NAC jako skuteczny antyoksydant w leczeniu chorób neurologicznych

Czy NAC to skuteczny antyoksydant w leczeniu chorób neurologicznych?

N-acetylocysteina (NAC) pełni funkcję prekursora cysteiny, aminokwasu siarkowego, który jest niezbędny do syntezy glutationu – jednego z głównych antyoksydantów w organizmie. W 1985 roku NAC został zatwierdzony przez FDA do leczenia zatruć paracetamolem. Obecnie dożylne podawanie NAC stanowi standardowy protokół leczenia zatruć paracetamolem na całym świecie. NAC jest również stosowany poza swoją pierwotną rolą jako antidotum na zatrucie paracetamolem. Od dziesięcioleci jest szeroko wykorzystywany jako środek mukolityczny w przewlekłej obturacyjnej chorobie płuc. Ze względu na działanie antyoksydacyjne i przeciwzapalne, NAC wykazuje potencjalną skuteczność w leczeniu schorzeń związanych ze stresem oksydacyjnym, infekcjami, stanem zapalnym i uszkodzeniami toksycznymi. Przykładowo, NAC stosowany jest jako środek ochronny dla nerek w nefropatii wywołanej kontrastem, jako terapia wspomagająca w zespole policystycznych jajników oraz w zakażeniach SARS-CoV-2.

Zainteresowanie stosowaniem NAC w leczeniu zaburzeń neurologicznych rosło w ciągu ostatnich lat, wraz z gromadzeniem dowodów na udział procesów zapalnych i stresu oksydacyjnego w tych schorzeniach. Co istotne, pojawiające się badania sugerują, że NAC może być zaangażowany w inne procesy związane z różnymi zaburzeniami psychiatrycznymi i neurologicznymi, takimi jak dysregulacja układu dopaminergicznego, apoptoza, neurogeneza, dysfunkcja mitochondrialna oraz neuroadaptacja i plastyczność. Ponadto wykazano, że NAC koryguje dysregulację glutaminianu i modyfikuje wewnątrzkomórkowy i zewnątrzkomórkowy glutaminian, najważniejszy neurotransmiter pobudzający. Choroba Parkinsona zaburza te szlaki, a zdolność NAC do ich modyfikacji stanowi uzasadnienie dla badania potencjału NAC jako leczenia choroby Parkinsona.

Jakie trendy badawcze odkrywają bibliometryczne analizy NAC w Parkinsonie?

Badania nad NAC w chorobie Parkinsona były przedmiotem zainteresowania w ostatnich dekadach. Szybkie wyszukiwanie w bazie Pubmed przeprowadzone w maju 2024 r. dla prac opublikowanych przed 2000 r. z użyciem N-acetylocysteiny jako słowa kluczowego dało wynik 4340 artykułów. Liczba ta gwałtownie wzrosła do 22 097 artykułów w 2024 r., co sugeruje znaczny wzrost produktywności badawczej dotyczącej zastosowania NAC w ostatnich dwóch dekadach. Jednak brakuje danych naukowych dotyczących oceny produktywności badawczej, jak również aktualnych trendów dotyczących stosowania NAC w chorobie Parkinsona. Według naszej najlepszej wiedzy, istnieje tylko jedna analiza bibliometryczna dotycząca NAC, która koncentruje się na jego zastosowaniu w przedawkowaniu paracetamolu, opublikowana prawie dekadę temu. Analiza bibliometryczna wykorzystuje dane ilościowe i analizę statystyczną do dostarczania informacji o aktualnym stanie badań naukowych oraz do identyfikacji nowości i przyszłych perspektyw w określonym obszarze badań. Analiza bibliometryczna pozwala ocenić produktywność badawczą, zidentyfikować aktywne badania oraz potencjalnych współpracowników, uporządkować modne tematy i śledzić dynamiczne trendy w czasie, co może pomóc badaczom określić nowe kierunki badań.

Niniejsze badanie miało na celu ocenę globalnych trendów badawczych dotyczących NAC w kontekście choroby Parkinsona, przy użyciu narzędzi bibliometrycznych do analizy trendów publikacyjnych, identyfikacji głównych tematów badawczych i sugerowania przyszłych kierunków badań, wyjaśniając obecny krajobraz badawczy w celu ukierunkowania trwających i przyszłych badań nad potencjałem NAC jako opcji terapeutycznej dla choroby Parkinsona.

Dane bibliometryczne pobrano z bazy Scopus, jednej z największych elektronicznych baz danych, 12 sierpnia 2024 r., używając następujących kryteriów wyszukiwania: TITLE-ABS-KEY (n-acetylcysteine OR acetylcysteine) AND TITLE-ABS-KEY („Parkinson disease” OR „Parkinson’s disease”)) AND (LIMIT-TO (DOCTYPE, „ar”)) AND (LIMIT-TO (LANGUAGE, „English”)) AND (LIMIT-TO (PUBSTAGE, „final”)). Do analizy danych wykorzystano trzy programy: VOSviewer, RStudio i Biblioshiny. Zastosowano pakiet R bibliometrics, który został opracowany do kwantyfikacji informetrii i metryki naukowej. Po instalacji i załadowaniu pakietu R dla Bibliometrix do R Studio, uruchomiono aplikację Biblioshiny i przetworzono dane bibliometryczne z Scopus. Do wizualizacji dane bibliometryczne zostały wyeksportowane do VOSviewer wersja 1.6.14 i Biblioshiny do dalszej analizy. Do tworzenia map terminów wykorzystano analizę współwystępowania, używając słów kluczowych autora jako jednostki analizy. Utworzono tezaurus, a następnie dołączono go tak, aby VOSviewer rozpoznawał terminy takie jak N-acetylocysteina, n-acetylo-L-cysteina i n-acetylocysteina jako ten sam termin. Współwystępowanie słów kluczowych mierzy powiązanie terminów.

Łącznie zebrano 421 artykułów opublikowanych od 1985 do 12 sierpnia 2024 roku. Obejmują one 192 źródła, 2008 autorów, 955 słów kluczowych i 22 551 odniesień. Pierwsza praca na temat NAC i choroby Parkinsona została przedstawiona w 1985 roku, gdy Perry i współpracownicy opisali ochronne działanie czterech antyoksydantów, w tym NAC, na komórki dopaminergiczne istoty czarnej po podaniu neurotoksyny MPTP (N-metylo-4-fenylo-1,2,3,6-tetrahydropirydyny). Jednak przez 10 lat nie znaleziono żadnych publikacji związanych z tym tematem. W 1995 roku Colton i współpracownicy wykazali, że leczenie NAC zwiększa przeżywalność neuronów zawierających hydroksylazę tyrozynową (TH+) hodowanych z zarodkowego śródmózgowia szczura. Od tego czasu liczba publikacji dotyczących prac nad NAC i chorobą Parkinsona wykazywała tendencję wzrostową, osiągając szczyt w 2010 roku z 26 artykułami opublikowanymi w tym roku. Jednak po tym punkcie trend uległ odwróceniu, a spadek wzrostu publikacji trwał aż do sierpnia 2024 roku. W 2023 roku liczba publikacji stanowiła połowę liczby z 2010 roku. Na podstawie liczby publikacji zidentyfikowano 10 czasopism, które były podstawowymi czasopismami publikującymi artykuły związane z NAC i chorobą Parkinsona.

Analiza bibliometryczna zidentyfikowała cztery klastry tematów badawczych na podstawie częstotliwości współwystępowania słów kluczowych i poziomu zgodności między słowami kluczowymi w strukturze mapowania. Te klastry są przedstawione w różnych kolorach. Częstotliwość występowania słów kluczowych reprezentuje fokus badawczy wcześniejszych badań. Najczęstszymi słowami kluczowymi dla pierwszego klastra są apoptoza, reaktywne formy tlenu, dopamina i antyoksydant, co może oznaczać badania związane z apoptotyczną śmiercią neuronów dopaminergicznych w chorobie Parkinsona wynikającą ze stresu oksydacyjnego i jak antyoksydant taki jak NAC może być używany do leczenia tego stanu. W drugim klastrze najczęstszymi słowami kluczowymi są α-synukleina, glutation, proteasom, inhibicja proteasomu i system ubikwityna-proteasom, sugerując rolę nieprawidłowych agregatów białkowych, takich jak agregat α-synukleiny w patogenezie choroby Parkinsona i jak antyoksydant taki jak glutation i NAC mogą celować w system zaangażowany w usuwanie nieprawidłowych białek, w tym system ubikwityna-proteasom. Trzeci klaster składa się z słów kluczowych takich jak antyoksydant, mitochondria, dysfunkcja mitochondrialna i stres oksydacyjny. Odzwierciedla to badania nad tym, jak NAC może spowolnić progresję choroby Parkinsona poprzez utrzymanie funkcji mitochondrialnej, co chroni neurony dopaminergiczne przed śmiercią komórki wywołaną stresem oksydacyjnym. Wreszcie, najczęstszymi słowami kluczowymi w klastrze 4 są neurodegeneracja, neuroprotekcja, żelazo, zapalenie i mikroglej, co podkreśla rolę NAC w zmniejszaniu neurodegeneracji wywołanej zapaleniem w chorobie Parkinsona.

Wizualizacja nakładkowa dostarcza kompleksowego przeglądu ewoluujących tematów badawczych w czasie. Z tej perspektywy historycznej możemy zobaczyć, że fokus badań w tej dziedzinie się zmienia. Słowa kluczowe używane we wcześniejszych badaniach obejmują proteasom, wolne rodniki, antyoksydanty, GSH (glutation), utlenianie i L-Dopa, podczas gdy nowsze badania kładą nacisk na słowa kluczowe takie jak dysfunkcja mitochondrialna, mikroglej, astrocyty, glutaminian, NRF-2, stres ER i żelazo, sugerując zmianę zainteresowań badawczych i priorytetów.

Czy NAC może zmienić mechanizmy patologiczne w chorobie Parkinsona?

Choroba Parkinsona jest jedną z najbardziej rozpowszechnionych chorób neurodegeneracyjnych, charakteryzującą się śmiercią lub degeneracją neuronów dopaminergicznych, które łączą się z prążkowiem z istoty czarnej śródmózgowia. Cechą patologiczną choroby Parkinsona jest tworzenie się ciał Lewy’ego składających się z nieprawidłowych agregatów białkowych, takich jak α-synukleina i ubikwityna, wewnątrz tych neuronów. Nadal nie jest jasne, jaki dokładny proces powoduje śmierć neuronów w chorobie Parkinsona. Jednakże, szereg mechanizmów, takich jak stres oksydacyjny, dysfunkcja mitochondrialna, apoptoza, zapalenie i ekscytotoksyczność, zostały powiązane z neurodegeneracją i śmiercią komórek. Ponadto, defekty w systemach wymaganych do rozkładu nieprawidłowych agregatów białkowych, takich jak system ubikwityna-proteasom, zostały powiązane z progresją choroby Parkinsona. W tym miejscu przeprowadziliśmy analizę sieci za pomocą VOSviewer i zidentyfikowaliśmy klastry tematów badawczych związanych z możliwym mechanizmem działania NAC na chorobę Parkinsona.

Po pierwsze, badania analizowały związek między stresem oksydacyjnym a śmiercią komórek dopaminowych, a także potencjał antyoksydantów, takich jak NAC, w zapobieganiu utracie neuronów, szczególnie tej spowodowanej apoptozą. Powszechnie uznaje się, że choroba Parkinsona powoduje śmierć komórek dopaminergicznych z powodu nagromadzenia wolnych rodników, takich jak reaktywne formy tlenu (ROS), które intensyfikują stres oksydacyjny. Badania wykorzystujące modele in vitro choroby Parkinsona i modele in vivo wykazały pozytywne korzyści NAC w ochronie neuronów przed stresem oksydacyjnym. Przy użyciu linii komórkowej MN9D, pochodzącej z śródmózgowia myszy, Choi i współpracownicy (1999) wykazali, że podanie 6-hydroksydopaminy (6-OHDA) generowało ROS, które z kolei aktywowały szlak kinazy N-końcowej c-Jun (JNK), prowadząc do śmierci komórki na drodze apoptozy. Co ciekawe, leczenie NAC osłabiało aktywację JNK pośredniczoną przez ROS i ratowało komórki przed śmiercią. Podobnie, NAC zapobiegał apoptozie komórek cybrid choroby Parkinsona i komórek TH+ w prążkowiu po wstrzyknięciu MPTP u myszy poprzez hamowanie aktywacji JNK. Inne badanie wykazało, że NAC zmniejszał apoptozę poprzez hamowanie aktywności kaspazy-3, rozszczepiania poli(ADP-rybozy) polimerazy i produkcji ROS.

Po drugie, badania w chorobie Parkinsona analizowały nieprawidłową agregację białek i system oczyszczania białek, taki jak system ubikwityna-proteasom i system autofagii. Jedną z głównych cech choroby Parkinsona jest nagromadzenie agregatów α-synukleiny w istocie czarnej w postaci ciał Lewy’ego. To nieprawidłowe nagromadzenie białek indukuje produkcję cytochromu c i dysfunkcję mitochondriów oraz inicjuje stres retikulum endoplazmatycznego (ER), co prowadzi do śmierci komórki na drodze apoptozy. System ubikwityna-proteasom jest główną drogą oczyszczania białek w neuronach. Badania wykazały, że choroba Parkinsona upośledza ten system. Wykazano, że hamowanie proteasomu zwiększa tworzenie wolnych rodników, co z kolei zwiększa utlenianie białek, które dodatkowo pogarsza zdolność degradacyjną proteasomu. Terapia NAC zapobiegała apoptozie spowodowanej przez inhibitor proteasomu MG132 zastosowany w komórkach SH-SY5Y. Leczenie NAC hamowało również autofagię indukowaną przez proteasom, zmniejszało stres ER, blokowało wyczerpanie glutationu i tworzenie ROS, co ostatecznie zwiększało żywotność komórek. Ponadto, zwiększenie poziomu glutationu w istocie czarnej poprzez podawanie NAC było w stanie chronić myszy przed toksycznością α-synukleiny.

Po trzecie, zainteresowanie budziło badanie dysfunkcji mitochondrialnej w chorobie Parkinsona. Uważa się, że jednym z procesów patologicznych w chorobie Parkinsona jest nieprawidłowa architektura i funkcjonowanie mitochondriów. Upośledzona funkcja mitochondriów zmniejsza zdolność komórek do generowania energii, co prowadzi do zwiększonego tworzenia ROS. W rezultacie dochodzi do uszkodzeń oksydacyjnych i zaprogramowanej śmierci komórki. Wczesne badania wykazały, że defekt aktywności kompleksu I mitochondrialnego został znaleziony w istocie czarnej pacjentów z chorobą Parkinsona. Następnie stwierdzono, że cytoplazmatyczne hybrydowe (cybrid) linie komórkowe od pacjentów z chorobą Parkinsona były bardziej podatne na apoptozę wywołaną toksynami z 20% redukcją aktywności kompleksu 1 mitochondrialnego. Defekty w aktywności kompleksu 1 mitochondrialnego powodują zmniejszenie syntezy ATP, co sprzyja degeneracji neuronów. Wykazano, że NAC zwiększa aktywność kompleksu 1 w mitochondriach synaptycznych starzejących się myszy, co zwiększa potencjalne korzyści dla leczenia choroby Parkinsona. W warunkach in vitro, leczenie NAC łagodziło zwiększony poziom wolnego mitochondrialnego DNA, zachowuje funkcję kompleksu 1 i zapobiega dysfunkcji mitochondriów spowodowanej ekspozycją na rotenon. Ponadto, leczenie NAC przywracało redukcję poziomu parkiny, ważnego białka w dynamice mitochondrialnej. Parkina jest wymagana do utrzymania normalnej funkcji i morfologii mitochondriów, aby chronić neurony dopaminergiczne w istocie czarnej i prążkowiu przed toksycznością rotenonu.

Wreszcie, czwarty klaster składa się głównie z słów kluczowych takich jak neurodegeneracja, neuroprotekcja, żelazo, zapalenie, mikroglej i ferroptoza, sugerując badania skupiające się na zaangażowaniu szlaku zapalnego w chorobie Parkinsona. Niepoprawnie złożone agregaty α-synukleiny prowadzące do dysfunkcyjnych mitochondriów i neurozapalenia mogą być podstawowym mechanizmem choroby Parkinsona. Czynnik martwicy nowotworu alfa (TNF-α), interleukina 1β, interleukina 2 i interleukina 6 to cytokiny zapalne, które promują neurozapalenie i śmierć komórek, gdy gromadzi się α-synukleina. Używając komórkowego modelu choroby Parkinsona, Kaya i współpracownicy (2023) wykazali, że leczenie NAC zapobiegało śmierci komórek poprzez blokowanie kaskady zapalnej wywołanej przez TNF-α i nadekspresję α-synukleiny. Efekt NAC był pośredniczony przez zmniejszenie ekspresji receptora Toll-podobnego 2 (TLR2), który odgrywa ważną rolę w neurozapaleniu. Będąc wysoko wyrażonym w neuronach i mikrogleju, TLR2 rozpoznaje białko α-synukleiny i wyzwala zapalenie. Osoby z chorobą Parkinsona mają wyższą ekspresję TLR2, co może wskazywać, że szlak zapalny odgrywa rolę w chorobie.

Duża liczba badań przedklinicznych demonstruje potencjalną użyteczność NAC w leczeniu choroby Parkinsona, wśród innych schorzeń. Czy ten efekt przekłada się na ludzi, będzie wymagało dalszych badań. Wstępne dane kliniczne sugerowały korzystne efekty NAC u osób z chorobą Parkinsona. To odkrycie zostało podsumowane w badaniu pilotażowym przez Monti i współpracowników (2019), którzy wykazali, że leczenie NAC poprawiło wyniki kliniczne i zwiększyło wiązanie transportera dopaminy w prążkowiu u osób z chorobą Parkinsona. Jednak badania kliniczne analizujące wpływ NAC w chorobie Parkinsona są bardzo ograniczone. Uważamy, że badanie skuteczności NAC w chorobie Parkinsona u ludzi mogłoby być potencjalnym nowym kierunkiem badań.

Obecne farmakoterapie choroby Parkinsona tylko łagodzą objawy i spowalniają progresję choroby, ale żadne nie może w pełni wyleczyć choroby Parkinsona. Istnieje więc pilna potrzeba eksploracji nowych opcji terapeutycznych; jednym ze sposobów jest repurposing obecnie dostępnych leków. NAC jest łatwo dostępny na rynku i nie podlega żadnym ograniczeniom patentowym. NAC ma również dobry profil bezpieczeństwa. NAC wykazał poprawę stanu zdrowia związanego z zapaleniem i stresem oksydacyjnym. Postulowano, że efekt NAC w poprawie objawów u osób z chorobą Parkinsona był pośredniczony przez jego bezpośrednie działanie jako antyoksydant i przez przywrócenie poziomu glutationu. Dożylne podawanie NAC w dawce 150 mg/kg było w stanie zwiększyć poziom glutationu zarówno we krwi, jak i w mózgu, podczas gdy 4 tygodnie doustnego NAC (6000 mg/dziennie) znacząco zwiększyły systemowe parametry antyoksydacyjne u osób z chorobą Parkinsona. Biorąc pod uwagę rolę stresu oksydacyjnego w patofizjologii choroby Parkinsona, te odkrycia podnoszą możliwość stosowania NAC w leczeniu choroby Parkinsona. Niedawno NAC zwiększa uwalnianie dopaminy i zapobiega degeneracji neuronów dopaminergicznych, aby poprawić deficyty motoryczne w modelach zwierzęcych Parkinsona. Razem sugeruje to potencjalną korzyść NAC dla leczenia choroby Parkinsona. Podsumowując, biorąc pod uwagę bezpieczeństwo NAC i potencjalne korzyści, uzasadnione są dalsze badania nad kliniczną skutecznością NAC w chorobie Parkinsona.

Przyznajemy, że to badanie ma ograniczenie. Przeprowadziliśmy wyszukiwanie literatury tylko w jednej bazie danych, którą była Scopus. Dlatego literatura opublikowana w czasopismach spoza Scopus może nie być objęta naszym badaniem, mimo ich wkładu w produktywność badawczą. Przyszłe badania mogłyby uwzględnić więcej baz danych (np. MEDLINE, Embase, Google Scholar), aby rozszerzyć zakres wyszukiwania literatury i analizy danych.

Przeprowadzono analizę bibliometryczną 421 artykułów opublikowanych w Scopus w celu oceny tematów badawczych, trendów i przyszłych perspektyw badań nad zastosowaniem NAC w chorobie Parkinsona. Zidentyfikowano cztery główne tematy badawcze. Podczas gdy wcześniejsze badania koncentrowały się na tym, jak NAC wpływa na stres oksydacyjny i śmierć komórek w chorobie Parkinsona, inne badania eksplorują inne podejście, aby zobaczyć efekty NAC, w tym na funkcję mitochondrialną i zapalenie. Podczas gdy wiele badań przeprowadzono in vitro i in vivo na modelu zwierzęcym, brakuje badań na ludziach, co sugeruje potencjalną eksplorację użyteczności NAC dla choroby Parkinsona.

Podsumowanie

N-acetylocysteina (NAC) jest związkiem o szerokim spektrum działania, pierwotnie zatwierdzonym do leczenia zatruć paracetamolem. Obecne badania wskazują na jego potencjał w terapii chorób neurologicznych, szczególnie choroby Parkinsona. Analiza bibliometryczna 421 artykułów z lat 1985-2024 wykazała cztery główne mechanizmy działania NAC: redukcję stresu oksydacyjnego i apoptozy, regulację agregacji białek, wpływ na funkcje mitochondrialne oraz działanie przeciwzapalne. NAC wykazuje zdolność do zwiększania poziomu glutationu w mózgu, ochrony neuronów dopaminergicznych i poprawy funkcji motorycznych w modelach zwierzęcych. Mimo obiecujących wyników badań przedklinicznych, liczba badań klinicznych pozostaje ograniczona. Biorąc pod uwagę dobry profil bezpieczeństwa i dostępność NAC, uzasadnione jest prowadzenie dalszych badań nad jego skutecznością w leczeniu choroby Parkinsona u ludzi.