Воспаление нейронов, как известно, участвует в патогенезе разнообразных нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Алцгеймера, амиотрофический боковой склероз и болезнь Паркинсона Parkinson's disease (PD) [1]. Маркеры воспаления особенно увеличены в активированной микроглии при PD [2, 3]. Более того, с болезнью ассоциирует повышенная экспрессия cyclooxygenase-2 (COX-2). Cyclooxygenase (COX) является главным энзимом, ответственным за превращение арахидоновой кислоты в prostaglandin (PG) H2, который является основным предшественником разных PGs, но в особенности PGE2. COX присутствуют в трех разных изоформах: 1) COX-1, которая в основном постоянно экспрессируется и присутствует во многих типах клеток. 2) COX-2, которая обычно экспрессируется в ответ на широкий набор стимулов, в особенности в ответ на N-methyl-d-aspartate (NMDA)-зависимую синаптическую активность [4]. Более того, низкий уровень экспрессии COX-2 может быть обнаружен в ЦНС [5]. 3) COX-3, продуцируется с гена COX-1 , впервые описана в 2002 [6]. Её обычно связывают с действием acetaminophen (paracetamol), в качестве лекарства. обладающего слабыми COX-1 и COX-2 ингибирующими эффектами, но с мощной жаропонижающей и обезболивающей активностью. COX-3, по-видимому, постоянно экспрессируется и является или самостоятельным энзимом, происходящим с гена COX-1, или вариантом COX-1 (или даже COX-2) (for a discussion on the issue see ref.7). Функциональная роль COX-3 в головном мозге человека остается до сих пор неопределенной [8, 9].
Все энзимы Cox катализируют образование PGs из арахидониковой кислоты. Начинается реакция на cyclooxygenase, тем, что арахидониковая кислота и две молекулы O2 преобразуются. чтоб сформировать PGG2. Затем происходит пероксидазная ступень реакции, PGG2 теряет два электрона, чтобы сформировать PGH2 [10]. Основные отличия между COX-1 и COX-2 в пероксидазной активности определяются двумя факторами: во-первых, по используемой кинетике: промежуточные образования, появляющиеся на второй ступени генерации PGH2, происходят более быстро у COX-2, чем COX-1. Во-вторых: COX-1 использует удаление двух электронов из hydroperoxidase субстратов, тогда как в случае COX-2 происходит ~40% удаление одого электрона [11]. Удаление электронов, как полагают, приводит к истечению электронов, которые в свою очередь могут реагировать с клеточным кислородом, чтобы сформировать реактивные виды кислорода [12, 13]. Интересно, что только сосредоточенные на углероде радикалы генерируются в системе COX-2/arachidonic acid и они ответственны за генерацию оксидативных стрессов [14].
Базируясь на гипотезе, что активация пероксидазы COX-2 может быть вредной, активно исследовали роль COX-2 пероксидазной, а также COX-2 циклогенезной активности в деталях. Исследование с использованием аденовирусной избыточной экспрессии
COX-2 с мутацией в пероксидазном сайте COX-2 привело к сходной чувствительности к гипоксии по сравнению с клетками, избыточно экспрессирующими нормальную COX-2 [15] Напротив, мутация в циклогенезном сайте ведет к защитному эффекту от гипоксии. Авт. полагают, что защитный эффект вызывается неспособностью arachidonic кислоты соединяться с модифицированной COX-2 и поэтому энзим не может генерировать PGs [15, 16]. Недавно, создана новая модель специфического устранения циклогеназы, при этом пероксидазная активность оставлась интактной [17], моделирующая специфическое ингибирование COX-2 без использования COX-2 ингибиторов таких, как celecoxib и rofecoxib. Авт. сообщают, что COX-1 и COX-2 могут формировать гетеродимеры, которые способны продуцировать PGs. К сожалению, современная техника неспособна различать эффекты специфического ингибирования COX-2 на COX-2 гомодимеры или COX-1-COX-2 гетеродимеры [17]. Всё ещё модель предоставляет новый инструмент для выяснения различных механизмов COX-2 генерировать новые субстраты, которые в конечном итоге будут оказывать благоприятный эффект, как показывают модели болезней без каких-либо подобных эффектов.
2. COX-2 in models of Parkinson's disease
Основная модель нейротоксина для изучения PD базируется на использовании нейротоксина в виде 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) или 6-hydroxydoamine (6-OHDA) (обзоры моделей в ref.18). Ингибирование COX-2 с помощью acetylsalicylic кислоты и salicylate обеспечивает нейрозащиту в MPTP-модели [19, 20], тогда как diclofenac не оказывает нейрозащитного эффекта. Последний может зависеть от его неспособности проникать через гемато-энцефалический барьер, тогда как , с др. стороны, meloxicam способен защищать от MPTP-индуцируемой токсичности [20]. Используя COX-2 дефицитных мышей, подтверждена важная роль COX-2 в MPTP-модели, т.к. эти мыши обнаруживают существенную защиту против MPTP-индуцированной нейродегенерации [21, 22]. COX-2 в основном экспрессируется в допаминергических нейронах после действия MPTP, это частично противоречит др. публикациям, в которых описывается более сильная экспрессия COX-2 в микроглии [23]. Различия могут быть связаны в техническими отличиями; тем не менее оба исследования согласуются с тем, что нейроны составляют большинство COX-2 позитивных клеток при PD.
Интересно, что экспрессия в микроглии не снижается после воздействия MPTP у COX-2 дефицитных мышей, несмотря на факт уменьшения клеточных потерь. Это может быть связано с тем фактом, что использован очень грубый MPTP режим (4 Ч 20 mg//kg i.p. 2 h apart), и не существует "подострой" или хронической модели (30 mg/kg i.p. over five consecutive days) болезни, ведущей к более прогрессивной инвазии микроглии. Помимо этого, др. факторы, которые вносят вклад в клеточную гибель, такие как inducible nitric oxide (iNOS), не были задействованы. Дальнейшие исследования показали, что dopamine-quinone, побочный продукт, генерируемый с помощью активности COX-2, был высоко представлен. В свою очередь, мыши, которые получали COX-2 ингибитор rofecoxib, не обнаруживали какого-либо ослабления экспрессии dopamine quinone после MPTP по сравнению с контрольными животными. Как описывалось ранее, COX-2 может приводить к окислению dopamine, чтобы сформировать dopamine-quinone [24], который, в свою очередь, высоко реактивен. Dopamine-quinone может реагировать с остатком cysteinyl в белках, приводя к трансформации белков и последующему изменению функции белка. Это, в свою очередь, ведет к гибели клеток, наблюдаемой после MPTP, и это может быть одним из объяснений защитного эффекта от устранения COX-2 [21].
Второй путь, с помощью которого COX-2 возможно приводит к клеточной гибели после MPTP это увеличение уровней PGE2. Уровни PGE2 оказывались лишь слегка затронутыми устранением COX-2 после применения MPTP в наших исследованиях, но опять же это может быть обусловлено тем фактом, что использовался "жесткий" режим применения MPTP. Увеличение оборота PGE2 может приводить к повышению уровней реактивных видов кислорода [25] а PGE2 может приводить к активации астроцитов [26].
Кроме того, PGE2 может взаимодействовать с разными EP рецепторами, способствуя тем самым нейродегенерации (полный обзор по четырем разным PG E рецепторам в ref.27). Из др. описанных рецепторов, только EP2 рецептор был изучен в модели PD. Активация микроглии и ассоциированная нейротоксичность, по-видимому, обеспечиваются с помощью EP2 [28], т.к. EP2 дефицитные мыши обнаруживают защиту против MPTP-индуцированной токсичности. Также, EP2-/- микроглия усиливает очищение ткани от α-synuclein на срезах, полученных от пациентов с болезнью Lewy телец. С др. стороны, рецептор EP2 защищает от 6-OHDA токсичности в модельной клеточной культуре [29]. Следует помнить, что последнее исследование использовало культуру клеток, лишенную микроглии, а EP2, по-видимому, действует посредством микроглии. Т.о., спорно, в само ли деле последнее исследование описывает реальный эффект, который воспроизводится in vivo. Также описано, что lipopolysaccharide (LPS) не индуцируют вторичную нейротоксичность в кондиционированной среде после EP2-/- микроглии, подтверждая важную роль EP2 в воспалительных реакциях и LPS-обусловленной нейротоксичности [30].
Глядя на EP1 становится ясно, что этот рецептор также может вносить вклад в PGE2-обусловленную токсичность. Как было установлено, он делает нейроны более чувствительными к оксидативному стрессу в модельной культуре клеток PD [31]. EP1 рецепторы, по-видимому, являются основным путем, с помощью которого COX-2 обусловливает нейротоксичность через нарушение гомеостаза Ca2+ [32]. Др. путь, с помощью которого EP1 может вызывать токсичность это снижение энергетических уровней, т.к. активация EP1 рецептора ведет к долго длящейся потере кислород-глюкоза [33].
R' экспрессия провоспалительных цитокинов, таких как IL-6 регулируется с помощью PGE2 в разных типах клеток, подобных макрофагам и астроцитам [34-36]. Нейтрализация избирательными антителами PGE2 ингибирует продукцию IL-6, гипералгезию и воспалительный процесс в модели индуцированного с помощью carrageen воспаления лап [37]. Играет ли этот путь-COX-2-IL-6 также роль в PD, предстоит исследовать, т.к. COX-2 и IL-6 пока только обнаруживают параллельное увеличение [38, 39].
Итак, можно утверждать, что COX-2 играет важную роль в патогенезе PD и если бы только как распространитель этого болезненного состояния. Ингибирование COX-2 остается ценной мишенью в качестве потенциальной нейрозащитной стратегии, нацеленной на замедление или остановку прогрессирования болезни.
