Сероводород поможет лечить черепно-мозговую травму, когнитивные нарушения, эпилепсию и болезнь Альцгеймера

Ученые показали, что сероводород улучшает состояние животных, страдающих психическими расстройствами и нейродегенеративными заболеваниями, возникшими после травм. Эксперименты доказали, что эта молекула снижает уровень активных форм кислорода, разрушающих ДНК и белки, воспаление, а также препятствует гибели нейронов. Инъекции соединений-доноров сероводорода улучшали память и обучение грызунов, уменьшали количество эпилептических припадков. Однако сероводород еще не используется для лечения людей из-за отсутствия безопасных препаратов на его основе. Собранные данные потенциально могут ускорить разработку и введение лекарств в практику. Результаты исследования опубликованы в журнале International Journal of Molecular Science.

Нейротравмы — серьезная проблема современной медицины. Так, черепно-мозговая травма является ведущей причиной гибели людей после сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний. Ситуация осложняется отсутствием эффективных препаратов, которые могли бы защитить поврежденные нейроны и глиальные клетки — вспомогательные клетки мозга — от гибели. Некоторые газы, например сероводород (H2S), служат важными сигнальными молекулами, контролирующими работу, гибель и выживание клеток. Сероводород синтезируется в организме и участвует в регуляции активности нейронов, регенеративных процессах, формировании кровеносных сосудов. Однако данных о его нейропротекторных свойствах, особенно в случае травм нервной системы, психических и нейродегенеративных заболеваний, пока недостаточно.

Ученые из Донского государственного технического университета, Ростовского государственного медицинского университета, Института клинической медицины имени Н. В. Склифосовского провели всесторонний анализ существующих данных о роли сероводорода в выживании и гибели нервных клеток при нейротравмах, психических и нейродегенеративных заболеваниях. Сначала авторы рассмотрели основные молекулярные механизмы, развивающиеся при нейротравмах. Так, при сильных ударах по голове возникает первичное повреждение головного мозга. В этой области гибнут клетки, происходит кровоизлияние, образуются очаги омертвевшей ткани. Затем следует вторичное повреждение, которое запускает множество молекулярных и клеточных процессов. Исследования показали, что в этом случае нарушается синтез энергии в митохондриях, высвобождаются токсичные активные формы кислорода, развивается воспаление, разрушаются критически важные молекулы, нарушается целостность клеточной мембраны.

В случае полного разрыва спинного мозга человек теряет контроль над всеми органами и структурами, лежащими ниже места повреждения. Травмирование периферических нервов также может привести к инвалидности или смерти. Кроме того, нейротравмы могут стать причиной когнитивных нарушений, депрессии, тревожных расстройств, эпилепсии, болезней Альцгеймера и Паркинсона.

Затем авторы рассмотрели, как сероводород помогает в лечении этих заболеваний. В целом уровень сероводорода в крови и мозге снижается после нейротравмы. Однако введение сероводорода в организм защищает нейроны, уменьшает отек мозга, снижает гибель клеток. Например, ученые выяснили, что сероводород активирует антиоксидантные ферменты и уменьшает окислительное повреждение нервной ткани. Сероводород эффективно улавливает активные формы кислорода, повреждающие ДНК, белки и мембраны клеток. Сероводород также подавляет синтез белка p53, участвующего в гибели нейронов при нейротравме. Помимо этого, сероводород ускоряет рост аксонов, разорванных при травме. Его производные уменьшают площадь инфаркта в головном и спинном мозге.

Также, учитывая свойства H2S, исследователи собрали все сведения о его влиянии на организм при психических расстройствах и нейродегенеративных заболеваниях.

Оказалось, что сероводород снижает когнитивные нарушения, подавляя нейровоспаление. Доноры сероводорода улучшали память у крыс, получивших травму, и в течение недели оказывали антидепрессивный эффект на животных. Кроме того, в некоторых исследованиях ученые с помощью электрического тока стимулировали эпилепсию у мышей и показали, что острые и повторяющиеся припадки снижали уровень сероводорода в плазме крови. Поэтому авторы предложили использовать эту молекулу в качестве нового биомаркера эпилепсии. Инъекции доноров сероводорода в полость мозга крыс помогали подавлять судороги. Уровень данного соединения также снижался в головном мозге животных, страдающих болезнью Альцгеймера, а введение сероводорода улучшало их пространственную память и обучение.

Таким образом, многие исследования на животных показали, что сероводород благотворно влияет на выживание нейронов при различных патологических состояниях, психических и нейродегенеративных заболеваниях. Однако пока не существует препарата на основе сероводорода, который прошел клинические испытания. Ученые еще недостаточно узнали о сигнальных механизмах, связанных с работой этой молекулы в нашем организме, и такая ограниченность знаний осложняет разработку лекарств. Кроме того, эксперименты показали, что эффективность сероводорода зависит от его концентраций. Так, при физиологических значениях вещество проявляет нейропротекторные свойства, однако при больших количествах стимулирует гибель клеток. Следовательно, будущий препарат должен долгое время выделять сероводород в определенной концентрации и аккумулироваться в нервной ткани. Наложение на лекарство таких требований серьезно усложняет разработку и отодвигает момент его выпуска.

«На сегодняшний день наша научная группа проводит экспериментальные работы по исследованию влияния сероводорода на регуляцию ряда белков, участвующих в клеточной смерти. Получены важные данные на моделях нейротравмы позвоночных и беспозвоночных животных. Эти результаты имеют фундаментальную и практическую ценность и будут опубликованы в престижном международном журнале. Мы планируем и дальше развиваться в направлении исследования сигнальных механизмов, реализуемых сероводородом, а также другими газотрансмиттерами при различных патологических состояниях, включая нейротравмы», — рассказывает Станислав Родькин, кандидат биологических наук, доцент кафедры «Биоинженерия», руководитель проекта «Роль H2S-зависимых сигнальных механизмов в регуляции экспрессии и локализации ключевых проапоптотических белков и клеточной гибели в нервной ткани головного мозга при черепно-мозговой травме» Донского государственного технического университета. Текст: Анна Дегтярь

Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».