In vitro neuro-uždegiminis modelis: kanabigerolio poveikis

Jau seniai kanapė (lot. Cannabis Sativa) žinoma kaip augalas, gausus biologiškai aktyvių medžiagų, turinčių teigiamą poveikį sveikatai. Iki šiol iš jos izoliuota apie 120 kanabinoidų, įskaitant Δ9- tetrahidrokanabinolį (Δ9-THC), kanabidiolį (CBD) ir kanabigerolį (CBG). Be THC psichotropinio poveikio, kanabinoidai pasižymi antioksidacinėmis, priešuždegiminėmis savybėmis, kurios lemia neuroprotekcinį veikimą. Iš kanabinoidų, vienas iš geriausiai ištirtų yra CBD ir jo apsaugančios savybės daugeliu sveikatos aspektų, įskaitant neurodegeneracines ligas, yra gerai žinomos. Deja, žinios apie CBG- kitą fitokanabinoidą, taip pat neturintį psichotropinio poveikio, yra ribotos, nors keletas studijų skelbia daug žadančius CBG tyrimų rezultatus, galinčius pasitarnauti žmonių sveikatai.

Šio tyrimo tikslas- pagilinti žinias apie CBG, analizuojant teigiamą jo poveikį in vitro neurouždegimo modelyje.

CBG priešuždegiminės ir antioksidacinės savybės

Oksidacinis stresas ir uždegimas vaidina pagrindinį vaidmenį neurodegeneracinių ligų vystymuisi, įskaitant Alzhaimer‘io, Parkinson‘o ligą ir išsėtinę sklerozę. Kadangi vaistų, gydančių šias ligas nėra, šis tyrimas nukreiptas į naujų veikliųjų medžiagų atradimą, kurios apsaugotų nervų ląsteles nuo degeneracijos ir sustabdytų arba bent jau pavėlintų ligos progresavimą. Sėkmingos strategijos sukūrimui pasitarnautų komponentai, pasižymintys priešuždegiminiu ir antioksidaciniu veikimu. Tokie komponentai gali būti kanabinoidai, išgauti iš Cannabis Sativa. Nors CBD yra jau gerai žinomas dėl savo naudingų savybių, CBG gali turėti dar ir kitokį teigiamą poveikį.

Ankstesniame tyrime mokslininkai nustatė, kad CBG sumažino oksidacinius žymenis, tokius, kaip iNOS, nitrotirozinas ir Poli (ADP-ribozė) polimerazė 1 (PARP-1) ir padidino ląstelių antioksidacinę gynybą moduliuojant SOD1. CBG antioksidacinis veikimas susijęs su CB2 receptoriais. Gydymas CBG apsaugojo IκB-α nuo fosforilinimo ir branduolio faktoriaus- κB (NF- κB) translokacijos bei  moduliavo mitogenų aktyvuojamos baltymų (MAP) kinazės veikimo kelią. Visi šie veiksmai sustabdė ląstelių mirtį.

CBG pasireiškė neuroprotekcinėmis savybėmis eksperimentiniuose Hantington‘o ligos modeliuose ir uždegiminių žarnyno ligų modelyje. Be to,  CBG derivatyvai pasireiškė neuroprotekciniu veikimu Parkinson‘o, Hantington‘o ligos ir išsėtinės sklerozės modeliuose.

Mokslininkai jau nustatė CBG antioksidacines savybes RAW 264.7 makrofaguose, paveiktuose vandenilio peroksidu. Taip pat paskelbta apie priešuždegiminį ir neuroprotekcinį CBG ir jo derivatyvų poveikį in vivo ir in vitro neurodegeneracnių ligų modeliuose.

Priešuždegiminės ir antioksidacinės CBG savybės yra ypatingai svarbios, nes ir uždegimas, ir oksidacinis stresas vaidina pagrindinį vaidmenį nerodegeneracijoje. Šie procesai tarpusavyje yra glaudžiai susiję ir įtakoja vienas kitą. Tai ypač aktualu smegenims, nes jos yra labai jautrios oksidaciniam stresui. Iš tiesų, uždegiminės ląstelės uždegimo vietoje gali gaminti reaktyviąsias formas, sukeliančias oksidacinį stresą, o reaktyviosios deguonies/azoto formos gali lemti tarpląstelinių signalų perdavimo kaskadą, kuri paskatina uždegiminių genų raišką. Imant šiuos procesus atskirai, CBG geba įveikti ir uždegimą, ir oksidacinį stresą, todėl šiuo pagrindu išvystyta strategija yra daug žadanti priemonė prieš neurodegeneracinius sutrikimus.

Uždegiminiame procese dalyvauja skirtingos ląstelių rūšys, įskaitant makrofagus. Jie palaiko homeostazę ir yra tiesiogiai susiję su neurouždegimu, tuo pačiu apytakoje esantys monocitai iš periferijos patenka į centrinę nervų sistemą, padidindami uždegiminį procesą. Todėl šios ląstelės vaidiną pagrindinį vaidmenį centrinės nervų sistemos patologijose, tokiose kaip autoimuninės ir neurodegeneracinės ligos.

Šio tyrimo tikslas- pagilinti žinias apie CBG, analizuojant teigiamą jo poveikį in vitro neurouždegimo modeliuose. Konkrečiai, buvo vertinamas CBG gebėjimas apsaugoti NSC-34 neuronus nuo toksiškumo, sukelto LPS paveiktų RAW 264.7 makrofagų, koncentruojantis į CBG priešuždegimines ir antioksidacines savybes.

Pastebėta, kad CBG padidino gyvybingų ląstelių skaičių, palyginus su kontroline grupe esant visoms testuotoms koncentracijoms. Didžiausias gyvybingų ląstelių skaičius pastebėtas esant 7,5 μM CBG dozei ir ši dozė buvo naudojama tolesniems vertinimams.

Inkubacija LPS stimuliuotų RAW 264.7 makrofagų terpėje lėmė 50 proc. NSC-34 motorinių neuronų ląstelių gyvybingumo sumažėjimą. CBG sumažino neuronų ląstelių žūtį. Šie rezultatai sutampa su kitų tyrimų duomenimis, kur CBG derivatyvai sugebėjo sumažinti M-213 neuronų ląstelių, paveiktų LPS stimuliuotomis BV2 ląstelėmis, žūtį. Be to, buvo pastebėtas CBG ir jo kvinono derivatyvų gebėjimas nuo žūties apsaugoti neurotoksiškomis medžiagomis paveiktas ląsteles- pelių hipokampo HT22 ląsteles ir Neuro-2a neuroblastoma ląsteles, paveiktas glutamatu.

LPS stimuliuotų makrofagų terpė sukelia NSC-34 motorinių neuronų apoptozę, ką rodo suskaidytos kaspazės 3 ir Bax raiška, o Bcl-2 raiška nepastebėta. Išankstinis CBG skyrimas sumažino aktyvios kaspazės 3 baltymo lygį, o Bax raiška nepastebėta, priešingai, Bcl-2 lygis padidėjo. Panašūs rezultatai gauti su RAW 264.7, paveikus H2O2, kur CBG sumažino apoptozę.

Kaip jau anksčiau minėta, motorinių neuronų NSC- 34 paveikimas LPS stimuliuotais makrofagais, padidina uždegiminių citokinų raišką. Išankstinis CBG skyrimas nuslopino uždegimą, sumažinant uždegiminių citokinų IL- 1β, TNF-α, IFN-γ raišką. CBG gebėjimas nuslopinti citokinų išskyrimą paminėtas ir kituose modeliuose. Iš tiesų, eksperimentiniame uždegiminių žarnyno ligų modelyje CBG sumažino IL- 1β, IFN-γ lygius uždegiminiame žarnyne. O Hantington‘o ligos modelyje, CBG sugebėjo sumažinti TNF-α ir interleukino 6 (IL-6) raišką. Be to, CBG derivatyvai parodė priešuždegiminį poveikį: CBG kvinono derivatyvai sumažino TNF-α ir IL- 1β išskyrimą LPS paveiktų VB2 ląstelių terpėje bei TNF-α ir IFN-γ nugaros smegenyse graužikų eksperimentiniame autoimuninio encefalomielito (EAE) modelyje. Abu, ir CBG, ir jo kvinono derivatyvas nusopino IL- 1β, TNF-α ir IL-6 LPS paveiktose mikroglijose. Šio tyrimo eksperimentinėmis sąlygomis pastebėta, kad  NSC-34 motorinius neuronus paveikus LPS stimuliuotų RAW 264.7 terpe, padidėja PPARγ raiška, o išankstinis CBG skyrimas sumažina jų lygį. PPARγ yra ypatingai svarbūs reguliuojant proliferaciją, metabolizmą, diferenciaciją ir uždegiminį atsaką nervų sistemoje. PPARγ agonistai lemia priešuždegiminį ir antioksidacinį atsaką. PPARγ padidėja, paveikus LPS in vivo. Yra žinoma, kad kai kurie kanabinoidai gali aktyvuoti PPARγ, kas lemia, bent jau dalinai priešskausminį, neuroprotekcinį ir priešuždegiminį veikimą. CBG derivatyvai pasireiškia neuroprotekciniu, priešuždegiminiu, išgyvenamumą didinančiu poveikiu, bent jau iš dalies dėl PPARγ aktyvavimo.

NSC-34 ląsteles paveikus LPS stimuliuotų RAW 264.7 terpe, padidėjo oksidacinis stresas, kaip rodo nitrotirozino lygis, kuris žinomas, kaip neurodegeneracinių ligų biologinis žymuo. Taip pat pastebėtas padidėjęs iNOS lygis NSC-34 ląstelėse, paveikus LPS stimuliuotų RAW 264.7 makrofagų terpe. NOS fermentai dalyvauja azoto oksido (NO) sintezėje konvertuojant amino rūgštį L-argininą į L-citruliną. NO gali reaguoti su superoksido anionu ir sudaryti peroksinitritą, potencialų oksidatorių. Yra žinoma, kad iNOS raiška gali būti sukeliama LPS ir citokinų, kaip ir šiame tyrime. Išankstinis CBG skyrimas sumažino ir nitrotirozino, ir iNOS raišką NSC-34 ląstelėse, paveiktose LPS stimuliuotų RAW 264.7 makrofagų terpe. CBG gebėjimas sumažinti pro-oksidacinius žymenis buvo parodytas in vitro H2O2 stimuliuotuose makrofaguose. Taip pat Hantington‘o ligos ir eksperimentiniame uždegiminių žarnyno ligų in vivo modelyje CBG sumažino iNOS raišką. CBG derivatyvai in vivo ir in vitro mažina iNOS. Mokslininkai pastebėjo padidintą SOD1 lygį NSC-34 motoriniuose neuronuose, paveiktuose LPS stimuliuotų RAW 264.7 makrofagų terpe. SOD1 apsaugo ląsteles nuo žalingų superoksido anijonų kiekio, konvertuojant 2 superoksido anijonus į deguonį ir H2O2. Išankstinis CBG skyrimas sumažino SOD1 lygį.

Nustatyta, kad NSC-34 motoriniuose neuronuose, paveiktuose LPS stimuliuotų RAW 264.7 makrofagų terpe, yra sumažėjęs transkripcijos faktorių Nrf-2 lygis. Nrf-2 atsakingas už ląstelės antioksidacinę gynybos sistemą ir yra reguliatorius raiškos genų, susijusių su apsaugojimu nuo oksidacinio streso ir uždegimo, tam kad palaikyti mitochondrijų funkciją, ląstelės redox (oksidacjos-redukcjos reakcijos) ir baltymų homeostazę. Iš tiesų, Nrf-2 įtakoja genus, kurie koduoja baltymus, atsakingus už detoksikaciją, antioksidacinį ir priešuždegiminį veikimą. Įdomu tai, kad išankstinis CBG skyrimas atstatė branduolio baltymo Nrf-2 raišką sumažinant oksidacinį stresą. Antioksidacinis CBG poveikis yra ypatingai svarbus, turint omenyje, kad smegenys yra labai jautrios ląstelės redox būklės pokyčiui, o redox homeostazės smegenyse palaikymas yra pagrindinis veiksnys, norint apsaugoti nuo oksidacinio streso sukelto ląstelių pažeidimo. Nrf-2 turi priešuždegiminį poveikį, patvirtinant, kad uždegiminių citokinų, tokių kaip TNF-α , IL- 1β, IL-6, interleukino-8 transkripcijos slopinimo mechanizmas mikroglijose, makrofaguose, monocituose ir astrocituose yra susijęs su Nrf-2 aktyvacija. Įdomu tai, kad šiame in vitro neurouždegimo modelyje kartu su padidėjusiu Nrf-2 lygiu, pastebėtas sumažėjęs uždegiminių citokinų lygis.

Šio tyrimo rezultatai atitinka ankstesnių tyrimų duomenis, kuriuose matomas teigiamas priešuždegiminis CBG ir jo derivatyvų veikimas. Pelių kolito, sukelto dinitrobenzeno sulfoninės rūgšties (DNBS) suleidus į žarnas, modelyje, CBG sumažino žarnų svorio/ilgio santykį, mieloperoksidazės aktyvumą ir pasireiškė priešuždegiminiu poveikiu. Be to, CBG sumažino NO gamybą ir iNOS baltymo raišką makrofaguose. CBG parodė neuroprotekcinį poveikį Hantington‘o ligos modelyje, pagerindamas motorikos trūkumą, sumažindamas mikrogliozę ir uždegiminius žymenis. CBG derivatyvas, CBG kvinonas VCE-003 parodė neuroproteksinį veikimą išsėtinės sklerozės modelyje. VCE-003 sumažino ligos simptomus, nuslopino mikroglijų reaktyvumą ir moduliavo genų, susijusių su ligos patologija, raišką. Kitas CBG derivatyvas VCE-003.2, veikiant priešuždegimiškai, apsaugojo nuo neuronų degeneracijos eksperimentiniame Parkinson‘o ligos modelyje.

Išvados

Gauti rezultatai rodo, kad CBG turi apsauginį poveikį in vitro neurouždegimo modelyje. CBG sumažino NSC-34 neuronų ląstelių, paveiktų LPS stimuliuotų makrofagų terpe, žūtį, nuslopinant uždegimą ir oksidacinį stresą. CBG ypatingai gerai atstatė antioksidacinę gynybą, padidinant Nrf-2, sumažino oksidacinį stresą ir uždegiminius žymenis. Šių rezultatų pagrindu, remiantis neuroprotekcinėmis savybėmis, mokslininkai skatina CBG naudoti nuo neurodegeneracijos ir toms patologijoms, kur neurouždegimas ir oksidacinis stresas vaidina svarbiausią vaidmenį.