Διερεύνηση του ρόλου του οξειδωτικού στρες και της ομοιοστασίας του σιδήρου σε παθολογικές καταστάσεις

Abstract

Iron is an essential element for many basic physiological cell functions Simultaneously, is extremely toxic. Thus, nature handles iron with the highest care and iron homeostasis is carefully regulated. Although iron is usually bound on high affinity to specialized proteins, a distinct minor fraction of total cellular iron is thought to be loosely bound to diverse intracellular ligands and serves as a crossroad of cell iron metabolism. This fraction of iron is called labile iron pool (LIP) or redox-active iron and in the presence of H2O2, it catalyzes the generation of the extremely reactive hydroxyl radical. Oxidative stress and LIP are believed to be involved in numerous pathological conditions. The present study represents an effort to investigate the role of oxidative stress and iron homeostasis in some pathological conditions. Considering the accumulation of iron observed in anaemia of chronic disease (ACD), we examined the ability of four products to mobilize the “entrapped” iron. It was shown that deferiprone and deferasirox, contrary to desferrioxamine and caffeic acid, had the capacity to chelate intracellular iron and to protect the cellular DNA against H2O2-induced damage. Following, deferiprone, deferasirox and caffeic acid had the ability to donate iron to transferrin, contrary to desferrioxamine. However, the presence of increased concentrations of desferrioxamine influences this ability adversely. In another set of experiments, we exploited the opportunity of using the powerful advantages offered by flow cytometry in order to develop a methodology for the comparative estimation of LIP levels in populations of cells from freshly collected human blood. It was observed that the population of monocytes appears the highest LIP levels, the lymphocytes the less while the granulocytes were in-between. In addition, it was revealed that the LIP levels are finely regulated in healthy individual. In contrast the population of erythrocytes had lower levels of LIP comparably to those of leukocytes. In reverse, the population of reticulocytes had higher LIP levels than erythrocytes. Finally, based on the above results, an effort was made in order to investigate the role of LIP in chronic cardiac failure and ageing. The multivariate logistic regression analysis showed that only LIP in granulocytes and right ventricular systolic pressure were independently associated with severe left ventricular systolic dysfunction (LVEF?30%). The correlation analysis revealed that the LVEF inversely associated with LIP in granulocytes, LIP in monocytes, and RVSP. In the case of ageing a strong positive correlation emerged between the levels of LIP and age. In conclusion, the results of the present research indicate the crucial role of LIP in ageing and age-related diseases as well as in other iron- and oxidative stress-related pathological conditions. However, further research is necessary for the establishment of LIP as an index of oxidative stress with clinical usefulness.

Ο σίδηρος φαίνεται ότι έχει επιλεγεί από τη φύση για τη διεκπεραίωση μιας σειράς βασικών λειτουργιών που χαρακτηρίζουν τη ζωή. Ταυτόχρονα όμως, αποτελεί έναν ιδιαίτερα επικίνδυνο παράγοντα καθώς συμμετέχει σε οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις που οδηγούν στη δημιουργία εξαιρετικά δραστικών ελεύθερων ριζών. Έτσι, οι οργανισμοί διαθέτουν ειδικούς μηχανισμούς για τη δέσμευση του σιδήρου και την ασφαλή αποθήκευσή του. Ωστόσο, μια μικρή ποσότητα σιδήρου παραμένει «ελεύθερη» στο εσωτερικό του κυττάρου και είναι οξειδοαναγωγικά ενεργή (Labile Iron Pool, LIP) καθώς έχει τη δυνατότητα να συμμετέχει σε οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις. Η άποψη, ότι ο οξειδοαναγωγικά ενεργός σίδηρος σε συνδυασμό με το οξειδωτικό στρες εμπλέκονται σε μια σειρά παθολογικών καταστάσεων, οδήγησε στη διερεύνηση του ρόλου του οξειδωτικού στρες και της ομοιοστασίας του σιδήρου στις καταστάσεις αυτές. Δεδομένης της συσσώρευσης του σιδήρου που παρατηρείται στις αναιμίες χρονίας νόσου, ελέγχθηκε η ικανότητα σιδηροδεσμευτικών ενώσεων να κινητοποιούν τον «εγκλωβισμένο» ενδοκυττάριο σίδηρο. Διαπιστώθηκε πως η δεφεριπρόνη και η δεφερασιρόξη είχαν την ικανότητα να διαχέονται στο εσωτερικό των κυττάρων και να δεσμεύουν τον ενδοκυττάριο σίδηρο. Σε αντίθεση, η δεσφεριοξαμίνη και το καφεϊκό οξύ στο υπό μελέτη σύστημα δεν είχαν την ικανότητα αυτή. Στην περίπτωση της απόδοσης του σιδήρου από τις ενώσεις αυτές στην τρανσφερρίνη, παρατηρήθηκε ότι η δεφεριπρόνη, η δεφερασιρόξη και το καφεϊκό οξύ είχαν την ικανότητα να αποδίδουν το σίδηρο στην τρανσφερρίνη, ενώ η δεσφεριοξαμίνη όχι. Η παρουσία αυξανόμενων συγκεντρώσεων δεσφεριοξαμίνης είχε αρνητική επίδραση στην ικανότητα της τρανσφερρίνης να προσλαμβάνει το σίδηρο από τις προηγούμενες ενώσεις. Στη συνέχεια, η μελέτη επεκτάθηκε στην ανάπτυξη μιας μεθοδολογίας για την εκτίμηση των επιπέδων του LIP σε κύτταρα περιφερικού αίματος ανθρώπου. Διαπιστώθηκε ότι τα επίπεδα του LIP στους υποπληθυσμούς των λευκοκυττάρων διατηρούνται σχετικά σταθερά μεταξύ δύο διαφορετικών χρονικών σημείων. Όσον αφορά τον πληθυσμό των ερυθροκυττάρων, τα επίπεδα του LIP σε αυτόν ήταν χαμηλότερα σε σχέση με εκείνα των λευκοκυττάρων. Για τα δικτυοερυθροκύτταρα, που αποτελούν πρόδρομη μορφή των ερυθροκυττάρων, τα επίπεδα του LIP ήταν υψηλότερα από τα αντίστοιχα των ερυθροκυττάρων. Τέλος, διερευνήθηκε η δυνατότητα εφαρμογής της νέας αυτής μεθοδολογίας στη χρόνια καρδιακή ανεπάρκεια και τη γήρανση. Στη χρόνια καρδιακή ανεπάρκεια, διαπιστώθηκε ότι τα επίπεδα του LIP των κοκκιοκυττάρων και η συστολική πίεση δεξιάς κοιλίας των ασθενών συσχετίστηκαν με τη βαρύτητα της συστολικής ανεπάρκειας αριστερής κοιλίας ανεξαρτήτως άλλων παραγόντων. Επιπλέον, παρατηρήθηκε ότι το κλάσμα εξώθησης αριστερής κοιλίας παρουσίασε αρνητική συσχέτιση με τα επίπεδα του LIP των κοκκιοκυττάρων, του LIP των μονοκυττάρων και με τη συστολική πίεση δεξιάς κοιλίας. Στη γήρανση, προέκυψε μια θετική συσχέτιση των επιπέδων του LIP των κοκκιοκυττάρων, των μονοκυττάρων και των λεμφοκυττάρων με την ηλικία. Συνοψίζοντας τα προηγούμενα προκύπτει το συμπέρασμα ότι το LIP φαίνεται να εμπλέκεται στην παθοφυσιολογία των παραπάνω παθολογικών καταστάσεων. Ωστόσο, περαιτέρω μελέτες κρίνονται απαραίτητες, ώστε να καταστεί εφικτή η ευρεία εφαρμογή του ως δείκτη οξειδωτικού στρες σε κλινικό επίπεδο.