Katarzyna Komosi ska-Vassev, Katarzyna Winsz
Transkrypt
Katarzyna Komosi ska-Vassev, Katarzyna Winsz
Komórki KWAS FOLIOWY macierzyste SK£ADNIK RodzajeAKTYWNY i w³aciwoci KOSMETYKÓW Kaszel klasyfikacja Nr 11-12/2007 i leczenie ANALIZA STATUSU PRZECIWUTLENIAJ¥CEGO USTROJU W PRZEBIEGU FIZJOLOGICZNEGO STARZENIA SIÊ USTROJU ANTIOXIDANT STATUS ANALYSIS DURING PHYSIOLOGICAL AGEING Dr Katarzyna Komosiñska-Vassev, Dr Katarzyna Winsz-Szczotka, Mgr Kornelia Kunik-Trocha, Prof. Krystyna Olczyk Katedra i Zak³ad Chemii Klinicznej i Diagnostyki Laboratoryjnej, l¹ski Uniwersytet Medyczny Prof. dr hab. n.med. Krystyna Olczyk Katedra i Zak³ad Chemii Klinicznej i Diagnostyki Laboratoryjnej l¹ski Uniwersytet Medyczny Streszczenie Abstract Nadmierne wytwarzanie reaktywnych form tlenu stanowi jeden z czynników patogenetycznych leżących u podłoża procesu starzenia. Celem niniejszej pracy była ocena wpływu procesu fizjologicznego starzenia się ustroju na obecne we krwi enzymy przeciwutleniające i nieenzymatyczne antyoksydanty. W tym celu oznaczono aktywność dysmutazy ponadtlenkowej (SOD), katalazy (CAT) i peroksydazy glutationowej (GSHPx) w lizatach krwinkowych oraz całkowite stężenie przeciwutleniaczy (TAS) w osoczu krwi 60 zdrowych osób w różnym wieku. Zaobserwowano związany z wiekiem wzrost aktywności SOD (r = 0.78; p < 0.01). Badania wskazały ponadto na istnienie wysokiej korelacji pomiędzy zmienną wiek, a aktywnością dwóch enzymów rozkładających H2O2 – katalazy (r = – 0.76; p < 0.01) i peroksydazy glutationowej (r = – 0.86; p < 0.01). Ujemną korelację z wiekiem stwierdzono także analizując potencjał antyoksydacyjny płynu pozakomórkowego, miarą którego był poziom TAS w osoczu krwi (r = – 0.78; p < 0.01). Zachodzące z wiekiem obniżanie aktywności enzymów antyoksydacyjnych, takich jak katalaza i peroksydaza glutationowa, może być związane z oksydacyjną modyfikacją cząsteczek enzymów, ich obniżoną syntezą i/lub zwiększonym zużyciem w usuwaniu reaktywnych form tlenu. Z kolei, stwierdzony w niniejszej pracy wzrost aktywności dysmutazy ponadtlenkowej można traktować jako odpowiedź adaptacyjną komórek na wystąpienie stresu oksydacyjnego. Uzyskane w niniejszej pracy wyniki badań wskazują na istnienie różnych mechanizmów, poprzez które fizjologiczny proces starzenia się ustroju wpływa na wskaźniki potencjału antyoksydacyjnego krwi. Excessive reactive oxygen species formation has been proposed as one of important pathogenetic factors involved in ageing process. This study was conducted in order to reveal how physiological ageing process influences the blood scavenging enzymes and non-enzymatic antioxidants. We measured activities of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and glutathione peroxidase (GSHPx) in erythrocyte lysates as well as plasma total antioxidant status (TAS) level in samples obtained from 60 healthy subjects of different age. SOD activity showed age-dependent increase in erythrocyte lysates (r = 0.78; p < 0.01). A negative correlation existed between age and activity of two H2O2 detoxifying enzymes – catalase (r = – 0.76; p < 0.01) and glutathione peroxidase (r = – 0.86; p < 0.01), respectively. Extracellular anti-free radical scavenging system potential measured by plasma TAS level was also negatively correlated with age (r = – 0.78; p < 0.01). The age-dependent decrease in antioxidant enzymes activity may be attributed to oxidative modifications of enzymes, their decreased synthesis and/or increased consumption in reactive oxygen species removal. Found in our study age-related upregulation of superoxide dismutase could be explained as an adaptive phenomenon for oxidative stress. Thus, the obtained results indicate for different mechanisms by which physiological ageing process affect the blood antioxidants status indices. Słowa kluczowe: starzenie, enzymy antyoksydacyjne, nieenzymatyczne antyoksydanty Key words words: ageing, antioxidant enzymes, nonenzymatic antioxidants Farmaceutyczny Przegl¹d Naukowy Nr 11-12/2007 ANALIZA STATUSU PRZECIWUTLENIAJ¥CEGO USTROJU ... Wstêp Nadmierne wytwarzanie reaktywnych form tlenu stanowi niekwestionowany już czynnik patogenetyczny, leżący u podłoża wielu chorób wieku starszego, takich jak: miażdżyca, niedokrwienie czy choroby neurodegeneracyjne [1-3]. Obecnie uważa się, że za destrukcję składników komórki w procesie starzenia się odpowiedzialne są nie tylko reaktywne formy tlenu, lecz także i inne utleniacze, powstające w wyniku procesów metabolicznych [4,5]. Szkodliwe działanie RFT związane jest ponadto z akumulacją produktów oksydacyjnych uszkodzeń białek, kwasów nukleinowych, węglowodanów i lipidów [4]. W celu przeciwdziałania tym zmianom organizm wykształcił mechanizmy chroniące komórki przed działaniem oksydantów. Należą do nich związki hamujące wytwarzanie reaktywnych form tlenu lub uczestniczące w ich przemianie w nieaktywne pochodne [4-6]. Dotychczasowa analiza statusu przeciwutleniającego ustroju, obejmująca ocenę nieenzymatycznych i enzymatycznych antyoksydantów, w przebiegu procesu starzenia wykazała szereg rozbieżności [4,7-9]. Stąd też, za cel niniejszej pracy przyjęto ocenę aktywności enzymów układu antyoksydacyjnego – dysmutazy ponadtlenkowej, katalazy i peroksydazy glutationowej w erytrocytach, a ponadto – ocenę całkowitego stężenia przeciwutleniaczy krwi, obejmującego łącznie stężenie witaminy C i E, b-karotenu, kwasu moczowego, bilirubiny i albumin, poddając także analizie ewentualną zależność między wspomnianymi – enzymatycznymi i nieenzymatycznymi – wskaźnikami obrony antyoksydacyjnej, a wiekiem osób uczestniczących w badaniach. Rycina 1. Dynamika zmian aktywności katalazy (CAT), peroksydazy glutationowej (GSHPx), dysmutazy ponadtlenkowej (SOD) oraz całkowitego stężenia przeciwutleniaczy (TAS) w przebiegu fizjologicznego starzenia się ustroju Farmaceutyczny Przegl¹d Naukowy ! ANALIZA STATUSU PRZECIWUTLENIAJ¥CEGO USTROJU ... Materia³y i metody Materiał do badań stanowiła krew 60 osób zdrowych, obojga płci, w tym, 33 kobiet i 27 mężczyzn. Wyniki rutynowych oznaczeń hematologicznych i biochemicznych, pozwoliły na wyeliminowanie osób, u których parametry te odbiegały od przyjętych wartości referencyjnych. Pomiaru aktywności dysmutazy ponadtlenkowej i peroksydazy glutationowej oraz całkowitego stężenia przeciwutleniaczy we krwi dokonano z wykorzystaniem testów diagnostycznych firmy Randox. Aktywność katalazy we krwi oznaczono według metody Aebiego [10]. Wyniki i ich omówienie Przeprowadzone w niniejszej pracy badania wykazały, iż w przebiegu fizjologicznego starzenia się ustroju dochodzi do zmian potencjału przeciwutleniającego ustroju, przejawiających się sukcesywnie obniżającą się na przestrzeni lat aktywnością katalazy, peroksydazy glutationowej oraz całkowitego stężenia przeciwutleniaczy. Postępujące stopniowo wraz z wiekiem obniżenie aktywności CAT i GSHPx – enzymów rozkładających H2O2, opisuje wartość współczynnika korelacji, wynosząca odpowiednio – 0.76 i – 0.86. Obserwowaną zaś w przypadku całkowitego stężenia przeciwutleniaczy tendencję spadkową w przebiegu starzenia się, obrazuje wartość współczynnika r wynosząca – 0.78. Odmiennym kierunkiem związanych z wiekiem zmian potencjału przeciwutleniającego ustroju osób zdrowych, wykazała się natomiast aktywność dysmutazy ponadtlenkowaj. Niniejsze badania wskazały na istnienie wysokiej dodatniej korelacji pomiędzy aktywnością tego enzymu, a zmienną wiek (r = 0.78). Dynamikę zmian sytemu antyoksydacyjnego w przebiegu starzenia przedstawia rycina 1. Obserwowany spadek potencjału antyoksydacyjnego ustroju może wskazywać na modyfikację cząsteczek enzymów przeciwutleniających, jak również antyoksydantów nieenzymatycznych przez reaktywne formy tlenu. Obniżenie rezerwy antyoksydacyjnej wynikać może ponadto z obniżonej syntezy badanych przeciwutleniaczy i/lub ze zwiększonego ich zużycia w reakcjach z powstającymi w nadmiarze reaktywnymi formami tlenu. Z kolei, stwierdzona w niniejszej pracy zwiększona aktywność dysmutazy ponadtlenkowej wydaje się stanowić wyraz adaptacyjnej odpowiedzi komórki na nasilone tworzenie RFT. Odpowiedź ta sprowadza się bowiem do wzmożenia syntezy białek enzymatycznych, chroniących komórkę przed nadmiarem RFT. Szczególnie zaś to właśnie dysmutaza ponadtlenkowa uznawana jest za enzym „indukowany”, którego aktywność stymulowana jest, na zasa- " Farmaceutyczny Przegl¹d Naukowy Nr 11-12/2007 dzie indukcji substratowej, nadmiarem anionorodnika ponadtlenkowego. Różny jest więc prawdopodobnie mechanizm odpowiedzi poszczególnych składników rezerwy antyoksydacyjnej ustroju na stan rozwijającego się, bądź utrwalonego stresu oksydacyjnego w przebiegu fizjologicznego starzenia się ustroju. Wnioski Zaburzenia aktywności systemu antyoksydacyjnego, niewydolność którego pogłębia zachwianą równowagę prooksydacyjno-antyoksydacyjną w przebiegu fizjologicznego starzenia się ustroju, mogą wskazywać na celowość włączenia antyoksydantów, jako leków zapobiegających powstawaniu – indukowanych nadmiarem RTF – uszkodzeń składników komórek. Zmieniająca się w przebiegu fizjologicznego starzenia się ustroju aktywność komórkowych enzymów antyoksydacyjnych, jak i całkowita zdolność przeciwutleniająca osocza, mogą być ponadto przydatne w interpretacji wyników oznaczeń antyoksydantów, stosowanych w diagnostyce wielu schorzeń. Pimiennictwo 1. Barja G. Free radicals and aging. Trends Neurosci 2004;27: 595-600. 2. Harman D. Free radical theory of aging: an update: increasing the functional life span. Ann. N Y Acad. Sci. 2006;1067:10-21. 3. Augustyniak A, Ostrowska J, Skrzydlewska E. Oksydacyjne modyfikacje białek w procesie starzenia się organizmu. Post Hig Med Dośw 2001;55:53-69. 4. Augustyniak A, Skrzydlewska E. Zdolności antyoksydacyjne w starzejącym się organizmie. Post Hig Med Dośw 2004;58:194-201. 5. Linnane AW, Eastwood H. Cellular redox regulation and prooxidant signaling systems: a new perspective on the free radical theor y of aging. Ann N Y Acad Sci 2006;1067:47-55. 6. Yu BP, Chung HY. Adaptive mechanisms to oxidative stress during aging. Mech. Aging Dev 2006;127:436-43. 7. Congy F et al. Study of oxidative stress in the elderly. Press Med 1995;24:1115-8. 8. Ceballos-Picot I et al. Age-correlated modifications of cooper-zinc superoxide dismutase and glutathione-related enzyme activities in human erythrocytes. Clin Chem 1992;38:66-70. 9. Inal M, Kanbak G, Sunal E. Antioxidant enzyme activities and malondialdehyde levels related to aging. Clin Chim Acta 2001;305:75-80. 10. Aebi H. Catalase. In: Methods of enzymatic analysis. Ed. By Bergmayer W.U. New York: Academic Press 1974, pp.673-684.