Übersprechen zwischen Neuronen und Gliazellen bei oxidativer Verletzung und Neuroprotektion Teil 1

Abstrakt:

Um oxidativem Stress und den damit verbundenen Gehirnerkrankungen entgegenzuwirken, retten Antioxidationssysteme neuronale Zellen vor oxidativem Stress, indem sie reaktive Sauerstoffspezies neutralisieren und die Genregulation aufrechterhalten.

Der Zusammenhang zwischen antioxidativem Stress und Gedächtnis gibt Anlass zu großer Sorge. Im modernen Leben verstärken der Stress und die Umweltverschmutzung, mit denen wir konfrontiert sind, die Produktion freier Radikale und oxidativen Stresses, die negative Auswirkungen auf unseren Körper haben können, einschließlich einer Schädigung unseres Gehirns und unseres Gedächtnisses.

Über diese Probleme brauchen wir uns jedoch keine Sorgen zu machen. Wissenschaftler haben bewiesen, dass es durch die Bereitstellung geeigneter Antioxidantien möglich ist, die Produktion freier Radikale wirksam zu reduzieren und oxidativen Stress zu bekämpfen. Dies bietet uns eine einfache, aber effektive Möglichkeit, unser Gedächtnis zu verbessern.

Verschiedene Antioxidantien schützen nachweislich Gehirnzellen vor Schäden durch oxidativen Stress. Zu diesen Antioxidantien gehören Vitamin E, Vitamin C, Carotinoide, Selen und mehr. Wissenschaftler glauben, dass unser Gehirn besser vor Angriffen freier Radikale und oxidativem Stress geschützt ist, wenn unser Körper mit diesen Antioxidantien überflutet wird.

Darüber hinaus kann uns moderate Bewegung auch dabei helfen, freie Radikale und oxidativen Stress zu bekämpfen. Regelmäßige Bewegung verbessert die Sauerstoffaufnahme, erhöht die Durchblutung und erhöht die Fähigkeit des Körpers, Antioxidantien zu produzieren. Diese Prozesse helfen uns letztendlich, unser Gedächtnis zu verbessern, sodass wir konzentrierter sind und uns besser an Dinge erinnern können.

Schließlich sollte im täglichen Leben auch bei unserer Ernährung auf die Kombination geachtet werden. Wir sollten sicherstellen, dass wir in unseren Mahlzeiten die richtige Menge an Vitaminen, Mineralien und Ballaststoffen zu uns nehmen, die uns helfen, freien Radikalen und oxidativem Stress besser zu widerstehen. Gleichzeitig sollten wir den Verzehr von fettreichen Lebensmitteln und zu viel Zucker vermeiden, um die Bildung weiterer schädlicher Verbindungen zu vermeiden.

Kurz gesagt, der Zusammenhang zwischen antioxidativem Stress und Gedächtnis ist untrennbar miteinander verbunden. Wir können unser Gehirn vor den Schäden durch oxidativen Stress schützen und ein besseres Erlebnis schaffen, indem wir unser Gedächtnis durch richtige Ernährung, Bewegung und Nahrungsergänzungsmittel verbessern. Beginnen wir also von jetzt an mit aktiven Maßnahmen, um unseren Körper und unser Gedächtnis zu schützen und ein Leben voller Kraft und Vitalität zu führen! Es ist ersichtlich, dass wir das Gedächtnis verbessern müssen, und Cistanche deserticola kann das Gedächtnis erheblich verbessern, da Cistanche deserticola ein traditionelles chinesisches Arzneimittel ist, das viele einzigartige Wirkungen hat, darunter die Verbesserung des Gedächtnisses. Die Wirksamkeit von Cistanche deserticola beruht auf den vielen darin enthaltenen Wirkstoffen, darunter Gerbsäure, Polysaccharide, Flavonoidglykoside usw. Diese Inhaltsstoffe können die Gesundheit des Gehirns auf verschiedene Weise fördern.

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Es ist notwendig, die Kommunikation und Interaktionen zwischen Gehirnzellen, einschließlich Neuronen, Astrozyten und Mikroglia, zu verstehen, um oxidativen Stress und antioxidative Mechanismen zu verstehen.

Hier wird die Rolle von Glia beim Schutz von Neuronen vor oxidativen Schäden und Glia-Neuronen-Kreuzgesprächen zur Aufrechterhaltung antioxidativer Abwehrmechanismen und des Gehirnschutzes untersucht.

Der erste Teil dieser Übersicht konzentriert sich auf die Rolle von Glia bei den morphologischen und physiologischen Veränderungen, die für die Homöostase des Gehirns unter oxidativem Stress und antioxidativen Abwehrmechanismen erforderlich sind. Der zweite Teil konzentriert sich auf die wesentliche Wechselwirkung zwischen Neuronen und Glia für das Redoxgleichgewicht im Gehirn und den Schutz vor oxidativem Stress.

Schlüsselwörter: Neuron-Glia-Interaktion; Astrozyt; Mikroglia; oxidative Schädigung; Neuroprotektion.

1. Einleitung

Das Gehirn ist aufgrund seiner hohen oxidativen Stoffwechselaktivität, der intensiven Produktion reaktiver Sauerstoffmetaboliten, der schwachen antioxidativen Kapazität, des relativ hohen Lipidgehalts, des hohen Energiebedarfs, der sich nicht replizierenden neuronalen Zellen und des hohen Verhältnisses von Membranoberfläche zu Zytoplasma sehr anfällig für oxidative Schäden .

Folglich führt eine oxidative Verletzung zu einer neurodegenerativen Erkrankung [1,2]. Insbesondere erhöhen reaktive Sauerstoffspezies (ROS) die Anfälligkeit für Hirnzellschäden und Funktionseinbußen durch ein Redox-Ungleichgewicht zwischen prooxidativen und antioxidativen Wirkstoffen, was die Bildung freier Radikale und anderer reaktiver Moleküle induziert. Es liegen mehrere Studien zur Neuroprotektion und zur Rettung von Neuronen nach oxidativen Verletzungen vor [3,4].

Um neue therapeutische Interventionen zu entwickeln und die Krankheiten zu diagnostizieren, die aus oxidativen Hirnverletzungen resultieren, ist es notwendig, die physiologischen Funktionen von Gehirnzellen und die Wechselwirkung zwischen ihnen zu verstehen. Astrozyten sind wichtig für die Homöostase des Gehirns, da sie Neuronen mit Nährstoffen versorgen, die Integrität der Blut-Hirn-Schranke aufrechterhalten, die Synapsenaktivität regulieren und Zellmetaboliten verarbeiten [5].

Mikroglia sind von entscheidender Bedeutung, da sie als Makrophagen im Gehirn fungieren und schnell auf Störungen im Gehirn reagieren [6]. Die gezielte Interaktion zwischen Astrozyten, Mikroglia und anderen Gehirnzellen kann oxidative Schäden aufhalten oder umkehren, was zu einer Neuroprotektion führt.

Spezifische Gliazellen-basierte Diagnoseansätze, die Gliazellen-Signalwege mithilfe von Biomarkern oder Neuroimaging erkennen, können Personen, bei denen das Risiko einer neuronalen Dysfunktion besteht, viel früher und präziser identifizieren, und diese Biomarker können die Überwachung des Fortschreitens und/oder der Genesung oxidativer Erkrankungen ermöglichen.

Dieser Aufsatz fasst das aktuelle Wissen über die physiologischen Rollen und Funktionen von Astrozyten und Mikroglia als Reaktion auf oxidativen Stress, ihre Interaktionen mit Neuronen und ihre neuroprotektiven Fähigkeiten zusammen.

2. Anfälligkeit des Gehirns gegenüber oxidativem Stress

Oxidativer Stress, der durch verschiedene Mechanismen induziert werden kann, spielt eine entscheidende Rolle beim neuronalen Tod und bei Funktionsstörungen des Gehirns und löst neurodegenerative Erkrankungen aus, darunter Alzheimer-Krankheit (AD), Parkinson-Krankheit (PD), Alterung und andere neurodegenerative Erkrankungen [7–9].

Das Gehirn benötigt große Mengen Adenosintriphosphat (ATP) und verbraucht über 25 % der zirkulierenden Glukose und 20 % des gesamten Grundsauerstoffs (O2), um die neuronale Aktivität aufrechtzuerhalten [10,11]. Der Glukoseverbrauch kann jedoch oxidativen Stress auslösen, indem er Proteine ​​durch die Bildung fortgeschrittener Glykationsendprodukte inaktiviert, und die Sauerstoffverwertung kann über endogene Mechanismen während der Zellatmung ROS und reaktive Stickstoffspezies (RNS) produzieren [12,13].

Die Produktion von ROS/RNS erfolgt größtenteils während der oxidativen Phosphorylierung, und eine erhöhte Produktion freier Radikale spielt eine entscheidende Rolle beim neuronalen Tod. Wenn die ROS/RNS-Produktion die Abfangkapazität des antioxidativen Reaktionssystems übersteigt, kommt es zu einem umfassenden Proteinabbau, einer Lipidoxidation und einer DNA-Degeneration, die anschließend einen übermäßigen und pathologischen Verlust von Neuronen induzieren [14,15].

Der primäre Mechanismus des oxidativen Zelltods ist die Bildung von ROS und eine Funktionsstörung der Mitochondrien.

Einzelelektronenreaktionen erzeugen reaktive Moleküle als unerwünschte Nebenprodukte der Atmung oder als Folge übermäßiger Abwehrmechanismen. ROS/RNS umfasst Singulett-Sauerstoff, Superoxid-Anion-Radikale, Hydroxyl-Radikale, Wasserstoffperoxid, Stickstoffmonoxid und Peroxynitrite-Anionen [16].

Diese instabilen Moleküle zerstören zelluläre Lipide und Proteine ​​und aktivieren folglich die intrazelluläre ROS-Produktion über Nicotinamidadenindinukleotidphosphat (NADPH) und die Elektronentransportkette. Durch die Zellmembran wird NADPH als Elektronendonor für Elektronentransfers verwendet und schließlich wird molekularer Sauerstoff zu ROS reduziert [17].

Die Mitochondrien sind die Hauptstandorte der intrazellulären ROS-Produktion und die Ziele ROS-induzierter Schäden. Ein langsamer Elektronentransfer während der Atmungskette erhöht die ROS-Produktion und schädigt das Antioxidationssystem ernsthaft [18]. Sekundäre Mechanismen des Zelltods durch ROS-Produktion sind Exzitotoxizität, Eisenstoffwechsel, Zytokine, Pyroptose und Nekroptose.

Die übermäßige Freisetzung von Glutamat und ein Zustrom von Ca2+ verursachen eine Kalziumüberladung in Neuronen und eine Störung der intrazellulären Ca2+-Homöostase, was die Exzitotoxizität verstärken kann, indem es zur ROS-Produktion führt [19]. Auch eisenabhängiger oxidativer Stress führt zu einer Verschlechterung der Gehirnfunktion. Wenn eine Eisenüberladung die Entgiftungssysteme einer Zelle überfordert, steigt der Eisengehalt (insbesondere Fe2+) und fördert die Umwandlung von H2O2 in •OH durch die Fenton-Reaktion, wodurch der oxidative Stress verstärkt wird [20].

Entzündungszellen, Immunfaktoren und Chemokine können schädliche Verbindungen und Zytokine freisetzen, die oxidativen Stress verstärken und Neuronen schädigen. Mikroglia, die für die Redoxstabilität wichtig sind, aktivieren die Enzyme NADPH-Oxidase (NOX) und Stickoxidsynthase (NOS), was zu einer erhöhten Produktion von führt ROS undRNS [21,22]. Astrozyten stimulieren die Aktivierung und Proliferation von Mikroglia, die viele Entzündungsmediatoren im Gehirn produzieren. Pyroptose ist eine andere Art des entzündlichen programmierten Zelltods.

Der Leucin-Rich-Repeat (NLR) Pyrin-Domain-Containing3 (NLRP3)-Inflammasom-Signalweg, der die Zellpyrolyse induziert, wird durch die ROS-Erzeugung während einer Hirnverletzung ausgelöst [23]. Die Aktivierung des NLRP3-Inflammasoms in Astrozyten und Mikroglia löst Entzündungsreaktionen und den Tod von Neuronen aus [24]. Die intrazelluläre ROS-Akkumulation kann Proteine, Glukose, Lipide und Nukleinsäuren verändern und so zu Funktionsstörungen und Zelltod führen.

Eine durch Tumornekrosefaktor (TNF) induzierte Nekroptose (programmierte Nekrose) kann ebenfalls zur ROS-Erzeugung führen [25]. Der pathophysiologische Mechanismus des Zelltods aufgrund von oxidativem Stress ist in Abbildung 1 beschrieben.

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