Улогата на оксидативниот стрес во патогенезата на инфекцијата со вирусот на хепатит Ц.
Улога на оксидативен стрес во патогенезата на инфекција со вирусот на хепатит Ц.
Прво објавено: 16 јули 2016 година
Уредничка група: MEDICHUB MEDIA
Апстракт
Постигнат е значителен напредок во терапијата со хепатитис Ц, но многу работи сè уште не се познати за неговата патогенеза. Текот на хепатитисот Ц е под влијание на карактеристиките на домаќинот и на вирусот. Се повеќе студии ја истакнуваат улогата на оксидативниот стрес во патогенезата на хепатитис Ц. Основните протеини играат клучна улога во генерирањето на реактивни видови кислород. Покрај тоа, се чини дека најважните компликации од инфекција, цироза и хепатоцелуларен карцином се поврзани со присуството на оксидативен стрес. Во овој контекст, антиоксидансите можат да бидат корисна адјувантна терапија.
Резиме
Иако е постигнат значителен напредок во третманот на вирусен хепатитис Ц, сепак има многу сознанија за патогенезата. Во случај на инфекција со вирус на хепатитис Ц (HCV), еволуцијата на болеста се одредува и од карактеристиките на домаќинот и од вирусот. Се повеќе студии ја потврдуваат улогата на оксидативниот стрес во патогенезата на инфекцијата со ХЦВ. Основниот протеин игра голема улога во генерирањето на реактивни видови кислород. Покрај тоа, најважните компликации на инфекцијата, цироза и хепатоцелуларен карцином, се чини дека се поврзани со присуството на оксидативен стрес. Во овој контекст, антиоксидансите би можеле да бидат корисен помошен третман.
Вирусен хепатитис Ц (HVC) е голем проблем во јавното здравство. Во светот има околу 130-150 милиони случаи на хроничен HVC. Стапката на хронична инфекција е многу висока, така што 55-85% од заразените развиваат хронична инфекција. Најчести компликации се цироза и хепатоцелуларен карцином (1) .
Вирусот на хепатит Ц (ХЦВ) е обвиен РНК вирус кој припаѓа на семејството Флавивирида. На ниво на неговиот геном се кодирани 10 протеини, структурни - јадрени, E1 и E2 и неструктурни - p7, NS2, NS3, NS4A, NS4B, NS5A, NS5B (2). Основниот протеин го формира нуклеокапсидот, а протеините Е1 и Е2 дел од пликот. Опишани се 6 главни генотипови. Генотипите 1-3 се широко распространети, генотипите 4 и 5 се идентификувани главно во Африка и генотипот 6 во Азија (3). Студија спроведена во Романија покажа дека 99% од заразените со ХЦВ се заразени со генотип 1, од кои генотип 1б, во над 90% од случаите. Повеќето случаи биле во возрасна група од 50-59 години, преовладувале кај жени (4) .
Во последниве години, сè повеќе студии ја потврдуваат главната улога на оксидативниот стрес (ОС) во патогенезата на многу болести. SO се јавува кога е инсталирана нерамнотежа помеѓу оксидирачкиот систем и антиоксидансниот систем, а првиот се изразува во вишок. Ова има последици врз биолошките процеси, а со тоа влијае на апоптозата, воспалителната реакција или вирусната репликација (5). Слободните радикали имаат неспоредливи електрони во атомите, со висок степен на реактивност, со молекули како што се протеини, липиди или ДНК. Главните реактивни видови кислород (SRO) се радикалот супероксид, радикалот на хидроксилот и водородниот пероксид (6). ОРС ги уништува клеточните мембрани, создавајќи некроза, со оксидирање на незаситени масни киселини во структурата на мембраните, процес наречен липидна пероксидација. Дејствува и врз протеините, со оксидирање на SH групата на остатоци од цистеин, што резултира со дисулфиди, сулфоксиди или сулфонична киселина. На ниво на ДНК и РНК доведуваат до структурни измени со појава на мутации (7) .
Присуството на SO при инфекција со вирусот на хепатит Ц (HCV) е пријавено уште од 90-тите години на минатиот век. Покачени концентрации на ОРС се забележани и во клетките на црниот дроб и во лимфоцитите кај пациенти со ХЦВ (8). .
Проучени се неколку механизми со кои HCV доведува до ослободување на ОРС. Се чини дека промените во нивото на митохондрија се случуваат при вирусна репликација и изразување на вирусни протеини. Зголеменото производство на ОРС се чини дека е поврзано со прераспределба на калциум (Ca 2+) во цитоплазмата, ендоплазматскиот ретикулум (ЕР) и митохондриите. Постои зголемено ослободување на ОРС, феномен кој се базира на инхибиција на активноста на транспортниот електронски комплекс 1 (8). Ефектот на ОРС врз ХЦВ не е целосно разбран, со некои студии кои покажуваат можна стимулативна улога врз репликацијата на вирусот (9) .
Генерирање на оксидативен стрес при инфекција со ХЦВ
Главниот извор на формирање на слободни радикали е митохондријата, преку два главни механизма, комплекс за транспорт на електрони и митохондријални дехидрогенази. Од друга страна, митохондриите се место на избор за SRO-акција. Главните екстрамитохондријални извори се РЕ, пероксизоми, NADPH оксидази и цитохром Р 450. Купферовите клетки исто така се вклучени во генерирање на оксидативен стрес (10) .
Митохондрија и ендоплазматски мрежи
Митохондриите се вклучени во производството на над 90% од количината на АТП потребна за клетката (11,12). Митохондриите имаат многу функции во пролиферација, диференцијација и клеточна смрт. Структурно има надворешна мембрана и внатрешна мембрана. Надворешната мембрана се поврзува со RE мембраната, формирајќи ја митохондријалната асоцирана RE мембрана (MAM), со улога во размената помеѓу двата клеточни органи, особено во транспортот на Ca 2+ и липидите. Така, МАМ има протеини вклучени во транспортот на Ca 2+, најпознат е Ca 2+ АТПаза на ендосаркоплазматскиот ретикулум (SERCA) (12) .
Во моментов се смета дека има 7 митохондријални места вклучени во производството на ОРС. На ниво на внатрешната митохондријална мембрана се наоѓаат четири протеински комплекси вклучени во процесите на редокс. Во индукцијата на оксидативен стрес, главната улога се чини дека ја имаат комплексите I и III. Комплекс I ослободува O2 на ниво на матрицата, и комплекс III на ниво на мембрански простор (13,14) .
Во случај на инфекција со ХЦВ, вирусната репликација и прекумерната експресија на основниот протеин имаат комплексно дејство на нивото на РЕ, што резултира со ослободување на Ca 2+ во цитоплазмата. Процесот е исто така засилен со инхибиција на Ca 2+ ATPаза на ендоплазматскиот/саркоплазматскиот ретикулум (SERCA). NS5A дополнително го стимулира ослободувањето на Ca 2+ од мрежницата во цитоплазмата (15) .
Главниот механизам на производство на реактивни видови при инфекција со ХЦВ се заснова на интеракција помеѓу митохондриите и основните вирусни протеини, што доведува до сензибилизација на митохондриите до прилив на Ca 2+ и отворање на порите на транзиција на митохондријална пропустливост (mPTP), имајќи како конечен резултат што влијае на синџирот на транспорт на електрони, со генерирање на SRO (10,15). Треба да се напомене дека кај пациенти со ХЦВ, се забележуваат бројни митохондријални абнормалности. Бидејќи 2+ вишок на митохондријално ниво со индукција на NADPH синтеза учествува во формирањето на ОРС. Покрај тоа, митохондријалниот Ca 2+ е поврзан со зголемено формирање на азотен оксид (16,17). Вирусни протеини се акумулираат во областа каде што митохондријалната мембрана доаѓа во контакт со онаа на ЕР, феномен што го олеснува напредувањето на вирусните протеини преку процес на странична дифузија од РЕ до митохондријално ниво (11) .
NADPH оксидази
Семејството NOX кое припаѓа на NADPH оксидазите учествува во генерирањето на ОРС. Семејството NOX се состои од 7 члена кои се наоѓаат во различни ткива, вклучувајќи го и црниот дроб. NADPH оксидазата е вклучена во многу биолошки процеси, вклучително и во посредување на одговорот на домаќинот на вирусни или бактериски инфекции (18). Докажано е дека кај незаразените клетки, NOX 4 е во цитоплазмата и јадрото, додека кај клетките инфицирани со ХЦВ е премногу експресиран и се наоѓа главно во јадрото. Така, се одвива производството на ОРС на нуклеарно ниво, со оштетување на клеточната ДНК. Основниот протеин, исто така, се чини дека е вклучен во овој процес индиректно преку стимулирање на синтезата на TGF бета која го активира изразот на NOX (15) .
NOX 2 се наоѓа во клетките Купфер, полиморфонуклеарните клетки во црниот дроб. NOX 2 протеинот во фагоцитите се активира од страна на вирусниот протеин NS3, со што се предизвикува апоптоза и промена на имуните клетки (ЛТ-клетки, природен убиец) (19) .
Студијата спроведена од Смирнова и соработниците покажа дека HCV-предизвиканиот оксидативен стрес ги активира NOX 1 и NOX4, циклооксигеназа 2 и цитохром 450 2E1 (CYP2E1). Покрај тоа, студиите покажуваат дека NOX 1, NOX4 и CYP2E1 учествуваат во процесот на воспаление и последователна фиброза на црниот дроб. CYP2E1 е ензим кој се наоѓа во клетките на црниот дроб, а кај пациенти со HCV, NS5A предизвикува нејзино изразување. CYP2E1 е исто така вклучен во етанолската катализа (20) .
Цитокини и воспалителни клетки
Покрај тоа, SO кај пациенти со ХЦВ може да биде резултат на присуство на проинфламаторни цитокини како што е ТНФ алфа, што се покажа дека е зголемено во периферните мононуклеарни клетки кај пациентите со ХЦВ (21). Зголемена количина на TNF алфа е забележана кај пациенти со HCV. TNF алфа е вклучен во производството на ОРС со генерирање на јон супероксид и водород пероксид (22). Исто така, треба да се има предвид дека ОРС се вклучени во антиинфективна одбрана. Присуството на заразени клетки доведува до појава на имунолошки одговор и ослободување на ОРС од страна на макрофагите. Студиите во клеточните култури покажаа ослободување на ОРС по интеракцијата помеѓу вирусните структури и клетките (9) .
Улогата на вирусните компоненти
ХЦВ предизвикува оксидативен стрес и преку структурните протеини, основните протеини и Е1 и Е2 гликопротеините, како и неструктурните компоненти, NS3, NS5A и NS4B (19,23) .
Вирусните протеини предизвикуваат промени и структурно и функционално во митохондриите на заразените клетки. Вклучени се бројни протеини, но главната улога ја играат основните протеини и NS5A (24). Основниот протеин се врзува за надворешната митохондријална мембрана преку терминалниот регион COOH (25) .
Основниот протеин е најмоќниот активатор на оксидативниот стрес. Тој, заедно со протеините NS5A и NS3, делува на ниво на митохондрија, зголемувајќи го приливот на Ca 2+ и произведува оксидација на глутатион, што резултира во генерирање на ОРС во митохондриите. Нуклеарните фактори NF-kB и STAT 3 се активираат и се јавува оксидативен стрес во јадрото (26). Вишокот 2+ има стимулирачки ефект врз транспортот на електрони, што е во основата на генерирањето на ОРС. НЕ се случува активирање на синтезата, со формирање на азотен оксид и ослободување на цитохром C. Се формира магичен круг, со промена на митохондријалната функција и дополнително ослободување на ОРС. HCV е исто така поврзан со RE, така што вирусна репликација може да се појави и во цитозолниот дел на RE мембраната, што доведува до нарушување на функцијата RE. Овој процес резултира со активирање на сигналните патишта вклучени во воспаление (27) .
NS5A и NS4B, како и гликопротеините Е1 и Е2 се вклучени во генерирање на ОРС со предизвикување стрес на нивото на РЕ (23). NS5A предизвикува ослободување на Ca 2+ од ендоплазматскиот ретикулум и е вклучен во генерирање на ОРС и со активирање на NADPH оксидаза (28) .
Преоптоварување со железо
Зголемени депозити на железо (Fe) се забележани кај пациенти со HCV. Зголемените наслаги на железо се чини дека се резултат на вирус-индуциран ОС, кој има инхибиторен ефект врз хепцидин, молекула вклучена во метаболизмот на железо (16,29). Откриено е дека хепцидинот е понизок кај овие пациенти отколку кај оние со ХБВ или друго заболување на црниот дроб, така што може да се смета дека хепцидин игра важна улога во преоптоварувањето на HVC Fe (30). .
Ironелезото во големи количини е вклучено во менување на ДНК и во процесот на липидна пероксидација со неколку механизми (29). На пример, железен јон, преку реакција на редукција, се менува во железен јон. Црвениот јон учествува во формирањето на SRO, растворајќи го H2O2 во хидроксидниот јон и OH - (6). Покрај тоа, кај овие пациенти е забележана позитивна корелација помеѓу нивото на Fe и 8-хидрокси-2 ¢ -деоксигуанозин (8-OhdG), што означува промена на ДНК (31,32). .
Зголемените нивоа на Fe го забрзуваат процесот на фиброза на црниот дроб. Хино и неговите колеги спроведоа студија со трансгени глувци кои изразуваат HCV полипротеин. Ним им било дадено зголемено ниво на Fe и откриено е дека имаат значителна хепатална стеатоза, митохондријални измени, покачено ниво на липопероксидација и 8-OhdG (30). .
Последиците од оксидативниот стрес
на хепатално ниво
ХЦВ инфекцијата е хронична кај околу 70-80% од случаите, а од нив, 20% ќе развие цироза во првите 20 години од инфекцијата (3). Прогресијата на фиброзата на црниот дроб е под влијание и на домаќинот и на вирусот. Главните фактори на ризик поврзани со домаќинот се машки пол, хронична потрошувачка на алкохол, дебелина и дијабетес тип 2. Исто така, се наведени генетски фактори (33). Студиите покажуваат дека ХЦВ нема директен цитопатичен ефект, при што оштетувањето на црниот дроб се јавува главно како резултат на развојот на имунолошкиот одговор на домаќинот (3). Присуството на хроничен воспалителен процес доведува до појава на фиброза, која подоцна може да премине во цироза (34) .
Пациентите во фаза на цироза имаат годишен ризик од развој на хепатоцелуларен карцином од 1-5% (33). Во Европа, главните фактори на ризик за хепатоцелуларен карцином се инфекција со ХЦВ и хронична потрошувачка на алкохол. Постојат неколку механизми кои се вклучени во процесот на карциногенеза. Вирусот на хепатитис го менува метаболизмот на липидите и предизвикува експресија на одредени гени вклучени во малигна трансформација (34) .
Оксидативниот стрес се чини дека игра важна улога во високата стапка на хроничен хепатитис Ц (35). Студиите покажуваат дека ОС е вклучен во процесот на фиброза на црниот дроб, активирање на elвездените клетки и стимулирање на производството на колаген (36). ХЦВ ја стимулира активирањето на клетките Купфер, кои ослободуваат цитокини вклучени во развојот на фиброза и ОРС, што резултира со оштетување на клетките на црниот дроб. Оштетените клетки на црниот дроб генерираат ОРС, активирајќи ги elвездените клетки на црниот дроб. Покрај тоа, се чини дека NADPH оксидазата е активирана во клетките Купфер и stвездените клетки, со генерирање на ОРС, феномен што придонесува за формирање на фиброза (24). Покрај тоа, ОРС предизвикува синтеза на бета TGF, молекула исто така вклучена во процесот на фиброза (19) .
Според студијата спроведена од Кличичи, малондијалдехид е најважниот маркер кој е во корелација со појава на фиброза при инфекција на црниот дроб со ХЦВ (37). Студијата на Габр откри дека маркерите за оксидативен стрес можат да се користат како неинвазивен метод за проценка на фиброза на црниот дроб, најважниот елемент во започнувањето на третманот (36) .
Оксидативниот стрес се чини дека е вклучен во развојот на хепатоцелуларен карцином преку измени во ДНК (19). Во последниве години, се повеќе студии припишуваат важна улога на SO во прогресијата на хронично заболување на црниот дроб и во процесот на карциногенеза. Ин витро студиите покажаа дека клетките на Купфер, под влијание на NS3, ослободуваат цитокини со проинфламаторно дејство (IL1 бета, TNF алфа) и IL 10 со имуносупресивен ефект. Покрај тоа, вирусот предизвикува почеток на проинфламаторна состојба. Така, на местото на воспалението, клетките Купфер ослободуваат бројни проинфламаторни молекули и ОРС (38). ОРС доведува до промена на ДНК и појава на генски мутации (19). Една неодамнешна студија покажа дека ОРС предизвикува експресија на 3 b-хидроксистереол Д 24-редуктаза, која има улога во спречување на поправка на ДНК и развој на тумор. Преголемата експресија на оваа редуктаза доведува до блокада на апоптозата на заразените клетки, нивна репликација и постојаност на хронична инфекција (39) .
Антиоксиданти во инфекција со ХЦВ
Антиоксидансите може да се поделат во две категории, имено агенси со мала молекуларна тежина (витамин Ц, витамин Е, глутатион, каротеноиди) и ензими со антиоксидантна улога (супероксид дисмутаза, глутатион пероксидаза, каталаза) (6) .
Кај пациенти со ХЦВ, забележано е намалување на антиоксидансниот капацитет, со ниско ниво на антиоксидантни молекули, како што се супероксид дисмутаза, каталаза, глутатион и хемо-оксигеназа (1). Се чини дека постои корелација помеѓу сериозноста на HCV инфекцијата и серумското ниво на антиоксидантни елементи (25) .
HCV ги намалува нивоата на глутатион и индиректно, преку лезиите што ги произведува во хепатоцитите, но исто така и директно, преку дејството на јадрото протеините. Некои студии покажаа дека неструктурните вирусни протеини го зголемуваат глутатионот. Всушност, зголемувањето на нивото на глутатион е резултат на зголемена активност на g-глутамилцистеин-лигаза за време на минлива адаптација на сублетал оксидативен стрес (29) .
Неодамна се покажа дека рамнотежата помеѓу оксидантите и антиоксидансите се разликува во зависност од вклучениот вирусен генотип. Така, кај генотипот 1а/1б, оксидативниот стрес се чини дека е поизразен отколку кај генотипите 4, 2а/ц, 2б и 3а. Така, беше издадена хипотеза за потребата од антиоксидантни терапии, особено кај пациенти заразени со генотипови кои предизвикуваат тежок ОС. Во исто време, генотипот се чини дека е важен предиктор за одговор на антивирусна терапија (40). Студијата спроведена од Гроенбек и неговите колеги открила дека администрацијата на додатоци на витамин Е и А има ефект врз антиоксидансниот статус, но не и врз вирусното оптоварување и ензимите на цитолиза на црниот дроб (41). .
Бидејќи оксидативниот стрес игра важна улога во патогенезата на инфекцијата со ХЦВ, антиоксидантите наоѓаат улога во терапијата. Така, докажано е дека се корисни агенси како што се витамини Ц и Е, Н-ацетилцистеин, глициризин, фосфатидилхолин или силимарин (42) .
Неколку истражувачи ја проучувале улогата на елементи во трагови (Cu, Zn, Se) во патогенезата на заболување на црниот дроб во контекст на инфекција со ХЦВ. Промените во концентрациите на овие елементи кои дејствуваат како антиоксиданти предизвикуваат нерамнотежа, со можност за ОС и почеток на воспалителниот процес, што промовира репликација на вирусот (43). Така, се покажа дека администрацијата на Zn кај овие пациенти ја намалува фиброзата на црниот дроб и ја подобрува прогнозата на болеста (44) .
Оксидативниот стрес игра важна улога во патогенезата на ХЦВ. Вирусни протеини дејствуваат во митохондриите, главниот производител на ОРС, генерирајќи низа биолошки реакции, со влијание врз еволуцијата на болеста. Така, SO е вклучен во процесот на фиброза и карциногенеза.
Конфликт на интереси: Авторите не изјавуваат судир на интереси.