Wodór cząsteczkowy w leczeniu komórek osteoblastów dotkniętych czynnikiem martwicy TNF-α

Czynnik martwicy nowotworu alfa (TNF-α) odgrywa kluczową rolę w chorobach zapalnych jak reumatoidalne zapalenie stawów i osteoporoza pomenopauzalna. Okazało się jednak, że wodór, który jest doskonałym przeciwutleniaczem, może wywierać leczniczy efekt przeciwzapalny w wielu chorobach.

W 2012 roku zespół naukowców zbadał wpływ wodoru cząsteczkowego (H2) na indukowane TNF-α uszkodzenie komórek w osteoblastach. Naukowcy stwierdzili, że tłumiona żywotność komórek przez TNF-α, indukowana apoptoza komórek, tłumiona ekspresja mRNA Runx2 i hamowana aktywność fosfatazy alkalicznej zostały zastopowane i odwrócone przez wspólną inkubację z H2.

Wodór cząsteczkowy i jego skuteczność

Inkubacja z reakcją wewnątrzkomórkową wzmocnioną przez TNF-α wytwarza formy tlenu (RFT) i dialdehydu malonowego, a także powoduje zwiększoną aktywność oksydazy NADPH i upośledzenie funkcji mitochondriów. Tworzenie RFT i zmniejszona błona mitochondrialna, jak również synteza ATP oraz stłumiona aktywność enzymów przeciwutleniających (w tym SOD i katalaza) zostały przywrócone przez koinkubację z H2. Leczenie cząsteczkami wodoru zahamowało aktywację szlaku NFjB indukowaną przez TNF-α. To jednak nie wszystko. Leczenie H2 zahamowało również azot indukowany przez TNF-α i tworzenie tlenków (NO) poprzez zatrzymanie aktywności iNOS.

Leczenie H2 łagodzi uszkodzenia komórek osteoblastów wywoływane przez TNF-α poprzez redukcję stresu oksydacyjnego, hamuje stan zapalny i wzmacnia NO biodostępność.

W 2012 roku zespół naukowców pod kierownictwem doktora Y. Sun wykazał, że leczenie wodorem cząsteczkowym łagodzi utratę kości wywołanej mikrograwitacją in vivo i in vitro. To właśnie wspomniany zespół po raz pierwszy opisał ochronny efekt działania molekularnego wodoru na kości. We wspomnianym badaniu leczenie H2 znacząco złagodziło indukowane przez TNF-α uszkodzenie komórek osteoblastów, w tym przywracanie proliferacji i tłumienie komórek apoptozy. Dodatkowo leczenie Runx2 wzmocnione H2, ekspresja mRNA i aktywność ALP (dwa biomarkery różnicowanie osteoblastyczne) spowodowało zmniejszenie różnicowania osteoblastów wywołane przez TNF-α.

Walka ze stresem oksydacyjnym

Uważa się, że stres oksydacyjny odgrywa ważną rolę w patogenezie zapalenia. Leczenie H2 skutecznie zmniejszyło stres oksydacyjny wywołany przez TNF-α. NADPH oksydaza, jako główne źródło zaangażowanych wewnątrzkomórkowych ROS w regulacji żywotności i różnicowania osteoblastów, uzyskała podwyższoną regulację po leczeniu TNF-α.

Uszkodzenie mitochondriów miało również swój udział w stresie oksydacyjnym wywołany przez TNF-α. Leczenie wodorem cząsteczkowym nie tylko hamowało aktywność oksydazy NADPH znajdującej się w cytoplazmie, ale pozwoliło również przywrócić funkcje mitochondriów. W porównaniu z tradycyjnymi przeciwutleniaczami, jak witamina C czy witamina E H2 jest elektrycznie neutralny i znacznie mniejszy, dzięki czemu jest w stanie łatwo przenikać przez błony i dostać się do komórek oraz organelli takich jak jądro i mitochondria, dokąd tradycyjnie używane przeciwutleniacze nie mogą dotrzeć. SOD i katalaza (dwa ważne enzymy przeciwutleniające) działają poprzez katalizowanie konwersji rodników ponadtlenkowych do nadtlenku wodoru, który można następnie zredukować do wody przez katalazę.

Przeprowadzane na myszach badania pokazały, że gryzonie z niedoborem SOD1 wykazywał niedobór w tworzeniu kości. Stwierdzono, że podanie katalazy zapobiega problemom z odbudową kości. Aktywność SOD i katalazy została zmniejszona w przypadku leczenia TNF-α. Wykorzystanie H2 przywróciło aktywność SOD i katalazy. Dlatego leczenie stresu oksydacyjnego wywołanego przez TNF-α za pomocą wodoru cząsteczkowego hamuje tworzenie się RFT przez oksydazę NADPH i mitochondriów oraz przywraca wewnątrzkomórkowy przeciwutleniacz obrony w osteoblastach.

Wodór w leczeniu osteoporozy

Oprócz właściwości przeciwutleniających H2 miał również działanie ochronne przeciwko indukowanym przez TNF-α uszkodzeniom komórek osteoblastów poprzez tłumienie aktywności NFjB. W tym badaniu H2 zmniejszył ekspresję mRNA IjBa, NFjB i aktywność NF-jB indukowaną przez TNF-α. Badania wykazały, że hamowanie aktywacji NFjB sprzyjało tworzeniu się kości i może być równie ważne w leczeniu osteoporozy. Zwiększona ekspresja i aktywność NF-jB indukuje transkrypcję genów cytokin prozapalnych takich jak IL-6 i ICAM-1, powodując zwiększenie ich produkcji. H2 tłumił aktywację NFjB indukowaną przez TNF-α oraz ekspresję IL-6 i ICAM-1 w celu bezpośredniej ochrony osteoblastów przed zapaleniem.

Innym ważnym białkiem NF-jB jest iNOS, który wyregulowano w osteoblastach w czasie leczenia TNF-α. Nadmiar lokalnej produkcji NO z iNOS nasila niszczenie kości w osteoporozie wywołanej stanem zapalnym. NO nie tylko pośredniczył w apoptozie wywoływanej przez cytokiny, ale miał również silne działanie hamujące wpływ na wzrost i różnicowanie osteoblastów. Dodatkowo reakcja NO i anionu ponadtlenkowego utworzyła peroxynitrite (OONO-). Jednak leczenie H2 może selektywnie zmniejszyć zawartość nadtlenoazotynu, co mogło wynikać z możliwości ograniczenia regulacji aktywność iNOS, którą zaobserwowano w tym badaniu.

Zespół badaczy dokonał jeszcze jednego interesującego odkrycia, które dotyczyło leczenia za pomocą wodoru cząsteczkowego zwiększonej aktywności eNOS i NO. W warunkach fizjologicznych NO pochodzący z eNOS jest jednym z kluczowych lokalnych pośredników i przekaźników hormonów ogólnoustrojowych. Mowa tu na przykład o peptydzie związanym z genem kalcytoniny, parathormonu i steroidu zależnego od płci, zwłaszcza estrogenu, który jest zaangażowany w regulację funkcji kości. Poziom NO w krążeniu był zmniejszony i wiązał się z osteoporozą u starszych szczurów oraz u szczurów z wyciętymi jajnikami. Dlatego wynik omawianego badania sugeruje, że H2 może być stosowany również w leczeniu osteoporozy u osób starszych.

Leczenie wodorem cząsteczkowym łagodzi uszkodzenia komórek osteoblastów wywołane przez TNF-α. H2 jest skuteczny dzięki łagodzeniu stresu oksydacyjnego, tłumieniu stanów zapalnych i ograniczaniu aktywności iNOS. To wszystko zostało potwierdzone badaniami. Wodór cząsteczkowy może być stosowany zatem jako jeden z nowych leków przy leczeniu utraty masy kostnej w reumatoidalnym zapaleniu stawów oraz w osteoporozie pomenopauzalnej.

Tłumaczenie własne jonizatory.eu na podstawie:

Wen-Wen Cai, Ming-Hua Zhang, Yong-Sheng Yu, Jin-Hua Cai, Treatment with hydrogen molecule alleviates TNFa-induced cell injury in osteoblast, Mol Cell Biochem DOI 10.1007/s11010-012-1450-4

---

Wszelkie materiały, artykuły (w szczególności depesze, zdjęcia, grafiki, pliki video) zamieszczone na serwisie „jonizatory.eu” chronione są przepisami ustawy z dnia 4 lutego 1994 r. o prawie autorskim i prawach pokrewnych oraz ustawy z dnia 27 lipca 2001 r. o ochronie baz danych. Ich kopiowanie lub modyfikacje będą zgłaszane do odpowiednich służb.