DOI: https://doi.org/10.22263/2312-4156.2022.2.7
Флюрик С.В., Дремза И.К.
Механизмы митохондриальной дисфункции нейронов при воздействии мышьяка и алюминия (обзор)
Гродненский государственный медицинский университет, г. Гродно, Республика Беларусь
Вестник ВГМУ. – 2022. – Том 21, №2. – С. 7-14.
Резюме.
Воздействие нейротропных химических веществ (алюминий, мышьяк и др.) в результате загрязнения объектов окружающей среды может вызывать нарушение биоэнергетики нервных клеток. Цель исследования – анализ и обобщение данных литературы о механизмах воздействия мышьяка и алюминия на структуру и функции митохондрий нейронов. Источники данных: литературные источники, отражающие механизмы воздействия данных нейротоксикантов на митохондрии нейронов.
Методы. Основой данного исследования стал обзор литературы по данной теме.
Результаты. Воздействие соединений мышьяка на нервные клетки вызывает митохондриальную дисфункцию за счет активации окислительного стресса, повышения внутриклеточного уровня Ca2+, снижения митохондриального мембранного потенциала и уровня кальпаина 1, а соединения алюминия увеличивают образование активных форм кислорода (АФК) и нарушают активность цитохром-с-оксидазы и энергообразующей функции митохондрий в различных типах нейронов. Дисфункция митохондрий, вызванная воздействием этих металлов, сопровождается снижением ресинтеза АТФ и активацией окислительного стресса, что в свою очередь еще больше снижает энергообразование в митохондриях по механизму порочного круга «CIRCULUS VITIOSUS»
Заключение. Представленная информация углубляет знания о механизмах нарушений биоэнергетики нейронов при воздействии соединений мышьяка и алюминия, что является основой для дальнейших исследований с целью разработки эффективных методов профилактики и терапии при острых и хронических отравлениях соединениями мышьяка и алюминия и внедрения полученных результатов в практическое здравоохранение.
Ключевые слова: митохондрии, биоэнергетика нейронов, нервная система, нейротоксичность мышьяка и алюминия, электронтранспортная цепь, митохондрии.
Литература
1. Smith, E. F. The role of mitochondria in amyotrophic lateral sclerosis / E. F. Smith, P. J. Shaw, K. J. De Vos // Neurosci. Lett. – 2019 Sep. – Vol. 710. – 132933.
2. Aluminum Enters Mammalian Cells and Destabilizes Chromosome Structure and Number / M. R. Tenan [et al.] // Int. J. Mol. Sci. – 2021 Sep. – Vol. 22, N 17. – 9515.
3. Toxic metal(loid)-based pollutants and their possible role in autism spectrum disorder / G. Bjorklund [et al.] // Environ. Res. – 2018 Oct. – Vol. 166. – P. 234–250.
4. Toxic Mechanisms of Five Heavy Metals: Mercury, Lead, Chromium, Cadmium, and Arsenic / M. Balali-Mood [et al.] // Front Pharmacol. – 2021 Apr. – Vol. 12. – 643972.
5. Kuivenhoven, M. Arsenic Toxicity / M. Kuivenhoven, K. Mason // StatPearls [Electronic resource]. – Treasure Island (FL) : StatPearls Publishing, 2022. – Mode of access:
6. Mochizuki, H. Arsenic Neurotoxicity in Humans / H. Mochizuki // Int. J. Mol. Sci. – 2019 Jul. – Vol. 20, N 14. – 3418.
7. Chandravanshi, L. P. Arsenic-Induced Neurotoxicity by Dysfunctioning Cholinergic and Dopaminergic System in Brain of Developing Rats / L. P. Chandravanshi, R. Gupta, R. K. Shukla // Biol. Trace Elem. Res. – 2019 May. – Vol. 189, N 1. – P. 118–133.
8. Arsenic Exposure Contributes to the Bioenergetic Damage in an Alzheimer’s Disease Model / S. A. Nino [et al.] // ACS Chem. Neurosci. – 2019 Jan. – Vol. 10, N 1. – P. 323–336.
9. Escudero-Lourdes, C. Toxicity mechanisms of arsenic that are shared with neurodegenerative diseases and cognitive impairment: Role of oxidative stress and inflammatory responses / C. Escudero-Lourdes // Neurotoxicology. – 2016 Mar. – Vol. 53. – P. 223–235.
10. Arsenic affects inflammatory cytokine expression in Gallus gallus brain tissues / X. Sun [et al.] // BMC Vet. Res. – 2017 Jun. – Vol. 13, N 1. – P. 157.
11. Improvement of obesity-associated disorders by a small-molecule drug targeting mitochondria of adipose tissue macrophages / Y. Wang [et al.] // Nat. Commun. – 2021. – Vol. 12. – P. 102.
12. Arsenic trioxide andor copper sulfate induced apoptosis and autophagy associated with oxidative stress and perturbation of mitochondrial dynamics in the thymus of Gallus gallus / J. Liu [et al.] // Chemosphere. – 2019 Mar. – Vol. 219. – P. 227–235.
13. Aluminum chloride-induced amyloid beta accumulation and endoplasmic reticulum stress in rat brain are averted by melatonin / K. Promyo [et al.] // Food Chem. Toxicol. – 2020 Dec. – Vol. 146. – 111829.
14. Neurotoxicity of aluminum oxide nanoparticles and their mechanistic role in dopaminergic neuron injury involving p53-related pathways / H. Liu [et al.] // J. Hazard. Mater. –2020 Jun. – Vol. 392. – 122312.
15. Aluminum in Neurological and Neurodegenerative Disease / D. R. C. McLachlan [et al.] // Mol. Neurobiol. – 2019 Feb. – Vol. 56, N 2. – P. 1531–1538.
16. Involvement of Mitophagy in Aluminum Oxide Nanoparticle-Induced Impairment of Learning and Memory in Mice / T. Huang [et al.] // Neurotox. Res. – 2020 Apr. – Vol. 39, N 2. – P. 378–391.
17. Rahmani, S. The Hydroalcoholic Extract of Saffron Protects PC12 Cells against Aluminum-Induced Cell Death and Oxidative Stress in Vitro / S. Rahmani, J. Saberzadeh, M. A. Takhshid // Iran. J. Med. Sci. – 2020 Jan. – Vol. 45, N 1. – P. 59–66.
18. Neurotoxic effects of aluminum are associated with its interference with estrogen receptors signaling / I. Tsialtas [et al.] // Neuro Toxicol. – 2020 Mar. – Vol. 77. – P. 114–126.
19. Mitochondrial Ferritin Deletion Exacerbates beta-Amyloid-Induced Neurotoxicity in Mice / P. Wang [et al.] // Oxid. Med. Cell. Longev. – 2017. – Vol. 2017. – 1020357.
20. Quercetin attenuates neuronal death against aluminum-induced neurodegeneration in the rat hippocampus / D. R. Sharma [et al.] // Neuroscience. – 2016 Jun. – Vol. 324. – P. 163–176.
21. Prakash, A. Naringin protects memory impairment and mitochondrial oxidative damage against aluminum- induced neurotoxicity in rats / A. Prakash, B. Shur, A. Kumar // Int. J. Neurosci. – 2013 Sep. – Vol. 123, N 9. – P. 636–645.
22. Prakash, A. Еffect of Centellaasiatica against aluminum-induced neurotoxicity in rats: Possible relevance to its anti-oxidant and anti-apoptosis mechanism / A. Prakash, A. Kumar // Neurol. Sci. – 2013 Aug. – Vol. 34, N 8. – P. 1403–1409.
23. Investigation of the neuroprotective effects of crocin via antioxidant activities in HT22 cells and in mice with Alzheimer’s disease / C. Wang [et al.] // Int. J. Mol. Med. – 2019 Feb. – Vol. 43, N 2. – P. 956–966.
Сведения об авторах:
Флюрик С.В. – преподаватель кафедры патологической физиологии им. Д.А. Маслакова, Гродненский государственный медицинский университет;
Дремза И.К. – к.б.н., доцент кафедры патологической физиологии им. Д.А. Маслакова, Гродненский государственный медицинский университет.
Адрес для корреспонденции: Республика Беларусь, 230009, г. Гродно, ул. Горького, 80, Гродненский государственный медицинский университет, кафедра патологической физиологии им. Д.А. Маслакова. E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. – Флюрик Сергей Владимирович.
