Джефри Х. Ботрайт

1 Катедра по офталмология, Медицински факултет на Университета Емори, B5511 Очен център Emory, 1365-B Clifton Road, Атланта, GA 30322 САЩ

Джон М. Никерсън

1 Катедра по офталмология, Медицински факултет на Университета Емори, B5511 Очен център Emory, 1365-B Clifton Road, Атланта, GA 30322 САЩ

Аниша Г. Моринг

1 Катедра по офталмология, Медицински факултет на Университета Емори, B5511 Очен център Emory, 1365-B Clifton Road, Атланта, GA 30322 САЩ

Машел Т. Парду

1 Катедра по офталмология, Медицински факултет на Университета Емори, B5511 Очен център Emory, 1365-B Clifton Road, Атланта, GA 30322 САЩ

2 Rehab R&D CoE, Atlanta VA Medical Center, Atlanta, GA USA

Резюме

Мечата жлъчка е била включена в азиатските фармакопеи от хилядолетия за лечение на няколко заболявания, вариращи от възпалено гърло до хемороиди. Хидрофилните жлъчни киселини тауроурсодезоксихолевата киселина (TUDCA) и урсодезоксихолевата киселина (UDCA) са основните жлъчни киселини на мечи жлъчка. И двете се предлагат като синтетични формулировки и са одобрени от здравните администрации на няколко страни за лечение на цироза и камъни в жлъчката. Този преглед накратко обхваща използването на мечи жлъчка в традиционната китайска медицина, физиологията на жлъчните киселини, одобрената употреба на UDCA и TUDCA в западната медицина и скорошни изследвания, изследващи техните невропротективни свойства, включително в модели на очни заболявания.

Използване на жлъчна мечка в традиционната китайска медицина

Жлъчната мечка, екстрактът от жлъчката и жлъчният мехур се използват в традиционната китайска медицина (ТКМ) и друга азиатска фармакопея от хилядолетия [1–3]. Мечешката жлъчка е класифицирана като "студено" лекарство, използвано за лечение на "топлинни" заболявания, които включват треска и възпаление за детоксикация на черния дроб, за предотвратяване на конвулсии и епилептични припадъци, за разтваряне на камъни в бъбреците и камъни в жлъчката, за свиване на тумори и хемороиди и за подобряване на зрението [1–3]. Използването му продължава в TCM и се разпространява със създаването на азиатски общности по целия свят [3]. Китайската държавна фармакопея изброява 28 вида лекарства, съдържащи мечи жлъчка, 15 от които се използват в офталмологията [4].

Азиатската черна мечка (Ursus thibetanus или Selenarctos thibetanus), известна още като лунна мечка поради маркировката на козината си, е традиционният вид източник, но тъй като популациите на лунната мечка намаляват, се използват и други видове като северноамериканската черна мечка, често с отрицателни последици за тези популации [5]. За да се обърне внимание на проблема с намаляването на популациите и като се признае, че трафикът на части от животни е компонент на тяхната икономика в селските райони (изсушената мечи жлъчка има по-висока улична стойност от кокаина [6]), в Китай е създадено контролирано отглеждане на мечки [2–4] . Събирането на части от мечки обаче се счита от мнозина за жестоко [4, 7] и е незаконно или силно ограничено в много страни [3–6] (особено страните, подписали Конвенцията за международна търговия със застрашени видове от Дивата фауна и флора [8] и допълнително в САЩ от Закона за застрашените видове [9]) и не е ясно, че земеделието е устойчиво икономически или политически [4, 7, 10]. По този начин има голям интерес към замяна на части от мечки с билкови и синтетични заместители в TCM [3, 4].

Физиология на жлъчните киселини

Жлъчните киселини се биосинтезират от холестерола в чернодробните хепатоцити. Те се съдържат в голяма степен в ентерохепаталната циркулация и се съхраняват в жлъчния мехур. Те са конюгирани предимно с глицин или таурин, което им позволява да бъдат напълно йонизирани в обхвата на рН на тънките черва [11]. Жлъчните киселини имат пет основни функции: елиминиране на холестерола, мицелинация на диетични липиди за подпомагане на техния транспорт, стимулиране на жлъчния поток и секреция на жлъчни фосфолипиди и накрая, регулиране на отрицателната обратна връзка на синтеза на жлъчна киселина и холестерол [11].

очни

Микрофотографии на криосекции на ретината от третирани с TUDCA мишки rd1. Pde6b rd1 (rd1) мишки се инжектират подкожно с носител или TUDCA (500 mg/kg телесно тегло на всеки 3 дни). Инжекциите започват в постнаталния ден (P) 9 и продължават до P21, в който момент животните се убиват, а парафиновите секции на ретината се изрязват и оцветяват с хематоксилин и еозин (H & E-оцветени). Лекуваните с превозни средства ретини показаха очакваната почти пълна загуба на ONL клетки. Обратно, лекуваните с TUDCA ретини са варирали, но по-организирана морфология, варираща от много малко ONL до дебел ONL и в някои случаи запазването на външните сегменти на фоторецептора. RPE: пигментен епител на ретината; IS/OS: вътрешен сегмент/външен сегмент; ONL: външен ядрен слой; OPL: външен плексиформен слой; INL: вътрешен ядрен слой; IPL: вътрешен плексиформен слой; GCL: ганглиозен клетъчен слой

Ефект от лечението с TUDCA върху броя на фоторецепторните клетки при мишки P18 и P30 rd10. rd10 се инжектират подкожно с носител или TUDCA (500 mg/kg) на всеки 3 дни, започвайки от P6. При P18 и P30 бяха убити мишки и бяха подготвени парафинови секции на ретината и оцветени с H & E. Ядрата на външния ядрен слой са преброени в две области на секция и се предполага, че отразяват броя на фоторецепторните клетки. Всяка област обхваща 400 µm, започвайки от точка 400 µm от двете страни на зрителния нерв. Лечението с TUDCA значително запазва броя на фоторецепторите и в двата постнатални дни. Трябва да се отбележи, че лечението с TUDCA забавя загубата на фоторецепторни клетки с 12 дни в хода на дегенерацията до P30

Ефект от лечението с TUDCA върху морфологията на ретината и TUNEL при мишки P18 rd10. Флуоресцентната микроскопия, използваща B-2A емисионен флуоресцентен филтър, позволява наблюдение на запазването на вътрешните сегменти на фоторецептора (IS) и външните сегменти (OS), присъстващи в TUDCA- (вдясно), в сравнение с третираните с превозно средство секции на ретината (вляво). Показва се, че TUNEL-положителните ядра (зелен/жълт сигнал) са в изобилие в третирани с носител участъци, но редки ретини от мишки, третирани с TUDCA. Лечението с TUDCA осигурява значително запазване на броя на ядрите на фоторецепторите във външния ядрен слой (ONL). Лечението не е имало забележим ефект върху вътрешния ядрен слой (INL) или ганглиозния клетъчен слой (GCL). Изображението е препечатано с разрешение от Ref. [81]

Ефект от лечението с TUDCA върху електроретинограмите на мишки rd10 при Р18 и Р30. Представителни адаптирани към тъмно ERG вълнови форми (отгоре) и средна амплитуда на b-вълната (отдолу) до ярка светкавица (2,1 log cd s/m 2) при P18 и P30 в TUDCA и третирани с превозни средства мишки rd10. Имайте предвид, че лечението с TUDCA забавя загубата на функцията на ретината с около 12 дни или с около 35% в течение на периода на дегенерация (напр. Амплитудите, третирани с PUD T30, са подобни на амплитудите, третирани с носител P18)

Ефект на TUDCA върху активирането на каспаза-3 в ретина на мишка rd10. Вградените в парафин rd10 миши ретинови секции от мишки, третирани с носител или TUDCA, бяха изследвани за имунореактивност към активирана каспаза-3 и наблюдавани чрез конфокална микроскопия. Имаше значително по-голяма имунореактивност (жълт сигнал) в третираните с носител секции, отколкото в секциите, третирани с TUDCA. Изображението е препечатано с разрешение от Ref. [81]

Системното лечение с TUDCA осигурява защита в ретината на мишката rd10 поне до P30. На този етап ONL се е дегенерирал до около един клетъчен слой предимно от конуси (пръчките почти напълно липсват, а конусите се дегенерират), а адаптираната към тъмната вълна a е само 3%, а b-вълната само 14% от дивите тип мишки [80, 82]. Лекуваните с TUDCA ретини са имали адаптирани към тъмните a-вълни, които са поддържани до 30% от див тип, а b-вълни, адаптирани към светлина и тъмно, поддържани до 45% от див тип, което показва запазване на функцията на пръчка и конус (Фиг. . 4 и [82]). Броят на фоторецепторните ядра е пет пъти по-голям при мишки, третирани с TUDCA, отколкото при мишки, третирани с носител (Фигури 2 и и 6). 6). Трябва да се отбележи, че лечението с TUDCA забавя загубата на броя на фоторецепторните клетки и функцията на ретината с 12 дни в хода на дегенерацията до P30 (фиг. 2 и и 4). 4). Подобно на ефекта върху пръчковидните фоторецептори при Р18, лечението запазва морфологията на външния сегмент на конуса в Р30 ретината [82].

Ефект от лечението с TUDCA върху морфологията на ретината при rd10 и мишки от див тип при P30. Микрографии на ретината от P30 див тип C57BL/6 мишки, третирани с TUDCA (а) или превозно средство (б) и от rd10 мишки, лекувани с TUDCA (° С) или превозно средство (д). Лечението с TUDCA няма ефект върху морфологията на ретината от див тип. При rd10 мишки фоторецепторният слой е редуциран до приблизително един ред ядра (д), но лечението с TUDCA запазва три до четири реда ядра (° С). ° С и д Ясни разлики в дебелината на ONL, външните сегменти (OS) и вътрешните сегменти (IS), като лечението с TUDCA показва забавяне на дегенерацията на ретината. д и е Графики от общия брой фоторецептори на всяко място на ретината от мишки от див тип и rd10 по отношение на главата на зрителния нерв (ONH). Вмъкването е диаграма на ретината и зрителния нерв и областите, от които са взети проби от клетки. Третираните с TUDCA мишки имат значително повече фоторецептори във всички проби, отколкото третирани с носител мишки. Изображение, препечатано от Ref. [82]

Други изследователи са тествали ефектите на TUDCA при модели на дегенерация на ретината. Лечението с TUDCA забавя дегенерацията на ретината при плъхове s334ter-3 [83], линия на плъхове, която е генетично конструирана да има мутация на родопсин, идентична на тази, често срещана при пациенти с автозомно доминиращ пигментозен ретинит (ADRP) [84]. Тези плъхове се инжектират всеки ден от раждането с TUDCA. Срезите на ретината от плъхове P5 и P10 показват, че лечението с TUDCA значително намалява маркерите за реактивни кислородни видове, стрес от ендоплазмен ретикулум (ER) и апоптоза. Дегенерацията на ретината, оценена по морфология, също се забавя при плъхове, лекувани с TUDCA [83].

Лечението с TUDCA също забавя дегенерацията на ретината при плъхове P23H-3 [85, 86], друга линия на плъхове, която е генетично проектирана да има мутация на ADRP родопсин [84]. Плъховете се инжектират интраперитонеално (500 mg/kg телесно тегло) веднъж седмично от P20 до 4-месечна възраст. При плъхове, третирани с носител, TUDCA, вътрешният и външният сегмент на фоторецептора, броят на ядрата в ONL и капилярната ретинална мрежа са запазени. TUNEL сигналът е по-нисък при лекувани с TUDCA плъхове в сравнение с контролите.

Индуцирани модели на фоторецепторна дегенерация

Ефект на TUDCA върху морфологията и апоптозата на ретината на мишка LIRD: 24-часова експозиция след светлина. Мишките се инжектират подкожно или с носител, или с TUDCA (500 mg/kg), излагат се на 10000 lx бяла светлина в продължение на 7 часа, след което се връщат в условия на поддържащо осветление. Мишки бяха убити 24 часа по-късно и парафиновите ретинални секции бяха подготвени и анализирани за флуоресцентен TUNEL чрез конфокална микроскопия. Показани са представителни композитни конфокални микрофотографии за превозни средства (вляво) спрямо TUDCA (вдясно). Индуцирана от експозиция на ярка светлина масивна апоптоза (жълт сигнал) и морфологично увреждане на фоторецепторните клетки и външния ядрен слой на ретината на носител (вляво), но не и на третирани с TUDCA очи (вдясно). Изображението е препечатано с разрешение от Ref. [81]

Ефект на TUDCA върху активирането на LIRD мишка ретина каспаза-3. Мишките се инжектират подкожно или с носител, или с TUDCA (500 mg/kg), излагат се на 200 (слаба) или 10 000 lx (ярка) бяла светлина в продължение на 7 часа, след което се връщат в условията на поддържащо осветление. Мишки бяха убити 24 часа по-късно и парафиновите ретинови секции бяха подготвени и изследвани за активирана каспаза 3 имунореактивност чрез флуоресцентна конфокална микроскопия. Представени са представителни композитни конфокални микрофотографии за леки автомобили, изложени на слаба светлина, инжектирани с превозно средство (вляво), изложени на ярка светлина, инжектирани с превозно средство и изложени на TUDCA (вдясно) с ярка светлина. Имаше значително по-голяма имунореактивност (жълт сигнал) в участъци от мишки, третирани с ярка светлина, третирани с носител, отколкото при мишки, третирани с TUDCA с ярка светлина или мишки, изложени на слаба светлина. Изображението е препечатано с разрешение от Ref. [81]

Ефект на TUDCA върху морфологията и апоптозата на ретината на мишка LIRD: 15 дни след излагане на светлина Мишките се инжектират подкожно или с носител, или с TUDCA (500 mg/kg), излагат се на 10000 lx бяла светлина в продължение на 7 часа, след което се връщат в условия на поддържащо осветление. Петнадесет дни след излагане на светлина мишките бяха убити и парафиновите ретинални секции бяха подготвени и анализирани за флуоресцентен TUNEL чрез конфокална микроскопия. Индуцирана от експозиция на ярка светлина масивна апоптоза и морфологично увреждане на ретината на фоторецепторите на третирани с вехикулум (вляво), но не и на третирани с TUDCA очи (вдясно). Особено внимание в пробата, обработена с превозно средство, е изтъняването на външния ядрен слой (ONL) и почти пълната загуба на вътрешните сегменти (IS) и външните сегменти (OS) на фоторецепторите. Освен това почти всички фоторецепторни ядра са TUNEL положителни. Обратно, обработените с TUDCA проби показват непокътнати фоторецептори, дебел ONL и много малко TUNEL-положителни фоторецепторни клетки. Лечението не е имало забележим ефект върху вътрешния ядрен слой (INL), ганглиозния клетъчен слой (GCL) или пигментния епител на ретината (RPE). Изображението е препечатано с разрешение от Ref. [81]

Модел на клетъчна смърт на ганглий

Също така установихме, че системното лечение с TUDCA забавя загубата на ганглиозни клетки на ретината след смачкване на зрителния нерв. Възрастни мишки C57/Bl6 бяха третирани като при експерименти с LIRD и rd10 с мишки в продължение на 10 дни и обезболени, а зрителните им нерви бяха трансектирани [90, 91]. При някои мишки върху нарязаните пънчета на зрителния нерв се нанася гъбена пяна, напоена с 3% Fluorogold. Десет дни след операцията, броят на флуоресциращите RGC соми, наблюдавани при плоски стойки на ретината, намалява с около 60% при третирани с превозни средства животни, загуба, която е напълно предотвратена при третирани с TUDCA мишки [90].

Модели на обективи

По този начин системното лечение с TUDCA забавя дегенерацията на ретината при модели на мишки и плъхове, но има ефекти и върху други очни тъкани. Shinohara и колеги съобщават, че лечението с TUDCA предотвратява смъртта на епителните клетки на лещата (LEC) и образуването на катаракта [92]. Инкубирането на култивиран LEC с галактоза, хомоцистеин или туникамицин предизвиква ER стрес и в крайна сметка смърт. Въпреки това, предварителната и съвместната инкубация с TUDCA предотвратява това, дори в по-голяма степен от лечението с ER стрес шаперони 4-фенилмаслена киселина, триметиламин N-оксид. Освен това системните инжекции на TUDCA значително намаляват смъртта на епителните клетъчни лещи и частично забавя образуването на свръхзрела катаракта при галактоземични плъхове, ефект, придружен от потискане на ER стресовите маркери [92]. Въпреки че други съобщават, че ефективността на UDCA и TUDCA се медиира чрез облекчаване на ER стреса [93–96], само Shinohara и колеги са демонстрирали, че TUDCA действа като химически ER стрес шаперон [83, 97].

Заключение

Хидрофилните жлъчни киселини UDCA и TUDCA са цитопротективни в много болестни модели. Точните им механизми на действие на молекулярно ниво не са напълно изяснени. Техните цитопротективни действия се предлагат да бъдат медиирани чрез действия в няколко точки на вътрешните и външните апоптотични пътища и ER реакция на стрес [42, 43, 92, 96, 98] от директни действия върху митохондриални и ER мембрани чрез транскрипционно регулиране на двете смърт и фактори за оцеляване. Ефектите при модели на очни заболявания току-що започнаха да се тестват и очевидно обещават. Въпреки това почти не са докладвани механистични данни от очни модели. Всъщност някои от защитните ефекти на TUDCA може да се дължат на неговата тауринова част, потискаща образуването на апоптозома [99, 100]! По този начин, в допълнение към продължаващите предклинични тестове за транслационни цели, остава много работа за определяне на това как хидрофилните жлъчни киселини имат толкова изразени защитни ефекти при модели на дегенерация на ретината, глаукома и катаракта.

Благодарности

Свободен достъп Тази статия се разпространява при условията на некоммерческия лиценз Creative Commons Attribution, който позволява всякакво нетърговско използване, разпространение и възпроизвеждане на какъвто и да е носител, при условие че оригиналните автори и източник са кредитирани.