Заболевания цнс у детей: Цнс у ребенка: причины и симптомы поражения

1. Введение

Существует много инфекционных патогенов, которые являются этиологическим агентом заболеваний центральной нервной системы (ЦНС), включая широкие категории бактерий, грибов, паразитов и вирус. Эти инфекции являются важной причиной заболеваемости и смертности в мире. Вирусные инфекции ЦНС связаны главным образом с развитием менингита и энцефалита. Однако вирусные инфекции также связаны с заболеваниями в ЦНС, которые характеризуются наличием инфильтрации лейкоцитов и воспалением, вызывающим прогрессирующее повреждение [1], таким как прогрессивная мультифокальная лейкоэнцефалопатия с вирусом Джона Каннингема (JC), связанная со СПИДом деменция комплекс, наблюдаемый у ВИЧ-1-инфицированных пациентов, последствия развития нервной системы (умственная отсталость, церебральный паралич и нейросенсорная тугоухость), вызванные врожденной цитомегаловирусной инфекцией (ЦМВ) или поражениями церебральной массы у взрослых с ослабленным иммунитетом, инфицированных ЦМВ, и миелопатия, связанная с HTLV-1 / тропический спастический парапарез (HAM / TSP), который поражает людей, инфицированных T-клеточным лимфотропным вирусом человека типа 1 (HTLV-1).

При нормальном окислительном метаболизме ожидается образование свободных радикалов. В течение 1950-х годов исследователи наблюдали появление активных форм кислорода (АФК) при облучении молекул рентгеновским излучением и в результате нормальной метаболической активности фермента. Они начали предлагать, чтобы образование свободных радикалов кислорода вызывало повреждение тканей и клеток [2]. В то же время было высказано предположение, что лечение мышей глутатионом (GSH) ингибировало гибель животных, вызванную облучением рентгеновскими лучами [2, 3].

GSH — это трипептид, синтезируемый во всех клетках млекопитающих из предшественников аминокислот глутамата, l-цистеина и глицина в результате реакций, катализируемых γ-глутамилцистеином и синтетической GSH. Физиологически 98% внутриклеточного глутатиона обнаруживается в восстановленной форме, и только 2% обнаруживается в окисленной форме (GSSH) или соединяется с другими молекулами [4]. Глутатион (GSH) играет важную роль в клеточной физиологии и метаболизме, включая антиоксидантную активность и индукцию клеточной пролиферации [5].Кроме того, GSH-зависимые антиоксидантные ферменты (глутатионпероксидаза-1, глутатионредуктаза, глутатион-S-трансфераза) взаимодействуют и являются взаимосвязанными реакциями, которые устраняют АФК или контролируют окислительно-восстановительное состояние. Нарушение регуляции синтеза GSH было связано со многими заболеваниями, такими как сахарный диабет, холестатическая болезнь печени, эндотоксемия, алкогольная болезнь печени, рак и нейродегенеративные заболевания. Во время старения содержание GSH снижалось в печени, легких, почках, эритроцитах, лимфоцитах селезенки, коре головного мозга и мозжечке.Это снижение концентрации GSH было связано со снижением экспрессии белков, участвующих в синтезе GSH. Уровни GSH изучались при болезнях Альцгеймера и Паркинсона и других состояниях [6]. Тем не менее, ЦНС подвергается воздействию многих ситуаций, которые могут вызвать повреждение клеток и тканей, связанных с продукцией АФК. В этой главе мы обсудим некоторые аспекты баланса уровней GSH и окислительного стресса при вирусных инфекциях в ЦНС.

2. Внутриклеточные уровни GSH в инфицированных вирусом клетках и связанные с ними клеточные изменения

Вирус JC представляет собой двухцепочечный (ds) ДНК-вирус семейства Polyomaviridae.Механизм передачи вируса JC от человека человеку не установлен. Было высказано предположение, что поглощение загрязненной воды и пищи представляет собой портал проникновения этого вируса в человека. Проникновение вируса в ЦНС проходит через гематоэнцефалический барьер (ВВВ), заражая клетки эндотелия головного мозга. Вирус также заражает В-лимфоциты на периферии, которые подобно троянскому коню проникают в ЦНС у пациентов с ослабленным иммунитетом. Там вирус поражает олигодендроциты и астроциты [7].Вирус JC является этиологическим агентом прогрессирующей мультифокальной лейкоэнцефалопатии (ПМЛ), демиелинизирующего заболевания. К сожалению, эта болезнь в настоящее время неизлечима и смертельна. Связь между прогрессирующей мультифокальной лейкоэнцефалопатией и GSH до сих пор остается неизвестной. Кроме того, вирус JC также связан с опухолями ЦНС, астроцитомами, глиобластомами, нейробластомами и медуллобластомами у лиц с иммунодефицитом и без иммуносупрессии [8]. Однако GSH и GSH-связанные ферменты представляют собой важный механизм лекарственной и множественной лекарственной устойчивости к глиобластомам, как описано ниже [9].

CMV является членом подсемейства бета -герпесвирус, в семействе Herpesviridae. Это самый крупный вирус герпеса человека с ДНК-геномной инфекцией 230 кб. Вирус передается от инфицированного человека к незараженному человеку жидкостями организма, такими как моча, слюна, кровь, слезы, сперма и грудное молоко. Кроме того, зараженная ЦМВ женщина может передать вирус своему развивающемуся ребенку во время беременности [10]. Врожденная ЦМВ-инфекция вызывает серьезные последствия развития нервной системы, включая умственную отсталость, церебральный паралич и нейросенсорную потерю слуха.ЦМВ также становится все более важным оппортунистическим патогеном у пациентов с ослабленным иммунитетом, вызывая поражения церебральной массы. Противовирусная терапия детей с симптоматической врожденной ЦМВ-инфекцией ЦНС эффективна для снижения риска длительной инвалидности [11].

В мышечных клетках инфекция ЦМВ вызывает продукцию АФК через несколько минут после входа. Это явление связано с жизненным циклом вируса. Повышение уровня АФК активирует транскрипционный фактор NF-κB, что приводит к трансактивации вирусных генов и индукции транскрипции вирусных белков [12].С другой стороны, инфекция вызывает повышение уровня GSH для контроля генерации АФК in vitro. Это увеличение GSH необходимо для выработки вирусного потомства. Эти данные свидетельствуют о том, что инфекция ЦМВ координирует условия, при которых следует контролировать уровни АФК и минимизировать окислительный стресс [13]. Однако ЦМВ-инфекция в эритроцитах периферической крови беременных женщин вызывает снижение уровней пероксидазы GSH и GSH, что приводит к увеличению уровней H ₂ O ₂ . Эти эффекты были связаны с гемолитической анемией у беременных [14].Хотя ЦМВ-инфекция была продемонстрирована в клетках головного мозга человека in vitro , , таких как эндотелиальные клетки, астроциты, нейрональные клетки, олигодендроциты и микроглия [11], в этих исследованиях не исследовалась роль GSH в ЦМВ-инфекции.

HTLV-1 и ВИЧ были классифицированы как род Lentivirus в семействе Retroviridae, подсемейство Orthoretrovirinae. Этот вирус заражает лейкоциты, которые циркулируют в крови и лимфатических сосудах и могут проникать в спинной мозг или мозг, вызывая неврологические заболевания [7].Эти вирусы могут передаваться вертикально от матери ребенку во время трансплацентарного переноса, доставки или грудного вскармливания, при половом контакте и парентерально через переливание крови, пересадку органов и компонентов крови или через загрязненные иглы.

HTLV-1 является этиологическим агентом взрослой Т-клеточной лейкемии / лимфомы и HTLV-1-ассоциированной миелопатии / тропического спастического парапареза (HAM / TSP), хронического прогрессирующего заболевания, характеризующегося демиелинизацией, потерей аксонов, дегенерацией нейронов, и глиоз.Основным местом нейродегенерации является грудной отдел спинного мозга; это приводит к медленно прогрессирующему спастическому парапарезу с болью в пояснице и кишечнике, мочеиспусканием и сексуальной дисфункцией. Лечение заключается в уменьшении симптомов с использованием кортикостероидной терапии [15, 16]. Было показано, что Tax, вирусный белок HTLV-1, вызывает увеличение генерации ROS, вызывая повреждение ДНК и клеточное старение [17]. Более того, было отмечено, что персистенция вируса в инфицированных клетках связана с продукцией митохондриальной АФК, модулированной вирусным белком р13 [18].CD4 + T-лимфоциты являются основными мишенями инфекции HTLV-1, но было показано, что другие лейкоциты и глиальные клетки также инфицированы [19, 20, 21]. Инфицированные клетки могут мигрировать в спинной мозг и вызывать развитие HAM / TSP. Инфицированные HTLV-1 индивидуумы проявляют спонтанную пролиферацию Т-лимфоцитов. Это явление связано с провирусной нагрузкой HTLV-1 и персистенцией инфекции. Спонтанная пролиферация, вызванная инфекцией HTLV-1, зависит от внутриклеточных уровней GSH.Используя ингибитор синтеза GSH, DL-Buthionine- [S, R] -сульфоксимин (BSO), спонтанная пролиферация, индуцированная HTLV-1, была нарушена в мононуклеарных клетках периферической крови (PBMC) от инфицированных доноров. С другой стороны, предшественник GSH вызывает увеличение митоген-стимулированной клеточной пролиферации у лиц, инфицированных HTLV-1 [19]. Таким образом, модуляция уровней GSH может быть предложена в качестве терапевтической мишени при заболеваниях, связанных с HTLV-1.

ВИЧ-инфекция связана с развитием синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИД).Комбинации антиретровирусных препаратов, применяемых в качестве высокоактивной антиретровирусной терапии (ВААРТ), снижают смертность от СПИДа. Однако с 1997 года было описано, что у 10–20% инфицированных вирусом лиц присутствует деменция, связанная с ВИЧ [22]. Кроме того, ВИЧ-инфекция также вызывает легкое нейрокогнитивное расстройство и демиелинизирующую невропатию с моторными и сенсорными нарушениями. Лечение неврологических заболеваний у ВИЧ-1-инфицированных лиц основано на симптомах, связанных или не связанных с ВААРТ.После попадания вируса в ЦНС он заражает и размножается в микроглии, которая приобретает воспалительный фенотип, вызывая неврологические повреждения [7]. Несколько групп показали дефицит GSH в тканях, инфицированных ВИЧ. Первоначально исследования показали, что низкий уровень GSH связан с нарушением функций Т-клеток. В этой работе авторы наблюдали увеличение выживаемости больных СПИДом после перорального введения N-ацетилцистеина (NAC), предшественника GSH [22, 23]. Кроме того, анализ уровня тиолов в спинномозговой жидкости (CSF) от ВИЧ-инфицированных пациентов показал значительное снижение уровней GSH и цистеинил-глицина.Кроме того, лечение ВИЧ-инфицированных пациентов S-аденозилметионином, предшественником гомоцистеина, который используется в синтезе GSH, вызывало повышение уровня GSH в CSF [24]. В совокупности эти данные свидетельствуют о важности модуляции GSH во время ВИЧ-инфекции, но пути изменения уровня GSH остаются неизвестными. Механизм нейродегенерации включает вирусный белок, gp41. Гибель нейронов наблюдалась, когда эти клетки инкубировали в присутствии лентивирусного литического пептида (LLP-1), который экспрессирует карбоксиконцевой цитоплазматический домен gp41 из ВИЧ-1.Кроме того, инкубация линий нейронных клеток с LLP-1 вызывала снижение уровней GSH, деполяризацию митохондриальной мембраны и быстрое продуцирование H ₂ O ₂ . Комбинация GSH или NAC с LLP-1 предотвращала деполяризацию митохондриальной мембраны и гибель клеток [25].

Развитие неврологических нарушений ВИЧ зависит от проникновения вируса в ЦНС. Чтобы получить доступ к ЦНС, частицы вируса ВИЧ и инфицированные клетки вызывают разрушение BBB. Белок оболочки ВИЧ gp120 и регуляторный вирусный белок Tat участвуют в расщеплении BBB.Инкубация эндотелиальных клеток мозга с gp120 и Tat снижала внутриклеточные уровни GSH и уменьшала соотношение GSH / GSSG. Эти белки также вызывали увеличение перекисного окисления липидов, что позволяет предположить, что gp120 и Tat играют важную роль в разрушении BBB путем индукции окислительного клеточного стресса в эндотелиальных клетках [26].

Сигналы антиоксидантного ответа вызывают активацию 2-like-2, происходящего из эритроидного фактора ядерного фактора (Nrf2). Это транскрипционный фактор, который транслоцируется в ядро ​​и связывается в промоторных областях генов детоксикации и антиоксидантов [27].Вирусный белок Tat усиливает клеточную экспрессию Nrf2 и его транслокацию в ядро. Сверхэкспрессия Nrf2 ингибировала эффекты Tat, снижая внутриклеточные АФК и повышая внутриклеточные уровни GSH [28].

Эффекты gp120 и Tat можно наблюдать in vivo с использованием мышиной модели. Введение gp120 и Tat вместе или по отдельности снижало уровни головного мозга GSH и GSH пероксидазы. Животные также продемонстрировали снижение белка плотного соединения ZO-1, что свидетельствует о других эффектах в отношении BBB, и показали увеличение перекисного окисления липидов в мозге [29].На рисунке 1 обобщены прямые эффекты ВИЧ-инфекции на уровни GSH и последствия этой модуляции.

Рисунок 1.

Уровни GSH во время заражения ВИЧ-1. У ВИЧ-1-инфицированных пациентов наблюдались более низкие уровни GSH в периферической крови и CSF. Изменения внутриклеточных уровней клеток GSH были обнаружены in vivo и in vitro. Белки ВИЧ — gp120, Tat и gp41 — снижают внутриклеточные уровни GSH в эндотелиальных клетках, астроцитах и ​​нейронах. Эффекты ВИЧ-1-вирусных белков также включали распад BBB, перекисное окисление липидов и гибель клеток.

3. Инфекция HTLV-1 и ВИЧ-1 и активный транспорт GSH

GSH связан с транспортом эндогенных и экзогенных молекул во внеклеточную среду. GSH является физиологическим субстратом ABCC1. Связанный с множественной лекарственной устойчивостью белок 1 (ABCC1) транспортирует несколько соединений GSH-зависимым образом; его активность может стимулироваться внутриклеточными уровнями GSH. Члены семейства ABCC являются АТФ-зависимыми эффлюксными насосами, принадлежащими к семейству транспортных белков ABC, и они также участвуют в устойчивости к противоопухолевым препаратам.ABCC1 экспрессируется в опухолевых клетках [30] и нормальных тканях, таких как мозг [31] и лимфоциты [32]. Экспрессия ABCC1 зависит от активации и транслокации Nrf2 в ядро ​​[33].

Это уже было описано в этой хартии; Вирус JC был обнаружен в опухолях ЦНС, таких как глиобластомы. Эта опухоль головного мозга является высоко пролиферативной и инвазивной и представляет механизмы множественной лекарственной устойчивости (MDR). Было обнаружено, что клетки глиобластомы MDR демонстрируют более низкие уровни эндогенных АФК и высокие уровни GSH.С другой стороны, неравновесное окислительно-восстановительное состояние или подавление GSH сделали эти клетки MDR более чувствительными к химиотерапии [9]. В клетках глиобластомы, инфицированных вирусом JC, можно обнаружить ту же функцию MDR. Однако влияние белков из вируса на экспрессию механизмов MDR остается неизвестным.

Т-лимфоциты CD4 ⁺ и CD8 ⁺ от бессимптомных и симптоматических лиц HAM / TSP продемонстрировали сниженную экспрессию и активность ABCC1 по сравнению с неинфицированными [34].Однако более низкая экспрессия ABCC1 была обнаружена в CD4 + T-лимфоцитах от пациентов с симптомами. Этот результат был напрямую связан с провирусной нагрузкой; более низкая экспрессия ABCC1 наблюдалась у пациентов с более высокой провирусной нагрузкой [34]. Фармакологическое ингибирование ABCC вызывало увеличение пролиферации, вызванное митогеном лимфоцитов, полученных от инфицированных HTLV-1 индивидуумов [19]. Экспрессия и активность переносчика ABCC1 в BBB во время инфекции HTLV-1 до сих пор остаются неизвестными. Было высказано предположение, что нарушение регуляции оттока ABC транспортеров было связано с разрушением BBB во время неврологических заболеваний [35].При инфекционных заболеваниях это явление может быть связано с проникновением вируса в ЦНС.

Инкубация астроцитов с gp120 повышала уровни мРНК и белка ABCC1. Этот эффект сопровождался увеличением флуоресцентного субстрата или транспорта GSH и уменьшением истечения GSSG. Вместе эти результаты позволяют предположить, что балансирование окислительного клеточного статуса включает увеличение активного оттока GSH во внеклеточную среду [36]. Ингибиторы протеазы ВИЧ — ритонавир, индинавир, саквинавир, нелфинавир и зидовудин — были описаны как субстрат ABCC1 [35], предполагая, что избыточная экспрессия ABCC1 в инфицированных клетках делает эти клетки более устойчивыми к химиотерапии.

4. Роль GSH в иммунном ответе на ВИЧ и HTLV-1

T CD4 ⁺ дифференцировка лимфоцитов включает в себя антиген-презентирующие клетки (APC), которые обнаруживают антиген в комплексе с основным комплексом гистосовместимости класса II (MHC II) на своих поверхностях , Антигены связаны с молекулой MHC II, которая взаимодействует с T-клеточным рецептором лимфоцитов CD4 ⁺ , что приводит к распознаванию антигена и, следовательно, активации. Активация лимфоцитов T-CD4 ⁺ может генерировать некоторые профили (называемые Th), которые зависят от молекул, присутствующих в микроокружении.Клеточный фенотип связан с группой цитокинов и других иммунных продуктов, продуцируемых Т-клетками, генерирующих воспалительные или противовоспалительные клетки. Во время вирусных инфекций активация воспалительного фенотипа Т-клеток может быть связана с эрадикацией вируса. Однако в ЦНС обострение воспалительного ответа связано с нейродегенерацией [37]. Мыши, инфицированные ретровирусным комплексом LP-BM5, мышиной моделью СПИДа, демонстрировали снижение GSH и / или цистеина в лимфоидных органах (селезенка и лимфатические узлы).За этой понижающей модуляцией GSH следовало изменение профиля цитокинов. Инфицированные мыши демонстрировали более высокое увеличение интерлейкина (IL), IL-5, IL-4 и IL-2, чем IL-12 и интерферона-γ (IFN-γ), что свидетельствует о важном изменении профиля цитокинов с Th2 до Th3 ( Рисунок 2) [38].

Рисунок 2.

Роль GSH в иммунном ответе ВИЧ-1. Инфекция индуцировала образование макрофагов М2 и Т-лимфоцитов с фенотипом Th3. Однако замена GSH привела макрофаги к дифференцировке M1 и секреции CD4 + лимфоцитами цитокинов Th2.

Макрофаги и дендритные клетки являются важной группой APC. Во время инфекций макрофаги могут приобретать специализированные функциональные фенотипы. Активированные классические макрофаги участвуют в воспалительных реакциях и обозначаются как М1. Макрофаги, альтернативно активированные, проявляют антагонический профиль воспаления и называются М2 [37]. Макрофаги, инфицированные ВИЧ-1 и LP-BM5, показали снижение уровня GSH и цистеина внутриклеточно. Кроме того, низкие внутриклеточные уровни GSH коррелировали с дефектным процессингом антигенов в APC, что указывает на то, что GSH может быть критическим фактором в процессинге антигенов [39].Во время инфекции LP-BM5 наблюдалась поляризация макрофагов в альтернативный профиль, что позволяет предположить, что клетки М2 стимулировали фенотип Т-клеток. Лечение мышей с LP-BM5 с заменой GSH изменило поляризацию макрофагов на профиль M1, вызывая увеличение продукции цитокинов Th2 и усиление противовирусного ответа [38]. Таким образом, модуляция GSH вызывает изменение фенотипа иммунного ответа, что приводит к важному влиянию на элиминацию вируса (Figure 2).

Т-лимфоцит CD8 ⁺ является цитотоксической Т-клеткой.Они распознают антигены посредством связывания между TCR и MHC класса I, связанного с антигенным пептидом. Контроль вирусной инфекции напрямую связан с эффективностью цитотоксического ответа CD8 ⁺ [37]. Обработка NAC индуцировала увеличение экспрессии CD69 молекулы поверхностной активации на нестимулированных CD8 ⁺ Т-лимфоцитах, полученных от инфицированных HTLV-1 индивидуумов. Этот результат позволяет предположить, что увеличение экспрессии CD69 на лимфоцитах CD8 ⁺ от доноров, инфицированных HTLV-1, коррелировало с увеличением GSH.Таким образом, повышение уровня GSH может быть полезным для активации HTLV-1-специфичных CD8 ⁺ T-клеток и для элиминации HTLV-1-инфицированных клеток [19].

Нейродегенерация связана с неконтролируемыми воспалительными реакциями в ЦНС. Воспалительные цитокины индуцируют выработку оксида азота (NO) и АФК для врожденных иммунных клеток и клеток микроглии. Наблюдалось увеличение инкубации клеток микроглии в присутствии вирусного белка gp120 в продукции АФК [36].Кроме того, gp120 индуцирует секрецию фактора некроза опухоли-α (TNF-α) и белка-1 хемоаттрактанта моноцитов (MCP-1), что впоследствии приводит к гибели нейрональных клеток [40]. Воспалительная микроокружающая среда снижает поглощение глутамата, вызывая накопление этой возбуждающей аминокислоты и нейротегенную экситотоксичность. Хотя ни одно исследование не связывало вирусную инфекцию, внутриклеточные уровни GSH и экситотоксическую нейродегенерацию, в литературе предполагалось, что антиоксидантные ответы могут прямо или косвенно предотвращать гибель нейрона.

5. Влияние противовирусной терапии на уровни GSH в ЦНС

Стратегия, используемая для лечения детей с симптоматической ЦНС-врожденной ЦНС и иммуносупрессированных лиц ЦМВ-инфицированных, основана на дозах ганцикловира. Это ациклический аналог дезоксигуанозинового нуклеозида [41]. Исследования in vivo с с использованием мышей, инфицированных моделью CMV, показали, что лечение ганцикловиром снижает вирусную нагрузку и уровни TNFα. Более того, результаты показали, что противовирусная терапия подавляла окислительное повреждение за счет снижения уровня малонового диальдегида и повышения уровня GSH в сыворотке мышей [42].К сожалению, роль ганцикловира в окислительном повреждении ЦНС, связанном с ЦМВ-инфекцией, остается неизвестной.

Не существует противовирусного лечения для инфекции HTLV-1. Лечение HAM / TSP ограничено симптоматической терапией. Обычно пациентов с симптомами лечат кортикостероидной пульс-терапией. За последние десятилетия антивирусная терапия против ВИЧ была усовершенствована, что привело к значительному снижению смертности от СПИДа и увеличению выживаемости ВИЧ-инфицированных пациентов. ч только а ctive атиретровирусная t терапия (HAART) начинается с комбинации двух нуклеозидных аналоговых ингибиторов обратной транскриптазы и одного неаналогового обратного ингибитора нуклеозидтранскриптазы или ингибитора протеазы плюс усиленный ритонавир.Анализ лимфоцитов T CD4 ⁺ , полученных из периферической крови ВИЧ-1-инфицированных пациентов, показал увеличение уровней GSH и снижение уровней GSSG во время ВААРТ через 1 год. В этом исследовании пациенты получали один ингибитор протеазы (индинавир или ритонавир) в сочетании с двумя аналогами нуклеозидов (ламивудин плюс зидовудин или плюс ставудин), что свидетельствует о том, что ВААРТ улучшает окислительные изменения, связанные с ВИЧ-1-инфекцией [43]. Однако влияние ВААРТ на уровни GSH может быть различным у других типов клеток.Эндотелиальные клетки аорты человека, предварительно подвергшиеся воздействию ВААРТ, продуцировали более высокие уровни АФК, чем необработанные клетки, после стимуляции форбола миристатацетатом. После лечения ВААРТ адгезия Т-лимфоцитов на монослое эндотелиальных клеток аорты человека значительно возрастает. Однако добавление NAC или GSH вызывало ингибирование этих эффектов, что свидетельствует о том, что модуляция уровней антиоксидантов активирует эндотелий [44].

Первым одобренным антиретровирусным препаратом был зидовудин (АЗТ), нуклеозидный ингибитор обратной транскриптазы.Взаимосвязь между AZT и GSH изучалась с 1998 года. У мышей, получавших AZT, не было значительного снижения GSH в общем гомогенате мышц, но концентрация GSSG возрастала, что приводило к увеличению отношения GSSG / GSH. Кроме того, лечение AZT индуцирует выработку митохондриальной перекиси скелетных мышц [45]. Аналогичные результаты наблюдались в моноцитарных клеточных линиях, инкубированных в присутствии AZT. Лечение АЗТ вызывало значительное снижение уровня GSH и разрушение митохондрий [46].АЗТ является антиретровирусным препаратом с лучшим внутримозговым проникновением, однако это вещество устойчиво к вирусным мутациям на периферии и ЦНС [47]. Эффекты AZT на уровни GSH в ЦНС остаются неизвестными. Zang et al. продемонстрировали, что воздействие нейронов мыши в течение короткого времени на AZT не представляет изменения в уровнях митохондриальной ДНК. Однако результаты свидетельствуют о том, что длительное воздействие АЗТ вызывало делецию митохондриальной ДНК и гибель нейронов [48]. Кроме того, AZT или комбинация AZT плюс индинавир (ингибитор протеазы) индуцирует окислительный стресс в эндотелиальных клетках головного мозга человека.Эти клетки представляют собой важную модель для изучения ВВВ. Комбинация АЗТ и индинавир вызывала увеличение продукции АФК, нарушение мембранного митохондриального потенциала, снижение внутриклеточных уровней GSH, увеличение проницаемости эндотелиального слоя, ведущее к гибели клеток [49]. Вместе эти результаты показали, что эта антиретровирусная терапия ставит под угрозу BBB и может быть связана с неврологическими заболеваниями ВИЧ-1.

Эти данные свидетельствуют о том, что замена GSH, снижающая окислительный стресс у ВИЧ-1-инфицированных пациентов, является интересным терапевтическим подходом.В некоторых терапевтических стратегиях для восстановления уровней GSH использовались молекулы NAC или pro-GSH в сочетании с HAART. Более того, более высокие уровни GSH улучшают противовирусный иммунный ответ, сотрудничая в снижении вирусной нагрузки и в поддержании нормального количества лимфоцитов T-CD4 ⁺ [50].

6. Обсуждение и заключение

В этой главе мы рассмотрим некоторые аспекты нейродегенеративных заболеваний, связанных с вирусной инфекцией, GSH и окислительным стрессом. Во всем мире многие люди страдают от JC, CMV, HTLV-1 и ВИЧ-1 и заболевают некоторыми неврологическими заболеваниями.Однако исследования, которые описывают, как окислительный стресс вовлечен в развитие болезни, остаются недостаточными. Окислительный стресс в ЦНС связан со многими нейродегенеративными заболеваниями. АФК, включая активные формы азота, являются важным медиатором повреждения головного и спинного мозга. Они связаны с воспалением и митохондриальной и протеасомной дисфункцией. Уязвимость ЦНС связана с более высоким потреблением кислорода, чем в других тканях. Кислород играет важную роль в процессе генерации АТФ, который отвечает за энергетическую поддержку, используемую во время нормальной функции ЦНС.Физиологические уровни АФК необходимы для нейрональных функций, таких как повышение синаптической пластичности, долговременное потенцирование и формирование памяти. Тем не менее, эндогенные антиоксидантные защитные функции мозга были недостаточны для вашего спроса. Более того, сложность клеточного состава этой ткани и повышенные уровни кислорода подтверждают повышенную способность ЦНС при производстве АФК. Все клеточные макромолекулы подвержены окислительному вреду. Повышение уровня АФК активирует пути детоксикации и восстановления.Отказ в этих процессах приводит к окислению белков; липиды и ДНК; следовательно, дисфункция органелл; и после этого повреждения нейронов. Критически пораженная органелла — это митохондрии, разрушение которых вызывает снижение генерации АТФ и апоптоз или некроз [51]. Как ранее описано, вирусная инфекция индуцировала увеличение продукции АФК непосредственно в клетках ЦНС или опосредованно инфильтрированными активированными клетками иммунной системы, которые используют высвобождение АФК в качестве механизма для контроля инфекции (рис. 3).

Рисунок 3.

Дисбаланс прооксидантов вызывает окислительный стресс и повреждение клеток. Уязвимость ЦНС: ↓ потребление GSH и 2 O2. Воспаление вызывает микроглию. Активированная микроглия высвобождает воспалительные цитокины, АФК и РНС. Микроглия и астроциты могут активироваться через рецепторы распознавания образов. Во время активации астроцитов эти клетки высвобождают АФК, РНС и хемокины. В этом микроокружении нейроны представлены окислением макромолекул, нарушением митохондрий и, как следствие, гибелью клеток.

Глиальные клетки (астроциты и микроглия) играют важную роль в поддержании гомеостаза ЦНС через некоторые процессы, включая снижение окислительного стресса. Во время нейродегенеративного расстройства глиальные клетки высвобождают некоторые факторы для восстановления целостности и восстановления поврежденных клеток. Однако во время хронического воспаления глиальная активация вызывает увеличение продукции АФК и других нейротоксических медиаторов, что приводит к повреждению нейронов [52]. Основным типом клеток, вовлеченных в воспаление ЦНС, является микроглия.Микроглия экспрессирует некоторые рецепторы распознавания образов, которые связаны с патоген-ассоциированными молекулярными структурами, вызывая активацию микроглии. Активированная микроглия продуцировала медиаторы воспаления, такие как простагландин E ₂ , интерлейкин-1β TNFα, АФК (пероксид — H ₂ O ₂ , супероксид — O ₂ ^{• —} ) и активные виды азота (RNS) : NO; NOO ^— пероксинитрит). Это явление вызывает повреждение нейронов. Поврежденные дофаминергические нейроны высвобождают матричную металлопротеиназу 3, α-синуклеин и нейромеланин, которые суперактивируют микроглию, индуцируя реактивный микроглиоз, усиливая связанные с нейротоксичностью медиаторы, такие как АФК (рис. 3).Кроме того, АФК оказывает важное влияние на микроглию как второй мессенджер, модифицируя транскрипцию воспалительных генов и, следовательно, усиливая воспаление. Во время реактивного микроглиоза наблюдается повышение уровня GSSG. Исследования в Паркинсоне предполагают, что дофаминергические нейроны из черной субстанции могут быть связаны с дефицитом GSH, делая эти клетки более уязвимыми для АФК [53].

Активность глутатионтрансферазы (GST) может быть связана с чувствительностью нейронов АФК.GSTs конъюгируют молекулы, в том числе ксенобиотики, с GSH, а затем эти конъюгированные молекулы могут активно транспортироваться во внеклеточную среду транспортерами ABCC. Более того, GST участвуют в сигнальном пути c-Jun N-терминальной киназы (JNK). ROS вызывает образование комплекса GSTs-JNK-c-Jun, блокируя путь передачи сигналов JNK и предотвращая события, связанные с этим каскадом передачи сигналов. Полиморфизмы гена GST были идентифицированы и оказывают важное влияние на активность фермента. Некоторые исследования показали, что полиморфизм гена GST имеет положительную корреляцию с раком мозга, болезнью Альцгеймера и риском развития болезни Паркинсона [54].Была описана положительная корреляция между полиморфизмами гена GST и гепатоцеллюлярной карциномой, вызванной хронической инфекцией вирусом гепатита В [55] и раком матки, связанным с инфекцией вирусом папилломы человека [56] (рис. 3). Однако связь между полиморфизмом гена GST и вирусными заболеваниями ЦНС остается неизвестной.

Крупные исследования, касающиеся вирусной инфекции и глиальных клеток, были разработаны при моделировании инфекции ВИЧ-1. Клетки микроглии, подвергающиеся воздействию вирусного белка ВИЧ, Nef высвобождают IFNβ.Затем IFNβ индуцирует экспрессию iNOS и продукцию NO [57]. Кроме того, белок Tat ВИЧ-1 индуцирует активность NADPH-оксидазы в астроцитах. АФК, продуцируемая активностью NADPH-оксидазы, была связана с продукцией хемокинов (CCL2, CXCL8 и CXCL10) и ингибировалась обработкой астроцитов ингибиторами NAC или NADPH-оксидазы [58]. Вместе эти результаты показали, что ВИЧ-инфекция индуцирует активацию глиальных клеток, АФК и РНС, которые непосредственно участвуют в производстве медиаторов воспаления.Дисбаланс прооксидантов вызывает окислительный стресс и повреждение клеток (рис. 3).

Исследования вирусных заболеваний ЦНС показали важную связь между GSH, иммунным ответом и противовирусным ответом. Результаты показали, что пополнение GSH может быть использовано в высокоактивной противовирусной терапии. Однако у бессимптомных носителей HTLV-1 этот клинический подход должен быть противоположным результатом. Важность изучения взаимосвязи между уровнями GSH и вирусными неврологическими заболеваниями очевидна.

Благодарности

Эта работа была поддержана грантами Фундаса Карлоса Шага Фильо де Ампаро à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ) и Программой онкобиологии. Автор благодарит Ренату Нова и Ракель С. де Альбукерке за сотрудничество в работах, связанных с GSH.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.