Captopril chroni przed zaburzeniami poznawczymi wywołanymi chemioterapią

Metodyka badania naukowego

W przeprowadzonym badaniu eksperymentalnym na modelu zwierzęcym oceniano neuroprotekcyjne działanie captoprilu w zapobieganiu zaburzeniom poznawczym indukowanym przez cisplatynę. Badanie przeprowadzono na 60 trzytygodniowych samicach szczurów Sprague-Dawley, które podzielono na 4 grupy (po 15 osobników): kontrolną, otrzymującą cisplatynę, otrzymującą cisplatynę i captopril oraz otrzymującą sam captopril. Zwierzęta otrzymywały leki przez 21 dni, przy czym cisplatynę (5 mg/kg, i.p.) podawano w 7. i 14. dniu badania. Captopril podawano doustnie w dawce 25 mg/kg raz dziennie. Ocenę behawioralną przeprowadzono przy użyciu testów Y-maze, pasywnego unikania, aktywności lokomotorycznej i rotarod. Próbki mózgu pobrano do analiz biochemicznych, histologicznych i immunohistochemicznych.

Kto był badany?

Badanie przeprowadzono na młodych samicach szczurów Sprague-Dawley (3-tygodniowych, o masie 40-50 g), zakupionych od Nile Co. for Pharmaceuticals and Chemical Industries (Kair, Egipt). Zwierzęta utrzymywano w standardowych warunkach laboratoryjnych z kontrolowaną temperaturą (25°C), wilgotnością (60%) i cyklem światło/ciemność (12h/12h), z nieograniczonym dostępem do wody i standardowej karmy. Wielkość próby (60 szczurów) określono na podstawie wcześniejszej analizy mocy z zastosowaniem analizy G\*Power, przy poziomie istotności α=0,05, mocy 1-β=90% i wielkości efektu 0,5. Z każdej grupy losowo wybrano 10 szczurów do przeprowadzenia testów behawioralnych, a następnie pobrano tkanki mózgowe do dalszych analiz.

Opis badania

Badanie miało na celu ocenę potencjalnego działania neuroprotekcyjnego captoprilu w modelu zaburzeń poznawczych indukowanych cisplatyną u młodych szczurów. Chemioterapia, szczególnie z zastosowaniem cisplatyny, często prowadzi do zjawiska określanego jako chemobrain – zespołu zaburzeń poznawczych obejmujących utratę pamięci krótkoterminowej, deficyty uwagi i spowolnienie przetwarzania informacji. Problem ten dotyka nawet 75% pacjentów onkologicznych, znacząco obniżając ich jakość życia.

Cisplatyna, mimo swojej skuteczności w leczeniu wielu nowotworów (płuc, jelita grubego, piersi, pęcherza i guzów mózgu), wywołuje szereg efektów ubocznych, w tym neurotoksyczność manifestującą się zaburzeniami pamięci i funkcji poznawczych. Mechanizm tych zaburzeń obejmuje przede wszystkim stres oksydacyjny i neurozapalenie. Cisplatyna generuje nadmierną produkcję reaktywnych form tlenu (ROS), które uszkadzają neurony w korze mózgowej i hipokampie – obszarach kluczowych dla procesów uczenia się i pamięci. Dodatkowo, zaburzenie równowagi redoks jest ściśle związane z neurozapaleniem napędzanym przez aktywację mikrogleju i produkcję mediatorów prozapalnych.

Captopril, jako inhibitor enzymu konwertującego angiotensynę (ACE), jest powszechnie stosowany w leczeniu nadciśnienia tętniczego i różnych zaburzeń sercowo-naczyniowych. Zawiera grupę tiolową, dzięki której skutecznie neutralizuje ROS, wykazując silne właściwości antyoksydacyjne. Ponadto, captopril wykazuje działanie przeciwzapalne poprzez hamowanie czynnika NF-κB i w konsekwencji tłumienie transkrypcji genów prozapalnych.

Warto podkreślić, że nadciśnienie tętnicze jest najczęstszą chorobą współistniejącą u pacjentów onkologicznych, a większość leków przeciwnowotworowych może nasilać nadciśnienie. Co więcej, nadciśnienie samo w sobie może prowadzić do dalszego pogorszenia funkcji poznawczych. Biorąc pod uwagę te zależności, badacze postanowili ocenić potencjał captoprilu jako leku o podwójnym działaniu – przeciwnadciśnieniowym i neuroprotekcyjnym.

W badaniu oceniano wpływ captoprilu na funkcje poznawcze szczurów poprzez testy behawioralne, a także analizowano mechanizmy jego działania neuroprotekcyjnego, badając markery stresu oksydacyjnego (MDA, katalaza), neurozapalenia (TNF, IL-6) oraz ekspresję białek GFAP (markera aktywacji astrocytów) i NF-κB w hipokampie i korze mózgowej.

Wyniki

Wyniki badania wykazały, że podanie cisplatyny powodowało znaczne upośledzenie funkcji poznawczych u szczurów, co manifestowało się obniżeniem odsetka spontanicznego alternowania w teście Y-maze o 35,2% (49,34 ± 6,25 vs. 76,14 ± 9,79 w grupie kontrolnej, P < 0,0001) oraz skróceniem czasu latencji w teście pasywnego unikania o 96% (11,75(7,45–13,5) vs. 298(298–298) w grupie kontrolnej, P < 0,0001) w porównaniu z grupą kontrolną. Współpodawanie captoprilu znacząco poprawiało wyniki tych testów - zwiększało odsetek spontanicznego alternowania o 35,4% (66,83 ± 12,94, P = 0,0009) i przywracało czas latencji w teście pasywnego unikania do poziomu zbliżonego do kontroli (298(207,6–298)).

W zakresie funkcji motorycznych, cisplatyna powodowała zmniejszenie aktywności lokomotorycznej o 49% (261,7 ± 75,55 vs. 512,8 ± 92,98 w grupie kontrolnej, P < 0,0001) oraz skrócenie czasu utrzymania się na obracającym się pręcie w teście rotarod o 56,5% (39,11 ± 9,58 vs. 89,83 ± 23,38 w grupie kontrolnej, P < 0,0001). Captopril przeciwdziałał tym zaburzeniom, zwiększając aktywność lokomotoryczną o 73,2% (453,3 ± 69,52, P < 0,0001) i wydłużając czas w teście rotarod o 89,3% (73,99 ± 7,86, P < 0,0001) w porównaniu z grupą otrzymującą samą cisplatynę.

Badania histopatologiczne potwierdziły, że cisplatyna powodowała wyraźne zmiany neurodegeneracyjne w hipokampie i korze mózgowej. W korze mózgowej obserwowano degenerację neuronów, które były silnie wybarwione i otoczone przestrzeniami okołokomórkowymi. Zauważono apoptozę niektórych komórek nerwowych ze skondensowaną i skupioną chromatyną jądrową, związaną z ogniskową gliozą. Ponadto wykryto wyraźny obrzęk okołonaczyniowy. W hipokampie zaobserwowano dezorganizację komórkową i obkurczenie dużych komórek piramidowych z licznymi wakuolizacjami w warstwach komórek ziarnistych. Zmiany te były znacznie złagodzone u szczurów otrzymujących captopril.

W zakresie parametrów biochemicznych, cisplatyna zwiększała poziom MDA (markera peroksydacji lipidów) o 21,7% (1025 ± 115,4 vs. 842 ± 74,49 w grupie kontrolnej, P = 0,0076) w hipokampie i 16,7% (947,1 ± 31,81 vs. 811,7 ± 51,54 w grupie kontrolnej, P = 0,0496) w korze mózgowej, jednocześnie zmniejszając aktywność katalazy (enzymu antyoksydacyjnego) o 38% (0,83 ± 0,11 vs. 1,34 ± 0,23 w grupie kontrolnej, P = 0,0043) w hipokampie i 34,5% (0,91 ± 0,14 vs. 1,39 ± 0,24 w grupie kontrolnej, P = 0,0011) w korze. Captopril przeciwdziałał tym zmianom, zmniejszając poziom MDA o 14,4% (877,5 ± 88,13, P = 0,0361) w hipokampie i 15% (805,5 ± 70,87, P = 0,0382) w korze oraz zwiększając aktywność katalazy o 45,8% (1,21 ± 0,26, P = 0,0378) w hipokampie i 40,7% (1,28 ± 0,15, P = 0,0127) w korze w porównaniu z grupą otrzymującą samą cisplatynę.

Badania immunohistochemiczne wykazały, że cisplatyna zwiększała ekspresję GFAP (markera aktywacji astrocytów) o 65,5% (0,48 ± 0,018 vs. 0,29 ± 0,015 w grupie kontrolnej, P = 0,0008) w korze i 64,3% (0,46 ± 0,02 vs. 0,28 ± 0,014 w grupie kontrolnej, P < 0,0001) w hipokampie oraz ekspresję NF-κB o 34,6% (0,35 ± 0,03 vs. 0,26 ± 0,017 w grupie kontrolnej, P = 0,0075) w korze i 26,9% (0,33 ± 0,029 vs. 0,26 ± 0,009 w grupie kontrolnej, P = 0,0094) w hipokampie. Captopril istotnie hamował wzrost ekspresji tych białek, zmniejszając ekspresję GFAP o 27,1% (0,35 ± 0,062, P = 0,0081) w korze i 34,8% (0,3 ± 0,03, P < 0,0001) w hipokampie oraz ekspresję NF-κB o 17,1% (0,29 ± 0,019, P = 0,0481) w korze i 15,2% (0,28 ± 0,017, P = 0,0498) w hipokampie w porównaniu z grupą otrzymującą samą cisplatynę.

Poziomy cytokin prozapalnych TNF i IL-6 były znacząco podwyższone w grupie otrzymującej cisplatynę. TNF wzrósł o 65,6% (9,16 ± 2,52 vs. 5,53 ± 0,96 w grupie kontrolnej, P = 0,0063) w hipokampie i 43,8% (11,85 ± 2,26 vs. 8,24 ± 1,05 w grupie kontrolnej, P = 0,0032) w korze. IL-6 wzrósł o 26,6% (1,19 ± 0,065 vs. 0,94 ± 0,039 w grupie kontrolnej, P < 0,0001) w hipokampie i 11,8% (1,14 ± 0,067 vs. 1,02 ± 0,059 w grupie kontrolnej, P = 0,0302) w korze. Współpodawanie captoprilu istotnie obniżało poziomy tych cytokin - TNF o 40,3% (5,47 ± 1,38, P = 0,0056) w hipokampie i 29,8% (8,32 ± 0,76, P = 0,0039) w korze oraz IL-6 o 10,9% (1,06 ± 0,067, P = 0,0047) w hipokampie i 10,4% (1,02 ± 0,073, P = 0,0326) w korze w porównaniu z grupą otrzymującą samą cisplatynę.

Wnioski

Przeprowadzone badanie dostarcza przekonujących dowodów na neuroprotekcyjne działanie captoprilu w modelu zaburzeń poznawczych indukowanych cisplatyną. Captopril skutecznie przeciwdziałał deficytom poznawczym i motorycznym wywołanym przez cisplatynę, co potwierdzono w testach behawioralnych. Mechanizm tego działania obejmował hamowanie stresu oksydacyjnego i neurozapalenia w hipokampie i korze mózgowej.

Szczególnie istotne jest, że captopril hamował aktywację astrocytów (wyrażoną obniżoną ekspresją GFAP) oraz zmniejszał ekspresję NF-κB, kluczowego czynnika transkrypcyjnego odpowiedzialnego za produkcję mediatorów prozapalnych. Ponadto, captopril obniżał poziomy cytokin prozapalnych TNF i IL-6, które są ważnymi mediatorami neurotoksyczności indukowanej cisplatyną. Warto podkreślić, że cytokiny prozapalne mogą zaburzać integralność bariery krew-mózg, umożliwiając większą penetrację chemioterapeutyków do mózgu i nasilając neurotoksyczność.

Istotne jest również, że astrocyty, które w warunkach fizjologicznych odgrywają kluczową rolę w utrzymaniu homeostazy neuronalnej, pod wpływem bodźców neurotoksycznych nabywają fenotyp reaktywny i nasilają neurozapalenie poprzez masowe uwalnianie ROS i cząsteczek prozapalnych. Captopril, poprzez stabilizację poziomów GFAP, może przeciwdziałać temu niekorzystnemu procesowi.

Wyniki badania sugerują, że captopril może być obiecującym kandydatem do repozycjonowania jako lek neuroprotekcyjny u pacjentów onkologicznych poddawanych chemioterapii cisplatyną, szczególnie u osób z towarzyszącym nadciśnieniem tętniczym. Zdolność captoprilu do hamowania stresu oksydacyjnego (poprzez zmiatanie ROS) oraz tłumienia reakcji zapalnych (poprzez hamowanie NF-κB i obniżanie poziomów TNF i IL-6) stanowi podstawę jego działania neuroprotekcyjnego.

Warto również zauważyć, że neuroprotekcyjne działanie captoprilu może być związane nie tylko z jego właściwościami antyoksydacyjnymi i przeciwzapalnymi, ale także z hamowaniem ACE. Podwyższone poziomy angiotensyny II (ANG II) są związane z uszkodzeniem oksydacyjnym neuronów, reakcjami zapalnymi oraz upośledzonym przepływem krwi w mózgu, co prowadzi do niekorzystnych efektów na funkcje poznawcze. Ponadto, podwyższona aktywność ACE w neuronach została stwierdzona w mózgach pacjentów z chorobą Alzheimera. W związku z tym, zmniejszenie poziomu ANG II w neuronach poprzez hamowanie ACE może być ważnym celem neuroprotekcji.

Badanie to otwiera nowe perspektywy dla interdyscyplinarnego podejścia do zapobiegania i leczenia zaburzeń poznawczych związanych z chemioterapią, łącząc wiedzę z zakresu onkologii, neurologii i kardiologii. Wyniki wskazują na potrzebę przeprowadzenia badań klinicznych w celu oceny skuteczności i bezpieczeństwa captoprilu jako terapii wspomagającej u pacjentów onkologicznych, co mogłoby znacząco poprawić ich jakość życia po zakończeniu leczenia przeciwnowotworowego.

Podsumowanie

Badanie przeprowadzono na 60 samicach szczurów Sprague-Dawley podzielonych na 4 grupy, oceniając wpływ captoprilu na zaburzenia poznawcze wywołane cisplatyną. Wyniki wykazały, że captopril skutecznie:
\- Poprawiał funkcje poznawcze w testach Y-maze i pasywnego unikania
\- Zwiększał aktywność lokomotoryczną i koordynację ruchową
\- Zmniejszał zmiany neurodegeneracyjne w hipokampie i korze mózgowej
\- Redukował stres oksydacyjny poprzez obniżenie poziomu MDA i zwiększenie aktywności katalazy
\- Hamował stan zapalny poprzez zmniejszenie ekspresji GFAP i NF-κB oraz obniżenie poziomów cytokin TNF i IL-6

Badanie sugeruje, że captopril może być skutecznym lekiem neuroprotekcyjnym u pacjentów poddawanych chemioterapii cisplatyną, szczególnie u osób z współistniejącym nadciśnieniem tętniczym.

Bibliografia

Mostafa Fatma, Mantawy Eman M., Said Riham S., Azab Samar S. and El-Demerdash Ebtehal. Captopril attenuates oxidative stress and neuroinflammation implicated in cisplatin-induced cognitive deficits in rats. Psychopharmacology 2025, 242(3), 563-578. DOI: https://doi.org/10.1007/s00213-024-06706-6.