Mitofagia în ischemia cerebrală și leziunea de ischemie/reperfuzieⅡ

FIZIOLOGIA LEZIUNII ISCHEMIC-REPERFUZII (FIGURA 2)

Clasificarea clinică a accidentului vascular cerebral ischemic

Accidentul vascular cerebral ischemic, cunoscut și sub numele de ischemie cerebrală, este un tip semnificativ al tuturor cazurilor de accident vascular cerebral. Această boală apare atunci când cheagurile de sânge sau plăcile blochează sau îngustează arterele creierului. În funcție de starea patologică, accidentul vascular cerebral ischemic poate fi împărțit în mai multe subtipuri: stenoză arterială intracraniană, ocluzie arterială acută și ocluzie arterială cronică. Stenoza arterială intracraniană se referă la îngustarea arterelor cauzată de formarea de depozite grase numite plăci aterosclerotice și de îngroșarea concomitentă a pereților vaselor.

Faceți clic pentru a cistanche tubulosa Australia pentru accident vascular cerebral ischemic

În arterele intracraniene, inclusiv arterele cerebrale medii, artera bazilară, arterele carotide și arterele vertebrale intracraniene, vasele de sânge îngustate pot reduce semnificativ fluxul sanguin, ducând la un eveniment ischemic (Chimowitz et al., 2005; Banerjee și Chimowitz, 2017). O analiză sistematică care se concentrează pe rolul aterosclerozei intracraniene în accidentul vascular cerebral ischemic indică faptul că stenoza care induce ateroscleroza cu grad mai mare de 30% poate fi o cauză a infarctului cerebral fatal (Mazighi și colab., 2008). Placa de ateroscleroză este trombogenă. Odată ce capacul său este rupt, se poate forma un cheag instabil pentru a îngusta sau a oclude complet arterele. Cheagul de sânge care blochează locul afectat se poate forma local sau poate avea originea în altă parte, cum ar fi în inimă, și se poate emboliza prin sistemul circulator.

Ruptura plăcilor și emboliile cheagurilor sunt de obicei legate de ocluzia arterială acută, manifestând simptome de accident vascular cerebral în câteva ore (Malhotra și colab., 2017). Ocluzia poate fi, de asemenea, cronică (durează mai mult de 4 săptămâni) dacă creierul modifică hemodinamica cerebrală și compensează fluxul sanguin prin construirea circulației colaterale ca răspuns la aportul de sânge arterial redus (Sundaram et al., 2017). În acest caz, cu o compensație colaterală suficientă, boala poate fi asimptomatică și benignă (Powers et al., 2000); Ocluzia cronică fără o compensație suficientă din circulația colaterală ar putea duce în continuare la hipoperfuzie cerebrală cronică, ducând la infarct ischemic. În unele cazuri, pacienții cu ocluzie cronică se pot recanaliza spontan pe o perioadă lungă de timp (mai mult de 3 luni) (Delgado et al., 2015).

Managementul AVC ischemic

Agenții trombolitici și procedurile de recanalizare sunt dezvoltați ca strategii de reperfuzie pentru a recupera fluxul sanguin în arterele afectate. De obicei, aceste trei subtipuri de accident vascular cerebral sunt date abordări terapeutice diferite în cadrul clinic. Din cauza limitelor tehnice, stenoza severă și ocluzia acută a arterelor sunt greu de distins cu acuratețe (Clevert et al., 2006). Cu toate acestea, diagnosticul corect poate fi benefic pentru un tratament optim și un prognostic mai bun. Tromboliza intravenoasă este singura terapie aprobată pentru pacienții cu AIS și poate fi administrată în decurs de 3 ore de la debutul simptomelor. Cu toate acestea, rezultatele clinice ale tratamentului medical trombolitic numai pentru pacienții cu stenoză și ocluzie severă au arătat un prognostic mai rău decât s-a așteptat și o eficacitate mai mică (Mokin și colab., 2012).

Studiile clinice care se concentrează pe liza cheagurilor sugerează că numai terapia trombolitică intravenoasă are o rată scăzută de recanalizare de doar 30-40% în rândul pacienților (Chen et al., 2012). O altă analiză a rezultatelor clinice ale trombolizei intravenoase pentru ocluzia arterei carotide interne sugerează că rata rezultatelor favorabile este de 25% (Mokin et al., 2012). Tratamentele de revascularizare, inclusiv stentarea sau endarterectomia, au fost astfel recomandate pacienților cu stenoză moderată sau severă. Comparativ cu tromboliza intravenoasă, primitorii de trombectomie au o incidență semnificativ redusă a accidentului vascular cerebral ipsilateral, ceea ce înseamnă un prognostic mai bun. Terapiile arteriale obțin, de asemenea, un rezultat mai bun la pacienții cu ocluzie acută (Mokin și colab., 2012). Cu toate acestea, în cadrul clinic, endarterectomia nu este considerată o opțiune de mulți în tratarea ocluziei complete ICA, deoarece această operație este încă dificil de efectuat din punct de vedere tehnic pentru prevenirea generării de trombi postoperatori și menținerea unui prognostic bun (Kao și colab., 2007; Chen și colab. ., 2012; Faggioli et al., 2013).

Până acum, căutarea unor tratamente eficiente pentru ocluzia cronică continuă. Tratamentele medicale precum medicamentele anti-agresiune plachetară sau activatorii plasminogenului intravenos pot fi administrate pacienților pentru a reduce riscul de accident vascular cerebral. Abordările chirurgicale, cum ar fi endarterectomia și stentarea, pot fi, de asemenea, utilizate în tratarea ocluziei cronice, deși prezintă încă unele dezavantaje aparente. La fel ca în ocluzia acută, endarterectomia poate eșua în cazurile cu organizarea complexă a cheagurilor, iar rata de succes a recanalizării atinge doar 40% la pacienții cu ocluzie cronică (Thompson și colab., 1986; Xu și colab., 2018). Hipoperfuzia încă apare la pacienții care nu au reușit să restabilească fluxul sanguin în terapiile de recanalizare, ceea ce se presupune că are ca rezultat reapariția evenimentelor ischemice (Grubb și colab., 1998). De asemenea, în procesul de stentare, cheagul se poate desprinde atunci când stentul este eliberat, blocând artera intracraniană și, prin urmare, poate provoca complicații postoperatorii (Xu et al., 2018).

Leziune de ischemie-reperfuzie

La pacienții care primesc terapii de recanalizare, restabilirea bruscă a fluxului sanguin poate fi uneori dăunătoare, ducând la așa-numita „leziune de reperfuzie”. Leziunea I/R se referă la leziunea de reoxigenare a țesuturilor cauzată de revenirea bruscă a alimentării cu sânge la țesuturile ischemice sau anoxice. În timpul fazei de ischemie, aportul de sânge sub cerințele funcționale standard va cauza deficiențe de oxigen și nutrienți, ducând la tulburări metabolice (Irie și colab., 2014) și la răspuns inflamator (Jin și colab., 2013) în zonele afectate. Restabilirea fluxului sanguin a fost astfel considerat un tratament fundamental pentru păstrarea funcției țesuturilor. O mulțime de cercetări și studii clinice privind tratamentele de reperfuzie au arătat că terapiile de reperfuzie, inclusiv agenții trombolitici intravenosi și intervențiile endovasculare, cum ar fi trombectomia mecanică, sunt relativ sigure și pot ajuta la recuperarea pacienților cu AVC ischemic acut (AIS) atunci când sunt administrate într-o fereastră de timp îngustă. (Kwiatkowski et al., 1999; Lees et al., 2010; Berkhemer et al., 2014; Jovin et al., 2015).

Cu toate acestea, reperfuzia poate provoca, de asemenea, leziuni secundare în țesuturile ischemice anterior, deoarece reaprovizionarea cu nutrienți și oxigen poate declanșa producția și acumularea considerabilă de ROS și, între timp, modifică homeostazia calciului, ducând la stres oxidativ excesiv și inflamație locală. Astfel de modificări celulare provoacă leziuni celulare și pot activa calea morții celulare în fostele țesuturi ischemice.

PProcesul și mecanismele de leziune I/R (Figura 2)

Stresul oxidativ excesiv joacă un rol critic în leziunile I/R

Stresul oxidativ este o perturbare a echilibrului dintre radicalii liberi și capacitatea antioxidantă și apare adesea atunci când producția de ROS depășește apărarea antioxidantă. În stadiul ischemic, fluxul sanguin obstrucționat cu aport mai puțin de oxigen și nutrienți induce o schimbare a metabolismului mitocondrial de la aerob la anaerob, producând astfel o concentrație mai mică de ATP și agenți antioxidanti în celule. Revenirea ulterioară a fluxului sanguin în țesutul ischemic poate determina reactivarea respirației aerobe mitocondriale și astfel crește producția de ROS. Datorită nivelului scăzut de agenți antioxidanti, oxidarea depășește antioxidarea în perioada de reperfuzie, determinând astfel stres oxidativ crescut.

Sistemele enzimatice, inclusiv sistemul xantinoxidază, sistemul NADPH oxidază, sistemul oxid nitric (NO) sintază și lanțul de transport de electroni mitocondrii, sunt implicate în principal în apariția stresului oxidativ. În celulele normale, metabolismul purinelor inițiază de la conversia ATP în inozină cu participarea deaminazelor și nucleotidazelor, urmată de transformarea sa ulterioară în hipoxantină. Oxidarea hipoxantinei în xantină și a xantinei în acid uric are loc mai târziu, iar xantin dehidrogenaza (XDH) și xantinoxidaza (XOD) funcționează separat în aceste două procese de oxidare. XDH utilizează NAD plus ca acceptor de electroni pentru a produce NADH, iar starea de ischemie poate induce trecerea sa la XOD care utilizează O2 ca acceptor (Kinuta și colab., 1989). Restaurarea fluxului sanguin și a oxigenului poate stimula procesul de oxidare în metabolismul purinelor. Deoarece nivelul XOD este promovat anterior, formarea acidului uric în faza de reperfuzie este însoțită de producerea de anion superoxid (O2−) foarte reactiv. Superoxidul poate fi ulterior mutat în peroxid de hidrogen (H2O2) și radicalul hidroxil (OH•), care stimulează și mai mult stresul oxidativ și provoacă daune. NADPH oxidazele sunt sursa primară de ROS. Ele oxidează NADPH la NADP plus și livrează electroni la O2, generând astfel superoxid sau H2O2.

S-a raportat că familia Nox/Duox de NADPH oxidaze se implică în producția de ROS în timpul leziunii I/R prin activitatea lor facilitată (Wang și colab., 2006; Simone și colab., 2014). Nox2 a fost un accent în leziunile I/R care apar în accident vascular cerebral. Șoarecii cu deficit de subunitate Nox și șoarecii cu pretratament cu apocinină (un inhibitor Nox2) prezintă o scădere remarcabilă a volumului infarctului și un rezultat clinic îmbunătățit al accidentului vascular cerebral (Chen și colab., 2009; Jackman și colab., 2009), sugerând că ROS indus de Nox joacă un rol important. rol considerabil în leziunile I/R. Pe lângă producerea imediată de ROS, NADPH oxidazele reglează și producția de ROS prin stimularea sistemului NO sintazei. NO, cunoscut și ca un factor de relaxare derivat din endoteliu, este produs din L-arginină de oxid nitric sintază (NOS) din trei surse: neuron NOS (nNOS), NOS inductibil (iNOS) și NOS endotelial (eNOS). Rolul NO este variabil: în general funcționează ca un agent antioxidant, dar interacțiunea sa cu anionul superoxid poate duce la formarea peroxinitritului (ONOO−) (Marla și colab., 1997). ROS creat de NADPH oxidaze poate oxida tetrahidrobiopterina (BH4), un cofactor esențial care mediază activitatea eNOS. Oxidarea BH4 induce ulterior decuplarea eNOS, rezultând o scădere a producției de NO și creșterea producției de ONOO− din eNOS (Landmesser și colab., 2003).

Mitocondriile sunt locul principal de generare, acțiune și vătămare a stresului oxidativ. ROS poate fi generat din ETC. În ischemie, stresul celular poate induce modificări post-translaționale ale proteinelor de fosforilare oxidativă în ETC, făcându-le mai sensibile la reoxigenare (Prabu și colab., 2006). Complexele ETC perturbate pot duce la potențiale mai mari ale membranei mitocondriale, asociate pozitiv cu o generare mai mare de ROS (Prabu și colab., 2006). Stresul oxidativ sporit poate viza mitocondriile și poate deteriora în continuare ETC, provocând mai multă generare de ROS (Indo și colab., 2007) ulterior. ROS de origine exogene și generarea ROS mitocondrială poate duce la deteriorarea ADN-ului mitocondrial (Indo et al., 2007). În plus, prea mult stres oxidativ poate deteriora sau deces celular (Figura 2).

Supraîncărcare cu calciu: o altă tulburare a leziunilor de ischemie-reperfuzie

În plus față de stresul oxidativ cauzat de diferite surse, supraîncărcarea cu calciu și nivelul crescut anormal de Ca2 plus intracelular este un alt patologic major care joacă un rol important în leziunea de reperfuzie. Respirația anaerobă în ischemie scade pH-ul intracelular; astfel, schimbătorul Na plus/H plus (NHE) permite ca afluxul de Na plus să mențină pH-ul. NHE este în general inactivată în timpul ischemiei, dar activitatea sa poate fi crescută în timpul reperfuziei, ducând la un aflux mare de Na plus (Allen și Xiao, 2003). Un nivel mai scăzut de ATP în ischemie slăbește, de asemenea, activitatea pompelor Na plus dependente de energie, rezultând un nivel mai ridicat de Na plus intracelular.

Un studiu din 1987 a sugerat că dezechilibrul de sodiu precedent ar fi o cauză a supraîncărcării cu calciu, utilizând un model de încărcare Na plus plină de energie (Grinwald și Brosnahan, 1987). Nerevenirea la echilibrul normal de Na plus la restabilirea oxigenului poate promova funcția schimbătorului Na plus/Ca2 plus (NCX) care este sensibil la nivelul intracelular Na plus, conducând astfel la un aflux mai mare de Ca2 plus. Supraîncărcarea cu calciu este, de asemenea, indusă de eliberarea crescută de Ca2 plus și absorbția limitată de Ca2 plus dintr-o sursă internă, inclusiv reticulul endoplasmatic (ER) sau aparatul Golgi (Chami și colab., 2008). Captarea promovată de Ca2 plus de către mitocondrii are loc mai târziu în urma supraîncărcării citosolului cu calciu (Brookes et al., 2004). Supraîncărcarea de calciu citosolică și mitocondrială poate provoca leziuni celulare în diferite moduri, inclusiv perturbarea funcției mitocondriale (Wang M. et al., 2015), promovarea producției de ROS (Zhu și colab., 2018) și inducerea morții celulare (Boehning și colab., 2015). 2004; Zhu et al., 2018) (Figura 2).

Mitochondria-Dependent Cell Death in I/R Injury

Alternanțele celulare, inclusiv creșterea stresului oxidativ și supraîncărcarea cu calciu, pot duce la apoptoză cu implicarea mitocondriilor. Acest proces este inițiat de modificări ale permeabilității membranei mitocondriale controlate de porul de tranziție al permeabilității mitocondriale (mPTP). Activitatea mPTP este probabil mediată de nivelul matricei mitocondriale Ca2 plus, iar supraîncărcarea mitocondrială de calciu rezultată din supraîncărcarea citosolică cu calciu poate facilita deschiderea mPTP (Qian și colab., 1999). Producția de ROS în timpul leziunii I/R, în special radicalii hidroxil și peroxidul de hidrogen, au fost, de asemenea, găsite indispensabile în deschiderea mPTP (Assaly et al., 2012). Membrana permeabilizată permite activarea și inserarea membrilor familiei Bcl-2 pro-apoptotice BAX și BAK în membrana mitocondriilor (Wei și colab., 2000; Kirkland și colab., 2002).

Acest lucru ajută la transferul proteinelor mitocondriale, inclusiv citocromul c din mitocondrie în citosol, urmat de interacțiunea dintre citocromul c și doi cofactori, factorul de activare a proteazei apoptotice 1 (APAF-1) și pro-caspaza-9, pentru formează apoptozomul, care activează în cele din urmă caspaza-9-caspaza{-3 care semnalează calea morții celulare cu evenimente proteolitice și fragmentare ADN (Broughton și colab., 2009). Această cale este denumită calea apoptotică dependentă de caspază. O altă cale de moarte celulară, apoptoza independentă de caspază, poate fi activată atunci când energia celulară se epuizează (Daugas et al., 2000). Poli (ADP-riboză) polimeraza-1 (PARP{-1) este o enzimă nucleară care se localizează în amonte de cale (Yu et al., 2002).

Deteriorarea ADN-ului indusă de ROS poate declanșa supraactivarea PARP-1, în care este utilizat NAD plus, epuizând astfel stocarea de energie. Yu și colab. (2002) au mai descoperit că activarea PARP-1 poate duce la eliberarea factorului său țintă care induce apoptoza (AIF, o flavoproteină mitocondrială) din intermembrana mitocondrială către nucleu, provocând condensarea cromatinei și fragmentarea ADN-ului pe scară largă. . Studiile au indicat că AIF nu are un efect direct de fragmentare a ADN-ului (Susin și colab., 1999; Wang și colab., 2002). Astfel, probabil că are nevoie de un efector în aval în timpul acestui proces. Studiile au sugerat că endonucleaza G ar putea interacționa cu AIF și poate provoca fragmentarea ADN-ului (Wang și colab., 2002; Lee și colab., 2005), deși interacțiunea lor este încă neclară. Moartea celulară indusă de PARP-1-este o cale unică de moarte celulară. În general, prezintă caracteristici de apoptoză și este, de asemenea, considerată necrotică de către unii cercetători, deoarece apoptoza clasică este dependentă de energie (Ha și Snyder, 1999).

Tcreierul este susceptibil la leziuni I/R

Leziunile I/R pot apărea în multe organe și țesuturi, inclusiv creier, inimă, mușchi scheletici și rinichi. Unele caracteristici comune sunt împărtășite de leziunile I/R în aceste zone, inclusiv producția crescută de ROS, supraîncărcarea cu calciu, inflamația și deschiderea mPTP. Cu toate acestea, caracteristicile specifice organelor pot afecta severitatea leziunii I/R în diferite organe. Creierul, organul în care se produce leziuni ireversibile în 20 de minute după ischemie și o fereastră de timp îngustă (în general 3-4,5 ore) poate fi administrată pentru terapia de reperfuzie, este considerat foarte susceptibil la leziuni I/R (Ordy și colab., 1993) .

ROS din creier este generat în mare parte din mitocondrii, mai degrabă decât din alte surse enzimatice de ROS ca zonă activă metabolic. Creierul reprezintă mai mult de 20% din consumul total de oxigen al corpului, dar cu un nivel relativ scăzut de agent antioxidant în comparație cu alte organe, ceea ce îl face vulnerabil la stresul oxidativ (Markesbery și Lovell, 2007; Damle și colab., 2009; Kalogeris și colab. , 2012). Mai mult, fierul labil acumulat în creier poate reacționa cu H2O2 pentru a produce •OH foarte reactiv. Această reacție stimulează oxidarea și peroxidarea acizilor grași polinesaturați acumulați masiv în creier, provocând și mai mult stres oxidativ (Ferretti et al., 2008). Din cauza susceptibilității creierului la leziuni I/R, găsirea țintelor pentru a preveni leziunile de reperfuzie a creierului este semnificativă în tratarea accidentului vascular cerebral.

Extinderea ferestrei de timp terapeutic în accidentul vascular cerebral ischemic: recanalizare întârziată

Recanalizarea cu succes a vasului oclus cât mai devreme posibil a fost larg acceptată ca principiu vital al tratamentului AIS. Din păcate, timp de mulți ani, majoritatea pacienților cu AIS au fost împiedicați să primească terapie eficientă de recanalizare din cauza unei ferestre terapeutice înguste. În ultimii ani, o serie de studii clinice au indicat că recanalizarea întârziată poate avea în continuare beneficii în creierul ischemic în timpul unei ferestre terapeutice extinse, până la mai mult de 24 de ore, câteva zile și chiar mai mult de 1 lună după debutul simptomelor [Revizuit de Kang et al. (2020)]. Din punct de vedere clinic, progresele în tehnicile imagistice au permis o mai bună caracterizare a țesutului cerebral și a stării vaselor în AIS. Markerii ischemiei cerebrale sunt instruiți prin nepotrivirea imaginii ponderate în perfuzie/imaginii ponderate în difuzie (PWI/DWI) și nepotrivirea DWI/recuperare inversă atenuată cu fluid (DWI/FLAIR) la imagistica prin rezonanță magnetică (IRM).

Scanarea RMN cu PWI sau scanarea cu perfuzie prin tomografie computerizată (CT) arată niveluri diferite de hipoperfuzie. Având în vedere aceste evoluții, împreună cu progresele în dispozitivele intervenționale intravasculare, este posibilă extinderea ferestrei de timp de recanalizare la anumiți pacienți. Studiile randomizate în creștere au demonstrat că recanalizarea întârziată are efecte benefice asupra rezultatelor 90-zi. Două studii clinice controlate randomizate de înaltă calitate (DAWN și DEFUSE 3) de trombectomie mecanică endovasculară au raportat că recanalizarea selectivă întârziată bazată pe nepotrivirea imagistică a îmbunătățit rezultatele 90-zi ale pacienților, chiar și atunci când au fost efectuate la 16-24 de ore după debutul simptomelor. (Ragoschke-Schumm și Walter, 2018). Pe scurt, în ciuda riscului de leziuni I/R, care ar putea crește odată cu întârzierea punctului de timp pentru recanalizare, recanalizarea întârziată este încă benefică pentru un anumit subtip de pacienți.

Efect de neuroprotecție Cistanche

Cistanche este un extract de plantă cunoscut pentru proprietățile sale neuroprotectoare, iar mecanismul său de acțiune se crede că implică efecte antioxidante, antiinflamatorii și antiapoptotice. Există mai multe teste relevante și cazuri de aplicare legate de efectele neuroprotectoare ale Cistanche, care includ:

1. Studii in vitro: Studiile in vitro au arătat că extractul de Cistanche protejează neuronii de daune induse de stres prin reducerea stresului oxidativ și a inflamației.

2. Studii pe animale: Studiile pe animale au demonstrat că Cistanche poate proteja împotriva leziunilor neuronale cauzate de ischemie cerebrală, leziuni cerebrale traumatice și expunerea la neurotoxine.

3. Studii pe oameni: Există dovezi clinice limitate cu privire la efectele neuroprotectoare ale Cistanche la oameni, dar unele studii au sugerat că poate îmbunătăți funcția cognitivă și poate reduce declinul memoriei legat de vârstă.

Luoan Shen1†, Qinyi Gan1†, Youcheng Yang1, Cesar Reis2, Zheng Zhang1, Shanshan Xu3, Tongyu Zhang4 * și Chengmei Sun1,3 *

1 Universitatea Zhejiang-Institutul Universității din Edinburgh, Școala de Medicină, Universitatea Zhejiang, Haining, China,

2 VA Loma Linda Healthcare System, Loma Linda University, Loma Linda, CA, Statele Unite ale Americii,

3 Institutul pentru Studii Avansate, Universitatea Shenzhen, Shenzhen, China, 4 Departamentul de Neurochirurgie, Spitalul Xuanwu, Universitatea de Medicină Capitală, Beijing, China