeliti u dvije grupe: slobodni radikali i neradikali. Slobodni radikali su molekuli koji sadrže jedan ili više nesparenih elektrona (•), što im daje visoku reaktivnost. ROS koji dijele njihove nesparene elektrone su neradikalni oblici. Imaju važne kemijske razlike, ali dijele slične mehanizme oštećenja na nivou biomolekula [31]. Glavni ROS koji su od fiziološkog značaja iz prve grupe su superoksidni anion (O2 plus e → O2 •−), hidroksilni radikal (H2O2 plus e → OH– plus OH• ) i hidroperoksilni radikal (O2•− plus H2O→H2O• ); iz druge grupe — vodikov peroksid (H2O• plus e plus H → H2O2) [10]. Svi radikali kiseonika su ROS, ali nisu svi radikali kiseonika. Iako su čestice obično kratkog poluraspada, odavno su prepoznate kao hemikalije sa važnim dvostrukim ulogama. Oni uzrokuju ćelijsko oštećenje reakcijom s biomolekulama, ali djeluju i kao ćelijski signalni agensi [32]. Reaktivne vrste (RS) izvedene iz molekularnog kiseonika (ROS) i azota (RNS) su duboko proučavane; međutim, identificirane su i nove radikalne vrste kao što su klor (RCS), brom (RBS) i vrste koje potiču od sumpora [33]
Glavni ROS prikazani su u tabeli 1. Deskriptivne karakteristike su proširene histogramima koji predstavljaju istraživački interes u bazi podataka PubMed. "Opšti" interes je određen formulom pretraživanja: {"ROS"[Naslov]}. Istraživački interes u oblasti transplantacije, kao naslova medicinskih predmeta, određen je formulom pretraživanja: {("ROS") I (transplantacija [MeSH glavna tema])}. Možemo primijetiti da je najveći interes prošao za ROS kao što su superoksidni anion, alkoksil i peroksil, dušikov oksid i peroksinitrit; međutim, još uvijek postoje široko objavljeni članci o hidroksilnom radikalu, vodikovom peroksidu, singletnom kisiku, ozonu, hipoklorovoj kiselini i dušikovom dioksidu. Postojao je primjetan interes za superoksid anion, vodikov peroksid i dušikov oksid u transplantaciji; međutim, značajno smanjena kada govorimo o ulozi reaktivnih vrsta kiseonika. Poznato je više ROS; međutim, oni su manje zastupljeni u istraživanju
U grupi slobodnih radikala treba pomenuti: karbonat (CO3•−), ugljen-dioksid (CO2•−), atomski hlor (Cl•). U grupi neradikala: peroksinitrousacid (ONOOH), nitril (nitronijum) hlorid (NO2Cl), hloramini, gasoviti hlor (Cl2), azotna kiselina (HNO2), nitrozil kation (NO plus), nitroksil anion (NO–), dinitrogen trioksid (N2O3), dizot tetraoksid (N2O4), nitril hlorid (NO2Cl), nitronijum (nitril) kation (NO2 plus), alkil peroksinitriti (ROONO).
Oksidativni stres u transplantaciji bubrega
Oksidativni stres kod ishemijsko-reperfuzijske ozljedeIshemija/reperfuzijska povreda (IRI) je dobila na značaju zbog sveprisutnog štetnog uticaja u svakom postupku transplantacije. Štetni efekti se odnose i na reperfuziju i na ishemiju, a oni su aditivni. Općenito, IRI opisuje funkcionalne i strukturne promjene koje postaju očigledne tokom obje faze. Predloženi su različiti molekularni mehanizmi da bi se objasnio IRI, međutim oksidativni stres i stvaranje ROS i dalje pridaju veliku pažnju kao ključni faktori u patogenezi [34]. Prva ultrastrukturna manifestacija ishemije je edem, koji je makroskopski izražen bljedilom i povećanjem turgora i težine organa. Na molekularnom nivou, zavisi od hipoksije tkiva i posljedičnog iscrpljivanja ćelijskog ATP-a. Ishemijska povreda rezultira sistemskom upalom zbog proizvodnje citokina i povećane ekspresije adhezionih molekula hipoksičnim parenhimskim i endotelnim ćelijama [35]. Iznenadno ponovno uvođenje O2 u hipoksično tkivo rezultira dodatnom jedinstvenom vrstom ozljede, koja nije prisutna tokom ishemijske faze. Prošlo je 40 godina otkako je ROS prvi put istaknut u IRI. Dokazi su bili
zasnovano na tri linije: (1) ROS čistači štite od IRI, (2) veštačko generisanje ROS podseća na IRI odgovor, i (3) postishemična tkiva karakteriše povećana proizvodnja ROS i njihovih proizvoda. Rane studije su sprovedene na SOD i in vivo i ex vivo IRI modelima, sledećem CAT, GPx, i ulozi H2O2 kao aktivnog metabolita, konačno kao signalnog drugog glasnika [36]. Veza između generisanja ROS i IRI utvrđena je na osnovu proizvoda peroksidacije kao biomarkera. Proučavana je većina biomarkera o kojima se dalje raspravljalo, a najpopularniji su bili MDA, 4-HNE, proteinski karbonili, 3-nitrotirozin i 8OHdG.
Oksidativni stres nakon IRI bio je povezan i sa drugim neenzimskim izvorima: hemoglobinom i mioglobinom. Međutim, ti enzimski ili enzimski povezani procesi su bili najviše dokumentovani, uključujući ksantin oksidazu, NADPH oksidazu, mitohondrije, NOS, citokrom P450, lipoksigenazu/ciklooksigenazu i monoamin oksidazu. Konačno, oksidativni stres je povezan sa IRI ćelijskom signalizacijom i aktivacijom određenih metaboličkih puteva i gena. Reoksigenacija mobiliše neutrofile, CD4 plus T limfocite, trombocite. Aktivirane ćelije proizvode ROS, TNF- i inflamatorne medijatore [37]. Re-oksigenacija povećava količinu ROS-a u parenhimskim, endotelnim i limfocitnim ćelijama. Oštećene mitohondrije karakterizira nepotpuna redukcija kisika, što rezultira proizvodnjom superoksidnih anjona. Postoje smanjeni nivoi NO što dovodi do vazokonstrikcije, praćene povećanom ekspresijom adhezionih molekula [4]. Uzroci i utjecaj oksidativnog stresa nabubreg, prikazani na slici 1, univerzalno dijele, uključujući i kroničnebolest bubrega,IRI u KTx,bubregpresađivanje u dugoročnom ishodu, druge patologije kao i zdravi bubrezi sa normalnom funkcijom. Razlike proizlaze iz dodatnih patomehanizama vezanih za određenu fazu transplantacijske procedure ili kliničko stanje. Povreda bubrežne ishemije-reperfuzije (I/R) je glavni uzrok akutne povrede bubrega (AKI), koja se kod KTx obično manifestuje kao odgođena funkcija transplantata (DGF) [38]. Rani faktori koji utiču na kasni ishod KTx-a da se odigraju kod donora i čak mnogo pre nego što se pacijent smatra donorom. Dobro je poznato da su organi s proširenim kriterijima podložniji ishemijsko-reperfuzijskoj ozljedi (IRI). Mnogi faktori i njihove posljedice mogu se povezati s oksidativnim stresom i kroničnom upalom, s glavnom determinantom nakon transplantacije – odgođenom funkcijom transplantata (DGF) – kao i povezanim komplikacijama uključujući autoimunološko odbacivanje (AR) [6,35,39] .
CISTANCHE ĆE POBOLJŠATI INFEKCIJU BUBREGA/BUBREGA
Oksidativni stres i upalaOksidativni stres može aktivirati različite faktore transkripcije, koji dovode do diferencijalne ekspresije nekih gena uključenih u upalne puteve. Glavne mete oksidativnog stresa su proteini, lipidi i DNK/RNA, o čemu će se dalje govoriti. Oksidativno oštećenje uzrokuje određene modifikacije molekula koje pokreću složen odgovor različitih metaboličkih i signalnih odgovora. Upala je prirodni odbrambeni mehanizam protiv patogena, a povezana je s mnogim patologijama: infekcijama, zračenjem, toksinima i bolestima. Postoji mnogo dokaza da su oksidativni stres i sistemska upala koegzistirajući fenomeni koji utiču jedni na druge. Smanjenje glutationa (GSH) pozitivno korelira sa povećanjem oksidativnog stresa i učestvuje u redoks regulaciji imuniteta [40]. Upalni stimulansi induciraju oslobađanje sveprisutnog redoks aktivnog intracelularnog enzima (PRDX2), koji djeluje kao redoks ovisan upalni medijator koji aktivira makrofage za proizvodnju proinflamatornog TNF-a [32]. Prijavljeno je da kronična upala povećava produkte peroksidacije lipida, nivoe nitrita i malondialdehida (MDA) [41]. Također je prijavljeno da oksidativni stres podiže nivo proinflamatornog interleukina-6 (IL-6), adhezionog molekula vaskularnih ćelija-1 (VCAM-1), molekula međustanične adhezije{ {13}} (ICAM-1), i nuklearni faktor-kapa B (NF-κB) [42]. Aktivacija upalnog odgovora također dovodi do aktivacije receptora stanične adhezije. Neutrofili migriraju kroz endotelni zid u parenhim tkiva oslobađajući citotoksične medijatore kao što su TNF, interleukini (IL) i NOS, što direktno ili indirektno dovodi do proizvodnje visoko reaktivnih ROS: O2 •−, H2O2 i ONOO– [43]. Povećanje nivoa cirkulišućih ROS i proinflamatornih citokina izaziva oksidativni stres i upalu u udaljenim organima [4]
Oksidativni stres i oštećenje bubregaPrisustvo ROS-a u biološkim tkivima dovodi do štetnog oksidacijskog efekta na sve njihove biohemijske komponente: lipide, proteine, ugljikohidrate i nukleinske kiseline. Stoga također igra ulogu u patofiziologiji oštećenja bubrega i posrednik je kroničnogbolest bubregaprogresija [44]. Oksidativni stres i stvaranje ROS-a u bubregu remete ekskretornu funkciju svakog dijela nefrona. Narušava ravnotežu vode i elektrolita i acidobaznu ravnotežu i utiče na regulacione mehanizme bubrega: povratnu spregu tubularne glomerule, miogeni refleks u dovodnoj arterioli i sistem renin-angiotenzin-aldosteron [45]. Oksidativni stres je direktno povezan s oštećenjem podocita (edem, apoptoza i nekroza), smanjenom brzinom glomerularne filtracije, proteinurijom [46] i tubulointersticijskom fifibrozom [47]. Neželjene metaboličke promjene su sinergijski povezane s promjenama u bubrežnoj hemodinamici [48]. Podociti su osjetljivi na oksidativna oštećenja. Posljedica ozljede je proteinurija [49], koja postaje bitan faktor u izazivanju mezangijalne i tubularne toksičnosti i uključena je u lokalne i sistemske inflamatorne puteve [50]. Inflamacija i TGF- uključeni su u signalizaciju endotelina podocita, koja potiskuje mitohondrijalnu funkciju i inducira oksidativni stres u glomerularnom endotelu [51]. Nakon inicijalne ozljede bubrega, mehanizmi popravke, faktori rasta, citokini i specifični molekularni putevi dovode do tubulointersticijske fifibroze, taloženja intersticijalnog matriksa s inflamatornim stanicama, gubitka tubularnih stanica, akumulacije fibroblasta i razrjeđivanja peritubularne mikrovaskulature [52]. Oštećenje bubrega je pojačano pojačanom regulacijom sinteze NOX [53], Nrf2/Keap1 sistema [54] i neravnotežom u signalizaciji autofagije [55]. Oksoksidativni stres je također povezan s endotelnom disfunkcijom i igra ključnu ulogu u napredovanju CKD [56]. Ključni faktor je dušikov oksid (NO), koji je uključen u nekoliko bioloških procesa, uključujući vazodilataciju u glatkim mišićnim stanicama, upalu i imunološke odgovore [57]. Mikrovaskularna disfunkcija u oštećenju bubrega oksidativnim stresom posredovana je sintazom dušikovog oksida (NOS), poremećajem autoregulacije bubrežnih aferentnih arteriola [58], povećanjem perfuzijskog pritiska, što povećava količinu superoksidnog radikala (O2 •−) [59]. IRI uzrokuje strukturno i funkcionalno oštećenje bubrežnih tubula direktnim indukcijom smrti tubularnih stanica, što dalje može izazvati oštećene odgovore [60]. Abnormalna apoptoza i stres endoplazmatskog retikuluma (ERS) bubrežnih tubularnih epitelnih ćelija mogu uticati na pojavu i napredovanje akutne povrede bubrega (AKI) [61].
Biomarkeri oksidativnog stresaReaktivne kisikove vrste su spojevi koje je teško izmjeriti pri procjeni oksidativnog stresa, prvenstveno zbog vrlo kratkog poluživota, pa jedva da igraju ulogu biomarkera. Međutim, ako se ROS kombinuje sa određenim biološkim molekulom, ostavlja jedinstveni hemijski „otisak prsta“. Biomarkeri dobiveni na taj način mogu se koristiti za procjenu oksidativnog oštećenja ili učinaka antioksidansa, uključujući terapijske agense. Osnovni kriterij za biomarker je njegova uloga u predviđanju kasnijeg razvoja bolesti. Štaviše, važni tehnički kriterijumi biomarkera su da treba da otkrije veći deo ukupnog tekućeg oksidativnog oštećenja in vivo, treba da obezbedi koherentne laboratorijske testove, rezultati ne bi trebalo da variraju pod istim uslovima, trebalo bi da budu stabilni tokom skladištenja, moraju da koriste hemijski robusnu tehnologiju merenja , i ne smije se miješati s ishranom [31]. Ne postoji idealan biomarker, ali mnogi pružaju dovoljnu tačnost. ROS, kao visoko reaktivne supstance, stupaju u interakciju sa okolinom in vivo, uključujući i stimulišući različite endogene mehanizme, kao i reagujući sa brojnim molekulima, ostavljajući pomenuti otisak prsta, što postaje interesantno u specifičnim evaluacijama. ROS, reakcije i esencijalni antioksidansi predstavljeni su na slici 2. Mehanizmi nuklearne signalizacije su spomenuti u odjeljku 5.
Endogeni antioksidansiProizvodnja ATP ćelija je inherentno povezana sa oksidacijom, redukcijom i stvaranjem ROS. Vanjski faktori uključuju mikrobne infekcije, ksenobiotike, toksine u ishrani, radijaciju, zagađenje okoliša i druge. Živi organizmi su razvili specifične odbrambene sisteme protiv štetnog djelovanja slobodnih radikala. Najvažniji mehanizmi su intracelularni; međutim, djeluju i s ekstracelularnim i s dijetalnim egzogenim antioksidansima. Endogeni antioksidansi se dijele u dvije grupe: proteinske (sa enzimskom aktivnošću) i neproteinske. Proteinski su prva linija odbrane, sa tri najvažnije: CAT, SOD i GPx. Formula za pretraživanje PubMed-a za opći interes određena je prema: {("biomarker"[Naslov/Sažetak]) I (oksidativni stres)}. Istraživački interes u oblasti transplantacije, kao naslova medicinskih predmeta, određen je formulom pretraživanja: {("biomarker" [Naslov/Sažetak]) I (transplantacija)} (Tabela 2).
Katalaza (CAT), tetramerni enzim koji sadrži porfirin koji se nalazi u gotovo svim živim organizmima izloženim kisiku, nalazi se uglavnom u peroksizomima. Konverzija H2O2 u vodu i molekularni kiseonik odvija se u dva koraka: (1) CAT-Fe (III) plus H2O2 → H2O plus O=Fe(IV)-CAT(• plus ) i (2) O{ {11}}Fe(IV)-CAT(• plus ) plus H2O2 → CAT-Fe(III) plus 2H2O plus O2. Čini se da je najveća aktivnost CAT u jetri i eritrocitima [62]. Također može katalizirati oksidaciju, pomoću vodikovog peroksida, različitih metabolita i toksina, uključujući formaldehid, mravlju kiselinu, fenole, acetaldehid i alkohole. CAT u sprezi s oksidativnim stresom je široko zastupljen u istraživanjima posljednjih dvadeset godina. Nekoliko decenija je ustanovljeno da se nivoi CAT odnose na brojne patologije kao antioksidansi uopšte. U posljednjoj deceniji bilo je primjetno interesovanje za CAT u oblasti transplantacije, sa sličnim vrhovima kao i drugi biomarkeri (Tabela 2). Superoksid dismutaza (SOD) je grupa enzima koji funkcioniraju kao ključni dio antioksidativne obrane od visoko reaktivnih superoksidnih radikala, dijeleći ih (dismutacijom) na H2O2 i O2. Postoje četiri izoenzima, koji ovise o vrsti i intracelularnoj lokalizaciji. Ti metaloproteini vezuju bakar i cink, mangan, željezo ili nikl. Djeluju zajedno s glutation peroksidazom i katalazom, a njihova aktivnost je vrlo osjetljiva na oksidativni stres. Superoksid (O2 •−) se proizvodi kao nusproizvod metabolizma kiseonika. SOD katalizira dismutaciju (ili podjelu) ovog radikala u obični molekularni kisik (O2) i H2O2. Niz reakcija uključuje metalne katione sa promjenom njihovog oksidacijskog stanja do plus 3 da bi se prenio i upario elektron u superoksidu. Postoje tri oblika kod ljudi: SOD1 se nalazi u citoplazmi, SOD2 u mitohondrijima, a SOD3 je vanćelijski. Uprkos činjenici da se superoksidni anjonski radikal (O2• ) spontano spori, SOD značajno ubrzavaju pomenutu reakciju i nadmašuju štetne reakcije superoksida, štiteći ćeliju od toksičnosti.
Glutation peroksidaza (GPx) je opšti naziv porodice enzima sa aktivnošću peroksidaze. Postoji u dva oblika: ovisnom o selenu i neovisnom o selenu, i katalizuje redukciju H2O2 ili organskog peroksida (ROOH) u vodu ili alkohol [63]. Proces se odvija u prisustvu GSH, koji se tokom ove reakcije pretvara u GSSG (oksidovani glutation). Ključno je zaštititi polinezasićene masne kiseline koje se nalaze unutar ćelijskih membrana od oksidativnog stresa. Dakle, GPx funkcionira kao dio višekomponentnog antioksidativnog odbrambenog sistema unutar ćelije [64]. Uglavnom je zastupljen u bubrezima i jetri [62]; međutim, poznat je po svom odnosu prema patologijama u drugim organima. GPx je prvi enzim koji se aktivira pod visokim nivoom ROS. Obično se mjeri spektrofotometrijski ili direktnom analizom povezivanjem reakcije peroksidaze sa glutation reduktazom uz mjerenje konverzije NADPH u NADP. Opći interes i interes za transplantacijsko istraživanje je manje izražen od CAT ili SOD; međutim, on predstavlja slične vrhove (Tabela 2). Glutation S-transferaze (GST) su porodica metaboličkih izoenzima najpoznatiji po svojoj sposobnosti da kataliziraju konjugaciju reduciranog oblika glutationa (GSH) na ksenobiotske supstrate za detoksikaciju. Postoje tri oblika: citosolni, mitohondrijski i mikrosomalni. Konjugaciju GSH preko sulfhidrilne grupe na elektrofilne centre različitih supstrata kataliziraju GST, a takvi spojevi postaju topljiviji u vodi. Osim toga, nukleofilni GSH reagira s elektrofilnim atomima ugljika, sumpora ili dušika nepolarnih ksenobiotskih supstrata, sprječavajući ćelijske proteine, lipide i nukleinske kiseline da stupe u interakciju s toksičnim, reaktivnim supstancama.
CISTANCHE ĆE POBOLJŠATI FUNKCIJU BUBREGA/BUBREGA
Glutation reduktaza (GR) katalizira redukciju glutation disulfida (GSSG) u sulfhidrilni oblik glutationa (GSH). Dakle, sprečava oksidativni stres održavajući pravilnu funkciju ćelije i odnos GSSG/GSH, dok je za ćeliju ključno da zadrži visok nivo GSH. Njegova aktivnost kao biomarkera može se pratiti potrošnjom NADPH, sa apsorbancijom na 340 nm. Postoje još najmanje dva "nova" proteinska enzimska antioksidansa: hem oksigenaza 1 (HO-1) i NADPH-kinon oksidoreduktaza-1 (NQO1). Prvi katalizira razgradnju hema do biliverdina/bilirubina, željeznog jona i ugljičnog monoksida (CO). HO-1 je član porodice proteina toplotnog šoka (HSP) identifikovane kao HSP32, sa najvišim koncentracijama u slezeni, jetri i bubrezima, a na ćelijskom nivou prvenstveno se nalazi u endoplazmatskom retikulumu. HO-1 je predmet opsežnog istraživanja njegove regulatorne signalne, imunomodulatorne i krioprotektivne uloge zbog korisnih terapijskih aspekata biliverdina i ugljičnog monoksida [65]. HO{10}} je stekao interesovanje zbog svojih antioksidativnih svojstava i uloge u nekoliko ljudskih bolesti, uključujući aterosklerozu, Alchajmerovu bolest i odbacivanje transplantiranih organa. Može zaštititi od vaskularnog remodeliranja i aterogeneze [66]. Bilirubin stvoren od hema ima svojstva uklanjanja radikala. HO{13}} reguliše širok spektar antiinflamatornih, antioksidativnih i antiapoptotičkih puteva. Ograničava dostupnost hema za sazrevanje Nox2 podjedinice NADPH oksidaze, sprečava sklapanje funkcionalnog enzima i smanjuje ćelijsku generaciju ROS [67]. CO koji stvara HO-1 ima antiproliferativna, antiinflamatorna i vazodilatatorna svojstva. Protuupalni i antiapoptotički efekti se javljaju putem puta protein kinaze aktivirane mitogenom (MAPK) [68]. Potencijalni citotoksični efekti gvožđa ograničeni su istovremenim povećanjem intracelularnog feritina [69]. Vrhunac opšteg istraživačkog interesa pada u prosjeku na 2010. godinu. Međutim, primjetan je relativno konstantan interes za HO-1 u oblasti transplantacije tokom posljednjih 20 godina (Tabela 2)
NQO1 vrši redukciju kinona u hidrokinone. To je dvoelektronska reakcija, koja ne dovodi do stvaranja radikalnih vrsta, kao što je redukcija jednog elektrona koju vrši npr. NADPH: citokrom c oksidoreduktaza. Tipični supstrati su ubikinon, benzohinon, juglon i durokinon. Kinonoidna jedinjenja stvaraju reaktivne vrste kiseonika putem redoks cikličnih mehanizama i arilirajućih nukleofila. NQO1 uklanja kinon iz bioloških sistema u reakciji detoksikacije koja uključuje NADPH, što osigurava potpunu oksidaciju supstrata bez stvaranja semikinona i ROS. NQO1 igra ulogu u metabolizmu ubikinona i vitamina E kinona. Štiti ćelijske membrane od peroksidativnih ozljeda u njihovom reduciranom stanju. Indukcija NQO1 je posredovana putem Keap1/Nrf2/ARE signalnog puta, koji promovira ekspresiju citoprotektivnih gena. NQO1 indirektno reguliše p53 i p73 tumor supresorske proteine [70]. Različiti mehanizmi i široki uticaj NQO1 u posljednje vrijeme zadobili su veliki istraživački interes, sa maksimalnim vrhuncem u 2020. godini. Međutim, interes za istraživanje transplantacije je manje izražen.
U grupi neproteinskih antioksidansa najvažniji je glutation (GSH). Može spriječiti oštećenje važnih ćelijskih komponenti uzrokovano raznim ROS, ksenobioticima i teškim metalima. To je tripeptid i najzastupljeniji tiol u životinjskim ćelijama. Primarni redoks par u životinjskim ćelijama je redukovana (GSH) i oksidovana (GSSG) stanja. Povećani odnos GSSG prema GSH je mjera većeg ćelijskog oksidativnog stresa. GSH se regeneriše iz GSSG od strane GR. Glutation veže i aktivira jonotropne receptore, potencijalno ga čini neurotransmiterom [71]. Direktna suplementacija glutationom kao antioksidansom nije bila uspješna; međutim, suplementacija sirovih nutritivnih materijala kao što su cistein i glicin je korištena za stvaranje GSH. Glutation, kao glavna komponenta TAC-a, redovno se pojavljuje u recenziranim medicinskim časopisima. Broj publikacija je bio stabilan u posljednjoj deceniji i značajno je premašio druge biomarkere. Interes za istraživanje transplantacije bio je proporcionalan opštem, uporediv sa SOD (Tabela 2). Koenzim Q (CoQ10, ubikinon, 1,4-benzohinon) je spomenut u opisu NQO1. Q se odnosi na hemijsku grupu kinona, a 10 se odnosi na broj hemijskih podjedinica izoprenil u njenom repu. Podsjeća na vitamine i topiv je u mastima. Učestvuje u aerobnom ćelijskom disanju i stvaranju ATP-a kao komponenta lanca transporta elektrona. Ostaje uglavnom u organima sa najvećim energetskim potrebama: srcu, jetri i bubrezima. Smatra se endogeno sintetiziranim antioksidansom topivim u lipidima prisutnim u svim membranama. Tokom transporta elektrona kroz klastere željezo-sumpor, on može prihvatiti samo jedan po jedan elektron, onaj koji je ključan za uklanjanje slobodnih radikala. Biosinteza zahtijeva najmanje 12 gena. CoQ10 se može meriti u krvnoj plazmi; međutim, preciznija mjerenja se mogu obaviti u uzgojenim fibroblastima kože, biopsijama mišića i mononuklearnim stanicama krvi [72].
Alfa-lipoična kiselina (ALA) je organsko sumporno jedinjenje sintetizovano za aerobni metabolizam. Lipoična kiselina je vezana za proteine i radi kao kofaktor za najmanje pet enzimskih sistema, uključujući intermedijere ciklusa limunske kiseline, katabolički put aminokiselina razgranatog lanca i sistem cijepanja glicina. ALA je direktni antioksidans; međutim, on također može pokrenuti antioksidativnu odbranu, poboljšati ćelijski unos glukoze i modulirati aktivnost različitih molekula koji signaliziraju ćelije i faktora transkripcije. antioksidativne aktivnosti uključuju (1) direktno uklanjanje ROS i NOS; (2) regeneracija drugih antioksidanata, dok je ALA moćno sredstvo za redukciju oksidiranih oblika CoQ10, vitamina C i GSH; (3) heliranje metala i inhibiranje oksidativnog oštećenja posredovanog bakrom i gvožđem; (4) aktivacija antioksidativnih signalnih puteva putem aktivacije faktora 2 povezanog s nuklearnim faktorom E2- (Nrf2) povećanjem ekspresije -GCL i drugih antioksidativnih enzima [73]; i (5) povećanjem regulacije signalnog puta insulin-fosfatidilinozitid-3 kinaze (PI3K)-protein kinaze B (PKB/Akt) inhibicijom nikotinamid adenin dinukleotid fosfat (NADPH) oksidaze (NOX) [74]. ALA je korištena kao intravenski agens za liječenje dijabetičke periferne neuropatije [75]; međutim, takva suplementacija nije bila od koristi pacijentima sa Alchajmerovom bolešću [76]. Bilirubin (BR) se javlja u kataboličkom putu razgradnje hema, nastaje zbog ostarjelih ili abnormalnih crvenih krvnih zrnaca. Proizvodnja biliverdina iz hema je prvi korak, nakon čega enzim biliverdin reduktaza (BVR) proizvodi bilirubin iz biliverdina. Bilirubin se sastoji od tetrapirola otvorenog lanca i nastaje oksidativnim cijepanjem porfirina u hemu. Izlučuje se nakon konjugacije s glukuronskom kiselinom. BR ima sposobnost uklanjanja slobodnih radikala. Kada bilirubin djeluje kao antioksidans, on se oksidira u biliverdin, koji se BVR odmah reducira u bilirubin. Ovaj ciklus radi analogno GSH i GSSG [77]. Nedostatak ćelijskog bilirubina dovodi do oksidativnog stresa [78]. Prijavljeno je da BR štiti bubrege, jetru, srce i crijeva od ishemijsko-reperfuzijske ozljede [79,80]. Ima nekoliko imunomodulatornih efekata koji mogu oslabiti imuni sistem i podstaći prihvatanje organa [81]. Postojao je stalno rastući istraživački interes za BR kao oksidans, koji je dostigao vrhunac u 2018–2019. Značajan interes za BR kao oksidans u transplantaciji zauzima posljednjih deset godina.
Feritin je univerzalni intracelularni globularni proteinski kompleks koji skladišti i oslobađa željezo na kontroliran način. To je primarni intracelularni protein za pohranu željeza u svim živim organizmima, održavajući željezo u topljivom i netoksičnom obliku. Slobodno željezo je toksično za stanice jer djeluje kao katalizator u stvaranju slobodnih radikala iz reaktivnih kisikovih vrsta putem Fentonove reakcije, proizvodeći vrlo štetne hidroksilne radikale [82]. Vezanje željeza u različitim dijelovima tkiva ključno je za opstanak stanica. U uslovima stabilnog stanja, nivo feritina u krvnom serumu korelira sa ukupnim zalihama gvožđa u telu. Koncentracije feritina drastično rastu u prisustvu infekcije, raka i oksidativnog stresa [83]. Zalihe željeza u inficiranom tijelu su uskraćene infektivnom agensu, ometajući njegov metabolizam [84]. Naš istraživački interes je sličan onome za bilirubin.
