Διερεύνηση του ρόλου βακτηριακών παθογονικών παραγόντων και της προστατευτικής δράσης της σερραπεπτάσης και της κουρκουμίνης στη νόσο Alzheimer

Abstract

Until now, the precise etiology of Alzheimer's Disease (AD) has not been clarified, and effective interventions for its treatment or inhibition have not emerged. Research suggests that the β-amyloid peptide (Aβ) possesses antimicrobial activity, while simultaneously an increased number of bacteria and microbial substances are detected within Aβ plaques in the brains of AD patients. These bacteria persist in a chronic, persistent form of growth within biofilms. Critical factors in biofilm formation, such as amyloids, flagellar proteins (FliC), and lipopolysaccharides (LPSs), can induce neuroinflammation and neurodegeneration like those observed in AD. In this dissertation, elevated levels of LPSs and FliC were found in biological fluids of patients with AD and/or Mild Cognitive Impairment (MCI). LPSs were shown to be useful biomarkers for AD, strongly correlating with signature markers of AD and inflammation, as well as the cognitive status of patients. Furthermore, the inhibitory action of the protease serrapeptase (SPT) against the formation of bacterial membranes by Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, and Staphylococcus aureus was demonstrated. SPT reduced bacterial viability, amyloid levels, and virulence factors such as LPSs and FliC, and affected phosphorus homeostasis by altering the activity of alkaline phosphatases and DING proteins. Finally, the impact of LPSs on mixed cultures of neuroblastoma-glioblastoma and primary neuronal-microglial cells resulted in increased Aβ, the inflammatory enzyme iNOS, cytokines IL-1 and TNF-α, modification of the antioxidant enzyme SOD1 levels, and induction of oxidative stress. Administration of the natural compound curcumin, a vanadium-curcumin complex (V-Cur), or SPT mitigated these effects, with V-Cur exhibiting a stronger therapeutic outcome in some cases. In conclusion, research towards compounds with concurrent anti-inflammatory, anti-amyloidogenic, and antimicrobial properties holds promise for the management of AD.

Μέχρι σήμερα η ακριβής αιτιολογία της Νόσου Alzheimer (NA) δεν έχει διασαφηνιστεί, ούτε έχουν προκύψει αποτελεσματικές αγωγές για τη θεραπεία ή την αναστολή της. Έρευνες υποδεικνύουν πως το πεπτίδιο β-αμυλοειδές (Αβ) κατέχει αντιμικροβιακή δράση, ενώ παράλληλα αυξημένος αριθμός βακτηριών και μικροβιακών ουσιών εντοπίζονται εντός των πλακών Αβ σε εγκεφάλους ασθενών. Τα βακτήρια αυτά επενδύουν σε μία χρόνια, επίμονη μορφή ανάπτυξης σε βιομεμβράνες. Κρίσιμοι παράγοντες σχηματισμού της βιομεμβράνης όπως αμυλοειδή, πρωτεΐνες μαστίγιων (FliC) και λιποπολυσακχαρίτες (LPSs) μπορούν να επάγουν νευροφλεγμονή και νευροεκφύλιση παρόμοιες με αυτές στη ΝΑ. Στην παρούσα διατριβή, τα επίπεδα των LPSs και της FliC βρέθηκαν αυξημένα σε βιολογικά υγρά ασθενών με NA ή/και με ΗΝΔ. Δείχτηκε πως οι LPSs μπορούν να αξιοποιηθούν ως βιοδείκτες της ΝΑ, ενώ παράλληλα συσχετίστηκαν ισχυρά με κλασσικούς δείκτες της ΝΑ και της φλεγμονής, αλλά και τη νοητική κατάσταση των ασθενών. Επιπλέον, αποδείχτηκε η ανασταλτική δράση της πρωτεάσης σερραπεπτάση (SPT) έναντι του σχηματισμού βιομεμβράνης από τα βακτήρια Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa και Staphylococcus aureus. Η SPT μειώνει τη βιωσιμότητα των βακτηρίων, τα επίπεδα αμυλοειδών, καθώς και λοιμογόνων παραγόντων όπως οι LPSs και η FliC, ενώ επιδρά και στην ομοιόσταση του φωσφόρου, μεταβάλλοντας τη δραστικότητα των αλκαλικών φωσφατασών και των πρωτεϊνών DING. Τέλος, επίδραση LPSs σε μεικτές καλλιέργειες νευροβλαστώματος-γλοιοβλαστώματος και πρωτογενών νευρικών-μικρογλοιακών κυττάρων οδηγεί σε αύξηση Αβ, του φλεγμονώδους ενζύμου iΝΟS, των κυτταροκινών IL-1 και TNF-α, τροποποίηση των επιπέδων του αντιοξειδωτικού ενζύμου SOD1, καθώς και επαγωγή οξειδωτικής καταπόνησης. Η χορήγηση της φυσικής ουσίας κουρκουμίνη, ενός συμπλόκου βαναδίου-κουρκουμίνης (V-Cur), ή της SPT οδήγησε σε περιορισμό των παραπάνω συνεπειών, με το V-Cur να παρουσιάζει σε περιπτώσεις ισχυρότερο θεραπευτικό αποτέλεσμα. Συμπερασματικά, η αξιοποίηση ουσιών με ταυτόχρονες αντιφλεγμονώδεις, αντι-αμυλοειδικές και αντιμικροβιακές δράσεις, αξίζει να εξεταστεί για τη διαχείριση της ΝΑ.