Biomarkery oxidačního stresu

Úvod

Oxidační stres je proces, kdy dochází k nadměrné produkci oxidantů (reaktivních kyslíkových nebo dusíkových částic) nebo inhibici antioxidačních mechanismů buňky. Sies definoval oxidační stres jako narušení rovnováhy oxidanty-antioxidanty ve prospěch oxidantů, čímž může dojít k poškození buňky1.

Termín reaktivní kyslíkové částice (ROS - Reactive Oxygen Species) zahrnuje jednak tzv. volné kyslíkové radikály (•HO, HO2•, RO•, RO2• a O2), jednak další reaktivní sloučeniny kyslíku (H2O2 a HOCl), které nemají nepárový elektron a vznikají přeměnou z volných radikálů. Mimo ROS existují i reaktivní dusíkové částice (RNS – Reactive Nitrogen Species), mezi které se řadí například NO nebo ONOO.

V buňkách jsou oxidanty (například NO nebo H2O2) využívány imunitním systémem k odstranění patogenů, v buněčné signalizaci (redoxní signalizace) nebo vznikají při mitochondriálním dýchání. Ve vysokém množství však tyto látky oxidují základní stavební jednotky buňky (nukleové kyseliny, bílkoviny a fosfolipidy), což vede k patologickým změnám ve fyziologii a následně k jejímu zániku2.

K odbourávání oxidantů existuje v buňkách řada antioxidačních mechanismů, mezi které patří antioxidanty (např. enzymy nebo vitaminy). Ty mohou zabránit tvorbě oxidantů, nebo je převést na stabilnější a méně reaktivní produkty.

Samotné reaktivní kyslíkové nebo dusíkové částice jsou velmi nestabilní, a proto se jejich koncentrace nedají v organismu monitorovat in vivo. Při oxidačním stresu ovšem jejich působením vznikají ve zvýšené míře specifické sloučeniny - tzv. biomarkery oxidačního stresu. Tyto látky jsou přítomné v tělních tekutinách (krevní plazma, mozkomíšní mok, moč a kondenzát vydechovaného vzduchu) a mohou sloužit k diagnostice patologických stavů souvisejících s nemocemi oxidačního stresu.

Biomarkery oxidačního stresu lze stanovit v určité fyziologické hladině u zdravých osob, u kterých vznikají jako následek stárnutí organismu, znečištěného ovzduší atd. V důsledku probíhajícího patologického procesu je ale jejich koncentrace v tělních tekutinách významně zvýšena. Mezi onemocnění související s oxidačním stresem řadíme například neurodegenerativní onemocnění (Alzheimerova a Parkinsonova choroba) nebo plicní onemocnění (chronická obstrukční plicní nemoc, rakovina plic).

Mechanismus vzniku onemocnění v souvislosti s oxidačním stresem je popsán na obrázku 1. Působením oxidantů, při nedostatku antioxidantů nebo poškození antioxidačních mechanismů vzniká oxidační stres, při kterém mohou být při nedostatečné adaptaci imunitního systému poškozeny nukleové kyseliny, lipidy a proteiny. Tím dojde k poškození tkáně, zániku buněk a rozvíjí se onemocnění3.



Obr. 1: Mechanismus vzniku onemocnění souvisejícího s oxidačním stresem3.

Řešené problematiky

Míra poškození organismu oxidačním stresem se určuje na základě koncentrace biomarkerů - látek, které vznikají působením oxidantů v tělních tekutinách (kondenzátu vydechovaného vzduchu, moči, krevní plazmě, mozkomíšním moku). Oxidací nenasycených mastných kyselin vzniká 8-iso Prostaglandin F a další prostaglandiny (vznikají především z kyseliny arachidonové), dieny, alkany, aldehydy (malondialdehyd, 4 hydroxy-2-trans-nonenal, 4 hydroxy-2-trans-hexenal, n-alifatické aldehydy C6-C13), nasycené a nenasycené ketony (oxidací především ω-3 a ω-6 přítomných ve fosfolipidových membránách). Reakcí s bílkovinami (aminokyselinami) vzniká o-tyrosin, 3-nitrotyrosin, 3-chlortyrosin, o,o’-dityrosin a další biomarkery, oxidací nukleových kyselin 8 hydroxyguanin, 8 hydroxyguanosin, 8-hydroxy-2’-deoxyguanosin a 5-hydroxymethyluracil (Obr. 2).



Obr. 2: Products of reactive oxygen species (ROS) activity in organism.

Cílem práce v rámci této problematiky je vývoj a validace metod pro analytické stanovení biomarkerů pomocí HPLC-MS v různých tělních tekutinách. Tyto metody jsou následně využívány v klinických studiích, ve kterých jsou porovnávány koncentrační hladiny biomarkerů u osob s onemocněními souvisejícími s oxidačním stresem (např. azbestóza, silikóza, rakovina plic) a u kontrolní skupiny zdravých jedinců.

Reference

1. Sies, H. Oxidative Stress. Academic Press, London, 1985.
2.  Stadtman E. R. Curr. Med. Chem. 2004, 11 (7), 1105.
3. Dalle-Donne I., Giustarini D., Colombo R., Rossi R., Milzani A. Trend Mol. Med. 2003, 9 (4), 169.