أدى الإجهاد التأكسدي ، واستقلاب الطاقة غير الوظيفي ، والنواقل العصبية المزعزعة للاستقرار إلى تغيير المظهر الأيضي الدماغي في نموذج الفئران لمحاكاة تشبع الهليوكس بالغوص إلى 4. 0 MPa Ⅲ

مناقشة

يهدف هذا العمل إلى التحقيق في دورالاكسدة, استقلاب الطاقة، وملامح الناقل العصبيفي الآلية الجزيئية للتغيرات المرتبطة بالمستقلبات التي تعتمد على المنطقة الدماغية التي يسببهاالتعرض للضغط العالي. تشارك العديد من المستقلبات فياستقلاب الطاقة,الاكسدة، واستقلاب الأحماض الأمينيةوكذلك المستقلبات التي تساهم فيسلامة الغشاءوالناقلات العصبيةتم تغييرها بشكل كبير بواسطةالتعرض HSD. النتائج التي تم الحصول عليها من نهج الأيض القائم على الرنين المغناطيسي النووي جنبًا إلى جنب مع التقييم الكيميائي الحيوي تشير بقوة إلى أن ضغط الضغط العالي في الهليوكستحرض بيئة التشبعالتغييرات في العديد من المستقلبات وذاكالاكسدة، واستقلاب الطاقة ، وتغيير الناقل العصبي آلية رئيسية للتغييرات في ملامح الأيض الخاصة بمنطقة الدماغ في فئران نموذج HSD. أظهرت البيانات أن مسارات التمثيل الغذائي المتعددة ، بما في ذلك استقلاب الجلوتاثيون ، واستقلاب طاقة الميتوكوندريا ، وتحلل السكر ، واستقلاب BCAA ، والألانين ، واستقلاب الأسبارتات والغلوتامات ، وأيض الناقل العصبي مع اضطرابات التمثيل الغذائي الخاصة بمنطقة الدماغ ، كانت متورطة في تأثيرات 400msw-HSD.

الجدول 2. ملخص لمجموعة من المستقلبات المميزة التي تم تحديدها لتتغير بشكل كبير بين الفئران المشبعة بالضغط العالي والضابطة في مناطق الدماغ الثلاثة لأنسجة القشرة الدماغية والحصين والمخطط.

الشكل 6. تحليل مسار التخصيب الكمي. مخططات طوبولوجيا المسار موضحة بقيم تأثير المسار (المدرجة في الجداول اليمنى بالإضافة إلى قيم FDR و p) و – log10 (p) من المستقلبات ذات الدلالة الإحصائية من القشرة (A) والحصين (B) والمخطط (C) ) في مجموعات HSD بالنسبة إلى الضوابط.

تحليل الإجهاد التأكسدي

During large depth (>100 مللي ثانية) غطس التشبع ، يتعرض الجهاز العصبي المركزي باستمرار للإجهاد التأكسدي بسبب الإنتاج المفرط لأنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) التي تسببها البيئة المضغوطة للتشبع بالبوليوكس [23 ، 24]. يعد عدم التوازن بين مستويات الأكسدة ومضادات الأكسدة عنصرًا تنظيميًا شائعًا في التمثيل الغذائي في العديد من الاضطرابات العصبية ، بما في ذلك مرض الزهايمر [25] ، واضطراب طيف التوحد [26] ، والدماغ الإقفاري [21] ، وإصابات الدماغ الرضية [27] ، وما إلى ذلك [18] ، 28 ، 29]. تعكس التغييرات في مستوى SOD و MDA و Gpx ، كمؤشرات معترف بها للإجهاد التأكسدي ، إصابة الجذور الخالية من الأكسجين في الجسم الحي. في هذه الدراسة ، تمت زيادة محتوى مؤشر الضرر التأكسدي (MDA) ، وانخفض مؤشر مضادات الأكسدة (SOD و Gpx) في الفئران النموذجية ، مما يشير إلى حدوث الإجهاد التأكسدي في القشرة الدماغية لنموذج الجرذ HSD. ترتبط العديد من المستقلبات الأخرى أيضًا بتنظيم الإجهاد التأكسدي. يلعب التورين أدوارًا أوسع مع التأثيرات المضادة للأكسدة ، والمضادة للالتهابات ، ومضادات موت الخلايا المبرمج ، والتحلل ، والتأثيرات العصبية لتحسين التغيرات النسيجية المرضية في الدماغ ونشاط الخلايا العصبية [30-36]. تم تقليل الانخفاض الكبير في محتوى التورين في الحصين الدماغي والمخطط في فئران HSD بالإضافة إلى مستقلب آخر مرتبط بالإجهاد التأكسدي ، GSH ، في القشرة والحصين ، مما يشير إلى أن الإصابة التأكسدية حدثت في الأجزاء المختلفة من دماغ الفئران HSD . يُعرف GSH على نطاق واسع بأنه تقطير مضاد للأكسدة وينتج جزيئات مستقرة مثل ثاني كبريتيد الجلوتاثيون المؤكسد GSSH و AKA مع تفاعل ROS. سيؤثر مستوى GSH المنخفض بعد HSD على وظيفة الميتوكوندريا وتوازن الأكسدة والاختزال ، وبالتالي حساب الارتباط السلبي القوي الملحوظ بين GSH مقابل Suc في عينات HSDH (الشكل 5B 'اللوحة العلوية). يعتبر Asc (المعروف أيضًا باسم فيتامين C) أحد مضادات الأكسدة / المغذيات الدقيقة الهامة لقدراته المضادة للأكسدة ، وبالتالي يؤدي وظائف أساسية في صيانة الخلايا العصبية في الدماغ. هنا ، أبلغنا أن Asc بتركيزات أقل في عينات HSDH مقارنة بالضوابط. تتفق هذه النتائج مع بعضها البعض ، مما يشير إلى وجود صلة مباشرة بين الإجهاد التأكسدي وإزالة الضغط بالضغط العالي في بيئة مشبعة بأكسيد الشمس. قد ترتبط التركيزات المنخفضة لمخمدات مضادات الأكسدة في الدماغ بشكل مباشر بانخفاض قدرة مضادات الأكسدة ، وبالتالي تقليل تنظيم توليد الأكسيدات الفائقة ، بما في ذلك SOD و Gpx ، وتنظيم مستويات MDA.

انقر هنا للحصول على سيستانش لمضادات الأكسدة

تحليل مسار التمثيل الغذائي للطاقة

أشارت العلاقة الإيجابية ذات الدلالة الإحصائية بين Ala و Lac في مجموعتي HSDC و CONC إلى أن Ala ، كحمض أميني ، له ارتباط أعلى بكثير بالتحلل اللاهوائي [37]. حفز LDH تحويل البيروفات إلى Lac ، وأدت الأنشطة المنخفضة لـ LDH في القشرة إلى تقليل التعبير عن Lac ، مما يشير إلى انخفاض في المسارات اللاهوائية. ومع ذلك ، فإن تركيز لاك يفضل التمثيل الغذائي النشط من خلال نشاط الأسبارتات أمينوترانسفيراز (AST) ، ألانين أمينوترانسفيراز (ALT) ، و LDH ، والتي يمكن أيضًا دمجها في دورات الجلوتامات والجلوتامين و GABA في الخلايا العصبية. في هذه الدراسة ، مقارنةً بجرذان CON ، قد يشير التركيز الأعلى بشكل ملحوظ لـ FMA في مجموعة HSDX وانخفاض تركيز Suc إلى انخفاض استقلاب الطاقة ، والذي تم تأكيده أيضًا من خلال زيادة AMP وانخفاض ATP الناتج بشكل أساسي عن طريق تحلل السكر و دورة TCA. يتطلب Na-K-ATPase ، وهو إنزيم رئيسي للحفاظ على التدرج الكهروكيميائي المناسب لأيونات الصوديوم عبر غشاء الخلية ، حوالي 50 بالمائة من الطاقة المتاحة للدماغ [38 ، 39]. يلعب خلل Na-K-ATPase دورًا أساسيًا في تطور الأمراض التنكسية العصبية [40 ، 41]. قدم النشاط المنخفض لـ Na-K-ATPase في القشرة الدماغية لمجموعة HSD دليلًا إضافيًا على انخفاض استقلاب الطاقة الناجم عن تأثير HSD. معًا ، قد تشمل اختلالات استقلاب الطاقة الناتجة عن إصابة HSD عالية الضغط عملية التمثيل الغذائي الهوائي المكبوت بشكل تعاوني والتمثيل الغذائي اللاهوائي ، وهي ظاهرة تغيير استقلابي نادرة.

تم تنظيم مستويات BCAAs (Ile و Val و Leu) في عينات HSDS بالمقارنة مع تلك الموجودة في عينات CONS. يمكن تحويل BCAAs إلى acetyl-CoA و succinyl-CoA [42] كركائز لتكوين السكر وتوليد ATP. وبالتالي ، من المحتمل أن يتم تحفيز تنظيم BCAAs لتلبية احتياجات تعويض الطاقة بعد إصابة HSD. وفي الوقت نفسه ، تمشيا مع طلب تعويض الطاقة ، تم أيضًا تعديل مسار التمثيل الغذائي للأكسدة والأحماض الدهنية ، وتم الكشف عن مستوى أقل من Car (مستقلب علامة للأحماض الدهنية - الأكسدة) في عينات HSDC. يوفر مسار التمثيل الغذائي للجليسين والسيرين والثريونين (الشكل 6 ب) أيضًا سلائف استقلاب الطاقة الهامة لدخول دورة السترات [43]. في هذا المسار ، تشو وجلي وثر هي الضربات الثلاث. تبين أن Cho و Gly يتناقصان مع التعرض HSD. وبالمثل ، تم ربط المسارات الكولينية بالتشوهات الاجتماعية والسلوكية ، وكذلك باعتبارها مكونًا أساسيًا للأغشية الخلوية وضرورية لتخليق الناقل العصبي أستيل كولين. Gly هو أبسط حمض أميني له عدة وظائف ، بما في ذلكالتمثيل الغذائي للدهون، وظيفة الجهاز العصبي ، نمو العضلات ، ودمجها في الجلوتاثيون المضاد للأكسدة [44].

التمثيل الغذائي للناقل العصبي

التمثيل الغذائي للناقل العصبي أمر حيوي للحفاظ على وظائف المخ الطبيعية. ومع ذلك ، فقد تم وصف مجموعة واسعة من الاختلالات في الناقلات العصبية في الفئران نموذج HSD. ترافقت المستويات المتزايدة من المرسلات الاستثارة الدوبامين والنورأدرينالين مع نقص النواقل العصبية المثبطة بما في ذلك 5HT و Gly و GABA في مجموعة HSD مقارنةً بالضوابط. يعتبر GABA ، باعتباره الناقل العصبي المثبط الرئيسي ، مسؤولاً عن وقف نشاط الجلوتامات الاستثاري ، لذلك من الطبيعي أن يؤثر تعطيل أي من هذه المستقلبات على الآخر من حيث التغيرات في تركيزات Asp و Gly و Gln. يشارك الناقل العصبي الاستثاري ACh في وظائف متعددة للجهاز العصبي المركزي [45] بشكل رئيسي عن طريق تعديل مستقبلات الأسيتيل كولين ومساراتها النهائية. في هذه الدراسة ، تم قياس نشاط AChE في عملية التحلل المائي ACh. يشير انخفاض نشاط إنزيم الأسيتيل كولينستريز إلى حدوث اضطراب في المسار الكوليني. علاوة على ذلك ، تم العثور على المستوى المخطط للحمض الأميني الأساسي Lys مرتفعًا بشكل ملحوظ في جرذان HSD. تم الإبلاغ عن Lys لمنع مستقبلات السيروتونين ، وسيؤثر تراكمها على الوظيفة الطبيعية لـ 5HT [46]. يتم اشتقاق Asp ، وهو ناقل عصبي مثير آخر ، مباشرة عن طريق النقل من وسيط دورة TCA ، oxaloacetate. وجدنا أن تركيز Asp قد انخفض بشكل كبير في مخطط فئران HSD ، مما يوفر دليلًا إضافيًا على تأثير عدم التوازن على السمية العصبية للاستثارة ، مع ثلاث ضربات أخرى لـ Ala و FMA و GABA. تتكون هذه المستقلبات الأربعة من مسارات استقلاب الألانين والأسبارتات والغلوتامات (الأشكال 6 أ ، 7). تشير هذه النتائج إلى اضطراب في إعادة تدوير / إنتاج الناقلات العصبية وعدم التوازن بين الناقلات العصبية الاستثارية / المثبطة التي يسببها تأثير HSD. مجتمعة ، تم تحفيز الاضطرابات الأيضية المنهجية ، بما في ذلك اختلالات استقلاب الطاقة ، والإجهاد التأكسدي ، واضطرابات التمثيل الغذائي للناقل العصبي ، في إصابة دماغية خاصة بالمنطقة لفئران HSD. يشير تنظيم NAA ، وهو مؤشر عام لصحة الخلايا العصبية ، إلى وجود شذوذات وظيفية عصبية. أشارت هذه البيانات إلى أن تلف الخلايا العصبية ناتج عن 4. 0 التعرض للضغط العالي من MPa. بالاتفاق مع هذا الاستنتاج ، تم تقليل مستويات Pcho و Cho ، وهما سلائف الفوسفاتيديل كولين (PC) المتورطة في تحلل غشاء الخلية وموت الخلايا المبرمج والاستجابات الالتهابية. يشير انخفاض التركيز في المستقلبات ذات الصلة بالغشاء إلى اضطراب سلامة غشاء الخلية المرتبط بتلف الخلايا العصبية. قد يكون الضرر العصبي هو السبب الرئيسي للتغيير الأيضي الناجم عن تأثيرات HSD.

الاستنتاجات

في هذه الدراسة ، تم تطبيق عمليات التمثيل الغذائي المستندة إلى الرنين المغناطيسي النووي وتقييم الكيمياء الحيوية لتوصيف التغيرات الأيضية في منطقة الدماغ الخاصة بالتغيير الأيضي لفئران نموذج HSD بعد 400 مللي ثانية من الضغط المفرط لتخفيف الضغط من التعرض للتشبع بأكسيد الشمس. وجدنا بعد ذلك أن HSD تسبب بشكل كبير في الانحرافات الأيضية ، بما في ذلك الإجهاد التأكسدي ، واضطراب استقلاب الطاقة ، واضطراب التمثيل الغذائي للناقل العصبي ، واضطراب غشاء الخلية. ومع ذلك ، يجب التحقيق في الآليات الجزيئية الأكثر عمقًا لتعرض HSD في الأبحاث المستقبلية.

الشكل 7. نظرة عامة تخطيطية للتغيرات المستنتجة في المسارات الأيضية الدماغية المحتملة بعد تشبع الهليوكس عالي الضغط.

محددات

قد تكون المصادر المحتملة للأخطاء في هذا البحث هي التصميم والتحليلات. على الرغم من ارتباط الخلل الوظيفي في القشرة والحصين والمخطط ارتباطًا وثيقًا بالعديد من أعراض أوقات الفراغ في الجهاز العصبي المركزي في النماذج الحيوانية ، إلا أن مناطق الدماغ الثلاثة هذه هي تلك التي تمت دراستها هنا. تأثرت أيضًا سلسلة المظاهر الحركية والمعرفية لوقت الفراغ في الجهاز العصبي المركزي تحت العوامل المرضية (الضغط الجوي المفرط ، فقاعات الغاز في الجسم ، ومرض تخفيف الضغط) بخلل المخيخ ، ولكن لم يتم النظر في اضطراب الشخصية الأيضية للمخيخ في هذا البحث. علاوة على ذلك ، يمكن اكتشاف مستقلبات الدماغ المحدودة فقط بواسطة الرنين المغناطيسي النووي في هذه الدراسة ؛ وبالتالي ، يجب استخدام نهج الأيض القائم على LC-MS (كروماتوغرافيا السائل - قياس الطيف الكتلي الترادفي) في الدراسات المستقبلية لاكتشاف المزيد من المستقلبات الذاتية في الدماغ لفهم آلية تأثير ضغط الضغط العالي في بيئة مشبعة بالهيليوكس.

المعلومات الداعمة S1 الشكل. التعديلات الأيضية الناتجة عن التعرض للضغط العالي لبيئة تشبع بأكسيد الشمس 400 ملي ثانية وعبر مناطق الدماغ المختلفة. يسجل تحليل المكون الرئيسي (PCA) مؤامرة PC1 / PC2 التي تم الحصول عليها من بيانات H NMR وملونة وفقًا لمجموعات CONC و HSDC (A ، R2X=0. 40 ، Q 2=-0. 02) ، CONH و HSDH (B، R2X=0. 50، Q 2=0. 16)، CONS and HSDS (C، R2X=0. 43، Q 2=0. 05)،؛ تم إجراء التحجيم وفقًا لتباين الوحدة ؛ يسجل تحليل تمييز المربعات الصغرى الجزئية (PLS-DA) مؤامرة من أطياف 1H NMR من مقتطفات من القشرة (A '، R2X=0. 38 ، Q 2=0. 54) ، الحصين (B' ، R2X=0. 37، Q 2=0. 35) ، والمخطط (C '، R2X=0. 39، Q 2=0. 42) من مجموعات CON و HSD ؛ تم إجراء التحجيم وفقًا لتباين الوحدة. (DOCX)

مراجع

1. Bowser-Riley F. دراسات آلية على المتلازمة العصبية لارتفاع الضغط. شركة Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 1984 ؛ 304 (1118): 31-41. Epub 1984/01/07. https://doi.org/10.1098/rstb.1984.0006 PMID: 6142478

2. جاين KK. متلازمة ارتفاع الضغط العصبي (HPNS). اكتا نيورول سكاند. 1994 ؛ 90 (1): 45-50. Epub 1994/07/01. https://doi.org/10.1111/j.1600-0404.1994.tb02678.x PMID: 7941956

3. Bliznyuk A و Hollmann M و Grossman Y. استجابة الضغط العالي: مشاركة الأنواع الفرعية لمستقبلات NMDA والعلامات الجزيئية. أمام فيسيول. 2019 ؛ 10: 1234. Epub 2019/10/16. https://doi.org/10.3389 / fphys.2019.01234 PMID: 31611813

4. Mor A ، Grossman Y. تعديل الضغط العالي للإثارة المعتمدة على مستقبلات NMDA. Eur J Neurosci. 2007 ؛ 25 (7): 2045–52. Epub 2007/04/19. https://doi.org/10.1111/j.1460-95682007.05479.x PMID: 17439491

5. Moen G ، Specht K ، Taxt T ، Sundal E ، Groning M ، Thorsen E ، et al. ينتشر الانتشار الدماغي والنضح في غواصين بحر الشمال. اكتا راديول. 2010 ؛ 51 (9): 1050-108. Epub 2010/09/21. https://doi.org/10.3109/02841851.2010.515245 بميد: 20849321

6. الأمل A ، Stuhr LB ، Pavlin T ، Bjorkum AA ، Gronning M. فرط البحر المتوسط. 2015 ؛ 42 (1): 57-64. Epub 2015/06/23. بميد: 26094305

7. Vaernes R ، Hammerborg D ، Ellertsen B ، Peterson R ، Tonjum S. تفاعلات الجهاز العصبي المركزي عند 51 ATA على trimix و heliox وأثناء تخفيف الضغط. Res تحت البحر بيوميد. 1985 ؛ 12 (1): 25-39. Epub 1985/03/01. PMID: 3839948 8. Hsu WH و Wang SJ و Chao YM و Chen CJ و Wang YF و Fuh JL et al. علامات استقلاب البول في متلازمة تضيق الأوعية الدماغية القابلة للعكس. صداع. 2020 ؛ 40 (7): 735-47. Epub 2020/01/09. https://doi.org/10.1177/0333102419897621 PMID: 31910660

9. Ghosh S، Sengupta A، Sharma S، Sonawat HM. التنبؤ المبكر بالملاريا الدماغية عن طريق (1) المستندة إلى H NMR. مالار ج .2016 ؛ 15: 198. Epub 2016/04/14. https://doi.org/10.1186/s12936-016- 1256-z PMID: 27066781

10. Cabre R و Jove M و Naudi A و Ayala V و Pinol-Ripoll G و Gil-Villar MP وآخرون. تحدد التكيفات الأيضية المحددة ضعفًا إقليميًا تفاضليًا في اللحاء الدماغي البشري البالغ. الجبهة مول نيوروسسي. 2016 ؛ 9: 138. Epub 2016/12/23. https://doi.org/10.3389/fnmol.2016.00138 PMID: 28008307

11. فان دن برينك دبليو جيه ، هانكيمير تي ، فان دير جراف بي إتش ، دي لانج إي سي إم. أسهم التجميع: تحسين تطوير أدوية الجهاز العصبي المركزي من خلال عمليات التمثيل الغذائي المتكاملة PK / PD. رأي الخبراء في اكتشاف المخدرات. 2018 ؛ 13 (6): 539-50. Epub 2018/03/10. https://doi.org/10.1080/17460441.2018.1446935 PMID: 29519169

12. Nielsen JE ، Maltesen RG ، Havelund JF ، Faergeman NJ ، Gotfredsen CH ، Vestergard K ، et al. توصيف مرض الزهايمر من خلال التمثيل الغذائي التكاملي القائم على NMR و LC-MS. ميتابول مفتوح. 2021 ؛ 12: 100125. Epub 2021/10/09. https://doi.org/10.1016/j.metop.2021.100125 PMID: 34622190

13. غريفين جيه إل ، جمال سي كي ، بوك إم إيه. تحديد النمط الظاهري الأيضي في دماغ نموذج الفأر المعدل وراثيا من رنح مخيخي 3. Physiol Genomics. 2004 ؛ 16 (3): 334-40. Epub 2003/12/18. https: // doi.org/10.1152/physiolgenomics.00149.2003 بميد: 14679302

يطلب المزيد:

البريد الإلكتروني: wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp / Tel: plus 86 15292862950