Verminderte H2S-Generierung und übermäßige Autophagie tragen zur Schlafentzug-induzierten kognitiven Beeinträchtigung bei

Das Original des Forschungsartikels erschien am 24. Januar 2019 in Frontiers in Psychology,  | https://doi.org/10.3389/fpsyg.2019.00053

Hier in Auszügen übersetzt und zukzessive angereichert mit Tooltip-Informationen zu bestimmten Fachbegriffen durch Epiphanius Wenzelw3punkt.de

Edited by Roger Ho, National University of Singapore, Singapore
Reviewed by Varun Dutt Indian Institute of Technology Mandi, India and
Cyrus SH Ho National University Health System, Singapore

Die an der Forschungsarbeit beteiligten Personen und ihre Institute:

San-Qiao Yang1Li Jiang1,2Fang Lan1,3Hai-jun Wei1Ming Xie3Wei Zou2*Ping Zhang2Chun-Yan Wang1Yu-Rong Xie4 and Xiao-Qing Tang1,3*

  • 1Institute of Neuroscience, Hengyang Medical College, University of South China, Hengyang, China
  • 2Department of Neurology, Affiliated Nanhua Hospital, University of South China, Hengyang, China
  • 3Department of Neurology, First Affiliated Hospital of University of South China, Hengyang, China
  • 4College of Chemistry and Chemical Engineering, University of South China, Hengyang, China

Editoriales

Schwere Schlafstörungen und Schlafentzüge führen zu Abbauprozessen am Hippocampus und zu kognitiven Beeinträchtigungen.

So auch der chronische Stress. Er beeinflusst die Struktur des Gehirns. Hippocampus und Präfrontaler Cortex „schrumpfen“. Das Verhalten wird weniger überlegt und rational. Die Amygdala und das Striatum „blühen auf“, der Mensch wird emotionaler und reaktiver. (Prof. Oliver T. Wolf et al., Gavin P. Trotman et al. 2018) .

Die These, dass die Atrophie des Hippocampus und die damit verbundenen kognitiven Defizite bei Schlafentzug und chronischem Stress in der Endphase auf ähnlichen mikrobiologischen Prozessen beruhen, scheint plausibel. Wenn auch das Stressgeschehen insgesamt sehr komplex und multifaktoriell erscheint.

Der Hinweis auf die vielfältigen Funktionen des Schwefelwasserstoff in diesen Kausalketten des Gehirns ist interessant.

Er wirft die Frage auf, ob die Ernährung den Bedarf an Schwefel-Donatoren deckt. Viele Naturstoffe, darunter zwei essentielle Aminosäuren, sind Organoschwefelverbindungen. Wegen der proteinreichen Ernährung in westlichen Ländern ist ein Schwefelmangel noch nicht beschrieben worden.

Der Wasserstoff, der in dieser Verbindung dissoziiert und seine positiven Wirkungen entfaltet, lässt an die wenig bekannten alternativen H2 Therapie-Ansätze (Shigeo Ohta et al.2014) denken.

Hintergrund und Ziel

Schlafentzug, im Englischen sleep deprivation (SD), verursacht eine Verschlechterung der Kognition, die Mechanismen sind jedoch weiterhin noch nicht vollständig etabliert. Schwefelwasserstoff (H2S) spielt eine wichtige Rolle bei der Ausbildung der Kognition, während eine übermäßige und verlängerte Autophagie im Hippocampus eine kognitive Störung auslöst. In dieser Arbeit haben wir vorgeschlagen, dass Störungen in der endogenen H2S-Erzeugung und Autophagie im Hippocampus an SD-induzierten kognitiven Beeinträchtigungen beteiligt sein könnten.

Diskussion

Schlafentzug gilt als ein soziales Phänomen und ist eine häufige Ursache für kognitive Beeinträchtigungen (Miller, 2015; Feng et al., 2016; Hao et al., 2018).

Es ist allgemein bekannt, dass H2S Lernen und Gedächtnis reguliert (Nagpure und Bian, 2015; Zhuang et al., 2016; Tang et al., 2018) und dass übermäßige Autophagie im Hippocampus kognitive Beeinträchtigungen verursacht (Xu et al., 2016).

Daher untersuchten wir die Veränderungen in der hippocampalen endogenen H2S-Generierung und der Autophagie und die Veränderung der kognitiven Funktion bei SD-exponierten Ratten.

Unsere vorliegende Arbeit zeigte, dass SD das Lernen und Gedächtnis von Ratten beeinträchtigte und den Rückgang der endogenen H2S-Generierung und die Bildung einer übermäßigen Autophagie im Hippocampus von Ratten verursachte.

Diese neuartigen Entdeckungen bieten einzigartige Einblicke in das Verständnis des Mechanismus, der SD-induzierten kognitiven Beeinträchtigungen zugrunde liegt.

Die Exposition auf SD zeigt eine gewisse Toxizität im Nervensystem von Mensch und Tier (Novati et al., 2012; Basner et al., 2013).

In Übereinstimmung damit spielt der Schlaf eine Schlüsselrolle bei der Entfernung von neurotoxischen Substanzen, die im Wachzustand entstehen (Xie et al., 2013).

Untersuchungen haben gezeigt, dass SD die Expression und Funktion des Glutamatrezeptors (Ravassard et al., 2009) und der Neurogenese (Meerlo et al., 2009) im Hippocampus beeinflusst.

Darüber hinaus stört SD die synaptische Plastizität und die Langzeitpotenzierung des Hippokampus (LTP) und trägt zum Defizit der Kognition bei Tieren und Menschen bei (Alkadhi et al., 2013).

In unserer vorliegenden Studie zeigten SD-exponierte Ratten kognitive Beeinträchtigungen im Y-Labortest, OLT-, NORT- und MWM-Test.

Unsere Ergebnisse stimmen mit der Feststellung überein, dass die Exposition von Ratten auf SD zu einer Dysfunktion von Lernen und Gedächtnis führt (McDermott et al., 2006).

Klinische Studien zeigen, dass SD zu kognitiven Defiziten führt (Olaithe et al., 2018).

Die molekularen Mechanismen der SD-induzierten kognitiven Beeinträchtigung sind jedoch nicht vollständig geklärt.

Die biologische Funktion von H2S umfasst hauptsächlich Antioxidation, Anti-Apoptose und Entzündungshemmung für das zentrale Nervensystem (Wei et al., 2014), was die schützende Wirkung von H2S auf neurodegenerative Erkrankungen impliziert.

Es wurde berichtet, dass die physiologische Konzentration von H2S die Aktivität des N-Methyl-D-Aspartat-Rezeptors spezifisch erhöht und die synaptische Plastizität und LTP des Hippokampus erleichtert (Zhang und Bian, 2014; Kamat et al., 2015).

Frühere Arbeiten haben ergeben, dass exogenes H2S diabetesassoziierte kognitive Beeinträchtigungen abschwächt (Tang et al., 2015; Ma et al., 2017) und eine schützende Wirkung vor traumatischen Hirnschäden-induzierten kognitiven Beeinträchtigungen hat (Karimi et al., 2017; Ma et al., 2017).

Darüber hinaus haben wir gezeigt, dass die Hemmung der H2S-Generierung eine homocysteininduzierte kognitive Beeinträchtigung vermittelt (Li M.H. et al., 2014), die durch exogenes H2S verhindert wird (Li M. et al., 2017; Tang et al., 2018).

So spekulieren wir, dass eine gehemmte Hippocampus H2S-Generierung mit der Pathophysiologie der SD-induzierten kognitiven Beeinträchtigung bei Ratten in Verbindung gebracht werden kann.

In unserer vorliegenden Studie haben wir sowohl die verminderte Expression von H2S-synthetisierendem Enzym (CBS und 3-MT) als auch die Hemmung der H2S-Erzeugung im Hippocampus von SD-exponierten Ratten nachgewiesen.

Studien zeigten, dass die verminderte Aktivität von CBS homocystein- und formaldehyd-induzierte kognitive Defizite vermittelt (Tang X. Q. et al., 2013; Kumar et al., 2017).

Ebenso ist der Gehalt an endogenem H2S im Tiermodell und bei den Patienten der Alzheimer-Krankheit rückläufig (Liu et al., 2008; Liu H. et al., 2015; Karimi et al., 2017).

Daher ist es vernünftig zu glauben, dass die Hemmung der H2S-Generation im Hippocampus zu SD-induzierten kognitiven Beeinträchtigungen beiträgt.

Autophagie ist unerlässlich für die Aufrechterhaltung des metabolischen Gleichgewichts durch die Verdauung von falsch gefalteten Proteinen und dysfunktionalen Organellen (Mizushima und Komatsu, 2011; Shehata und Inokuchi, 2014).

Es wurde jedoch berichtet, dass eine übermäßige Aktivierung der Autophagie die synaptische Plastizität im Hippocampus schädigt (Hao et al., 2018) und dass eine übermäßige Aktivierung der Autophagie im Hippocampus für kognitive Beeinträchtigungen verantwortlich ist, die durch hypoxisch-ischämische Hirnverletzungen (Xu et al., 2016) und Sevofluran (Li X. et al., 2017) verursacht werden.

Interessanterweise hat die Hemmung der Autophagie einen schützenden Effekt auf kognitive Beeinträchtigungen (Wang et al., 2015, 2017; Kong et al., 2018).

So spekulierten wir, dass eine übermäßige Autophagie im Hippocampus untrennbar mit einer kognitiven Beeinträchtigung von SD-exponierten Ratten verbunden ist.

Unsere vorliegende Studie ergab, dass die Proteinexpressionen von Beclin-1 und LC3-II, die für die Regulation der Autophagie wichtig sind, im Hippocampus von SD-exponierten Ratten bemerkenswert hochreguliert wurden, während die Expression von P62 signifikant herunterreguliert wurde.

Unterdessen wurde die Anzahl der Autophagosomen auch im Hippocampus von SD-exponierten Ratten erhöht.

Diese Daten zeigten, dass SD im Hippocampus von Ratten eine übermäßige Autophagie induziert.

Interessanterweise zeigten frühere Studien, dass die Expression von LC3-II bei Sevofluran induzierter kognitiver Beeinträchtigung erhöht wurde, während p62 verringert wurde (Li X. et al., 2017), was mit unseren Ergebnissen übereinstimmt.

Basierend auf den Erkenntnissen, dass eine übermäßige Autophagie im Hippocampus eng mit einer kognitiven Beeinträchtigung verbunden ist (Xu et al., 2016; Li X. et al., 2017; Hao et al., 2018), deuten unsere vorliegenden Ergebnisse darauf hin, dass eine übermäßige Hippocampus-Autophagie ein wichtiger pathologischer Mechanismus ist, der an der SD-induzierten kognitiven Beeinträchtigung beteiligt ist.

Fazit

Zusammenfassend zeigte die vorliegende Studie, dass SD eine Beeinträchtigung der kognitiven Funktion, eine Hemmung der H2S-Generierung im Hippocampus und eine Übersteigerung der hippocampalen Autophagie verursacht.

Wir schlugen vor, dass SD-bedingte kognitive Beeinträchtigungen auf die verminderte endogene H2S-Generierung und die übermäßige Autophagie im Hippocampus zurückzuführen sein könnten.

Immer mehr Studien haben gezeigt, dass H2S eine übermäßige Autophagie hemmt (Shui et al., 2016; Jiang et al., 2017).

Daher haben wir vorgeschlagen, dass die Hemmung der endogenen H2S-Generierung des Hippocampus die Bildung einer übermäßigen Autophagie im Hippocampus von SD-exponierten Ratten verursacht.

Die Einschränkung dieses Artikels ist, dass wir nicht nachgewiesen haben, ob die durch SD induzierte kognitive Beeinträchtigung durch die Inhibitoren der Autophagie oder des exogenen H2S verbessert wird und dass, ob andere Gehirnregionen die gleichen pathologischen Veränderungen aufweisen.

In Zukunft werden wir die Veränderungen der H2S-Generierung und Autophagie in anderen Hirnregionen untersuchen, die Schutzwirkung von Autophagiehemmern und exogenem H2S bei SD-induzierten kognitiven Beeinträchtigungen untersuchen und die H2S-Werte in den klinischen Proben nachweisen.

Basierend auf der neuroprotektiven Rolle von H2S eröffneten unsere Ergebnisse einen neuen Wirkungsweg, bei dem H2S ein potenzieller Wirkstoff für die Behandlung von kognitiven Beeinträchtigungen sein könnte, die durch SD induziert werden.

Übersetzt, bearbeitet und publiziert unter CC BY 4.0 Creative Commons Lizenz von Epiphanius Wenzel W3Punkt.de

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Update: 13. Mai 2019 @ 16:15
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