Rosiglitazon w parkinsonizmie: neuroprotekcja przez PM20D1

Czy rosiglitazon może chronić neurony dopaminergiczne przed uszkodzeniem indukowanym tramadolem?

Parkinsonizm polekowy (drug-induced Parkinsonism, DIP) stanowi drugą najczęstszą przyczynę zespołów parkinsonowskich po idiopatycznej chorobie Parkinsona, odpowiadając za około 10-15% wszystkich przypadków na świecie. Tramadol, szeroko stosowany opioidowy lek przeciwbólowy, coraz częściej wiązany jest z występowaniem objawów parkinsonowskich, prawdopodobnie za pośrednictwem stresu oksydacyjnego, dysfunkcji mitochondrialnej i zaburzeń układu dopaminergicznego.

Obecne terapie choroby Parkinsona skupiają się na uzupełnianiu poziomu dopaminy w prążkowiu, aby złagodzić objawy ruchowe. Obejmują one inhibitory MAO-B (rasagilina, selegilina), agoniści dopaminy (ropinirol, pramipeksol) oraz prekursor dopaminy – lewodopę. Leki te nie oferują jednak długoterminowej neuroprotekcji, a przedłużone stosowanie lewodopy może prowadzić do dyskinez i pogorszenia funkcji motorycznych.

Rosiglitazon (RSG) działa jako agonista PPARγ – receptora z rodziny receptorów jądrowych. Po aktywacji tworzy heterodimer z receptorem retinoidowym X (RXR) i wiąże się z elementami odpowiedzi na proliferatory peroksysomów (PPRE) w regionach promotorowych DNA. PPARγ ulega ekspresji w niemal wszystkich tkankach, ze szczególnie wysokimi poziomami w obwodowej tkance tłuszczowej, mięśniach szkieletowych i wątrobie. W ośrodkowym układzie nerwowym występuje w różnych typach komórek – neuronach, astrocytach i oligodendrocytach – w wielu regionach mózgu, w tym w korze przedczołowej, hipokampie i jądrze migdałowatym.

Jaki był główny cel przeprowadzonego eksperymentu?

Badacze z Mustansiriyah University w Iraku postawili sobie za cel zbadanie, czy rosiglitazon łagodzi tramadol-indukowany parkinsonizm poprzez modulację ekspresji PM20D1 (peptidase M20 domain-containing 1) oraz ocenę potencjalnych efektów addytywnych z lewodopą-karbidopą. PM20D1 to niedawno zidentyfikowany regulator sprzęgania mitochondrialnego, odpowiedzi na stres oksydacyjny i agregacji α-synukleiny. Dysregulacja PM20D1 została powiązana zarówno z chorobą Alzheimera, jak i Parkinsona, co czyni go potencjalnym celem terapeutycznym.

W badaniu wykorzystano 56 samców szczurów Swiss albino o masie 200-230 g, które podzielono na siedem grup po osiem osobników. Projekt badania został zatwierdzony przez Komitet Etyczny Mustansiriyah University (numer zatwierdzenia: 86, numer referencyjny: 187) i przestrzegał wytycznych AVMA 2020 oraz ARRIVE 2.0.

Grupy eksperymentalne obejmowały: kontrolę normalną (woda destylowana przez 42 dni), grupę indukcyjną (tramadol 50 mg/kg i.p. przez 28 dni po 14 dniach wstępnego podawania wody), grupy otrzymujące RSG w dawkach 5, 10 i 15 mg/kg doustnie przez 42 dni (z indukcją tramadolem od dnia 15), kontrolę pozytywną (lewodopa-karbidopa 36 mg/kg) oraz grupę kombinowaną (RSG 5 mg/kg + lewodopa-karbidopa 36 mg/kg).

Jak rosiglitazon wpływał na szlak dopaminergiczny?

Indukcja tramadolem istotnie obniżyła zarówno poziomy dopaminy w surowicy, jak i w mózgu (surowica: 189,0±12,8 pg/mL; mózg: 54,8±9,0 pg/mL) w porównaniu z kontrolami (surowica: 470,0±21,2 pg/mL; mózg: 251,0±43,6 pg/mL, p<0,001), wskazując na silny deficyt dopaminergiczny. Kwas homowanilinowy (HVA) w surowicy, będący produktem rozpadu dopaminy, był również znacząco obniżony (22,6±1,3 ng/mL vs 79,3±13,0 ng/mL, p<0,001).

Leczenie RSG zwiększało poziomy dopaminy i HVA w sposób zależny od dawki, przy czym grupy otrzymujące wysoką dawkę i terapię kombinowaną zbliżały się lub przewyższały poziomy kontrolne. W grupie otrzymującej RSG 15 mg/kg poziom dopaminy w surowicy wynosił 397,0±23,1 pg/mL, w mózgu 146,0±27,6 pg/mL, a HVA w surowicy 42,1±4,0 ng/mL (p<0,001 vs indukcja). Najbardziej spektakularne wyniki uzyskano w grupie kombinowanej: dopamina w surowicy 1023,0±248,0 pg/mL, w mózgu 244,0±29,4 pg/mL, HVA 40,9±5,5 ng/mL (p<0,001 vs indukcja).

Interesujące jest, że grupa otrzymująca lewodopę-karbidopę miała wyższe poziomy HVA niż inne grupy lecznicze, co sugeruje, że lewodopa-karbidopa nie promuje przesunięcia metabolizmu dopaminy w kierunku produkcji NADA (N-arachidonoyldopaminy), w przeciwieństwie do RSG działającego poprzez zwiększenie ekspresji PM20D1.

Czy rosiglitazon zmniejszał stres oksydacyjny w tkance mózgowej?

Indukcja tramadolem prowadziła do znaczącego wzrostu malondialdehydu (MDA) w mózgu (5,9±0,9 ng/mL vs 1,7±0,2 ng/mL, p<0,001), wskazując na nasilone utlenianie lipidów i stres oksydacyjny. Jednocześnie enzymy antyoksydacyjne SOD i GSH były znacząco obniżone (SOD: 58,1±8,5 ng/mL vs 155,0±16,3 ng/mL; GSH: 6,9±0,8 µg/mL vs 21,6±2,6 µg/mL, p<0,001).

Leczenie RSG, szczególnie w wyższych dawkach i w kombinacji, istotnie redukowało MDA i przywracało SOD oraz GSH do poziomów zbliżonych lub wyższych niż w kontroli. W grupie kombinowanej MDA wynosiło 1,5±0,2 ng/mL, SOD 156,0±13,6 ng/mL, a GSH 20,6±3,5 µg/mL (p<0,001 vs indukcja). Wyniki te potwierdzają, że RSG wywiera silne działanie antyoksydacyjne, chroniąc neurony przed uszkodzeniem oksydacyjnym indukowanym przez tramadol.

Wcześniejsze badania wykazały, że tramadol może powodować nierównowagę antyoksydacyjną i zmniejszać poziomy glutationu poprzez zwiększoną produkcję reaktywnych form tlenu (ROS). Obecne wyniki potwierdzają te obserwacje i jednocześnie demonstrują, że aktywacja PPARγ przez RSG skutecznie przeciwdziała tym negatywnym efektom.

Jaki był wpływ rosiglitazonu na markery apoptozy i przeżywalność komórek?

Markery apoptozy – kaspaza-3 i kaspaza-9 – były znacząco podwyższone w grupie indukcyjnej (kaspaza-3: 36,9±3,6 ng/mL vs 10,0±2,5 ng/mL; kaspaza-9: 306,0±67,7 ng/mL vs 179,0±17,3 ng/mL, p<0,001). Markery przeżywalności komórek PM20D1 i BCL2 były obniżone (PM20D1: 0,3±0,1 fold vs 1,1±0,1 fold; BCL2: 0,3±0,1 fold vs 1,1±0,1 fold, p<0,001).

Leczenie RSG, szczególnie w wysokich dawkach i w kombinacji, znacząco zmniejszało aktywność kaspaz i zwiększało ekspresję PM20D1 oraz BCL2. W grupie kombinowanej kaspaza-3 wynosiła 10,8±2,4 ng/mL, kaspaza-9 175,0±15,5 ng/mL, PM20D1 1,3±0,4 fold, a BCL2 aż 2,4±0,5 fold (p<0,001 vs indukcja).

PM20D1 katalizuje konwersję dopaminy do N-arachidonoyldopaminy (NADA). NADA wchodzi w interakcję z α-synukleiną (α-Syn) i hamuje jej agregację. Dodatkowo NADA konkuruje z fibrylami α-Syn w modulowaniu wejścia wapnia za pośrednictwem TRPV4 i następczej aktywności fosfatazy, zmniejszając tym samym fosforylację α-Syn. To odkrycie jest szczególnie istotne, ponieważ agregacja α-synukleiny jest jednym z kluczowych mechanizmów patogenezy choroby Parkinsona.

Wcześniejsze badania wykazały, że NADA działa jako endogenny antyoksydant, zwiększając przeżywalność komórek. Ponadto PM20D1 katalizuje syntezę N-acylowych kwasów aminowych, które służą jako endogenne rozsprzęgacze mitochondrialne. Korzyści związane ze sprzęganiem mitochondrialnym obejmują zmniejszenie siły protonomotorycznej, co prowadzi do lokalnego obniżenia stężenia tlenu i zmniejszenia produkcji ROS.

Czy obserwowano poprawę w testach behawioralnych?

Tramadol istotnie zmniejszał aktywność lokomotoryczną ocenianą przez liczbę przekroczonych kwadratów w teście otwartego pola (p<0,01 vs kontrola). RSG w dawkach 5, 10 i 15 mg/kg, jak również kontrola pozytywna i grupa kombinowana, zwiększały poziomy aktywności w porównaniu z samym tramadolem (p<0,01). RSG w dawce 15 mg/kg był bardziej skuteczny niż obie niższe dawki (p<0,01). Grupa kombinowana znacząco przewyższała wszystkie inne grupy pod względem aktywności (p<0,01).

W teście pionowania (rearing) tramadol znacząco zmniejszał to zachowanie, jednak RSG w dawkach 5, 10 i 15 mg/kg zwiększał pionowanie w sposób zależny od dawki, przy czym 15 mg/kg było najbardziej skuteczne. Efekty kontroli pozytywnej były porównywalne z RSG 15 mg/kg. Grupa kombinowana wykazała największy wzrost aktywności pionowania.

W teście odwróconej siatki tramadol istotnie skracał czas utrzymania w porównaniu z grupą kontrolną (p<0,01). RSG w dawkach 5, 10 i 15 mg/kg, wraz z kontrolą pozytywną i grupą kombinowaną, znacząco wydłużały czas utrzymania w stosunku do samego tramadolu (p<0,01). RSG w dawkach 10 i 15 mg/kg wykazywały podobną skuteczność i były bardziej efektywne niż 5 mg/kg (p<0,01). Kontrola pozytywna i grupa kombinowana wykazały największy wzrost czasu utrzymania.

W teście wąskiej belki tramadol zwiększał czas potrzebny do przejścia przez belkę (p<0,01). RSG w dawkach 10 i 15 mg/kg, jak również kontrola pozytywna i grupa kombinowana, istotnie skracały czas przejścia w porównaniu z samym tramadolem (p<0,01), podczas gdy RSG 5 mg/kg nie wykazywało takiego efektu. Dodatkowo RSG 15 mg/kg i grupa kombinowana znacząco zmniejszały czas przejścia w porównaniu z RSG 5 mg/kg.

Jakie zmiany histopatologiczne zaobserwowano w tkance mózgowej?

Badanie histopatologiczne kory mózgowej, zwojów podstawy i istoty czarnej wykazało neurodegenerację, która korelowała z efektami ochronnymi leczenia wskazanymi przez markery biochemiczne i molekularne. W grupie kontrolnej wszystkie struktury mózgu – w tym warstwy korowe (molekularna, ziarnista, piramidowa i wielopostaciowa) oraz układ zwojów podstawy (jądro ogoniaste, skorupa, gałka blada) oraz istota czarna – wyglądały zdrowo i były dobrze zorganizowane.

Ten obraz uległ odwróceniu w grupie leczonej samym tramadolem, która wykazywała rozległe zmiany histopatologiczne. Obserwowano wyraźną wakuolizację neuronów wewnętrznej warstwy ziarnistej i zwojowej, zauważalną degenerację i martwicę neuronów istoty czarnej pars compacta oraz zaburzenie struktury neuronalnej w skorupie. Te zmiany strukturalne wskazują na oczywistą neurotoksyczność dopaminergiczną tramadolu, podobną do obserwowanej w modelach choroby Parkinsona.

W grupach otrzymujących RSG w dawkach 10 i 15 mg/kg obserwowano niemal całkowite odzyskanie histologiczne, charakteryzujące się normalnymi warstwami korowymi, zachowanymi neuronami istoty czarnej i oszczędzonymi zwojami podstawy. Te strukturalne odkrycia korelowały z rozległym odzyskiem biochemicznym, czego dowodem była normalizacja poziomów dopaminy, znaczące zmniejszenie poziomów MDA, zwiększona aktywność enzymów antyoksydacyjnych oraz zwiększona regulacja zarówno PM20D1, jak i BCL-2.

Szczególnie godna uwagi jest grupa leczona terapią kombinowaną, która wykazała najsilniejsze efekty neuroprotekcyjne, a analiza histologiczna ujawniła, że wszystkie regiony mózgu pozostały całkowicie nienaruszone przez uszkodzenia. Wyniki te wspierają neuroprotekcyjne działanie RSG poprzez aktywację PPARγ i sugerują, że synergiczne działanie RSG i lewodopy-karbidopy nie tylko pomaga przywrócić poziomy dopaminy, ale także wzmacnia szlaki chroniące neurony.

Czy leczenie wpływało na funkcję wątroby i nerek?

Indukcja tramadolem powodowała znaczące podwyższenie ALT i AST (ALT: 49,9±6,8 U/L vs 28,0±2,4 U/L; AST: 38,3±3,6 U/L vs 26,9±2,5 U/L, p<0,01), wskazując na stres wątrobowy. Leczenie RSG zmniejszało te enzymy w sposób zależny od dawki, przy czym grupa kombinowana (ALT: 27,3±2,1 U/L; AST: 28,6±2,5 U/L) i kontrola pozytywna (ALT: 29,0±5,1 U/L; AST: 26,8±2,8 U/L) przywracały poziomy do wartości bliskich bazowym (p<0,05 vs indukcja).

Funkcja nerek, oceniana przez poziomy kreatyniny i mocznika w surowicy, pozostawała stabilna we wszystkich grupach. Nie zaobserwowano istotnych różnic między grupą indukcyjną (kreatynina: 0,8±0,1 mg/dL; mocznik: 32,8±5,6 mg/dL) a kontrolami (kreatynina: 0,8±0,1 mg/dL; mocznik: 38,2±8,2 mg/dL), ani między grupami leczonymi RSG, co wskazuje, że ani indukcja, ani leczenie nie wpływały niekorzystnie na funkcję nerek.

Te wyniki są szczególnie istotne z klinicznego punktu widzenia, ponieważ potwierdzają bezpieczeństwo systemowe stosowanych związków. Wcześniejsze badania wykazały, że tramadol może powodować hepatotoksyczność poprzez uszkodzenie DNA i stres oksydacyjny, prowadząc do podwyższenia poziomów AST i ALT. Obecne badanie potwierdza, że wstępne leczenie RSG zapobiega tym efektom, co jest zgodne z wcześniejszymi odkryciami pokazującymi, że leczenie RSG zmniejsza uszkodzenie wątroby.

Jaki jest proponowany mechanizm działania rosiglitazonu w tym modelu?

Wyniki tego badania wskazują, że RSG wywiera efekty neuroprotekcyjne poprzez przywracanie sygnalizacji dopaminergicznej, wzmacnianie obrony antyoksydacyjnej, hamowanie apoptozy i ochronę funkcji wątroby. Efekty te są zależne od dawki i najbardziej wyraźne w grupie kombinowanej, co potwierdza potencjał terapeutyczny RSG w modelach neurodegeneracji i stresu oksydacyjnego.

Aktywacja specyficznych szlaków PPARγ prowadzi przede wszystkim do supresji cytokin prozapalnych, zapobiegania dysfunkcji mitochondrialnej, zmniejszenia ROS i redukcji peroksydacji lipidów. Prowadzi również do zwiększonej regulacji PGC-1α, hamowania autofagii, zachowania potencjału błony mitochondrialnej i ochrony neuronów dopaminergicznych, co w konsekwencji zwiększa poziomy dopaminy w kluczowych regionach mózgu, takich jak prążkowie.

Szczególnie istotny jest wpływ RSG na ekspresję PM20D1. Obecne badanie wykazało, że grupy lecznicze otrzymujące RSG w dawkach 10 i 15 mg/kg były bardziej skuteczne niż inne grupy w zwiększaniu poziomów PM20D1 w tkance mózgowej. Sugeruje to, że nadekspresja genu PM20D1 przesuwa metabolizm dopaminy w kierunku łagodnego szlaku, promując produkcję NADA. W konsekwencji poziomy innych metabolitów, takich jak HVA, maleją.

Połączony efekt PM20D1 i dopaminy sugeruje, że zarówno dopamina, jak i aktywność katalityczna PM20D1 są niezbędne do zmniejszenia fosforylacji i agregacji α-synukleiny. Wcześniejsze badania wykazały, że agregacja α-synukleiny może bezpośrednio wpływać na transkrypcję PPARγ, która z kolei reguluje transkrypcję katalazy zaangażowanej w usuwanie ROS. Jądrowa α-synukleina wiąże się z promoterem PGC-1α, co sugeruje, że α-synukleina hamuje aktywność katalazy poprzez wpływ na funkcję PGC-1α.

Co oznaczają te wyniki dla przyszłych strategii terapeutycznych w chorobie Parkinsona?

To badanie dostarcza pierwszych dowodów, że rosiglitazon łagodzi tramadol-indukowany parkinsonizm poprzez zwiększenie regulacji PM20D1 i BCL2, przywrócenie sygnalizacji dopaminergicznej, wzmocnienie obrony antyoksydacyjnej i supresję apoptozy. Kombinacja niskodawkowego RSG z lewodopą-karbidopą osiągnęła najbardziej wyraźne odzyskanie behawioralne, przywrócenie dopaminy i zachowanie histologiczne, sugerując potencjalną synergiczną strategię terapeutyczną. Odkrycia te ustanawiają szlak PPARγ-PM20D1 jako nową ścieżkę modyfikującą chorobę w modelach parkinsonowskich, rozszerzając neuroprotekcyjny profil RSG poza wcześniej badane konteksty. Rosiglitazon jest już zatwierdzonym przez FDA tiazolidynedionem stosowanym w leczeniu cukrzycy typu 2, co czyni go silnym kandydatem do przekierowania leku w zaburzeniach neurodegeneracyjnych. Pomimo tych obiecujących wyników pozostaje kilka wyzwań – konieczna jest walidacja kliniczna u ludzi, określenie optymalnej strategii dawkowania oraz ocena długoterminowego bezpieczeństwa i trwałości modulacji PM20D1.