Глутатион и удаление перекисей астроцитами и нейронами

Культивированные астроглиальные клетки избавляются от перекиси водорода [30, 31] и органических перекисей, таких как гидроперекись трет-бутила или кумола [32, 33] очень эффективно. Эти перекиси являются субстратом для ГПО. Действительно, сразу же после внесения перекисей в культуру астроцитов отмечалось быстрое окисление глутатиона [31-33]. Ингибирование каталазы, второго фермента, участвующего в утилизации перекиси водорода только незначительно снижало коэффициент клиренса для перекиси водорода в случае если астроглиальная система глутатиона не была затронута. Напротив, ингибирование как каталазы, так и ГПО значительно снижало способность астроглиальных клеток к утилизации перекиси водорода [31]. Эти данные указывают на способность системы глутатиона конкурировать с каталазой в плане удаления перекиси из астроглиальной клетки. Более того, каталаза не использует в качестве субстратов органические перекиси. Таким образом, система глутатиона эффективна в утилизации органических перекисей астроглиями [32, 33].

Сообщалось, что культивированные нейроны также способны удалять экзогенную перекись водорода. Представлены данные, указывающие на первичную роль системы глутатиона в нейрональной защите от Н2О2 [30]. На самом деле, воздействие перекиси на нейроны приводит к быстрому окислению глутатиона. Утилизация перекиси водорода сопровождается практически полным окислением глутатиона в пределах минуты [34]. Очевидно, астроглиальные клетки обладают большей способностью детоксифицировать перекись водорода по сравнению с нейронами [30, 34]. Однако, стоит отметить, что для подобного сравнения необходимо учитывать различие между количеством клеток в астроглиальной культуре и культивированных постмитотических нейронов. Если учесть различие в содержании белка в культурах, то показатель удаления перекиси водорода культурами первичных нейронов и астроцитов практически идентичен [34]. Таким образом, по крайней мере в культуре, способность обоих типов нервных клеток утилизировать Н2О2 практически идентична. Однако, для быстрого удаления перекиси водорода нейронами эссенциальны оба фермента, и, в отличии от астроглиалных клеток [31], система глутатиона в нейронах неспособна компенсирвать недостаток каталазы [34]. Более низкая эффективность нейрональной системы глутатиона в плане детоксикации перекиси по сравнению с астроглиями подтверждается пониженной способностью культивированных нейронов избавляться от органической гидроперекиси кумола в среде [34].

Взаимодействие между астроцитами и нейронами в ходе метаболизма глутатиона и защиты от афк

In vivo различные типы клеток головного мозга находятся в тесном контакте друг с другом. Увеличивается количество данных, указывающих интенсивный метаболический обмен между астроцитами и нейронами. Подобные взаимодействия по видимому являются важным звеном поддержания церебрального гомеостаза глутатиона и защиты мозга от окислительного стресса [15].

В сокультуре астроциты поддерживают другие клетки мозга в борьбе с АФК. В присутствии астроглиальных клеток нейроны защищены от АФК-зависимо токсичности различных соединений и воздействий (Таблица 1). Так как Н2О2 образуется в головном мозге в большом количестве, то защитное действие астроцитов по отношению к нейронам против токсичности перекиси водорода является крайне важной [30, 35]. В сокультуре нейроны защищены от токсичности перекиси водорода даже при соотношении 1 астроцит на 20 нейронов [30]. В свою очередь культура нейронов повреждается внеклеточными АФК, которые детоксифицируются астроглиальными клетками [43]. Глутатион крайне важен для этой функции, так как защитный эффект астроцитов значительно снижается в случае если клетка содержит низкий уровень внутриклеточного глутатиона [44].

Метаболическое взаимодействие между нейронами и астроцитами происходит и в целях синтеза глутатиона. Только доступность цистеина определяет нейрональный уровень глутатиона [26]. Если нейроны культивируются в среде, содержащей астроциты, то содержание глутатиона в нейронах значительно увеличивается, что указывает на то, что в присутствии астроглиальных клеток предшественник цистеина выделяется из астроцитов в нейроы, поддерживая синтез глутатиона. Дипептид ЦисГли, образующийся из внеклеточного глутатиона в ходе ГГТ реакции [21], эффективно используется в микомолярных концентрациях в качестве прекурсора нейронального глутатиона. Ингибирование ГГТ практически полностью отменяло влияние астроцитов на содержание глутатиона в нейронах [26], что указывает на то, что ЦисГли, наиболее вероятно, является предшественником глутатиона, доставляемого астроцитами нейронам (Рис. 3).

Рисунок 3 отражает нашу гипотезу метаболического взаимодействия между астроцитами и нейронами в отношении метаболизма глутатиона. Путем выделения глутамина астроцитами [45] внеклеточным образованием ЦисГли из глутатиона астроглиальные клеткипредоставляют нейронам все 3 составляющие аминокислоты глутатиона. Гипотеза взаимодействия между астроцитами и нейронами в ходе метаболизма глутатиона, представленная здесь, поддерживается также недавними результатами, полученными на срезах мозга [46] и микродиализном исследовании [47]. После начала гипоксии концентрация цистеина в суперфузионном растворе срезов мозга значительно возрастала, что практически полностью предотвращалось в присутствии ингибитора ГГТ ацивицина [46]. После микроинфузии 1-метил-4-фенилпиридина в мозг крысы наблюдалось практически тысячекратное транзиторное увеличение концентрации глутатиона в микродиализатах, что сопровождалось повышением внутриклеточной концентрации цистеина [47]. Степень появления глутатиона и последующего увеличения концентрации цистеина значительно уменьшалась при ингибировании ГГТ [47]. Эти данные показывают, что цистеин, обнаруживаемый в этих экспериментальных моделях скорее всего образован из внеклеточного глутатиона в ходе каскада реакций ГГТ и дипептидазы.