Please use this identifier to cite or link to this item: http://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/79418
Full metadata record
DC FieldValueLanguage
dc.contributor.advisorSiriporn Chattipakorn-
dc.contributor.advisorArintaya Phrommintikul-
dc.contributor.advisorNattayaporn Apaijai-
dc.contributor.authorLiao, Suchanen_US
dc.date.accessioned2024-01-16T16:50:34Z-
dc.date.available2024-01-16T16:50:34Z-
dc.date.issued2022-01-07-
dc.identifier.urihttp://cmuir.cmu.ac.th/jspui/handle/6653943832/79418-
dc.description.abstractRecently, the association between cardiac dysfunction and central nervous system (CNS) injury is of great investigational interest. Despite effective reperfusion therapy, patients with myocardial infarction have been reported to have cognitive impairment. Several types of cell death are involved in brain injury during cardiac ischemia reperfusion (IR) injury. Although inhibitors of apoptosis, necroptosis, and ferroptosis provided neuroprotection against cerebral I/R injury, their effects on the brain following cardiac I R injury have never been investigated. Three hypotheses were tested in this thesis: 1) cardiac I/R injury led to brain cell death including apoptosis. necroptosis. and ferroptosis. 2) cell death inhibitors reduced brain pathology by reducing mitochondrial dysfunction. inflammation, and Alzheimer's disease-related protein. thereby preserving dendritic spine density following cardiac I R injury, and 3) combined treatment provided better neuroprotective effects than single treatment regimen. To test the first and second hypotheses, one-hundred and twenty-six male rats were used: 6 rats were assigned to the sham operation and 120 rats were subjected to 30-min regional cardiac ischemia by ligation of the left anterior descending coronary artery, followed by 120-min reperfusion. Rats in the cardiac I/R group were pretreated with either a vehicle (normal saline solution, n=12) or one of the cell death inhibitors (apoptosis, necroptosis, or ferroptosis inhibitor). Z-VAD. necrostatin-1 (Nec-1), and ferrostatin-1 (Fer-1) were used as inhibitors of apoptosis, necroptosis, and ferroptosis, respectively. Rats in each treatment group were subdivided into three different doses including low (1.65 mg/kg for Z-VAD and Nec-1, 1 mg/kg for Fer-1), medium (3.3 mg/kg for Z-VAD and Nec-1, 2 mg/kg for Fer-1), and high doses (6.6 mg/kg for Z-VAD and Nec-1, 4 mg/kg for Fer-1). The number of rats in each group was 12. Rats were sacrificed at the end of reperfusion, and the brains of rats were used to analyze mitochondrial function, blood-brain barrier (BBB) tight junction proteins, dendritic spine density, Alzheimer's disease (AD)-related proteins, neuroinflammation. and cell death. Our data showed that cardiac I/R injury caused brain damage including brain inflammation and mitochondrial dysfunction, and we found that only apoptosis occurred in the hippocampus after cardiac I/R injury. In the cardiac I/R group, treatment with Z-VAD at the medium dose and all doses of Nec-1 decreased hippocampal apoptosis, amyloid-beta aggregation, and they were associated with a decrease in dendritic spine loss. Treatment with Fer-1 at medium and high doses also reduced dendritic spine loss by suppressing ACSL4, TNF-α. amyloid-beta, and tau hyperphosphorylation. Moreover, Bax/Bcl-2 ratio was decreased in all treatment regimen except Z-VAD treatment at the low dose. Additionally, treatment with Z-VAD and Fer-1 at the medium dose partially attenuated mitochondrial dysfunction. Only treatment with the low dose of Nec-1 preserved BBB tight junction protein. Therefore, our data indicated that cell death inhibitors prevented hippocampal dendritic spine loss caused by cardiac I/R injury through different mechanisms. In addition to the neuroprotective effects, medium and high dose of Z-VAD and Nec-1 reduced myocardial infarction. Regarding these data, medium dose of Z-VAD and Fer-1 were selected to be used as a combination treatment to test whether the combined therapy provided better neuroprotective effects in rats with cardiac I/R injury than a single treatment regimen. Thirty rats with cardiac I/R injury were pretreated with combined Z-VAD at 3.3 mg/kg and Fer-1 at 2 mg/kg. A comparative analysis of combined treatment and single treatment was performed. Rats were sacrificed at the end of reperfusion, and the brains of rats were used to measure dendritic spine density. Alzheimer's disease (AD)-related proteins. blood-brain barrier BBB) tight junction proteins. mitochondrial function. inflammation. and cell death. Unexpectedly, our results showed that combined treatment exerted no synergistic effects on dendritic spine density, AD protein expression such as Aβ /APP protein levels. BACE1 protein level, and tau hyperphosphorylation. and inflammation. We also found that combined treatment effectively reduced apoptosis, but it did not affect ferroptosis and necroptosis in rats with cardiac I/R injury, suggesting that apoptosis plays a crucial role in regulating brain injury in this setting. Regarding mitochondrial function. although ROS did not further decrease by the combined treatment. mitochondrial swelling was greatly reduced in the combined group than in the single treatment. In summary, our data indicated that cell death inhibitors attenuated hippocampal dendritic spine loss caused by cardiac I/R injury through different mechanisms. Z-VAD promoted neuroprotection by ameliorating apoptosis and mitochondrial dysfunction. Nec-1 preserved BBB proteins and reduced apoptosis, an effect that is beyond its RIPK1 inhibition, while Fer-1 suppressed ACSL4. All treatment effectively reduced AD-related proteins and tau hyperphosphorylation in the brain following cardiac I/R injury. Although medium-dose Z-VAD and Fer-1 provided the best efficacy in reducing brain damage, the synergistic effects of medium-dose of Z-VAD and Fer-1 were not observed in the combined treatment group.en_US
dc.language.isoenen_US
dc.publisherChiang Mai : Graduate School, Chiang Mai Universityen_US
dc.subjectdendritic spine densityen_US
dc.titleThe Roles of cell death inhibitors on brain pathologies after cardiac Ischemia/Reperfusion injury in ratsen_US
dc.title.alternativeบทบาทของตัวยับยั้งการตายต่อการเกิดพยาธิสภาพในสมองภายหลังการเกิดภาวะกล้ามเนื้อหัวใจขาดเลือดแล้วมีเลือดกลับมาหล่อเลี้ยงใหม่ในหนูขาวen_US
dc.typeThesis
thailis.controlvocab.lcshCell death-
thailis.controlvocab.lcshCardiac arrest-
thailis.controlvocab.lcshIschemia-
thailis.controlvocab.lcshApoptosis-
thailis.controlvocab.lcshNecroptosis-
thailis.controlvocab.lcshFerroptosis-
thailis.controlvocab.lcshMyocardium-
thailis.controlvocab.lcshBrain -- Diseases-
thesis.degreedoctoralen_US
thesis.description.thaiAbstractในปัจจุบันการศึกษาที่ทำการศึกษาถึงความสัมพันธ์ระหว่างความผิดปกติในการทำงานของ หัวใจกับระบบประสาทส่วนกลางนั้นกำลังเป็นที่ให้ความสนใจเป็นอย่างมาก และ พบว่าความผิดปกติ ในการทำงานของอวัยวะ ของสองระบบมีความสัมพันธ์กันอย่างยิ่ง โดยพบว่าในผู้ป่วยโรคกล้ามเนื้อ หัวใจขาดเลือดนั้นมีการเสื่อมของกระบวนการเรียนรู้และ ความจำร่วมด้วย ถึงแม้ว่าผู้ป่วยจะได้รับการ รักษาด้วยการให้เลือดกลับมาหล่อเลี้ยงแล้วก็ตาม การเสื่อมของกระบวนการเรียนรู้และความจำก็ยังคง พบได้อยู่ ในกระบวนการเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมีภายในเซลล์สมองนั้นพบว่าการตายของเซลล์สมอง มีส่วนที่ทำให้เกิดการสูญเสียกระบวนการเรียนรู้และความจำภายหลังเกิดโรคกล้ามเนื้อหัวใจขาดเลือด โดยมีการศึกษาก่อนหน้าได้รายงานว่าการให้ตัวยับยั้งการตายของเซลล์ในรูปแบบต่างๆ ไม่ว่าจะเป็น การยับยั้งกระบวนการตายแบบอะพอพโทซิส การตายแบบเนครอปโทซิส และการตายแบบเฟอรอป โทซิส จะช่วยป้องกันการบาดเจ็บของสมองจากการเกิดภาวะสมองขาดเลือด โดยตรงได้ แต่อย่างไรก็ ตาม ผลของตัวยับยั้งการตายของเซลล์ทั้งสามรูปแบบต่อการบาดเจ็บของสมองภายหลังการเกิดภาวะ กล้ามเนื้อหัวใจขาดเลือด แล้วมีเลือดกลับมาหล่อเลี้ยงนั้น ยังไม่มีผู้ทำการศึกษา จึงนำมาสู่การศึกษาใน ครั้งนี้ โดยการศึกษาในครั้งนี้จะทำการทดสอบสมมติฐานดังนี้ 1) การเกิดภาวะกล้ามเนื้อหัวใจขาด เลือดแล้วมีเลือดกลับมาหล่อเลี้ยงทำให้เกิดการตายของเซลล์สมองแบบอะพอพโทซิส เนครอปโทซิส และเฟอรอปโทซิส 2) การให้ตัวยับยั้งการตายของเซลล์ช่วยลดการบาดเจ็บของสมองผ่านการลดการ สูญเสียการทำงานของไมโทคอนเดรีย การลดระดับการอักเสบ และการลดระคับการแสดงออกของ โปรตีนที่ควบคุมการเกิดโรคอัลไซเมอร์ นำไปสู่การลดความสูญเสียของ dendritic spine และ สมมติฐานที่ 3 คือการให้ตัวยับยั้งการตายร่วมกันสองชนิดจะช่วยป้องกันการบาดเจ็บของสมองได้ ดีกว่าการให้ตัวยับยั้งการตายเซลล์ชนิดเดียว เพื่อทดสอบสมมติฐานที่ 1 และ 2 หนูขาวเพศผู้จำนวนทั้งสิ้น 126 ตัวจะถูกนำมาใช้ ทำการศึกษา โดยหนู 6 ตัวจะ ถูกทำการผ่าตัดหลอก และ หนูจำนวน 120 ตัวจะ ได้รับการผ่าตัด เหนี่ยวนำให้เกิดภาวะกล้ามเนื้อหัวใจขาดเลือดเป็นเวลา 30 นาที ผ่านการมัดหลอดเลือด left anterior descending coronary artery จากนั้นจะทำการคลายปมเพื่อทำให้เลือดกลับมาหล่อเลี้ยงหัวใจเป็น เวลา 120 นาที หนูในกลุ่มที่เกิดภาวะกล้ามเนื้อหัวใจขาดเลือดนี้จะได้รับการรักษาด้วยน้ำเกลือเพื่อ เป็นการรักษาหลอก หรือได้รับตัวยับยั้งการตายดังต่อไปนี้ Z-VAD (ตัวยับยั้งการตายแบบอะพอพโท ซิส), necrostatin-1 (Nec-1 ซึ่งเปีนตัวยับยั้งการตายแบบเนครอปโทซิส), ferrostatin-1 (Fer-1 ซึ่ง เป็นตัวยับยั้งการตายแบบเฟอรอปโทซิส) โดยตัวยับยั้งการตายดังกล่าวจะถูกให้ในหนูก่อนการผ่าตัด เป็นเวลา 15 นาที ที่ขนาดต่างกัน ได้แก่ ขนาดต่ำ (1.65 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัม สำหรับ Z-VAD และ Nec-1, 1.0 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัม สำหรับ Fer-1 ขนาดกลาง (3.3 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัม สำหรับ Z- VAD และ Nec-1, 2.0 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัม สำหรับ Fer-1) ขนาดสูง (6.6 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัม สำหรับ Z-VAD แล: Nec1, 4.0 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัม สำหรับ Fer-1) เมื่อสิ้นสุดการทดลอง หนูจะ ได้รับการกรุณยฆาตและเนื้อเยื่อสมองจะถูกนำมาศึกษาถึงการเปลี่ยนแปลงของไมโทคอนเดรีย การ เปลี่ยนแปลงของตัวกั้นสมอง dendritic spine density การแสดงออกของโปรตีนที่ควบคุมการเกิด โรคอัลไซเมอร์ กระบวนการอักเสบ และ กระบวนการตายแบบต่างๆ ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าภายหลังการเกิดกล้ามเนื้อหัวใจตายแล้วมีเลือดกลับมาหล่อเลี้ยง นั้นทำให้เกิดการบาดเจ็บของสมอง ดังแสดงให้เห็นจากการเกิดความเสื่อมของไมโทคอนเดรีย การ เกิดกระบวนการอักสบ แต่พบว่ามีเพียงการตายแบบอะพอพโทซิสเท่านั้น ที่เกิดขึ้นในสมองภายหลัง เกิดกล้ามเนื้อหัวใจตายแล้วมีเลือดกลับมาหล่อเลี้ยง ในกลุ่มที่ได้รับตัวยับยั้งการตายในรูปแบบต่างๆ นั้นพบว่านอกจากการ ให้ Z-VAD ที่ขนาดกลางจะช่วยลดการตายของสมองแล้ว ยังช่วยลดการ แสคงออกของ amyloid beta และช่วยลดการสูญเสียของ dendritic spine อีกด้วย ซึ่งผลดีเหล่านี้ก็ พบได้ในกลุ่มหนูที่ได้รับ Nec-1 ในทุกขนาดของการรักษา ในขณะที่การ ให้ Fer-1 ขนาดกลางและ ขนาดสูงก็สามารถลดการสูญเสียของ dendritic spine ได้เช่นกัน แต่คนละกลไกกับ Z-VAD และ Nec-1 โดยกลไกของ Fer-1 นั้นผ่านทางการลดลงของ Acyl-CoA synthetase long-chain family member 4 (ACSL4), TNF- α, amyloid beta และ tau hyperphosphorylation ผลการศึกษายัง พบว่าการรักษาด้วยทุกตัวยับยั้งการตาย ยกเว้น Z-VAD ที่ขนาดต่ำ ช่วยลดการแสดงออกของ Bax/Bc1-2 ได้ สำหรับผลดีของการให้ตัวยับยั้งการตายต่อการทำงานของไมโทคอนเดรียนั้นพบว่า เฉพาะการให้ตัวยับยั้งการตายด้วย Z-VAD และ Fer-1 ที่ขนาดกลางเท่านั้น ที่สามารถช่วยลดความ เสื่อมของไมโทคอนเดรียได้ ส่วนผลของตัวยับยั้งการตายต่อตัวกั้นสมองนั้นพบว่า เฉพาะการให้ตัว ยับยั้งการตาย Nec-1 ที่ขนาดต่ำเท่านั้นที่สามารถป้องกันการแตกออกของตัวกั้นสมองได้ (Blood brain barrier breakdown) ดังนั้นจากผลการศึกษาจึงสรุปได้ว่าผลดีของการให้ตัวยับยั้งการตายของ เซลล์นั้นช่วยป้องกันการบาดเจ็บของสมองผ่านกลไกที่แตกต่างกันออกไป แต่เนื่องจากการให้ตัว ยับยั้งการตายด้วย Z-VAD และ Fer-1 ที่ขนาดกลางเท่านั้น ที่สามารถลดขนาดของกล้ามเนื้อหัวใจ ตายได้ ดังนั้นจึงได้มีการทำการศึกษาถึงผลของการให้การรักษาร่วมระหว่าง Z-VAD และ Fer-1 ต่อ การบาดเจ็บของสมอง เพื่อทดสอบสมมติฐานที่ 3 ที่ว่าการให้การรักษาร่วมจะให้ผลในการป้องกัน การบาดเจ็บของสมองได้ดีกว่าการให้การรักษาชนิดเดียว ในการศึกษานี้หนูขาวทั้งหมด 36 ตัวจะ ถูกเหนี่ยวนำให้เกิดภาวะกล้ามเนื้อหัวใจขาดเลือดแล้ว มีเลือดกลับมาหล่อเลี้ยงเช่นเดียวกับในการศึกษาในสมมติฐานก่อนหน้า โดยหนูจะได้รับการรักษา ด้วยการให้ยาร่วมระหว่าง Z-VAD ที่ขนาด 3.3 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัม และ Fer-1 ที่ขนาด 2 มิลลิกรัม ต่อกิโลกรัม ก่อนการผ่าตัดเป็นเวลา 15 นาที หลังจากนั้น หนูจะ ได้รับการการุณยฆาต และเนื้อเยื่อ สมองจะถูกนำออกมาเพื่อทำการศึกษาเช่นเดียวกับการศึกษาในสมมติฐานก่อนหน้า ผลการศึกษา พบว่าการให้การรักษาร่วมไม่ได้ก่อให้เกิดการป้องกันการบาดเจ็บของสมองที่ดีขึ้นมากกว่าการให้การ รักษาเดี่ยว ดังแสดงได้จากการมีระดับที่เท่ากันของ dendritic spine density การแสคงออกของ โปรตีนที่ควบคุมการเกิดโรคอัลไซเมอร์ การเกิดกระบวนการอักเสบ ในขณะที่การเกิดการตายของ เซลล์นั้นพบว่าการให้การรักษาร่วมนั้น สามารถลดการตายแบบอะพอพโทซิสได้เท่านั้น แต่ไม่ สามารถลดการตายแบบเนครอปโทชิส หรือเฟอรอปโทซิส ได้ แสดงให้เห็นว่าการตายแบบอะพอพ โทซิสมีบทบาทสำคัญในการควบคุมการบาดเจ็บของสมองภายหลังการเกิดกล้ามเนื้อหัวใจขาดเลือด แล้วมีเลือดกลับมาหล่อเลี้ยง ในส่วนของการทำงานของไมโทคอนเดรียนั้นพบว่าการให้การรักษาร่วม สามารถป้องกันการเกิดการบวมของไมโทคอนเครียได้ดีกว่าการให้การรักษาเดี่ยว ในขณะที่ช่วย ระดับการเกิดความเครียดออกซิเดชั่นในไมโทคอนเดรียได้เท่าๆกัน จึงนำมาสู่บทสรุปของวิทยานิพนธ์นี้คือการให้ตัวยับยั้งการตายของเซลล์สามารถช่วยลดการ สูญเสียของ dendritic spine จากการเกิดภาวะกล้ามเนื้อหัวในขาดเลือดแล้วมีเลือดกลับมาหล่อเลี้ยง ได้ผ่านทางกลไกที่แตกต่างกัน Z-VAD ช่วยป้องกันการบาดเจ็บของสมองผ่านทางการลดการตาย แบบอะพอพโทซิส และลดความเสียหายของไมโทคอนเดรีย Nec-1 ช่วยป้องกันการสูญเสียของตัว กั้นสมองและช่วยลดการตายแบบอะพอพโทซิสได้ ซึ่งผลดีนี้เป็นผลดีที่นอกเหนือกจากฤทธิ์ยับยั้งการ ทำงาน ของ receptor-interacting serine/threonine-protein kinase 1 (RIPK1) ซึ่งเป็นกลไก โดยตรงของ Nec-1 ในขณะที่ Fer-1 ป้องกันการบาดเจ็บของสมองผ่านการยับยั้งการทำงานของ ACSL4 ซึ่งเป็นโปรตีนที่กระตุ้นให้เกิดการตายแบบเฟอรอปโทซิส การให้การรักษาทุกแบบสามารถ ป้องกันการแสดงออกของโปรตีนที่ควบคุมการเกิดโรคอัลไซเมอร์ได้ด้วย อย่างไรก็ตามมการให้การ รักษาร่วมด้วย Z- VAD และ Fer-1 ไม่ได้ทำให้เกิดผลดีที่มากกว่าการให้การรักษาด้วยตัวยับยั้งการ ตายชนิดใดชนิดหนึ่งเพียงอย่างเดียวen_US
Appears in Collections:MED: Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
620755808 LIAO, SUCHAN.pdf27.49 MBAdobe PDFView/Open    Request a copy


Items in CMUIR are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.