Jump to content

нейротоксин

Нейротоксины можно обнаружить во многих организмах, включая некоторые штаммы цианобактерий . [1] которые можно найти в цветущих водорослях или выбросить на берег в виде зеленой пены. [2]

Нейротоксины – это токсины , разрушающие нервную ткань (вызывающие нейротоксичность ). [3] Нейротоксины представляют собой обширный класс экзогенных химических неврологических инсультов. [4] Это может отрицательно повлиять на функцию как развивающейся, так и зрелой нервной ткани. [5] Этот термин также можно использовать для классификации эндогенных соединений, которые при ненормальном контакте могут оказаться неврологически токсичными. [4] Хотя нейротоксины часто оказывают неврологическое разрушительное воздействие, их способность специфически воздействовать на нервные компоненты важна при изучении нервной системы. [6] Общие примеры нейротоксинов включают свинец , [7] этанол (употребление алкоголя), [8] глутамат , [9] оксид азота , [10] ботулотоксин (например, ботокс ), [11] [12] столбнячный токсин , [13] и тетродотоксин . [6] Некоторые вещества, такие как оксид азота и глутамат, на самом деле необходимы для правильного функционирования организма и оказывают нейротоксическое действие только в чрезмерных концентрациях.

Нейротоксины подавляют контроль нейронов над концентрацией ионов через клеточную мембрану. [6] или связь между нейронами через синапс . [14] Локальная патология воздействия нейротоксина часто включает эксайтотоксичность нейронов или апоптоз. [15] но может также включать глиальных клеток . повреждение [16] Макроскопические проявления воздействия нейротоксина могут включать обширные поражения центральной нервной системы , такие как умственная отсталость , [5] стойкие памяти , нарушения [17] эпилепсия и деменция . [18] опосредованные нейротоксинами, поражения периферической нервной системы, такие как невропатия или миопатия Кроме того, часто встречаются . Была продемонстрирована поддержка ряда методов лечения, направленных на ослабление повреждений, опосредованных нейротоксинами, таких как антиоксидантные методы лечения. [8] и антитоксин [19] администрация.

Полный меченый нейрон.
Иллюстрация типичного мультиполярного нейрона

Воздействие нейротоксинов в обществе не является чем-то новым. [20] поскольку цивилизации подвергались воздействию неврологически разрушительных соединений на протяжении тысячелетий. Одним из ярких примеров является возможное значительное воздействие свинца во времена Римской империи в результате развития обширных водопроводных сетей и привычки кипятить вино с уксусом в свинцовых кастрюлях, чтобы подсластить его; в результате этого процесса образуется ацетат свинца, известный как «сахар свинца». [21] Отчасти нейротоксины вошли в историю человечества из-за хрупкой и восприимчивой природы нервной системы, что делает ее очень склонной к нарушениям.

Нервная ткань головного , спинного мозга и периферии представляет собой чрезвычайно сложную биологическую систему, которая во многом определяет многие уникальные черты человека. Однако, как и в любой очень сложной системе, даже небольшие возмущения в ее среде могут привести к значительным функциональным нарушениям. Свойства, приводящие к восприимчивости нервной ткани, включают большую площадь поверхности нейронов, высокое содержание липидов , которые удерживают липофильные токсины, высокий приток крови к мозгу, вызывающий повышенное эффективное воздействие токсинов, а также сохранение нейронов на протяжении всей жизни человека, что приводит к образованию компаундов. ущерба. [22] В результате нервная система имеет ряд механизмов, предназначенных для защиты ее от внутренних и внешних воздействий, включая гематоэнцефалический барьер.

Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) является одним из важнейших примеров защиты, которая предотвращает попадание токсинов и других вредных соединений в мозг. [23] Поскольку мозг требует поступления питательных веществ и удаления отходов, он снабжается кровотоком. Однако кровь может переносить ряд проглоченных токсинов, которые могут вызвать значительную гибель нейронов, если они достигнут нервной ткани. Таким образом, защитные клетки, называемые астроцитами, окружают капилляры головного мозга и поглощают питательные вещества из крови, а затем транспортируют их к нейронам, эффективно изолируя мозг от ряда потенциальных химических воздействий. [23]

Гематоэнцефалический барьер.
Астроциты, окружающие капилляры головного мозга, образуют гематоэнцефалический барьер.

Этот барьер создает плотный гидрофобный слой вокруг капилляров головного мозга, препятствуя транспорту крупных или гидрофильных соединений. Помимо ГЭБ, сосудистое сплетение обеспечивает уровень защиты от всасывания токсинов в мозг. Сосудистые сплетения представляют собой васкуляризированные слои ткани, расположенные в третьем, четвертом и боковых желудочках головного мозга , которые посредством функции своих эпендимальных клеток отвечают за синтез спинномозговой жидкости (СМЖ). [24] Важно отметить, что за счет избирательного прохождения ионов и питательных веществ и улавливания тяжелых металлов , таких как свинец, сосудистые сплетения поддерживают строго регулируемую среду, в которой находится головной и спинной мозг. [23] [24]

Сосудистое сплетение.
Сосудистое сплетение

Будучи гидрофобными и небольшими по размеру или ингибируя функцию астроцитов, некоторые соединения, включая определенные нейротоксины, способны проникать в мозг и вызывать значительные повреждения. В наше время перед учеными и врачами встала задача выявления и лечения нейротоксинов, что привело к растущему интересу как к нейротоксикологическим исследованиям, так и к клиническим исследованиям. [25] Хотя клиническая нейротоксикология в значительной степени является развивающейся областью, были достигнуты обширные успехи в идентификации многих нейротоксинов окружающей среды, что привело к классификации от 750 до 1000 известных потенциально нейротоксичных соединений. [22] (EPA) разработало специальные протоколы Ввиду критической важности обнаружения нейротоксинов в обычной окружающей среде Агентство по охране окружающей среды США для тестирования и определения нейротоксического воздействия соединений (USEPA 1998). Кроме того, in vitro растет использование систем , поскольку они обеспечивают значительные улучшения по сравнению с более распространенными системами in vivo прошлого. Примеры улучшений включают податливую, однородную среду и устранение загрязняющих эффектов системного метаболизма. [25] Однако системы in vitro столкнулись с проблемами, поскольку было трудно правильно воспроизвести сложные процессы нервной системы, такие как взаимодействие между поддерживающими астроцитами и нейронами при создании ГЭБ. [26] Еще больше усложняет процесс определения нейротоксинов при тестировании in vitro то, что нейротоксичность и цитотоксичность могут быть трудно отличить, поскольку воздействие на нейроны непосредственно соединениями может оказаться невозможным in vivo, как это происходит in vitro. Кроме того, реакция клеток на химические вещества может неточно отражать различие между нейротоксинами и цитотоксинами, поскольку такие симптомы, как окислительный стресс или изменения скелета . в ответ на любой из них могут возникать [27]

В попытке справиться с этим осложнением недавно было предложено использовать выросты нейритов (аксональных или дендритных) в ответ на применяемые соединения как более точное различие между истинными нейротоксинами и цитотоксинами в среде тестирования in vitro. Однако из-за существенных неточностей, связанных с этим процессом, он медленно получал широкую поддержку. [28] Кроме того, биохимические механизмы стали более широко использоваться при тестировании нейротоксинов, так что соединения можно проверять на предмет достаточности, чтобы вызвать вмешательство в клеточные механизмы, например, ингибирование ацетилхолинэстеразы способности органофосфатов (включая паратион и газ зарин ). [29] Хотя методы определения нейротоксичности все еще требуют значительного развития, идентификация вредных соединений и симптомов воздействия токсинов претерпела значительные улучшения.

Приложения в нейробиологии

[ редактировать ]

Несмотря на разнообразие химических свойств и функций, нейротоксины обладают общим свойством: они действуют посредством определенного механизма, приводящего либо к разрушению, либо к разрушению необходимых компонентов нервной системы . Однако нейротоксины по самой своей конструкции могут быть очень полезны в области нейробиологии . Поскольку нервная система большинства организмов очень сложна и необходима для выживания, она, естественно, стала мишенью для нападения как хищников, так и жертв. Поскольку ядовитые организмы часто используют свои нейротоксины, чтобы очень быстро подчинить себе хищника или добычу, токсины эволюционировали и стали очень специфичными для своих целевых каналов, так что токсин с трудом связывается с другими целями. [30] (см. Токсины ионных каналов ). Таким образом, нейротоксины представляют собой эффективное средство, с помощью которого можно точно и эффективно воздействовать на определенные элементы нервной системы. Ранний пример нацеливания на основе нейротоксина использовал радиоактивно меченный тетродотоксин для анализа натриевых каналов и получения точных измерений их концентрации вдоль нервных мембран . [30] Аналогично, благодаря изоляции активности определенных каналов нейротоксины позволили улучшить исходную модель нейрона Ходжкина-Хаксли , в которой предполагалось, что отдельные общие натриевые и калиевые каналы могут отвечать за большую часть функций нервной ткани. [30] Исходя из этого базового понимания, использование обычных соединений, таких как тетродотоксин, тетраэтиламмоний и бунгаротоксины, привело к гораздо более глубокому пониманию различных способов поведения отдельных нейронов.

Механизмы деятельности

[ редактировать ]

Поскольку нейротоксины представляют собой соединения, отрицательно влияющие на нервную систему, ряд механизмов их действия основан на ингибировании нейронно-клеточных процессов. Эти ингибированные процессы могут варьироваться от механизмов деполяризации мембраны до межнейронной коммуникации . Подавляя способность нейронов выполнять ожидаемые внутриклеточные функции или передавать сигнал соседней клетке, нейротоксины могут вызывать системный арест нервной системы, как в случае с ботулиническим токсином . [14] или даже смерть нервной ткани. [31] Время, необходимое для появления симптомов при воздействии нейротоксина, может варьироваться в зависимости от разных токсинов и составляет порядка нескольких часов для ботулинического токсина. [19] и годы за свинец. [32]

Классификация нейротоксинов Нейротоксины
Ингибиторы натриевых каналов Тетродотоксин [6]
Ингибиторы К-каналов Тетраэтиламмоний [33]
Ингибиторы Cl-каналов хлоротоксин , [34]
Ингибиторы Са-каналов Конотоксин [35]
Ингибиторы высвобождения синаптических пузырьков Ботулинический токсин , [36]

Столбнячный токсин [37]

Ингибиторы гематоэнцефалического барьера Алюминий , [38]

Меркурий [39]

Ингибиторы/антагонисты рецепторов Бунгаротоксин , [40]

Излечивать [41]

Агонисты рецепторов Анатоксин-а , [42] [43]

Карамбоксин , [44]

25I-NBOMe , [45]

JWH-018 , [46]

5-МЕО-ДиПТ

Вмешательство цитоскелета Аммиак , [47]

Мышьяк [48]

Са-опосредованная цитотоксичность Вести [49]
Неправильное сворачивание белка Тау-белок
Несколько эффектов Этанол , [50] [51]

Н-Гексан , [52]

Метанол [50] [51]

Рецепторно-селективные нейротоксины МПП +
Эндогенные источники нейротоксинов оксид азота , [53]

Глутамат , [54]

Дофамин [55]

Ингибиторы

[ редактировать ]

Натриевый канал

[ редактировать ]
Тетродотоксин
[ редактировать ]
Рыба фугу.
Рыба фугу известна тем, что несет в себе смертельное количество тетродотоксина.

Тетродотоксин (ТТХ) — это яд, вырабатываемый организмами, принадлежащими к отряду Tetraodontiformes , в который входят рыба фугу , океаническая рыба-луна и рыба-дикобраз . [56] У рыбы фугу ТТХ содержится в печени , половых железах , кишечнике и коже . [6] [57] ТТХ может быть смертельным при употреблении и стал распространенной формой отравления во многих странах. Общие симптомы потребления ТТХ включают парестезию (часто ограничивающуюся ртом и конечностями ) , мышечную слабость, тошноту и рвоту. [56] и часто проявляются в течение 30 минут после приема внутрь . [58] Основной механизм токсичности ТТХ заключается в ингибировании функции натриевых каналов, что снижает функциональную способность нейронной связи. Это ингибирование в значительной степени влияет на восприимчивую подгруппу натриевых каналов, известных как ТТХ-чувствительные (ТТХ-s), которые также в значительной степени ответственны за натриевый ток, который управляет фазой деполяризации нейронов потенциалов действия . [6]

Ингибирование передачи сигналов при отравлении тетродотоксином.
Подавление сигнальной реакции в результате воздействия на нейроны тетродотоксина.

Устойчивость к ТТХ (ТТХ-r) — это еще одна форма натриевых каналов, которая имеет ограниченную чувствительность к ТТХ и в основном обнаруживается в аксонах малого диаметра , например, в ноцицептивных нейронах . [6] При попадании в организм значительного количества ТТХ он связывает натриевые каналы нейронов и снижает проницаемость их мембран для натрия. Это приводит к увеличению эффективного порога необходимых возбуждающих сигналов для индукции потенциала действия в постсинаптическом нейроне. [6] Эффектом этого повышенного порога передачи сигналов является снижение возбудимости постсинаптических нейронов и последующая потеря двигательных и сенсорных функций, что может привести к параличу и смерти. Хотя вспомогательная вентиляция легких может увеличить шансы на выживание после воздействия ТТХ, в настоящее время не существует антитоксина. Однако использование ингибитора ацетилхолинэстеразы неостигмина или мускаринового антагониста ацетилхолина атропина (который подавляет парасимпатическую активность) может увеличить активность симпатической нервной системы настолько, чтобы повысить шансы на выживание после воздействия ТТХ. [56]

Калиевый канал

[ редактировать ]
Тетраэтиламмоний
[ редактировать ]

Тетраэтиламмоний (ТЭА) — это соединение, которое, как и ряд нейротоксинов, было впервые обнаружено благодаря его повреждающему воздействию на нервную систему и продемонстрировано его способность подавлять функцию двигательных нервов и, следовательно, сокращение мускулатуры аналогичным образом. к кураре. [59] Кроме того, хроническое введение ТЭА может вызвать мышечную атрофию. [59] Позже было установлено, что TEA действует in vivo в первую очередь благодаря своей способности ингибировать как калиевые каналы, ответственные за замедленное выпрямление, наблюдаемое в потенциале действия , так и некоторую популяцию кальций-зависимых калиевых каналов. [33] Именно эта способность ингибировать поток калия в нейроны сделала ТЭА одним из наиболее важных инструментов в нейробиологии. Была выдвинута гипотеза, что способность ТЭА ингибировать калиевые каналы обусловлена ​​его структурой заполнения пространства, сходной с ионами калия. [59] Что делает TEA очень полезным для нейробиологов, так это его специфическая способность устранять активность калиевых каналов, что позволяет изучать вклад нейронных ответов других ионных каналов, таких как потенциалзависимые натриевые каналы. [60] Было показано, что в дополнение к многочисленным применениям в нейробиологических исследованиях ТЭА является эффективным средством лечения болезни Паркинсона благодаря своей способности ограничивать прогрессирование заболевания. [61]

Хлоридный канал

[ редактировать ]
хлоротоксин
[ редактировать ]

Хлоротоксин (Cltx) — активное соединение, обнаруженное в яде скорпиона , и в первую очередь токсично из-за своей способности ингибировать проводимость хлоридных каналов . [34] Проглатывание смертельных объемов Cltx приводит к параличу из-за разрушения ионных каналов. Было показано, что Cltx, как и ботулотоксин, обладает значительной терапевтической ценностью. Данные показали, что Cltx может подавлять способность глиом проникать в здоровую нервную ткань головного мозга, значительно снижая потенциальный инвазивный вред, причиняемый опухолями. [62] [63]

Кальциевый канал

[ редактировать ]
Конотоксин
[ редактировать ]

Конотоксины представляют собой категорию ядов, вырабатываемых морской конусной улиткой, и способны ингибировать активность ряда ионных каналов, таких как кальциевые, натриевые или калиевые каналы. [64] [65] Во многих случаях токсины, выделяемые различными типами конусных улиток , включают ряд различных типов конотоксинов, которые могут быть специфичны для разных ионных каналов, создавая таким образом яд, способный широкомасштабно нарушать функции нервов. [64] Одна из уникальных форм конотоксинов, ω-конотоксин ( ω-CgTx ), очень специфична для Ca-каналов и показала свою полезность при изоляции их от системы. [66] Поскольку поток кальция необходим для правильной возбудимости клетки, любое значительное ингибирование может помешать значительной части ее функций. Примечательно, что ω-CgTx способен к долговременному связыванию и ингибированию потенциал-зависимых кальциевых каналов, расположенных в мембранах нейронов, но не в мембранах мышечных клеток. [67]

Высвобождение синаптических пузырьков

[ редактировать ]
Ботулинический токсин
[ редактировать ]
Механизм нейротоксичности ботулотоксина.
Механизм нейротоксичности ботулотоксина

Ботулинический токсин (BTX) представляет собой группу нейротоксинов, состоящую из восьми различных соединений, называемых BTX-A,B,C,D,E,F,G,H, которые продуцируются бактерией Clostridium botulinum и приводят к мышечному параличу. . [68] Особенно уникальной особенностью БТК является его относительно распространенное терапевтическое использование при лечении дистонии и спастичности . [68] а также в индукции мышечной атрофии [11] несмотря на то, что это самое ядовитое известное вещество. [19] BTX действует периферически, ингибируя высвобождение ацетилхолина (ACh) в нервно-мышечных соединениях посредством деградации белков SNARE, необходимых для слияния ACh-везикулы с мембраной . [36] Поскольку токсин обладает высокой биологической активностью, расчетная доза в 1 мкг/кг массы тела достаточна, чтобы вызвать недостаточный дыхательный объем и, как следствие, смерть от удушья . [14] Из-за своей высокой токсичности антитоксины BTX стали активной областью исследований. Было показано, что капсаицин (активное соединение, отвечающее за тепло в перце чили ) может связываться с рецептором TRPV1, экспрессируемым на холинергических нейронах , и ингибировать токсическое действие БТК. [19]

Столбнячный токсин
[ редактировать ]

Столбнячный нейротоксин (TeNT) представляет собой соединение, которое функционально снижает тормозные передачи в нервной системе, что приводит к мышечной тетании. TeNT похож на BTX и на самом деле очень похож по структуре и происхождению; оба принадлежат к одной и той же категории клостридиальных нейротоксинов . [13] Как и BTX, TeNT ингибирует межнейронную связь посредством высвобождения везикулярного нейротрансмиттера (NT). [37] Одно заметное различие между этими двумя соединениями заключается в том, что BTX ингибирует мышечные сокращения , а TeNT их индуцирует. Хотя оба токсина ингибируют высвобождение везикул в синапсах нейронов, причина такого разного проявления заключается в том, что BTX действует главным образом в периферической нервной системе (ПНС), тогда как TeNT в основном активен в центральной нервной системе (ЦНС). [69] Это результат миграции TeNT через мотонейроны к тормозным нейронам спинного мозга после проникновения через эндоцитоз . [70] Это приводит к потере функции тормозных нейронов ЦНС, что приводит к системным мышечным сокращениям . Подобно прогнозу смертельной дозы БТ, TeNT приводит к параличу и последующему удушью . [70]

Гематоэнцефалический барьер

[ редактировать ]
Алюминий
[ редактировать ]

Известно, что нейротоксическое поведение алюминия проявляется при попадании в систему кровообращения , где он может мигрировать в мозг и ингибировать некоторые важные функции гематоэнцефалического барьера (ГЭБ). [38] Потеря функции ГЭБ может привести к значительному повреждению нейронов ЦНС, поскольку барьер, защищающий мозг от других токсинов, обнаруженных в крови, больше не будет способен к такому действию. Хотя металл известен как нейротоксичный, его действие обычно ограничивается пациентами, неспособными удалить лишние ионы из крови, например, теми, кто страдает почечной недостаточностью . [71] У пациентов, испытывающих токсичность алюминия, могут проявляться такие симптомы , как нарушение обучения и снижение координации движений . [72] Кроме того, известно, что системные уровни алюминия увеличиваются с возрастом и, как было показано, коррелируют с болезнью Альцгеймера , что указывает на то, что он является нейротоксическим причинным компонентом заболевания. [73] Несмотря на известную токсичность алюминия в его ионной форме, исследования по поводу потенциальной токсичности использования алюминия в упаковке и кухонных приборах разделились.

Меркурий
[ редактировать ]

Ртуть способна вызывать повреждение ЦНС, мигрируя в мозг через ГЭБ. [39] Ртуть существует в ряде различных соединений, хотя метилртуть (MeHg + ), диметилртуть и диэтилртуть являются единственными значительно нейротоксичными формами. Диэтилртуть и диметилртуть считаются одними из самых мощных нейротоксинов, когда-либо обнаруженных. [39] Мерт.ст. + обычно приобретается при употреблении морепродуктов , поскольку имеет тенденцию концентрироваться в организмах, находящихся на верхних уровнях пищевой цепи. [74] Известно, что ион ртути ингибирует транспорт аминокислот (АА) и глутамата (Glu), что потенциально приводит к эксайтотоксическим эффектам. [75]

Агонисты и антагонисты рецепторов

[ редактировать ]

Анатоксин-а

[ редактировать ]
Внешние видео
значок видео Фактор очень быстрой смерти
Ноттингемский университет
Анатоксин- а

Исследования анатоксина , также известного как «фактор очень быстрой смерти», начались в 1961 году после гибели коров, которые пили из озера с цветущими водорослями в Саскачеване, Канада. [42] [43] Это цианотоксин, продуцируемый как минимум четырьмя различными родами цианобактерий , о котором сообщалось в Северной Америке, Европе, Африке, Азии и Новой Зеландии. [76]

Токсическое действие анатоксина прогрессирует очень быстро, поскольку он действует непосредственно на нервные клетки ( нейроны ). Прогрессирующими симптомами воздействия анатоксина являются потеря координации, подергивания , судороги и быстрая смерть от паралича дыхания . Нервные ткани, которые сообщаются с мышцами, содержат рецептор, называемый никотиновым рецептором ацетилхолина . Стимуляция этих рецепторов вызывает мышечное сокращение . анатоксина Молекула имеет такую ​​форму, которая соответствует этому рецептору, и таким образом имитирует природный нейротрансмиттер, обычно используемый рецептором, ацетилхолин . Вызвав сокращение, анатоксин- а не позволяет нейронам вернуться в состояние покоя, поскольку он не разрушается холинэстеразой , которая обычно выполняет эту функцию. В результате мышечные клетки постоянно сокращаются, связь между мозгом и мышцами нарушается и дыхание прекращается. [77] [78]

Когда токсин был впервые обнаружен, его назвали «Фактором очень быстрой смерти» (VFDF), поскольку при введении его в полость тела мышей он вызывал тремор, паралич и смерть в течение нескольких минут. В 1977 году структура VFDF была определена как вторичный бициклический аминный алкалоид , и он был переименован в анатоксин . [79] [80] Структурно он похож на кокаин. [81] сохраняется Интерес к анатоксину -а по причине опасности, которую он представляет для рекреационных и питьевых вод, а также потому, что это особенно полезная молекула для исследования рецепторов ацетилхолина в нервной системе. [82] Смертоносность токсина означает, что он обладает высоким военным потенциалом в качестве токсинного оружия. [83]

Бунгаротоксин

[ редактировать ]

Бунгаротоксин представляет собой соединение, о котором известно взаимодействие с никотиновыми рецепторами ацетилхолина (нАХР), которые составляют семейство ионных каналов , активность которых запускается связыванием нейротрансмиттера. [84] Бунгаротоксин производится в различных формах, хотя одной из наиболее часто используемых форм является альфа-форма с длинной цепью, α-бунгаротоксин , который выделен из полосатой змеи крайт . [40] Хотя альфа-бунгаротоксин чрезвычайно токсичен при приеме внутрь, он показал обширную полезность в нейробиологии, поскольку он особенно эффективен при выделении нАХР из-за его высокого сродства к рецепторам. [40] Поскольку существует множество форм бунгаротоксина, существуют разные формы нАХР, с которыми они будут связываться, и альфа-бунгаротоксин особенно специфичен для альфа7-нАХР . [85] Функция α7-nAChR обеспечивает приток ионов кальция в клетки, и, таким образом, при блокировании проглоченным бунгаротоксином будет оказываться повреждающее действие, поскольку передача сигналов ACh будет ингибироваться. [85] Аналогичным образом, использование α-бунгаротоксина может быть очень полезным в нейробиологии, если желательно блокировать поток кальция, чтобы изолировать эффекты других каналов. Кроме того, различные формы бунгаротоксина могут быть полезны для изучения ингибированных нАХР и связанного с ними потока ионов кальция в различных системах организма. Например, α-бунгаротоксин специфичен для nAChR, обнаруженных в мускулатуре, а κ-бунгаротоксин специфичен для nAChR, обнаруженных в нейронах. [86]

Карамбоксин
[ редактировать ]
Карамбоксин

Карамбоксин (CBX) — это токсин , содержащийся в карамболе ( Averhoa carambola) . Люди с некоторыми типами заболеваний почек подвержены неблагоприятным неврологическим последствиям, включая интоксикацию, судороги и даже смерть после употребления карамболы или употребления сока из этого фрукта. Карамбоксин — это новый непептидный аминокислотный токсин, который стимулирует глутаматные рецепторы в нейронах. Карамбоксин является агонистом глутаматергических ионотропных рецепторов NMDA и AMPA с мощными возбуждающими, судорожными и нейродегенеративными свойствами. [44]

Излечивать
[ редактировать ]

Термин « кураре » неоднозначен, поскольку он использовался для описания ряда ядов, которые на момент названия понимались иначе, чем сегодня. В прошлом под этой характеристикой подразумевались яды, используемые южноамериканскими племенами для стрельбы или дротиков , но со временем она стала определять конкретную классификацию ядов, которые действуют на нервно-мышечные соединения, подавляя передачу сигналов и, таким образом, вызывая мышечную релаксацию. [87] Категория нейротоксинов содержит ряд различных ядов, хотя все они изначально были выделены из растений, произрастающих в Южной Америке. [87] Эффектом, с которым обычно связан введенный яд кураре, является паралич мышц и, как следствие, смерть. [88] Кураре, в частности, действует, ингибируя никотиновые рецепторы ацетилхолина в нервно-мышечных соединениях . Обычно эти рецепторные каналы пропускают ионы натрия в мышечные клетки, чтобы инициировать потенциал действия, который приводит к сокращению мышц. Блокируя рецепторы, нейротоксин способен значительно снижать передачу сигналов нервно-мышечных соединений, и этот эффект привел к его использованию анестезиологами для достижения мышечной релаксации. [89]

Вмешательство цитоскелета

[ редактировать ]
Астроцит.
Астроцит, клетка, известная тем, что поддерживает гематоэнцефалический барьер.

Токсичность аммиака часто наблюдается при двух путях введения: либо при употреблении в пищу, либо в результате эндогенных заболеваний, таких как печеночная недостаточность . [90] [91] из примечательных случаев распространенной токсичности аммиака является реакция на цирроз печени Одним , который приводит к печеночной энцефалопатии и может привести к отеку мозга (Haussinger 2006). Этот отек мозга может быть результатом ремоделирования нервных клеток. Было показано, что в результате повышенных концентраций активность аммиака in vivo вызывает набухание астроцитов в головном мозге за счет увеличения выработки цГМФ (циклического гуанозинмонофосфата) внутри клеток, что приводит к опосредованным протеинкиназой G (PKG) модификациям цитоскелета. [47] Результирующий эффект этой токсичности может привести к снижению энергетического метаболизма и функций мозга. Важно отметить, что токсическое воздействие аммиака на ремоделирование астроцитов можно уменьшить путем введения L-карнитина . [90] Это ремоделирование астроцитов, по-видимому, опосредовано индуцированным аммиаком переходом проницаемости митохондрий . Этот митохондриальный переход является прямым результатом активности глутамина — соединения, которое образуется из аммиака in vivo. [92] Введение антиоксидантов или ингибиторов глутаминазы может уменьшить этот митохондриальный переход и, возможно, также ремоделирование астроцитов. [92]

Мышьяк – это нейротоксин, который обычно концентрируется в районах, подверженных воздействию сельскохозяйственных стоков , горнодобывающих и плавильных предприятий (Martinez-Finley 2011). Одним из последствий приема мышьяка на развитие нервной системы является торможение нейритов. роста [93] которое может возникать как в ПНС, так и в ЦНС. [94] Это торможение роста нейритов часто может приводить к дефектам миграции нейронов и значительным морфологическим изменениям нейронов во время развития . [95] ) часто приводит к нервной трубки дефектам у новорожденных . [96] Как метаболит мышьяка, арсенит образуется после приема мышьяка и проявляет значительную токсичность для нейронов в течение примерно 24 часов после воздействия. Механизм этой цитотоксичности заключается в индуцированном арсенитом повышении внутриклеточных уровней ионов кальция в нейронах, что может впоследствии снизить митохондриальный трансмембранный потенциал, который активирует каспазы , вызывая гибель клеток. [95] Другая известная функция арсенита — его разрушительная природа по отношению к цитоскелету за счет ингибирования транспорта нейрофиламентов . [48] Это особенно разрушительно, поскольку нейрофиламенты используются в базовой структуре и поддержке клеток. Однако введение лития показало многообещающие результаты в восстановлении части утраченной подвижности нейрофиламентов. [97] Кроме того, как и в случае с другими методами лечения нейротоксинами, введение определенных антиоксидантов показало некоторые перспективы в снижении нейротоксичности проглоченного мышьяка. [95]

Цитотоксичность, опосредованная кальцием

[ редактировать ]
Свинцовая труба.
Свинцовые трубы и припой являются распространенными источниками попадания свинца в организм.

Свинец — мощный нейротоксин, токсичность которого известна уже по меньшей мере тысячи лет. [98] Хотя нейротоксические эффекты свинца наблюдаются как у взрослых , так и у маленьких детей , развивающийся мозг особенно восприимчив к вредному воздействию свинца, эффекты которого могут включать апоптоз и эксайтотоксичность. [98] Основной механизм, с помощью которого свинец способен причинять вред, заключается в его способности транспортироваться насосами кальциевой АТФазы через ГЭБ, обеспечивая прямой контакт с хрупкими клетками центральной нервной системы. [99] Нейротоксичность является результатом способности свинца действовать аналогично ионам кальция, поскольку концентрированный свинец приводит к поглощению клетками кальция, что нарушает клеточный гомеостаз и вызывает апоптоз. [49] Именно это увеличение внутриклеточного кальция активирует протеинкиназу C (PKC), что проявляется в виде дефицита обучения у детей в результате раннего воздействия свинца. [49] Помимо индукции апоптоза, свинец ингибирует передачу сигналов между нейронами за счет нарушения опосредованного кальцием высвобождения нейромедиаторов. [100]

Нейротоксины с множественным действием

[ редактировать ]
Изображение фетального алкогольного синдрома
Ребенок мужского пола с фетальным алкогольным синдромом (ФАС).

Было показано , что как нейротоксин этанол вызывает повреждение нервной системы и влияет на организм различными способами. Среди известных последствий воздействия этанола есть как временные, так и долгосрочные последствия. Некоторые из длительных эффектов включают долгосрочное снижение нейрогенеза в гиппокампе , [101] [102] распространенная атрофия головного мозга, [103] и вызвало воспаление в мозге. [104] Следует отметить, что хронический прием этанола, кроме того, как было показано, вызывает реорганизацию компонентов клеточных мембран, что приводит к образованию липидного бислоя , характеризующегося увеличением мембранных концентраций холестерина и насыщенных жиров . [51] Это важно, поскольку транспорт нейромедиаторов может быть нарушен из-за ингибирования везикулярного транспорта, что приводит к снижению функции нейронной сети. Одним из ярких примеров снижения межнейронной связи является способность этанола ингибировать рецепторы NMDA в гиппокампе, что приводит к снижению долговременной потенциации (LTP) и приобретению памяти. [50] Было показано, что NMDA играет важную роль в LTP и, следовательно, в формировании памяти. [105] Однако при хроническом приеме этанола чувствительность этих NMDA-рецепторов к индукции LTP увеличивается в мезолимбических дофаминовых нейронах инозитол -1,4,5-трифосфатом (IP3)-зависимым образом. [106] Эта реорганизация может привести к нейрональной цитотоксичности как за счет гиперактивации постсинаптических нейронов, так и за счет индуцированной зависимости от постоянного потребления этанола. Кроме того, было показано, что этанол напрямую снижает внутриклеточное накопление ионов кальция за счет ингибирования активности рецептора NMDA и, таким образом, снижает вероятность возникновения LTP. [107]

Помимо нейротоксического воздействия этанола на зрелые организмы, его хроническое употребление в пищу способно вызывать серьезные дефекты развития. Доказательства связи между хроническим употреблением этанола матерями и дефектами у их потомства были впервые представлены в 1973 году. [108] Эта работа послужила основой для создания классификации фетального алкогольного синдрома — заболевания, характеризующегося общими аберрациями морфогенеза , такими как дефекты черепно-лицевого формирования, развития конечностей и формирования сердечно-сосудистой системы . Было показано, что степень нейротоксичности этанола у плода, приводящей к алкогольному синдрому плода, зависит от уровня антиоксидантов в мозге, таких как витамин Е. [109] Поскольку мозг плода относительно хрупок и восприимчив к индуцированным стрессам, серьезные вредные последствия воздействия алкоголя можно наблюдать в таких важных областях, как гиппокамп и мозжечок . Тяжесть этих эффектов напрямую зависит от количества и частоты употребления этанола матерью, а также от стадии развития плода. [110] Известно, что воздействие этанола приводит к снижению уровня антиоксидантов, митохондриальной дисфункции (Chu 2007) и последующей гибели нейронов, по-видимому, в результате увеличения образования реактивных окислительных форм (АФК). [31] Это вполне вероятный механизм, поскольку в мозге плода снижается присутствие антиоксидантных ферментов, таких как каталаза и пероксидаза . [111] В подтверждение этого механизма введение высоких доз витамина Е с пищей приводит к уменьшению или устранению нейротоксических эффектов, вызванных этанолом, у плода. [8]

н-гексан

[ редактировать ]

н- Гексан — это нейротоксин, который в последние годы стал причиной отравления нескольких рабочих на китайских заводах по производству электроники. [112] [113] [114] [52]

Рецепторно-селективные нейротоксины

[ редактировать ]

МПП + Токсичный метаболит МФТП представляет собой селективный нейротоксин, который препятствует окислительному фосфорилированию в митохондриях путем ингибирования комплекса I , что приводит к истощению АТФ и последующей гибели клеток. Это происходит почти исключительно в дофаминергических нейронах черной субстанции , что приводит к появлению постоянного паркинсонизма у подвергшихся воздействию субъектов через 2–3 дня после введения.

Эндогенные источники нейротоксинов

[ редактировать ]

В отличие от наиболее распространенных источников нейротоксинов, которые поступают в организм через пищеварение, эндогенные нейротоксины возникают и оказывают свое воздействие in vivo . Кроме того, хотя большинство ядов и экзогенных нейротоксинов редко обладают полезными свойствами in vivo, эндогенные нейротоксины обычно используются организмом полезными и здоровыми способами, например, оксид азота, который используется в клеточной коммуникации. [115] Зачастую только тогда, когда эти эндогенные соединения достигают высокой концентрации, они приводят к опасным последствиям. [9]

Оксид азота

[ редактировать ]

Хотя оксид азота (NO) обычно используется нервной системой для межнейронной коммуникации и передачи сигналов, он может быть активен в механизмах, приводящих к ишемии головного мозга (Iadecola 1998). Нейротоксичность NO основана на его важности для эксайтотоксичности глутамата, поскольку NO генерируется кальций-зависимым образом в ответ на опосредованную глутаматом активацию NMDA, которая происходит с повышенной скоростью при эксайтотоксичности глутамата. [53] Хотя NO способствует увеличению притока крови к потенциально ишемизированным областям мозга, он также способен усиливать окислительный стресс . [116] вызывая повреждение ДНК и апоптоз. [117] Таким образом, повышенное присутствие NO в ишемизированной области ЦНС может вызывать значительные токсические эффекты.

Глутамат

[ редактировать ]

Глутамат , как и оксид азота, представляет собой эндогенно вырабатываемое соединение, используемое нейронами для нормальной работы и присутствующее в небольших концентрациях в сером веществе ЦНС. [9] Одним из наиболее заметных применений эндогенного глутамата является его функция возбуждающего нейромедиатора. [54] Однако в концентрированном виде глутамат становится токсичным для окружающих нейронов. Эта токсичность может быть как результатом прямой гибели глутамата на нейронах, так и результатом индуцированного притока кальция в нейроны, что приводит к отеку и некрозу. [54] Было показано, что эти механизмы играют важную роль в заболеваниях и осложнениях, таких как болезнь Хантингтона , эпилепсия и инсульт . [9]

См. также

[ редактировать ]

Примечания

[ редактировать ]
  1. ^ Сивонен, К. (1999). «Токсины, вырабатываемые цианобактериями». Веситальный . 5 : 11–18.
  2. ^ Сине-зеленые водоросли (цианобактерии) правительства Шотландии во внутренних водах: оценка и контроль рисков для общественного здравоохранения , дата обращения 15 декабря 2011 г.
  3. ^ Медицинский словарь Дорланда для потребителей медицинских услуг.
  4. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Спенсер 2000
  5. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Олни 2002 г.
  6. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г час Кирнан 2005 г.
  7. ^ Человек 2003
  8. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Хитон; Барроу, Мариета; Митчелл, Дж. Джин; Пайва, Майкл (2000). «Уменьшение нейротоксичности, вызванной этанолом, в центральной нервной системе новорожденных крыс путем антиоксидантной терапии». Алкоголизм: клинические и экспериментальные исследования . 24 (4): 512–18. дои : 10.1111/j.1530-0277.2000.tb02019.x . ПМИД   10798588 .
  9. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Цой 1987 г.
  10. ^ Чжан 1994
  11. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Розалес, Раймонд Л.; Аримура, Кимиеси; Такенага, Сатоши; Осаме, Мицухиро (1996). «Экстрафузальные и интрафузальные мышечные эффекты при экспериментальной инъекции ботулинического токсина-А». Мышцы и нервы . 19 (4): 488–96. doi : 10.1002/(sici)1097-4598(199604)19:4<488::aid-mus9>3.0.co;2-8 . ПМИД   8622728 . S2CID   20849034 .
  12. ^ Падиде (22 июня 2024 г.). «Ботокс» . Образовательная группа Падиде (на персидском языке) . Проверено 10 июля 2024 г.
  13. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Симпсон 1986 г.
  14. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с В 2001 году
  15. ^ Дикранян 2001
  16. ^ Дэн 2003
  17. ^ Евтович-Тодорович 2003 г.
  18. ^ Надлер 1978
  19. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д Тьягараджан 2009 г.
  20. ^ Нейротоксины: определение, эпидемиология, этиология
  21. ^ Ходж 2002
  22. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Доббс 2009
  23. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Видмайер, Эрик П., Хершел Рафф, Кевин Т. Стрэнг и Артур Дж. Вандер (2008) Физиология человека Вандера: механизмы функционирования тела». Бостон: Высшее образование Макгроу-Хилла.
  24. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Мартини 2009
  25. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Коста 2011
  26. ^ Гарри 1998
  27. ^ Гартлон 2006 г.
  28. ^ Радио, Николай Михайлович; Манди, Уильям Р. (2008). «Исследование нейротоксичности in vitro: модели для оценки химического воздействия на рост нейритов» . Нейротоксикология . 29 (3): 361–376. дои : 10.1016/j.neuro.2008.02.011 . ПМИД   18403021 .
  29. ^ Лоты 2005 г.
  30. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Адамс 2003 г.
  31. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Брокардо 2011
  32. ^ Левендон 2001
  33. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Ахдуст-Язди 2011 г.
  34. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б ДеБин 1993 г.
  35. ^ Макклески 1987
  36. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Гарсия-Родригес 2011 г.
  37. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Уильямсон 1996 г.
  38. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Бэнкс 1988
  39. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Ашнер 1990 г.
  40. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Дутертр 2006
  41. ^ Коллер 1988
  42. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Кармайкл 1978 г.
  43. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Кармайкл 1975 г.
  44. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Гарсиа-Кайраско, Н.; Мойзес-Нето, М.; Дель Веккьо, Ф.; Оливейра, JAC; Дос Сантос, Флорида; Кастро, Огайо; Ариси, генеральный менеджер; Дантас, MR; Каролино, ROG; Коутиньо-Нетто, Ж.; Дагостин, Алабама; Родригес, MCA; Леан, РМ; Квинтилиано, SAP; Сильва, Л.Ф.; Гоббо-Нето, Л.; Лопес, НП (2013). «Выяснение нейротоксичности звездчатого фрукта». Angewandte Chemie, международное издание . 52 (49): 13067–13070. дои : 10.1002/anie.201305382 . ПМИД   24281890 .
  45. ^ Рутгрер 2012
  46. ^ Ролик 1994 г.
  47. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Конопачка 2009
  48. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б ДеФурия 2006 г.
  49. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Бресслер 1999 г.
  50. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Ловингер, Д.; Уайт, Г.; Вес, Ф. (1989). «Этанол ингибирует NMDA-активируемый ионный ток в нейронах гиппокампа» . Наука . 243 (4899): 1721–724. Бибкод : 1989Sci...243.1721L . дои : 10.1126/science.2467382 . ПМИД   2467382 .
  51. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Леонард, Бельгия (1986). «Является ли этанол нейротоксином?: Влияние этанола на структуру и функцию нейронов». Алкоголь и алкоголизм . 21 (4): 325–38. doi : 10.1093/oxfordjournals.alcalc.a044638 . ПМИД   2434114 .
  52. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Руководство по безопасности и гигиене труда для н-гексана. Архивировано 18 декабря 2011 г. на Wayback Machine , OSHA.gov.
  53. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Гартвейт 1988 г.
  54. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Цой 1990 г.
  55. ^ Бен-Шачар Д., Зук Р., Глинка Ю. (1995). «Дофаминовая нейротоксичность: ингибирование митохондриального дыхания». Дж. Нейрохем . 64 (2): 718–23. дои : 10.1046/j.1471-4159.1995.64020718.x . ПМИД   7830065 . S2CID   9060404 .
  56. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Чоудхури, Франция; Ахасан, Х.А. М. Назмул; Рашид, А.К.Мамунур; Мамун, А. Ал; Халидуззаман, С.М. (2007). «Отравление тетродотоксином: клинический анализ, роль неостигмина и краткосрочный результат 53 случаев». Сингапурский медицинский журнал . 48 (9): 830–33. ПМИД   17728964 .
  57. ^ Ахасан 2004 г.
  58. ^ Лау 1995 г.
  59. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Стэндфилд 1983
  60. ^ Роед 1989
  61. ^ Ахдуст-Ясди, 2011 г.
  62. ^ Дешейн 2003
  63. ^ Сорочану 1998
  64. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Джейкоб 2010 г.
  65. ^ Оливера 1987
  66. ^ Круз 1986
  67. ^ Макклески 1987
  68. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Брин, Митчелл Ф. (1997) «Ботулинический токсин: химия, фармакология, токсичность и иммунология». Мышцы и нервы, 20 (S6): 146–68.
  69. ^ Монтекукко 1986
  70. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Пираццини 2011
  71. ^ Король 1981
  72. ^ Рабе 1982
  73. ^ Уолтон 2006 г.
  74. ^ Чан 2011
  75. ^ Брукс 1988
  76. ^ Ян 2007
  77. ^ Вуд 2007
  78. ^ Национальный центр экологической оценки
  79. ^ Девлин 1977
  80. ^ Мур 1977
  81. ^ Меткалф 2009
  82. ^ Стюарт 2008
  83. ^ Саид 2005 г.
  84. ^ Цетлин 2003.
  85. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Лю 2008 г.
  86. ^ Хюэ, 2007 г.
  87. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Биссет 1992 г.
  88. ^ Шлезингер 1946 г.
  89. ^ Гриффит, Гарольд Р.; Джонсон, Дж. Энид (1942). «Использование кураре при общей анестезии» . Анестезиология . 3 (4): 418–420. дои : 10.1097/00000542-194207000-00006 . S2CID   71400545 .
  90. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Мацуока 1991 г.
  91. ^ Бузанска (2000)
  92. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Норенберг 2004 г.
  93. ^ Лю 2009 [ нужна полная цитата ]
  94. ^ Вахидния 2007 г.
  95. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с Рок 2011
  96. ^ Брендер 2005 г.
  97. ^ ДеФурия 2007
  98. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Лидски 2003 г.
  99. ^ Брэдбери 1993
  100. ^ Лэсли 1999
  101. ^ Тафф 2010
  102. ^ Моррис 2009
  103. ^ Блайх 2003
  104. ^ Белый 2005 г.
  105. ^ Дэвис 1992
  106. ^ Бернье 2011
  107. ^ Такадера 1990
  108. ^ Джонс 1973
  109. ^ Митчелл 1999
  110. ^ Гил-Мохапель 2010
  111. ^ Бергамини 2004
  112. Рабочие отравились при изготовлении iPhone ABC News, 25 октября 2010 г.
  113. ^ Грязные секреты. Архивировано 25 мая 2017 г. в Wayback Machine, иностранный корреспондент ABC, 26 октября 2010 г.
  114. Мистер Дейзи и яблочная фабрика , This American Life, 6 января 2012 г.
  115. ^ Ядекола 1998 г.
  116. ^ Бекман 1990
  117. ^ Бонфоко 1995

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 0dc57c5d0745cdba1b68a52f72dfafe3__1721800680
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/0d/e3/0dc57c5d0745cdba1b68a52f72dfafe3.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Neurotoxin - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)