Marcin Cieślak, Aleksandra Karmańska, Julia Kaźmierczak Barańska, Magdalena Korycka, Bolesław Karwowski
Neuroprotekcyjne właściwości tauryny
2024-01-23
Tauryna jest jednym z najobficiej występujących niekanonicznych aminokwasów siarkowych w organizmie człowieka, której ilość w trakcie starzenia się organizmu ulega drastycznemu obniżeniu. Najwyższe stężenia tauryny występują w siatkówce, leukocytach, sercu, mięśniach szkieletowych i mózgu. Ostatnie badania naukowe przeprowadzone m.in. na myszach i małpach wykazały, że jej suplementacja zwiększa długość życia i poprawia stan zdrowia badanych zwierząt. Na poziomie komórkowym tauryna jest zaangażowana w szereg procesów biochemicznych takich jak: osmoregulacja, modulacja poziomu wapnia czy stabilizacja błon komórkowych. Ponadto, wykazuje aktywność antyoksydacyjną, antyapoptotyczną, przeciwzapalną oraz działa modulująco na centralny układ nerwowy. Powyższe dane wskazują, że tauryna jest niezbędna do zapewnienia prawidłowej homeostazy fizjologicznej organizmu. Wraz z rozwojem cywilizacyjnym obserwuje się wzrost częstości chorób neurodegeneracyjnych, w których kluczową rolę odgrywają procesy związane z nieprawidłowym funkcjonowaniem mitochondriów, stresem oksydacyjnym, rozwojem stanu zapalnego, nadmierną aktywacją jonotropowych i metabotropowych receptorów glutaminianu i apoptozą neuronów. Wyniki badań in vitro oraz in vivo wskazują, że tauryna działa hamująco na wyżej wymienione procesy, jak również wykazuje charakter neuroprotekcyjny. Antyoksydacyjne działanie tauryny związane jest głównie z neutralizacją kwasu podchlorawego, silnego utleniacza wytwarzanego przez neutrofile w miejscu rozwoju stanu zapalnego. Utworzona N-chlorotauryna hamuje stres oksydacyjny z równoczesną inhibicją procesu uwalniania prozapalnych cytokin (np. TNF-α, IL-1β, IL-6), tlenku azotu (NO) i prostaglandyny E2. Ponadto, związek ten stymuluje ekspresję enzymów antyoksydacyjnych (np. peroksyredoksyny 1, tioredoksyny-1, hemooksygenazy-1, peroksydazy glutationowej, katalazy). W obrębie tkanki nerwowej przeciwzapalne i przeciwutleniające działanie tauryny manifestuje się obniżeniem ekspresji IL-1α, IL-1β, TNF-α, IFN-γ, IL-6 czy GM-CSF, stymulacją aktywności enzymów antyoksydacyjnych (peroksydazy-, reduktazy- i S-transferazy glutationowej, dysmutazy ponadtlenkowej) oraz wzrostem stężenia zredukowanego glutationu. Ponadto, tauryna jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania mitochondriów. Jej niedobór blokuje syntezę zmodyfikowanego tauryną leucynowego tRNA (τm5U-tRNALeu), co skutkuje zahamowaniem syntezy oksydoreduktazy NADH-ubichinon, nieprawidłowym funkcjonowaniem powstałego kompleksu i łańcucha oddechowego oraz wzrostem stresu oksydacyjnego. Stres siateczki śródplazmatycznej (ER) jest charakterystyczną cechą chorób neurodegeneracyjnych i może prowadzić do apoptozy neuronów. Niedobór tauryny nasila akumulację nieprawidłowo sfałdowanych białek komórkowych oraz indukuje stres ER. Suplementacja tauryny zmniejsza neuronalny stres ER w wyniku inhibicji szlaków sygnałowych zależnych od białek ATF6 i IRE-1. Ponadto, tauryna hamuje apoptozę komórek nerwowych dzięki zwiększeniu ekspresji Bcl-2, obniżeniu ekspresji p53, CHOP i Bax i zmniejszeniu aktywności kaspazy-3. Warto podkreślić, że w ośrodkowym układzie nerwowym tauryna pełni również rolę neuroprzekaźnika o działaniu tonizującym. Ta aktywność jest skutkiem oddziaływania tauryny z receptorami kwasu γ-aminomasłowego (GABAA) i glicyny (GlyR), co powoduje zwiększony napływ jonów chlorkowych do neuronów, hiperpolaryzację błony komórkowej i w konsekwencji hamowanie neurotransmisji glutaminergicznej i ekscytotoksyczności kwasu glutaminowego. Na podstawie obecnych badań można przypuszczać, że neuroprotekcyjna aktywność tauryny związana jest z jej plejotropowym działaniem wynikającym głównie z osłabienia apoptozy, stresu oksydacyjnego, stresu ER, jak również z jej właściwościami tonizującymi nadpobudliwość neuronalną.
Słowa kluczowe: tauryna, chloramina tauryny, biosynteza, neuroprotekcja, neurodegeneracja, stres oksydacyjny.
© Farm Pol, 2023, 79(10): 623–634
Neuroprotective properties of taurine
Taurine is the most abundant non-proteinogenic sulphur amino acid in humans, and its level decreases dramatically with aging. In humans, the highest levels of taurine are present in retina, leukocytes, heart, skeletal muscles and brain. Taurine is necessary to ensure proper homeostasis and recent research in animals (for example mice and monkeys) have shown that it significantly increases life expectancy and improves health. At the cellular level, taurine is involved in a number of processes such as osmoregulation, modulation of calcium levels and stabilization of cell membranes. Moreover, it has an inhibitory effect on the central nervous system and has antioxidant, anti-apoptotic and anti-inflammatory activity. The development of neurodegenerative diseases is associated with improper functioning of mitochondria, oxidative stress, development of inflammation, excessive activation of ionotropic and metabotropic glutamate receptors and neuronal apoptosis. In vitro and in vivo studies have shown that taurine inhibits the above-mentioned pathological processes and has neuroprotective properties. The antioxidant effect of taurine results from neutralizing hypochlorous acid, a strong oxidant that is produced by neutrophils at the site of inflammation. Taurine chloramine (Tau-Cl) produced in this reaction reduces oxidative stress and inhibits the production of pro-inflammatory cytokines (e.g. TNF-a, IL-1b, IL-6), nitric oxide (NO) and prostaglandin E2. Moreover, this compound stimulates the expression of antioxidant enzymes (e.g. peroxiredoxin 1, thioredoxin-1, hemooxygenase-1, glutathione peroxidase, catalase). Within the nervous tissue, the anti-inflammatory and antioxidant effect of taurine is related to reduced expression of IL-1a, IL-1b, TNF-a, IFN-g, IL-6 and GM-CSF, and increase in the activity of antioxidant enzymes (peroxidase-, reductase- and S- glutathione transferase, superoxide dismutase) and glutathione concentration. Taurine is necessary for the proper functioning of mitochondria. Its deficiency blocks the synthesis of taurine-modified leucine tRNA (tm5U-tRNALeu), which results in inhibition of the synthesis of NADH-ubiquinone oxidoreductase, improper functioning of complex I of the respiratory chain and increase in oxidative stress. Endoplasmic reticulum (ER) stress is a hallmark of neurodegenerative diseases and can lead to neuronal apoptosis. Taurine deficiency increases the accumulation of misfolded cellular proteins and induces ER stress. Taurine supplementation reduces neuronal ER stress by inhibiting ATF6- and IRE-1-dependent signalling pathways. Moreover, taurine inhibits apoptosis of neuronal cells by increasing the expression of Bcl-2, decreasing the expression of p53, CHOP and Bax and reducing the activity of caspase-3. In the central nervous system, taurine also serves as an inhibitory neurotransmitter due to binding with g-aminobutyric acid and glycine receptors (GABAA and GlyR, respectively). Such interactions cause an increased influx of chloride ions into neurons, hyperpolarization of the cell membrane and, consequently, inhibition of glutamatergic neurotransmission and excitotoxicity induced by glutamic acid. The neuroprotective activity of taurine is an outcome of its pleiotropic effect related to the inhibition of apoptosis, oxidative stress, and ER stress, as well as its anti‑inflammatory activity and inhibition of neuronal excitability.
Keywords: neuroprotection, biosynthesis, neurodegeneration, taurine, taurine chloramine, oxidative stress.
© Farm Pol, 2023, 79(10): 623–634