Перспективы применения тимохинона (компонента Nigella sativa) в профилактике и терапии нейропатологий

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

Nigella sativa (черный тмин) широко используется в мусульманских странах для лечения разных заболеваний, так как обладает противовоспалительными, антиоксидантными, антивирусными, антинеопластическими, радиопротекторными свойствами (Салеева и др., 2023; Taysi et al., 2022). Компонент этого растения – тимохинон (ТХ) – наиболее активное соединение, содержащееся в черном тмине. Спектр заболеваний, при которых черный тмин оказывает лечебный эффект, включает инфекционные заболевания, астму, повышенное давление, диабет, гастроэнтеральные заболевания, эпилепсию, экзему, аллергию; он также проявляет антиопухолевую активность (Hosseini et al., 2012).

МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ ТХ В КЛЕТОЧНЫХ КУЛЬТУРАХ

Оксидативный стресс – один из основных факторов возникновения многих патологий. Чувствительность разных тканей и органов к оксидативному стрессу неодинакова. Клетки мозговой ткани обладают повышенной чувствительностью, по сравнению с другими клетками, к стрессу, который сопровождается образованием активных форм кислорода. Нейровоспаление и активация микроглии – маркеры патологий ЦНС. Хроническая активация микроглии сопровождается выходом свободных радикалов кислорода и провоспалительных цитокинов, высокой чувствительностью к которым обладают нейроны ЦНС, так как богаты липидами и характеризуются слабой антиоксидантной способностью (Cobley et al., 2018). Оксидативный стресс повреждает ДНК, РНК, протеины и липиды, формируя гидроксил-радикалы, супероксид-радикал, перекись водорода, оксид азота и пероксинитрит (Isaev et al., 2020, 2023), которые взаимодействуют с соответствующими компонентами клетки. ТХ повышает экспрессию нейропротекторных протеинов, снижая при этом экспрессию провоспалительных цитокинов и экспрессию сигнального пути NF-кB в клетках LPS/IFN-γ-активированной ВV-2 микроглиальной клеточной линии. ТХ (12.5 μМ 24 часа) при добавлении к перевиваемым клеткам повышает экспрессию четырех антиоксидантов, нейропротекторных протеинов, по сравнению с необработанными ТХ клетками, снижая экспрессию воспалительных цитокинов IL-2, IL-4, IL-6 и IL-17. ТХ снижает активацию NF-кB-сигнального пути, играющего ключевую роль в нейровоспалении и в нейродегенерации при микроглиальной активации (Cobourne-Duval et al., 2018). Способность ТХ схватывать свободные радикалы и таким путем предохранять клетку от оксидативного стресса показана также и в работе, посвященной молекулярным механизмам действия этого препарата (Sadeghi et al., 2023). ТХ регулирует оксидативный стресс и воспаление через Nrt2- и NF-кB-пути. ТХ ингибирует пролиферацию раковых клеток через PI3K/AKT-путь, повышая уровень фосфатазы и гомолога тензина. ТХ влияет на путь митохондриального апоптоза. ТХ может повышать мозговой GABA-контент и таким образом ослаблять эпилепсию. Эти механизмы включаются в различные фармакологические свойства ТХ. Однако имеется ряд доказательств, свидетельствующих о том, что ТХ не включается в ТХ-индуцированную клеточную протекцию, перехватывая свободные радикалы (Krewenska et al., 2023). Эти данные получены на модели митохондриальной ДНК и оксидативного стресса, индуцированного ротеноном в клетках нейробластомы (N 18ТG 2) и ротенон-МРР в первичных мезенхимальных клетках. Выявлено, что ТХ достоверно предохраняет допаминэнергетические нейроны и их морфологию от оксидативного стресса. Количественное определение супероксидных радикалов показало повышение уровня свободных радикалов в клетках, обработанных ТХ. При этом потенциал митохондриальных мембран снижается, тогда как продукция АТФ не изменяется. Общий уровень свободных радикалов постоянный. В мезенхимальных клетках при оксидативном стрессе уровень каспазы-3 понижен при действии ТХ, в то время как в клетках нейробластомы ТХ повышает ее уровень. Оценка уровня глютатиона выявила повышенный уровень общего глютатиона в клетках обеих клеточных линий. Следовательно, повышенная резистентность против оксидативного стресса в клеточных культурах может быть следствием понижения уровня каспазы-3 в комбинации с повышенным количеством глютатиона.

Антиопухолевая активность ТХ может быть результатом проапоптотических условий в клетках нейробластомы. Воздействие ТХ повышает уровень выживаемости допаминэнергетических нейронов в условиях оксидативного стресса, при этом этот препарат снижает нейротоксический эффект ротенона при сохранении морфологии клеток, что свидетельствует о нейропротективном действии ТХ. В клетках нейробластомы ТХ снижает уровень формирования резоруфина при использовании различных концентраций препарата. Показано, что ТХ понижает экспрессию каспазы-3 в здоровых тканях гиппокампа и повышает их число в нейронах гиппокампа. В клетках нейробластомы ТХ повышает активность каспазы-3, по сравнению с необработанным контролем. Представленные данные свидетельствуют об особенностях действия ТХ в условиях оксидативного стресса в клетках нейробластомы, по сравнению с мезенхимальными клетками. Ранее продемонстрировано, что черный тмин и ТХ предохраняют нейродегенерацию гиппокампа после хронической экспозиции толуолом крыс (Kanter, 2008). Положительный эффект зарегистрирован при дозах черного тмина 400 мг/кг и ТХ – 50 мг/кг, которые вводили перорально крысам при толуоловой экспозиции. При гистологическом исследовании гиппокампа не обнаружено никаких нейродегенеративных изменений в опытах с тмином и ТХ, тогда как хроническая экспозиция с толуолом приводит к тяжелым дегенеративным изменениям (хроматиновая дезорганизация в нейронах гиппокампа и др.). Автор полагает (Kanter, 2008), что эти препараты могут быть полезны для лечения при нейродегенерации.

Снижение бета-амилоидной нейротоксичности, которая характерна для болезни Альцгеймера, через ингибирование митохондриальной дисфункции и оксидативного стресса в клетках, обработанных ТХ, также описано рядом авторов (Khan et al., 2012). В клетках феохромоцитомы (РС12), обработанных фрагментами бета-амилоида (модель клеточной линии болезни Альцгеймера) при предварительном введении ТХ, наблюдаются изменения уровней глютатиона и зависимых от него энзимов (глютатионпероксидаза, глютатионредуктаза). Это указывает на ТХ-протекцию клеток от влияния бета-амилоида. Ряд авторов (Cascella et al., 2018) на основании анализа литературных сведений также считают, что применение черного тмина или ТХ может представлять эффективную стратегию при болезни Альцгеймера благодаря балансированию оксидативных процессов и связыванию их со специфическими внутриклеточными мишенями. Следует подчеркнуть, что нейровоспаление и активация микроглии являются патологическими маркерами болезней ЦНС. Хроническая активация микроглии способствует индукции свободных радикалов кислорода и провоспалительных цитокинов. Такие изменения характерны для болезней Альцгеймера и Паркинсона. Показано, что обработка ТХ активированных клеток микроглии (LPS/IFNγ) повышает экспрессию четырех нейропротективных протеинов-антиоксидантов (глютаредоксин, биливердинредуктаза, 3-меркаптопируватсульфуртрансфераза, митохондриальная Lon-протеаза), по сравнению с необработанными клетками. При этом ТХ снижает экспрессию цитокинов воспаления (IL-2, IL-4, IL-6, IL-10, IL-17), тогда как в необработанных активированных клетках уровни экспрессии этих показателей достоверно выше, по сравнению с контрольной микроглией. Кроме того, обработка ТХ сопровождается семикратным снижением регуляции некоторых сигнальных генов NF-кB-пути (IL-6, комплемент-фактор В, хемокин лиганд 3, хемокин мотив лиганд 5), по сравнению с этими показателями в необработанных препаратом активированных клетках микроглии. Таким образом, выявлено, что ТХ повышает экспрессию нейропротективных протеинов, понижая экспрессию цитокинов воспаления и экспрессию генов NF-кB-пути, который играет главную роль в нейровоспалении. То есть обработка ТХ ослабляет воспалительный процесс и модулирует экспрессию специфических протеинов и генов, понижающих нейровоспаление и нейродегенерацию (Cobourne-Duval et al., 2018). Широкий спектр неврологических проблем, при которых отмечены положительные влияния ТХ на течение патологического процесса, включает эпилепсию, паркинсонизм, ухудшение памяти и т.п. Авторы также объясняют действие ТХ его антиоксидантной, антивоспалительной, апоптотической активностями, продемонстрированными и в клеточных культурах, и на экспериментальных животных (Farkhondeh et al., 2018). Еще более широк перечень патологий, при которых черный тмин и ТХ оказывают терапевтическое действие: синдром Альцгеймера, депрессия, энцефаломиелит, эпилепсия, ишемия, болезнь Паркинсона, травматические повреждения мозга, что доказано на экспериментальных моделях животных (Samarghandian et al., 2018). В клеточной линии церебральных гранул нейронов (СGNs) наблюдается эффект ТХ, который снижает бета-амилоидный пептид L-40 последовательности, морфологические повреждения, конденсацию ДНК, оксидативный стресс, а также зарегистрирована активация каспаз-3, -8 и -9. Предобработка культивируемых клеток ТХ в концентрации 0.1 и 1 М и экспозиция с амилоидным белком (10 мМ) предохраняет клетки от нейротоксического эффекта. Таким образом, установлено, что ТХ может предотвращать нейротоксичность и апоптоз, индуцированный амилоидным протеином. Полагают (Ismail et al., 2013), что ТХ может снижать риск развития болезни Альцгеймера. Аналогичный эффект ТХ обнаружен и в плюрипотентных стволовых клетках, изолированных из холинергических нейронов. ТХ способствует повышению уровня (или активации) антиоксидантных энзимов (глутатион) и понижает уровень свободных радикалов кислорода (Alhibshi et al., 2019). Выявлено, что триггером антиоксидантного ответа при действии ТХ в клеточных культурах или на экспериментальных животных является ядерный фактор эритроид-2 (Nrt2), который способствует экспрессии антиоксидантных генов: оксигеназы 1, кинон-оксиредуктазы и глютатион-S-трансферазы. Внутрибрюшинная инъекция ТХ на модели грызунов также приводит к снижению оксидативного стресса и замедляет допаминэнергическую дегенерацию, активируя Nrf2/ARE-путь. Поскольку ТХ уменьшает прогрессию допаминэнергических нейропатологий, активируя вышеуказанный сигнальный путь и ослабляя оксидативный стресс, считается (Dong et al., 2021), что ТХ может быть новым кандидатом для лечения болезни Паркинсона. С учетом антиоксидантных, антивоспалительных и антиапоптотических свойств ТХ этот препарат оценивается как имеющий высокий терапевтический потенциал при болезни Альцгеймера (Khan et al., 2022). Возможные терапевтические эффекты черного тмина и ТХ отмечены (Samarghandian et al., 2018) также при депрессии, энцефаломиэлитах, эпилепсии, ишемии.

Как ранее было описано, снижение экспрессии провоспалительных цитокинов (IL-2, IL-4, IL-6, IL-10, IL-17) и экспрессии генов NF-кB-сигнального пути при повышении экспрессии нейропротективных протеинов в клетках LPS/IFN-γ-активированных BV-2 микроглии также показано рядом исследователей при действии ТХ (12.5 μМ в течение 24 часов). Выявлено значительное повышение экспрессии четырех нейропротективных протеинов (глютаредоксин биливердинредуктаза, 3-меркаптопируватсульфур-трансфераза, митохондриальная Lon-протеаза). Таким образом, показано снижение нейровоспаления и нейродегенерации (Cobourne-Duval et al., 2018).

ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ ТХ ПРИ ДЕПРЕССИИ

Одно из широко распространенных заболеваний нервной системы – депрессия, которая регистрируется у детей, подростков, взрослых и пожилых людей и может проявляться как комбинация печали, возбудимости, отчаяния и сопровождаться некоторыми физическими симптомами. Депрессия и другие психические расстройства здоровья чаще встречаются среди военнослужащих, что выявлено на основании анализа 28 научных исследований (Thériauit et al., 2020). При этом лекарственные и психотерапевтические методы приводят к 5 и 15% соответственно полного или частичного выздоровления, а 20 и 35% соответственно пациентов не отвечают на лечение. В патогенез депрессии вносят нейроиммунные факторы (Hosseini et al., 2012). Следует подчеркнуть, что цитокин-индуцированные изменения ассоциированы с изменениями метаболизма серотонина, норэпинефрина и дофамина в области мозга, что связано с регуляцией эмоциональных состояний. Повышенные уровни маркеров воспаления CRP, IL-6, TNF-α также ассоциированы с регуляцией психоэмоциональных функций. Депрессивно-подобное поведение крыс достигается путем введения липополисахарида, который вводится за день до инъекции водно-алкогольного экстракта черного тмина (200 и 400 мг/кг) или ТХ. Показано, что экстракт мог предотвращать индуцированную депрессию, что продемонстрировано в тесте плаванья.

Положительный эффект применения масла Nigella sativa отмечен у находящихся на гемодиализе пациентов с диабетом, у которых оценивались уровни сахара крови, инсулина, креатинина, показатели оксидативного стресса, воспаления, а также восприятие качества жизни и симптомы депрессии (Rahmani et al., 2022). Снижение признаков депрессии и повышение уровня BDNF (brain-derived neurotrophic factor) в сыворотке (выделенный из мозга нейротрофический фактор, кодируемый соответствующим геном, относящийся к семейству нейротрофинов) также продемонстрировано при лечении 54 пациентов с депрессией, диагностированной по ряду общепринятых критериев. Полагают, что BDNF – наиболее важный показатель специфического тирозинкиназа-рецептора, являющегося триггером внутриклеточного каскада в дифференциации нейронов, который используется как прогностический фактор и показатель эффективности лечения. Обобщение собственных исследований с данными других авторов подтверждает эффективность черного тмина при различных психологических и неврологических нарушениях. В обзоре (Anaeigoudari, 2022), посвященном антидепрессивному действию Nigella sativa, показано, что депрессия может влиять на структуру и функции различных регионов мозга и приводит к атрофии гиппокампа и префронтального кортекса, что сопровождается нарушением пластичности синапса. Один из главных хорошо известных нейротрофических факторов – BDNF. Стресс ингибирует генерацию BDNF в гиппокампе. Воздействие черного тмина может ослаблять проявление депрессии, влияя на продукцию BDNF. Установлено, что прием капсулы, содержащей 1000 мг масляного экстракта черного тмина, приводит к снижению проявлений депрессии, тревожности, стресса и повышает уровень BDNF в сыворотке пациентов. В приведенном обзоре описаны данные по эффективности черного тмина (дозы от 2.5 мг/кг до 100–400 мг/кг), полученные на мышах и крысах, у которых провоцировали депрессивно-подобное состояние. В заключение автор постулирует перспективность использования черного тмина и ТХ при лечении депрессивных симптомов, объясняя механизм действия этих препаратов повышением уровня серотонина в мозгу и повышением уровня BDNF.

Коротко можно констатировать, что к основным механизмам действия черного тмина и ТХ при нейропатологии относятся: активация антиоксидантных энзимов, схватывание свободных радикалов, регуляция оксидативного стресса и воспаления через Nrt2- и Nf-кB-пути. Ингибирование пролиферации злокачественных клеток осуществляется через PI3K/AKT-путь повышением регуляции фосфатазы и тензин-гомолога. ТХ может останавливать клеточный цикл в фазе G2M, включая мишени – р53, STAT3, и являться триггером митохондриального апоптоза. ТХ может также повышать мозговой GABA-контент и таким путем ослаблять признаки эпилепсии, что еще раз показывает фармакологические свойства черного тмина и ТХ (Sadeghi et al., 2023).

МОДУЛИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА ТХ

Важнейшее качество лечебного препарата – его взаимодействие с другими применяемыми соединениями, когда усиливается или ослабляется необходимый эффект или даже проявляются нежелательные последствия, например канцерогенное действие. Так, метформин, применяемый как гипогликемический препарат, ослабляет цитогенетический эффект доксорубицина и усиливает цитогенетическую активность циклофосфамида в клетках костного мозга мышей, то есть метформин обладает модифицирующими свойствами в разных направлениях (Жанатаев и др., 2023).

Описано влияние ТХ на химиопрепараты, применяемые при терапии рака, ТХ усиливает их эффективность (Салеева и др. 2023). ТХ обладает также свойствами, снижающими нейротоксичность ряда препаратов. Вызванные нонилфенолом повреждения мозга крыс, которые сопровождаются изменением поведения животных, значительно ослаблены при введении ТХ (5 мг/кг в день в течение 21 дня). Также ТХ может быть эффективен в условиях возникновения нейротоксичности (Ceylan et al., 2023).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данные литературных источников подтверждают многовекторность действия черного тмина и тимохинона в отношении различных патологий человека. Многолетнее их применение в разных странах, отсутствие токсичности и эффективность при заболеваниях самой разной природы позволяют рекомендовать эти препараты (конечно, только после проведения популяционных исследований для определения дозы препарата при конкретном заболевании, длительности применения, растворимости: масло, этанол или др.) для профилактики и терапии.

Нейропротекторные лечебные свойства черного тмина и тимохинона представляют, с нашей точки зрения, особый интерес по ряду причин. Во-первых, с каждым десятилетием увеличивается продолжительность жизни, что связано в основном с прогрессом медицины. Высокая чувствительность нервных клеток к токсинам, образующимся в процессе метаболизма и при воздействии ряда факторов окружающей среды, способствует развитию с возрастом нейродегенеративных заболеваний, число которых будет увеличиваться. Во-вторых, увеличение длительности космических полетов также может сопровождаться развитием нежелательных изменений со стороны нервной системы, что требует определенных профилактических мер. В-третьих, существующая вероятность возникновения новых или старых эпидемий и пандемий диктует превентивное применение препаратов, способствующих повышению иммунного статуса организма и мобилизации защитных механизмов. Именно такими качествами обладает черный тмин (и его компонент тимохинон), который многие десятилетия используется в качестве приправы во многих восточноазиатских странах, что подтверждает его безопасность.

ФИНАНСИРОВАНИЕ

Данная работа финансировалась за счет средств бюджета института. Никаких дополнительных грантов на проведение или руководство данным конкретным исследованием получено не было.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют об отсутствии конфликтов интересов.

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

Настоящая статья является обзорной и не содержит собственных исследований с участием людей и животных в качестве объектов изучения.

Об авторах

Г. Д. Засухина

Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: zasukhina@vigg.ru
Россия, Москва

Т. Н. Максимова

Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова

Email: zasukhina@vigg.ru
Россия, Москва

Список литературы

Дополнительные файлы