Od narodzin do starości – amorfrutyna B w neuroprotekcji

mgr Karolina Przepiórska

Zakład Farmakologii, Pracownia Neurofarmakologii i Epigenetyki, Instytut Farmakologii im. Jerzego Maja PAN

I miejsce w konkursie na artykuł popularnonaukowy dla młodych naukowców IF PAN

Od narodzin do starości – amorfrutyna B w neuroprotekcji

         Według Światowej Organizacji Zdrowia, co roku 15 milionów osób cierpi z powodu udaru mózgu, z których 5 milionów umiera, a kolejne 5 milionów jest trwale niepełnosprawnych. Około 85% wszystkich udarów stanowi udar niedokrwienny, który powstaje w wyniku zamknięcia tętnicy doprowadzającej tlen i substancje odżywcze do mózgu. Pacjent z udarem mózgu cierpi zazwyczaj na jednostronny niedowład ciała, a także zaburzenia czucia, mowy i widzenia. Obecnie farmakologiczne leczenie udaru polega na udrożnieniu naczynia krwionośnego przy użyciu rekombinowanego tkankowego aktywatora plazminogenu, który powinien być zastosowany nie później niż 4,5 godziny od wystąpienia objawów. Jednak ze względu na liczne ograniczenia jedynie 2 – 5% pacjentów kwalifikuje się do tej terapii.

Równie istotnym problemem dla współczesnej medycyny jest perinatalna asfiksja, czyli niedotlenienie i niedokrwienie okołoporodowe. Rocznie notuje się 4 miliony przypadków asfiksji okołoporodowej, przy czym ¼ z nich kończy się śmiercią noworodka. Do niedotlenienia płodu dochodzi najczęściej podczas porodu, w wyniku złego ułożenia dziecka czy problemów z pępowiną. Efektem niedotlenienia jest nadmierna produkcja kwasu mlekowego czyli tzw. kwasica, która prowadzi do zaburzeń pracy serca i ograniczenia przepływu krwi do mózgu. To z kolei może wywołać encefalopatię i poważne uszkodzenie mózgu dziecka. Perinatalna asfiksja jest leczona poprzez obniżenie temperatury ciała noworodka (hipotermia), a metoda ta jest stosowana do 6 godzin od wystąpienia epizodu niedotlenienia i niedokrwienia.

Ze względu na wąskie okno terapeutyczne i liczne działania niepożądane dostępnych terapii, naukowcy poszukują nowych leków służących poprawie farmakoterapii niedotlenienia i niedokrwienia mózgu, czyli schorzeń zagrażających człowiekowi od narodzin do starości. Amorfrutyna B to naturalny związek pochodzenia roślinnego oraz selektywny modulator receptora PPARγ. PPARγ należy do grupy receptorów jądrowych, a jego główną rolą jest regulacja ekspresji genów związanych z metabolizmem, homeostazą lipidów i wrażliwością na insulinę. PPARγ ulega ekspresji również w mózgu, gdzie jego rola polega na oddziaływaniu na procesy różnicowania komórek oraz regulacji stanu zapalnego. Silnymi aktywatorami receptora PPARγ są tiazolidinediony, które przez długi czas były stosowane jako leki przeciwcukrzycowe. Z biegiem czasu okazało się, że te związki są hepatotoksyczne, kardiotoksyczne i kancerogenne, co doprowadziło do ich częściowego wycofania z rynku farmaceutycznego. Bezpieczniejszą alternatywą dla aktywatorów PPARγ są selektywne modulatory tego receptora, które w mniejszym stopniu aktywują receptor i nie wywołują skutków ubocznych.

Nasze badania miały na celu zweryfikowanie neuroprotekcyjnych właściwości amorfrutyny B w komórkowych modelach niedotlenienia i niedokrwienia mózgu. Posłużyły do tego pierwotne neurony mózgu myszy w hodowli in vitro, które były poddawane niedotlenieniu (model hipoksji) względnie niedotlenieniu z równoczesną deprywacją glukozy (model ischemii). W modelu hipoksji komórki były umieszczane w komorze z obniżoną zawartością tlenu, natomiast w modelu ischemii komórki były zarówno umieszczane w komorze z obniżoną zawartością tlenu, jak i pozbawione dostępu do glukozy. W celu uwzględnienia wymogów nowoczesnej farmakoterapii, amorfrutyna B była podawana po 6 godzinach od zainicjowania uszkodzenia komórek. Pozbawienie komórek nerwowych tlenu czy glukozy wywołuje kaskadę procesów, takich jak stres oksydacyjny (będący konsekwencją nadmiernej ilości wolnych rodników) i zaburzenie równowagi energetycznej komórki (koordynowanej przez mitochondria), co w efekcie prowadzi do śmierci komórek nerwowych na drodze nekrozy (martwicy) i apoptozy (tzw. „samobójczej śmierci”).

Ryc. 1. Schemat procesów prowadzących do śmierci komórek nerwowych w wyniku hipoksji oraz ischemii.

Proponowana przez nas terapia z wykorzystaniem amorfrutyny B chroni komórki nerwowe przed uszkodzeniem wywołanym niedotlenieniem i niedokrwieniem. Protekcyjny potencjał działania tej substancji jest szczególnie nakierowany na poprawę kondycji mitochondriów oraz zwalczanie wolnych rodników przyczyniających się do uszkodzeń DNA. Za kulisami neuroprotekcyjnych efektów amorfrutyny B stoi receptor PPARγ, ponieważ po jego zablokowaniu (przy użyciu selektywnego antagonisty) względnie po wyciszeniu jego ekspresji (z użyciem specyficznego siRNA), amorfrutyna B traci swoje neuroprotekcyjne właściwości. Skuteczny lek musi mieć szerokie okno terapeutyczne i być wolny od skutków ubocznych. Naszym zdaniem do takich związków należy amorfrutyna B, która podana nawet po 6 godzinach od wywołania uszkodzenia wykazuje silne działanie ochronne. Pozycjonuje to amorfrutynę B jako obiecujący kierunek przyszłych terapii udaru mózgu i niedotlenienia okołoporodowego, co skłania do przypuszczeń, że nowy farmaceutyk będzie towarzyszył człowiekowi od narodzin do starości.  

Ryc. 2. Schemat ochronnego działania amorfrutyny B w komórkach nerwowych poddanych hipoksji oraz ischemii in vitro.

 Literatura:

    Wnuk A, Przepiórska K, Pietrzak BA, Kajta M. Post-Treatment with Amorfrutin B Evokes PPARγ-Mediated Neuroprotection against Hypoxia and Ischemia. Biomedicines, 2021. doi:10.3390/biomedicines9080854

       Ryciny stworzone przy użyciu biorender.com

 Źródło finansowania:

Grant Opus 16 – prof. dr hab. Małgorzata Kajta - NCN nr 2018/31/B/NZ7/01815