სტატია
რით განსხვავდება მეთილენის ლურჯი ჩვეულებრივი ანტიოქსიდანტებისგან
ჩვეულებრივი ანტიოქსიდანტი თავისუფალ რადიკალს მხოლოდ ერთხელ ხვდება. ის გასცემს ელექტრონს, ანეიტრალებს სამიზნეს და იხარჯება. თანაფარდობა ერთია ერთთან, ხოლო დაცვა მარაგის ამოწურვისას წყდება.
მეთილენის ლურჯი ასე არ მუშაობს. ის იღებს ელექტრონებს, გადასცემს მათ და უბრუნდება საწყის ფორმას, მზად არის ციკლის გასამეორებლად. ერთ მოლეკულას ათასობით მოქმედების შესრულება შეუძლია. ეს განსხვავება ხსნის მის აქტიურობას დაბალ დოზებზე და იმ შემთხვევებსაც, როცა მისი უმოქმედობა განსაკუთრებით ბევრისმთქმელია. ქვემოთ ეს ორი მექანიზმი სამი გამოქვეყნებული კვლევის საფუძველზეა შედარებული, იმ შედეგების გათვალისწინებითაც, რომლებშიც ეფექტი არ გამოვლინდა.
გადამცემი და არა ღრუბელი
ქიმიური საფუძველი შექცევადი წყვილია. დაჟანგული მეთილენის ლურჯი ლურჯი ფერისაა, დამუხტულია და წყალში იხსნება. აღდგენილი მეთილენის ლურჯი, რომელსაც ლეიკო-მეთილენის ლურჯი ეწოდება, უფეროა, დაუმუხტავია და ცხიმებში საკმარისად იხსნება იმისთვის, რომ მემბრანები თავისუფლად გადაკვეთოს. მიტოქონდრიის შიგნით დაჟანგული საღებავი ელექტრონებს ჯაჭვის ადრეულ მონაკვეთში NADH-თან დაკავშირებული გადამტანებისგან იღებს და შემდგომ მონაკვეთში ციტოქრომ c-სა და კომპლექს IV-ს გადასცემს. ამით ის გვერდს უვლის კომპლექსებს I-დან III-მდე — ადგილებს, სადაც ელექტრონები ყველაზე ხშირად გადადის ჟანგბადზე და სუპეროქსიდს წარმოქმნის. საღებავი კვლავ დაჟანგულ ფორმაში აღმოჩნდება და ციკლს იმეორებს. თავად ამ წყვილის მოქმედების მექანიკა განხილულია განმარტებით სტატიაში იმის შესახებ, თუ როგორ მუშაობს მეთილენის ლურჯი.
უშუალო გამანეიტრალებელი ელექტრონების გაჟონვის შემდეგ მოქმედებს. ის ელოდება სუპეროქსიდის ან პეროქსიდის წარმოქმნას, შემდეგ კი ანეიტრალებს მას — ერთი მოლეკულა თითო რადიკალზე. ჟანგვა-აღდგენითი ციკლის შემსრულებელი გაჟონვამდე მოქმედებს: ელექტრონების ნაკადს სხვა გზით მიმართავს, რათა ნაკლები სუპეროქსიდი წარმოიქმნას, თავად კი არ იხარჯება. აქედან გამომდინარეობს დოზების თანაფარდობაც: ქვემოთ განხილულ კვლევებში მეთილენის ლურჯი დაახლოებით 100 ნანომოლარულ კონცენტრაციაზე მოქმედებს, კლასიკურ გამანეიტრალებელს კი 100 მიკრომოლარული კონცენტრაცია სჭირდება.
თუმცა გადამცემი თავისთავად არაფერს აკეთებს. მისი მოქმედება გზის ორივე ბოლოში არსებულ დონორებსა და აქცეპტორებზეა დამოკიდებული. სისტემის შეცვლისას ერთი და იგივე მოლეკულა შეიძლება დამცავი, უსარგებლო ან მოცემული პროცესისთვის შეუსაბამო აღმოჩნდეს.
ნერვული უჯრედები: დაცვა, რომელსაც ფუნქციონირებადი მიტოქონდრიები სჭირდება
ყველაზე მკაფიო გარჩევას გვთავაზობს სტრუქტურა-აქტივობის კვლევა ჰიპოკამპის HT-22 ნეირონულ უჯრედებზე, რომელშიც მეთილენის ლურჯი და ექვსი მონათესავე ნაერთი ოთხი დამაზიანებელი ფაქტორის წინააღმდეგ გამოსცადეს (Poteet და სხვ., 2012). გლუტამატის, როტენონისა (კომპლექს I-ის ბლოკატორი) და იოდოაცეტატის შემთხვევაში საღებავი ნანომოლარულ კონცენტრაციებზე დაცვას უზრუნველყოფდა. გლუკოზის ოქსიდაზის წინააღმდეგ კი, რომელიც წყალბადის პეროქსიდს უშუალოდ საკვებ გარემოში წარმოქმნის, მას 10 ნანომოლარულიდან 10 მიკრომოლარულამდე კონცენტრაციებზე არანაირი ეფექტი არ ჰქონდა, მაშინ როცა მარტივი გამანეიტრალებელი პიროვატი დაცვას უზრუნველყოფდა. როცა დაზიანება ელექტრონების გადაცემის ჯაჭვის დარღვევას უკავშირდება, გადამცემი ეხმარება. როცა პეროქსიდი უკვე უჯრედის გარეთაა წარმოქმნილი, მას გადასატანი არაფერი აქვს.
იმავე კვლევამ მიზეზიც აჩვენა. მიტოქონდრიული ლიზატის ტესტში ორი მონათესავე ნაერთი, რომლებსაც 3 და 7 პოზიციებზე გვერდითი ჯაჭვები არ ჰქონდათ — ფენოთიაზინი და 2-ქლორფენოთიაზინი — თავისთავად მოქმედებდა როგორც უშუალო ანტიოქსიდანტი. მეთილენის ლურჯი — არა. ის ჟანგვას მხოლოდ მაშინ თრგუნავდა, როცა ერთდროულად არსებობდა NADH და დაუზიანებელი მიტოქონდრიული მასალა. სხვა სიტყვებით, ის საერთოდ არ მოქმედებდა როგორც უშუალო გამანეიტრალებელი. ის გადამტანი იყო, გადამტანს კი სჭირდება როგორც დატვირთვის ადგილი, ისე დანიშნულების წერტილი.
ორი დეტალი სურათს უფრო მკაფიოს ხდის. რგოლის აზოტისთვის 10 პოზიციაზე გვერდითი ჯაჭვის დამატებამ დამცავი მოქმედების ძალა დაახლოებით ათასჯერ შეამცირა, რაც მიუთითებდა, რომ თავისუფალი აზოტი ციკლური ქიმიური პროცესისთვის გადამწყვეტია. ხანგრძლივმა ზემოქმედებამ კი კომპლექს IV-ის ექსპრესია და აქტივობა გაზარდა — ეს ადაპტაცია უშუალოდ გამანეიტრალებელ მონათესავე ნაერთებს არ გამოუწვევიათ. მიტოქონდრიებში ელექტრონების გადაცემის შესახებ დამატებითი დეტალები ანტიოქსიდანტური მოქმედების მტკიცებების შესაფასებლად საჭირო ფონს ქმნის.
კანის უჯრედები: პირდაპირი შედარება, რომელშიც მეთილენის ლურჯი იმარჯვებს
ცალკე კვლევაში მეთილენის ლურჯი სამ დამკვიდრებულ ანტიოქსიდანტს შეადარეს ადამიანის კანის პირველად ფიბრობლასტებში, რომლებიც ჯანმრთელი დონორებისგან, პროგერიით დაავადებული პაციენტებისა და 80 წელს გადაცილებული დონორებისგან მიიღეს (Xiong და სხვ., 2017). ოთხი კვირის განმავლობაში მეთილენის ლურჯი გამოიყენებოდა 100 ნანომოლარული, N-აცეტილცისტეინი — 100 მიკრომოლარული, ხოლო MitoQ და mito-TEMPO — თითოეული 100 ნანომოლარული კონცენტრაციით.
შედეგებს შორის სხვაობა მკვეთრი იყო. მეთილენის ლურჯი ამცირებდა მიტოქონდრიულ სუპეროქსიდს და ყველა უჯრედულ ხაზში ხელს უწყობდა პროლიფერაციას. N-აცეტილცისტეინი არ ამცირებდა მიტოქონდრიულ ROS-ს და, როგორც ჩანდა, პროლიფერაციას ანელებდა. MitoQ ლიტერატურაში სტანდარტულად გამოყენებული დოზით მკვეთრად ზრდიდა მიტოქონდრიულ ROS-ს და აფერხებდა პროლიფერაციას. Mito-TEMPO-მ ზოგიერთ ხაზში ზომიერი დადებითი ეფექტი აჩვენა. ამ ოთხიდან კატალიზური ციკლის შემსრულებელი ყველაზე ეფექტიანი იყო, ხოლო მიზნობრივი სტოიქიომეტრიული ანტიოქსიდანტი საერთოდ არაფრის გამოყენებაზე უარეს შედეგს იძლეოდა, სულ მცირე, ამ სისტემაში ერთთვიანი ზემოქმედების პირობებში.
ავტორებმა შესაძლო ახსნად ზემოქმედების ხანგრძლივობა გამოყვეს, რადგან სხვა კვლევებში MitoQ-ს უფრო ხანმოკლე ზემოქმედება უკეთეს შედეგებს აჩვენებდა. ეს შენიშვნა ზოგად მნიშვნელობასაც იძენს: სტოიქიომეტრიული ანტიოქსიდანტები ილევა, მათი დაშლის პროდუქტებმა კი ხანგრძლივი ინკუბაციისას შეიძლება არასასურველი ეფექტები გამოიწვიოს. კატალიზატორი არ ილევა.
იგივე კვლევითი პროგრამა რეკონსტრუირებულ 3D ადამიანის კანზეც გაგრძელდა, სადაც დაბალი დოზით მეთილენის ლურჯმა გაასქელა დერმა, გააუმჯობესა ჰიდრატაცია, გაზარდა ელასტინისა და კოლაგენ 2A1-ის დონე, დათრგუნა MMP9 და დააჩქარა ჭრილობის დახურვა. ეს იმედისმომცემია, მაგრამ კანს ეხება, კანი კი ძვალი არ არის.
ძვალი: უჯრედულ კულტურაში ნაჩვენები პერსპექტივა, რომელიც ცხოველში გაქრა
ჩონჩხის დაბერების კვლევა სპექტრის მეორე ბოლოშია (Poudel და სხვ., 2024). კულტურაში მეთილენის ლურჯიც და MitoQ-ც 0.25 მიკრომოლარულზე მაღალი კონცენტრაციებით დოზაზე დამოკიდებულად თრგუნავდა ოსტეოკლასტების წარმოქმნას, ღეროვანი უჯრედების სიცოცხლისუნარიანობისა და ოსტეობლასტების წარმოქმნის დაზიანების გარეშე. მხოლოდ ამ მონაცემების ნახვით მკვლევარი ივარაუდებდა, რომ ნაერთების მიმღებ ცხოველებს უფრო მტკიცე ძვლები ექნებოდათ.
ცხოველებში შედეგმა ეს ვარაუდი არ დაადასტურა. ხანდაზმული მდედრი C57BL/6J თაგვები 6 ან 12 თვის განმავლობაში სასმელ წყალში 250 მიკრომოლარულ მეთილენის ლურჯს იღებდნენ. გენეტიკურად მრავალფეროვანი UM-HET3 თაგვები საკვებთან ერთად იღებდნენ 28 ppm მეთილენის ლურჯს 7-დან 22 თვემდე ასაკში ან 100 ppm MitoQ-ს 4-დან 22 თვემდე ასაკში. ბარძაყის ძვლის კორტიკალური და ტრაბეკულური ნაწილებისა და წელის მალების მიკრო-CT-მ აჩვენა, რომ ასაკთან დაკავშირებული ძვლის დანაკარგი ნაერთების მიმღებ და საკონტროლო ჯგუფებში ერთნაირად მიმდინარეობდა. ორი ხაზი, მიწოდების ორი გზა, ორი ანტიოქსიდანტი, თვეების განმავლობაში ზემოქმედება — ჩონჩხზე ეფექტის გარეშე.
ავტორების დასკვნა პირდაპირია: მხოლოდ ანტიოქსიდანტით ჟანგვითი სტრესის შემცირება, როგორც ჩანს, ჩონჩხის დაბერების შესანელებლად საკმარისი არ არის. ძვლის დაკარგვაში ერთიანდება ჰორმონების, დატვირთვის, ანთებისა და დაბერებული უჯრედების მოცილების გავლენა. ელექტრონების გაჟონვის გამოსწორება მრავალ ფაქტორს შორის მხოლოდ ერთს ეხება, აქ კი სხვები დომინირებდა. ინფორმაცია იმის შესახებ, რა შედეგები აჩვენა ანტიოქსიდანტურმა სტრატეგიებმა დაბერების ფენოტიპებთან მიმართებით, ამ უეფექტო შედეგის კონტექსტს ქმნის.
სამი კვლევის ერთობლივი განხილვა
სამივე ნაშრომის გათვალისწინების შემდეგ სამი კანონზომიერება რჩება ძალაში.
პირველი: მექანიზმი მოქმედების საზღვრებს წინასწარ განსაზღვრავს. მეთილენის ლურჯი ეხმარება იქ, სადაც მიტოქონდრიის შიგნით ელექტრონები არასწორ გზაზე მიემართება და გადამტანს მათი სხვა გზით წარმართვა შეუძლია. ის ვერ მუშაობს იქ, სადაც ოქსიდანტები უკვე წარმოქმნილია და ჯაჭვისგან მოშორებით მდებარეობს. გლუკოზის ოქსიდაზისა და ძვლის კვლევებში ეფექტის არარსებობა უხერხული შედეგები არ არის, რომლებსაც გამართლება უნდა მოეძებნოს. ეს თეორიის მოქმედებაა სწორედ ისე, როგორც ის აღწერს.
მეორე: ხანგრძლივი ზემოქმედებისას კატალიზური თანაფარდობა სტოიქიომეტრიულს სჯობს. მოლეკულა, რომელიც არ იხარჯება, ნანომოლარულ დონეებზე კვირების განმავლობაში აგრძელებს მუშაობას, მაშინ როცა ერთჯერად გამანეიტრალებლებს ასეულობით მიკრომოლარული დოზები სჭირდება და ხანგრძლივი ინკუბაციისას მათი მოქმედება შეიძლება საზიანოდ იქცეს.
დოზის, მიწოდების გზისა და ქსოვილებში განაწილების შესახებ შენიშვნები ნაწილობრივ ხსნის, რატომ შეიძლება უჯრედულ კულტურაში ნანომოლარულ კონცენტრაციაზე საუკეთესო შედეგის მქონე ნაერთმა ცოცხალ ორგანიზმში ეფექტი ვერ აჩვენოს.
კლინიცისტებისა და მკვლევრებისთვის დასკვნა ვიწროა, მაგრამ მყარი. მეთილენის ლურჯი უფრო ძლიერი ანტიოქსიდანტი კი არა, სხვა კატეგორიის ნაერთია: აღდგენადი გადამტანი, რომელსაც დაუზიანებელი მიტოქონდრიები, ხელმისაწვდომი დონორები და ჯაჭვის შემდგომ მონაკვეთში აქცეპტორი სჭირდება. ნებისმიერი შემოთავაზებული გამოყენება შეაფასეთ იმის მიხედვით, არსებობს თუ არა ეს წრედი სამიზნე ქსოვილში, და მოითხოვეთ ისეთი საკონტროლო ტესტი, როგორიც Poteet-ის კვლევაში ჩატარდა: პეროქსიდის უშუალო ზემოქმედება, რომელსაც ნამდვილი გამანეიტრალებელი უნდა გაუმკლავდეს, გადამტანი კი — ვერა. სწორედ ამიტომ მკვლევართა მიერ წარმართული ჟანგვა-აღდგენითად აქტიური ნაერთების შედარებები კვლავ და კვლავ უბრუნდება პირდაპირი შედარების დიზაინს.
წყაროები
ზემოთ მოცემული სამი შედარება ეფუძნება მეთილენის ლურჯისა და ექვსი წარმოებულის სტრუქტურა-აქტივობის კვლევას ნეირონულ უჯრედებში, ოთხი ანტიოქსიდანტის შედარებას ადამიანის კანის ფიბრობლასტებსა და 3D კანის მოდელებში და მეთილენის ლურჯისა და MitoQ-ს ხანგრძლივ კვლევას ჩონჩხის დაბერების შესახებ თაგვების ორ ხაზში. ეს სტატია მათ შედეგებს აღწერს და მკურნალობის რეკომენდაციებს არ იძლევა.