Căng thẳng oxy hóa, rối loạn chuyển hóa năng lượng và làm mất ổn định các chất dẫn truyền thần kinh đã làm thay đổi cấu hình chuyển hóa não ở mô hình chuột có độ bão hòa Heliox mô phỏng lặn xuống 4.0 MPa Ⅲ

Cuộc thảo luận

Công việc này nhằm mục đích điều tra vai trò củastress oxy hóa, sự chuyển hoá năng lượng, Vàhồ sơ dẫn truyền thần kinhtrong cơ chế phân tử của những thay đổi cấu hình chuyển hóa phụ thuộc vào vùng não gây ra bởiphơi nhiễm hyperbaric bão hòa heliox. Một số chất chuyển hóa tham gia vàosự chuyển hoá năng lượng,stress oxy hóa, Vàchuyển hóa axit amincũng như các chất chuyển hóa góp phần vàotính toàn vẹn của màngVàdẫn truyền thần kinhđã bị thay đổi đáng kể bởiphơi nhiễm HSD. Các kết quả thu được từ phương pháp chuyển hóa dựa trên NMR cùng với đánh giá sinh hóa cho thấy mạnh mẽ rằng quá trình giải nén siêu áp trong helioxmôi trường bão hòa gây rathay đổi trong một số chất chuyển hóa và điều đóstress oxy hóa, chuyển hóa năng lượng và thay đổi chất dẫn truyền thần kinh là một cơ chế chính để thay đổi cấu hình chuyển hóa đặc hiệu vùng não ở chuột mô hình HSD. Dữ liệu cho thấy nhiều con đường trao đổi chất, bao gồm chuyển hóa glutathione, chuyển hóa năng lượng của ty thể, quá trình đường phân, chuyển hóa BCAA, chuyển hóa alanine, aspartate và glutamate cũng như chuyển hóa chất dẫn truyền thần kinh với các rối loạn chuyển hóa đặc hiệu ở vùng não, có liên quan đến tác động của 400msw-HSD.

Bảng 2. Tóm tắt một nhóm các chất chuyển hóa phân biệt được xác định là thay đổi đáng kể giữa chuột đối chứng và chuột tiếp xúc với độ bão hòa heliox ở mức bão hòa cao áp và chuột đối chứng ở ba vùng não của mô vỏ não, vùng hippocampus và thể vân.

Hình 6. Phân tích làm giàu con đường định lượng. Sơ đồ cấu trúc liên kết con đường được minh họa bằng các giá trị tác động của con đường (được liệt kê trong các bảng bên phải cũng như giá trị FDR và ​​p) và–log10(p) từ các chất chuyển hóa có ý nghĩa thống kê từ vỏ não (A), hồi hải mã (B) và thể vân (C) ) trong các nhóm HSD liên quan đến các điều khiển.

Phân tích ứng suất oxy hóa

During large depth (>100 msw), hệ thống thần kinh trung ương liên tục tiếp xúc với stress oxy hóa do sản xuất quá mức các loại oxy phản ứng (ROS) được kích hoạt bởi môi trường điều áp bão hòa heliox [23, 24]. Sự mất cân bằng giữa mức độ oxy hóa và chất chống oxy hóa là một yếu tố điều hòa trao đổi chất phổ biến trong các rối loạn thần kinh khác nhau, bao gồm bệnh Alzheimer [25], rối loạn phổ tự kỷ [26], thiếu máu não [21], chấn thương sọ não [27], v.v. [18 , 28, 29]. Mức độ thay đổi của SOD, MDA và Gpx, như các chỉ số được công nhận đối với stress oxy hóa, phản ánh tổn thương gốc tự do oxy trong cơ thể. Trong nghiên cứu hiện tại, hàm lượng chất chỉ thị tổn thương oxy hóa (MDA) đã tăng lên và các hoạt động của chất chỉ thị chống oxy hóa (SOD và Gpx) đã giảm ở chuột mô hình, cho thấy rằng stress oxy hóa đã xảy ra ở vỏ não của mô hình chuột HSD. Một số chất chuyển hóa khác cũng liên quan đến việc điều hòa stress oxy hóa. Taurine đóng vai trò rộng hơn với các tác dụng chống oxy hóa, chống viêm, chống apoptotic, thẩm thấu và điều biến thần kinh để cải thiện những thay đổi mô bệnh học trong não và hoạt động của tế bào thần kinh [30–36]. Sự suy giảm đáng kể về hàm lượng taurine ở vùng não hải mã và thể vân ở chuột HSD cũng như một chất chuyển hóa khác liên quan đến stress oxy hóa, GSH, đã giảm ở vỏ não và vùng hải mã, cho thấy rằng tổn thương oxy hóa đã được gây ra ở các ngăn khác nhau của não chuột HSD . GSH được công nhận rộng rãi như một chất khử chất chống oxy hóa và tạo ra các phân tử ổn định như glutathione disulfide bị oxy hóa GSSH- và AKA với phản ứng của ROS. Mức GSH thấp sau HSD sẽ ảnh hưởng đến chức năng ty thể và cân bằng oxi hóa khử, do đó chiếm mối tương quan nghịch mạnh quan sát được giữa GSH so với Suc trong các mẫu HSDH (bảng trên của Hình 5B'). Asc (hay còn gọi là Vitamin C) được coi là một chất chống oxy hóa/vi chất dinh dưỡng quan trọng vì khả năng chống oxy hóa của nó và do đó thực hiện các chức năng thiết yếu trong việc duy trì tế bào thần kinh não. Ở đây, chúng tôi báo cáo rằng Asc có nồng độ thấp hơn trong các mẫu HSDH so với các mẫu đối chứng. Những phát hiện này phù hợp với nhau, điều này cho thấy mối liên hệ trực tiếp giữa stress oxy hóa và quá trình giải nén hyperbaric trong môi trường bão hòa heliox. Nồng độ thấp hơn của chất dập tắt chất chống oxy hóa trong não có thể liên quan trực tiếp đến việc giảm khả năng chống oxy hóa, do đó điều chỉnh giảm quá trình tạo ra superoxit, bao gồm SOD và Gpx, vàđiều chỉnh lại mức độ MDA.

Nhấn vào đây để nhận Cistanche để chống oxy hóa

Phân tích con đường chuyển hóa năng lượng

Mối tương quan thuận có ý nghĩa thống kê giữa Ala và Lac trong nhóm HSDC và CONC chỉ ra rằng Ala, với tư cách là một axit amin, có mối liên hệ cao hơn đáng kể với quá trình đường phân kỵ khí [37]. LDH đã xúc tác quá trình chuyển đổi pyruvate thành Lac và hoạt động giảm của LDH trong vỏ não điều hòa giảm biểu hiện của Lac, cho thấy sự suy giảm trong các con đường kỵ khí. Tuy nhiên, nồng độ của Lac ủng hộ quá trình chuyển hóa năng lượng thông qua hoạt động của aspartate aminotransferase (AST), alanine aminotransferase (ALT) và LDH, những chất này cũng có thể được tích hợp vào các chu trình glutamate, glutamine và GABA trong tế bào thần kinh. Trong nghiên cứu này, so với chuột CON, nồng độ FMA cao hơn đáng kể trong nhóm HSDX và nồng độ Suc giảm có thể cho thấy sự suy giảm chuyển hóa năng lượng, điều này được xác nhận thêm bởi AMP tăng và ATP giảm chủ yếu được tạo ra bởi quá trình đường phân và chu kỳ TCA. Na-K-ATPase, một loại enzyme quan trọng để duy trì gradient điện hóa thích hợp của các ion natri trên màng tế bào, cần khoảng 50% năng lượng có sẵn cho não [38, 39]. Sự cố của Na-K-ATPase có vai trò thiết yếu trong sự phát triển của các bệnh thoái hóa thần kinh [40, 41]. Hoạt động giảm của Na-K-ATPase trong vỏ não của nhóm HSD đã cung cấp thêm bằng chứng cho việc giảm chuyển hóa năng lượng do hiệu ứng HSD gây ra. Cùng với nhau, các rối loạn chức năng chuyển hóa năng lượng gây ra bởi tổn thương HSD cường điệu có thể bao gồm quá trình chuyển hóa hiếu khí và chuyển hóa kỵ khí bị ức chế cộng tác, đây là một hiện tượng thay đổi chuyển hóa hiếm gặp.

Các mức BCAA (Ile, Val và Leu) trong các mẫu HSDS được điều chỉnh tăng so với các mức trong các mẫu CONS. BCAA có thể được chuyển đổi thành acetyl-CoA và succinyl-CoA [42] làm chất nền cho quá trình tân tạo glucose và tạo ATP. Do đó, việc điều chỉnh lại BCAA có khả năng được tạo ra để đáp ứng nhu cầu bù năng lượng sau chấn thương HSD. Trong khi đó, phù hợp với nhu cầu bù năng lượng, con đường chuyển hóa oxy hóa axit béo cũng được điều chỉnh và mức độ Car (một chất chuyển hóa đánh dấu cho quá trình oxy hóa axit béo) thấp hơn đã được phát hiện trong các mẫu HSDC. Con đường chuyển hóa glycine, serine và threonine (Hình 6B) cũng cung cấp các tiền chất chuyển hóa năng lượng quan trọng để đi vào chu trình citrate [43]. Trong con đường này, Cho, Gly và Thr là ba điểm nhấn. Cho và Gly được chứng minh là giảm khi tiếp xúc với HSD. Tương tự như vậy, con đường cholinergic có liên quan đến các bất thường về xã hội và hành vi, cũng như thành phần thiết yếu của màng tế bào và cần thiết cho quá trình tổng hợp chất dẫn truyền thần kinh acetylcholine. Gly là axit amin đơn giản nhất với một số chức năng, bao gồmSự trao đổi chất béo, chức năng thần kinh, phát triển cơ bắp và kết hợp với glutathione chống oxy hóa [44].

chuyển hóa chất dẫn truyền thần kinh

Sự trao đổi chất dẫn truyền thần kinh là rất quan trọng để duy trì chức năng não bình thường. Tuy nhiên, một loạt các mất cân bằng dẫn truyền thần kinh đã được đặc trưng ở chuột mô hình HSD. Mức độ tăng của các chất dẫn truyền kích thích dopamine và noradrenaline đi kèm với việc giảm các chất dẫn truyền thần kinh ức chế bao gồm 5HT, Gly và GABA trong nhóm HSD so với nhóm chứng. GABA, với tư cách là chất dẫn truyền thần kinh ức chế chính, chịu trách nhiệm ngăn chặn hoạt động glutamatergic kích thích, do đó, một cách tự nhiên, sự gián đoạn một trong hai chất chuyển hóa này sẽ ảnh hưởng đến chất kia về sự thay đổi nồng độ của Asp, Gly và Gln. Chất dẫn truyền thần kinh kích thích ACh tham gia vào nhiều chức năng của hệ thần kinh trung ương [45] chủ yếu bằng cách điều chỉnh các thụ thể acetylcholine và các con đường xuôi dòng của chúng. Trong nghiên cứu này, hoạt độ AChE trong quá trình thủy phân ACh được đo. Hoạt động của AChE giảm cho thấy có sự xáo trộn của con đường cholinergic. Hơn nữa, mức độ ban đầu của axit amin thiết yếu Lys đã được tìm thấy tăng đáng kể ở chuột HSD. Lys đã được báo cáo là ngăn chặn các thụ thể serotonin và sự tích tụ của nó sẽ ảnh hưởng đến chức năng bình thường của 5HT [46]. Asp, một chất dẫn truyền thần kinh kích thích khác, được dẫn xuất trực tiếp bằng cách chuyển hóa từ một chất trung gian của chu trình TCA, oxaloacetate. Chúng tôi thấy rằng nồng độ của Asp đã giảm đáng kể trong nhóm chuột HSD, cung cấp thêm bằng chứng về tác động mất cân bằng đối với nhiễm độc thần kinh dễ bị kích thích, với ba lần tấn công khác của Ala, FMA và GABA. Bốn chất chuyển hóa này bao gồm các con đường chuyển hóa alanine, aspartate và glutamate (Hình 6A, 7). Những phát hiện này cho thấy sự nhiễu loạn trong tái chế/sản xuất chất dẫn truyền thần kinh và sự mất cân bằng giữa các chất dẫn truyền thần kinh kích thích/ức chế do hiệu ứng HSD gây ra. Kết hợp lại với nhau, các rối loạn chuyển hóa có hệ thống, bao gồm rối loạn chức năng chuyển hóa năng lượng, stress oxy hóa và rối loạn chuyển hóa chất dẫn truyền thần kinh, được gây ra trong chấn thương não đặc hiệu theo vùng của chuột HSD. Điều chỉnh giảm NAA, một chỉ số chung về sức khỏe thần kinh, gợi ý những bất thường về chức năng thần kinh. Những dữ liệu này chỉ ra rằng tổn thương tế bào thần kinh được gây ra bởi sự tiếp xúc với quá trình giải nén siêu thanh 4.0 MPa. Đồng ý với suy luận này, mức độ Pcho và Cho, là tiền chất của phosphatidylcholine (PC) liên quan đến quá trình ly giải màng tế bào, quá trình chết theo chương trình và phản ứng viêm, đã được điều chỉnh xuống. Sự giảm nồng độ của các chất chuyển hóa liên quan đến màng cho thấy sự phá vỡ tính toàn vẹn của màng tế bào liên quan đến tổn thương tế bào thần kinh. Tổn thương tế bào thần kinh có thể là lý do chính cho sự thay đổi trao đổi chất do hiệu ứng HSD gây ra.

kết luận

Trong nghiên cứu hiện tại, đánh giá chuyển hóa và hóa sinh dựa trên NMR đã được áp dụng để lập hồ sơ về sự thay đổi chuyển hóa trong sự thay đổi chuyển hóa đặc hiệu vùng não của chuột mô hình HSD sau quá trình giải nén cường độ cao 400 msw của sự giải phóng bão hòa heliox. Sau đó, chúng tôi phát hiện ra rằng HSD gây ra quang sai chuyển hóa đáng kể, bao gồm stress oxy hóa, rối loạn chuyển hóa năng lượng, rối loạn chuyển hóa chất dẫn truyền thần kinh và phá vỡ màng tế bào. Tuy nhiên, các cơ chế phân tử sâu sắc hơn về phơi nhiễm HSD nên được nghiên cứu trong nghiên cứu trong tương lai.

Hình 7. Sơ đồ tổng quan về những thay đổi được suy luận trong các con đường chuyển hóa não tiềm năng sau bão hòa heliox cao áp.

Hạn chế

Các nguồn lỗi tiềm ẩn trong nghiên cứu này có thể là do thiết kế và các phân tích. Mặc dù các rối loạn chức năng vỏ não, hồi hải mã và thể vân có mối tương quan chặt chẽ với một số triệu chứng của sự nhàn rỗi của hệ thần kinh trung ương trong các mô hình động vật, nhưng ba vùng não này là những vùng được nghiên cứu ở đây. Một loạt các biểu hiện tâm thần vận động và nhận thức của sự nhàn rỗi của CNS dưới các yếu tố bệnh lý (áp suất khí quyển quá mức, bọt khí trong cơ thể và bệnh giảm áp) cũng bị ảnh hưởng bởi rối loạn chức năng tiểu não, nhưng rối loạn chuyển hóa của tiểu não không được xem xét trong nghiên cứu này. Hơn nữa, NMR chỉ có thể phát hiện các chất chuyển hóa não hạn chế trong nghiên cứu này; do đó, nên sử dụng phương pháp chuyển hóa dựa trên LC-MS (sắc ký lỏng song song khối phổ) trong các nghiên cứu trong tương lai để phát hiện thêm các chất chuyển hóa nội sinh trong não để hiểu đầy đủ cơ chế của hiệu ứng giải nén hyperbaric trong môi trường bão hòa heliox.

Thông tin hỗ trợ S1 Hình. Sự thay đổi trao đổi chất do tiếp xúc với áp suất cao của môi trường bão hòa heliox 400msw và trên các vùng não khác nhau. Biểu đồ điểm phân tích thành phần chính (PCA) của PC1/PC2 thu được từ dữ liệu 1H NMR và được tô màu theo các nhóm CONC và HSDC (A, R2X=0.40, Q2=-0.02), CONH và HSDH (B, R2X=0.50, Q2=0.16), CONS và HSDS (C, R2X=0.43, Q2=0.05),; chia tỷ lệ đã được thực hiện cho phương sai đơn vị; Phân tích phân biệt bình phương nhỏ nhất từng phần (PLS-DA) cho điểm biểu đồ từ phổ 1H NMR của chiết xuất từ ​​vỏ não (A', R2X=0.38, Q2=0.54), hải mã (B', R2X=0.37, Q2=0.35) và vân (C', R2X=0.39, Q2=0.42) từ các nhóm CON và HSD; quy mô đã được thực hiện để đơn vị phương sai. (DOCX)

Người giới thiệu

1. Bowser-Riley F. Nghiên cứu cơ học về hội chứng thần kinh áp lực cao. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 1984; 304(1118):31–41. Xuất bản 1984/01/07. https://doi.org/10.1098/rstb.1984.0006 PMID: 6142478

2. Jain KK. Hội chứng thần kinh cao áp (HPNS). Quét tế bào thần kinh Acta. 1994; 90(1):45–50. Xuất bản 1994/07/01. https://doi.org/10.1111/j.1600-0404.1994.tb02678.x PMID: 7941956

3. Bliznyuk A, Hollmann M, Grossman Y. Phản ứng với căng thẳng áp suất cao: Sự tham gia của các phân nhóm thụ thể NMDA và các dấu hiệu phân tử. Vật lý phía trước. 2019; 10:1234. Xuất bản 2019/10/16. https://doi.org/ 10.3389/fphys.2019.01234 PMID: 31611813

4. Mor A, Grossman Y. Điều chế áp suất cao của tính dễ bị kích thích phụ thuộc vào thụ thể NMDA. Khoa học thần kinh Eur J. 2007; 25(7):2045–52. Xuất bản 2007/04/19. https://doi.org/10.1111/j.1460-9568.2007.05479.x PMID: 17439491

5. Moen G, Specht K, Taxt T, Sundal E, Groning M, Thorsen E, et al. Suy giảm tưới máu và khuếch tán não ở thợ lặn Biển Bắc. Acta phóng xạ. 2010; 51(9):1050–8. EPub 2010/09/21. https://doi.org/10.3109/ 02841851.2010.515245 PMID: 20849321

6. Hope A, Stuhr LB, Pavlin T, Bjorkum AA, Gronning M. MRI của hệ thống thần kinh trung ương ở chuột sau khi giải nén bão hòa heliox. Dưới biển Hyperb Med. 2015; 42(1):57–64. EPub 2015/06/23. PMID: 26094305

7. Phản ứng của Vaernes R, Hammerborg D, Ellertsen B, Peterson R, Tonjum S. CNS ở 51 ATA trên trimix và heliox và trong quá trình giải nén. Biomed dưới biển Res. 1985; 12(1):25–39. Xuất bản 1985/03/01. PMID: 3839948 8. Hsu WH, Wang SJ, Chao YM, Chen CJ, Wang YF, Fuh JL, et al. Dấu hiệu chuyển hóa nước tiểu trong hội chứng co thắt mạch máu não có thể đảo ngược. Đau đầu. 2020; 40(7):735–47. Xuất bản 2020/01/09. https://doi.org/10.1177/0333102419897621 PMID: 31910660

9. Ghosh S, Sengupta A, Sharma S, Sonawat HM. Dự đoán sớm bệnh sốt rét thể não bằng (1) H NMR dựa trên chất chuyển hóa. Malar J. 2016; 15:198. EPub 2016/04/14. https://doi.org/10.1186/s12936-016- 1256-z PMID: 27066781

10. Cabre R, Jove M, Naudi A, Ayala V, Pinol-Ripoll G, Gil-Villar MP, et al. Thích ứng chuyển hóa cụ thể Xác định lỗ hổng khu vực khác biệt trong vỏ não người trưởng thành. Mặt trận Mol Neurosci. 2016; 9:138. EPub 2016/12/23. https://doi.org/10.3389/fnmol.2016.00138 PMID: 28008307

11. van den Brink WJ, Hankemeier T, van der Graaf PH, de Lange ECM. Gói mũi tên: cải thiện sự phát triển thuốc CNS tịnh tiến bằng chuyển hóa PK / PD tích hợp. Chuyên gia Opin Thuốc Discov. 2018; 13 (6):539–50. Xuất bản 2018/03/10. https://doi.org/10.1080/17460441.2018.1446935 PMID: 29519169

12. Nielsen JE, Maltesen RG, Havelund JF, Faergeman NJ, Gotfredsen CH, Vestergard K, et al. Đặc trưng cho bệnh Alzheimer thông qua các chất chuyển hóa dựa trên NMR- và LC-MS tích hợp. Trao đổi chất mở. 2021; 12:100125. Xuất bản 2021/10/09. https://doi.org/10.1016/j.metop.2021.100125 PMID: 34622190

13. Griffin JL, Cemal CK, Pook MA. Xác định một kiểu hình trao đổi chất trong não của một mô hình chuột biến đổi gen của spinocerebellar ataxia 3. Physiol Genomics. 2004; 16(3):334–40. EPub 2003/12/18. https:// doi.org/10.1152/physiolgenomics.00149.2003 PMID: 14679302

Hỏi thêm:

Thư điện tử:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Điện thoại: cộng với 86 15292862950