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글루타티온은 항산화제, DNA 합성 및 복구 조절제, 단백질의 티올 그룹 보호제, 세포막 안정제, 생체이물 해독제 등 다양한 기능을 갖춘 매우 기능적인 분자입니다. 글루타티온은 산화된 상태와 환원된 상태의 두 가지 상태로 존재합니다. 세포 항상성의 정상적인 생리학적 조건에서 글루타티온은 주로 환원된 형태로 유지됩니다. 그러나 많은 대사 경로는 글루타티온의 산화와 관련되어 세포 항상성의 불균형을 초래합니다. 뇌의 글루타티온 기능 장애는 노화 과정 중 뉴런의 손실이나 헌팅턴병, 파킨슨병, 뇌졸중, 알츠하이머병과 같은 신경 질환의 결과와 관련이 있습니다. 글루타티온이 뇌 대사를 조절하는 정확한 메커니즘은 잘 알려져 있지 않습니다. 이 리뷰에서 우리는 뉴런과 교질체에서 글루타티온을 조절하는 일반적인 신호 전달 계통, 항상성과 대사에서 뉴런 조절자로서의 기능, 마지막으로 글루타티온 신호 전달의 기계적 요약을 강조할 것입니다. 함께, 이것들은 정상적인 노화와 신경 장애 발달에 있어서 글루타티온의 역할을 전망하게 할 것입니다.

키워드: 글루타티온, 뇌, 노화, 장애, 뉴런

1. 소개

글루타티온(GSH)은 시스테인, 글루탐산, 글리신 잔기를 포함하는 트리펩타이드로 모든 세포에 편재되어 있습니다[  ]. 이는 많은 세포 기능에 영향을 미치는 내인성 항산화제 역할을 합니다. GSH와 여러 효소가 결합하여 유기체에서 활성 산소 및 질소 종(각각 ROS 및 RNS)의 활용 및 조절에 중요한 역할을 하는 글루타티온 시스템을 형성합니다. GSH의 세포내 수준은 외인성 GSH의 직접적인 흡수, 새로운 GSH 합성 및 GSH 산화환원 순환에 의해 유지됩니다. 시스테인과 글루타민산으로부터 GSH의 새로운 합성은 감마-글루타밀 시스테인(g-GC)을 형성하기 위한 글루타메이트-시스테인 리가제(GCL)에 의한 촉매작용과 이후 글루타티온 신타제(GS)에 의해 g-GC에 글리신의 첨가를 포함합니다[  ] . GSH 산화환원 순환 과정에서 글루타티온 퍼옥시다제(GPx) 효소는 과산화수소(H 2 O 2 ) 또는 기타 유기 하이드로퍼옥사이드를 해독하는 동안 GSH를 이황화 글루타티온(GSSG)으로 산화시킵니다. 산화된 형태인 GSSG는 글루타티온 환원효소(GR)에 의해 다시 GSH로 전환될 수 있습니다. 글루타티온 S-트랜스퍼라제(GST) 효소에 의한 GSH의 생체이물 화합물에의 접합은 무독성 생성물을 생성하여 해독에 영향을 줍니다[  ,  ].

GSH는 세포 분화 및 증식 조절, 세포사멸, 효소 활성화, 세포 내 금속 수송, 신경전달, 단백질 합성 중 시스테인 공급원 등 중추신경계에서 많은 중추적인 기능을 수행합니다.1 번 테이블) [  ,  ].

1 번 테이블

GSH의 생리학적 및 대사적 기능.

기능 GSH의 역할 참조
면역체계 기능 강화 염증성 병리로부터 보호합니다. 시스테인과 글루타티온 결핍으로 인해 손상된 면역 기능은 시스테인을 보충하면 회복됩니다.  ,  ]
산화적 세포 손상 예방 항산화제 역할을 합니다.  ,  ]
프로스타글란딘 합성 높은 수준에서 프로스타글란딘 합성을 억제합니다.  ]
막을 통한 금속 수송 반응성 금속을 킬레이트화하고 세포막을 통한 수송을 촉진합니다.  ]
리간드 간 금속 이동 여러 전이 금속과 배위 공유 부가물을 형성하고 이를 리간드 간에 전달합니다.  ]
단백질 합성 단백질의 번역 후 변형에 관여합니다.  ]
DNA 합성 및 복구 OH 및 2차 라디칼을 효율적으로 제거 합니다 . X선 유도된 DNA 가닥 절단의 재결합에 참여합니다. T 세포 증식을 활성화합니다. 시스테인 부분의 공급원을 제공합니다  ,  ,  ]
아미노산 수송 아미노산 침투 시스템에 참여합니다. 막 결합 g-글루타밀 트랜스펩티다제에 의해 촉매되는 아미노산에 대한 g-글루타밀 그룹의 공여체 역할을 하여 아미노산의 막횡단 수송을 돕습니다.  ,  ]
효소 활성화 환원제로서 펩티딜-아르기닌 데이미나제의 활성화에 중요합니다. 마이크로솜 프로스타글란딘 E 신타제 2형(mPGES2)에 결합하고, 헴 그룹은 철-황 결합을 통해 GSH에 부착되며, 생성된 효소는 PGH2의 분해를 촉매합니다.  ,  ]
독소와 발암물질의 대사 자발적 또는 효소적(GSH-S-트랜스퍼라제) GSH 접합 후 친전자성 이물질 및 내인성 화합물의 해독; 1,2-디브로모에탄의 접합  ,  ]
산화 환원 반응 ROS, RNS 및 기타 반응성 종의 전하를 중화합니다.  ]
시스테인의 근원 시스테인의 세포외 공급원 역할을 합니다.  ]
금속 항상성 Cr 6+ 감소  ,  ]
NMDAR 반응, 신경 활동 칼슘이나 전기 신호에 의한 NMDAR 반응과 신경 활성화를 향상시키는 반면, NMDAR의 고갈이나 산화는 NMDAR 기능 저하를 초래합니다  ]
칼슘 신호 특히 Müller glia에서 칼슘 신호 전달(mM 범위)에 참여합니다. 망막 신경교교세포 회로에 대한 보호 효과로 GABA 방출을 조절할 수 있습니다. 쥐의 등근 신경절 뉴런에서 TRPM2 채널을 통한 Ca 2+ 유입 및 산화 독성을 조절합니다.  ,  ]
미엘린 성숙 그 결핍은 미엘린의 성숙을 손상시킵니다.  ]
신경조절물질, 신경전달물질 글루타메이트 수용체와 같은 추정 수용체에 대한 결합 부위가 있습니다. 신경조절제 또는 신경전달물질 역할을 할 수 있습니다.  ]
뉴런 글루타메이트의 공급원 신경 글루타메이트의 생리적 저장고 역할을 합니다.  ]
신경 분화 쥐 골수 간질 세포의 신경 분화를 유도합니다.  ]
세포사멸 미토콘드리아 사멸 수용체 활성화, 약물 노출 또는 산화 스트레스 후에 세포 내 수준이 감소합니다.  ]
JAK1-STAT3 신호 세포 내 풀을 줄이면 LIF 유발 JAK1-STAT3 신호 전달이 향상됩니다.  ]
캠프 신호 G 단백질 알파 2를 통해 cAMP 신호를 상향 조절합니다.  ]
T세포 대사 염증에 대한 T 세포 대사를 준비합니다.  ]
MAPK 경로 활성화 세포내 풀을 줄이면 미토겐 활성화 단백질 키나제(MAPK) 경로가 활성화됩니다.  ]
NMDA-R 작용제 NMDA 수용체의 작용제로 작용  ,  ]
Ca 2+ 활성화 K + 채널 환원된 형태는 채널 활동을 증가시키는 반면, 산화된 형태는 채널 활동을 억제합니다.  ]
포유류 발달 동형접합성 글루타티온 합성효소의 녹아웃은 생쥐에서 치명적이므로 배아 발달에 필수적입니다. 난모세포의 감수분열 방추 형태 유지에 관여  ,  ]
운동신경 퇴화 예방 감소된 수준은 시험관 내 및 생체 내에서 운동 뉴런의 퇴화를 촉진합니다.  ]

GSH는 또한 배아 발생의 초기 기간, 특히 수정 기간 동안에도 중요합니다 [  ]. 수정 전 마우스 난모세포의 GSH 기저 수준은 약 7mM로 높아 정상적인 수정에 필요합니다. 난소에서 GSH 생합성이 억제되면 난모세포의 GSH 수준이 통계적으로 90% 감소하여 정자 내 핵의 응축이 방지됩니다. 성공적인 수정 후, 접합체는 일련의 세포 분열을 거쳐 딸 세포를 생성합니다. 이 과정에서 세포가 분열하면서 세포질이 감소하면서 동시에 GSH 수준도 감소합니다. 예를 들어, 배반포 단계의 분열 배아는 전체 부피가 수정되지 않은 난모세포와 비슷하지만 GSH 수준은 난모세포의 1.2pmol에 비해 약 0.12pmol로 떨어집니다. 이 과정은 GSH 수준이 기본 수준으로 감소할 때 배아가 난관에서 자궁으로 옮겨질 때까지 약 4~5일 동안 계속됩니다[  ].

흥미롭게도 성체 포유류의 다양한 조직에서 GSH의 농도는 1에서 10mM까지 다양할 수 있습니다[  ]. 이는 뇌에 높은 수준으로 존재하며, 총 GSH 함량은 0.5~3.4 µmol/g입니다[  ]. 포유류 중추신경계(CNS)에서 GSH의 농도는 대뇌피질의 신경교세포에서 가장 높습니다. GSH 흡수는 시상하부, 선조체, 척수, 중뇌, 수질, 뇌교, 해마, 소뇌 및 대뇌 피질을 포함한 다른 뇌 영역과 비교하여 망막에서 가장 높습니다[  ]. 뇌와 기타 조직은 GSH 합성을 위한 공통 경로를 사용합니다. GSH를 합성하려면 두 효소의 연속적인 반응이 필요합니다. 첫째, γ-글루타밀시스테인 합성효소는 글루타민산과 시스테인을 기질로 사용하여 글루타밀시스테인(γGluCys)을 생성합니다. 글루타티온 합성효소는 글리신과 γGluCys로부터 GSH를 생성합니다.그림 1). 그러나 GSH 결합에 의한 화합물의 해독은 주로 신장과 간에서 발생하지만 뇌에서는 발생하지 않습니다. 쥐 뇌의 GSH-S-알킬 트랜스퍼라제 및 GSH-S-트랜스퍼라제 효소는 거의 활성을 나타내지 않는 반면, 소뇌 및 뇌간은 낮은 수준의 GSH-S-아렌-옥사이드 트랜스퍼라제 활성을 나타냅니다. 뇌에 있는 GSH의 대부분(97%)은 환원된 형태입니다. 생체 내에서 뇌 허혈은 GSH 수준의 감소를 유도하지만 이는 GSSG의 상호 증가를 동반하지 않습니다[  ,  ,  ].

 
그림, 일러스트레이션 등을 담고 있는 외부 파일. 개체 이름은 분자-27-00324-g001.jpg

GSH의 대사 및 합성 경로의 상호 연결. SAM - S-아데노실메티오닌; SA - S-아데노실호모시스테인; MS - 메티오닌 신타제; 5-MTHF-5-메틸테트라하이드로폴레이트; 메틸렌-THF - 메틸렌 테트라하이드로폴레이트; CBS - 시스타티오닌 b-신타제; GCL - 글루타메이트-시스테인 리가제; GS-GSH 합성효소; CysGly - 시스테인-글리신.

뉴런과 성상교세포 사이의 대사 상호작용은 글루타티온 합성에 중요합니다. 공동 배양된 뉴런과 성상교세포에서 수행된 시험관 내 실험에서는 성상교세포가 있을 때 뉴런의 GSH 수준이 증가하는 것으로 나타났습니다. 이는 성상교세포에서 뉴런으로 시스테인 전구체가 전달되어 수용 뉴런에서 GSH 합성이 상향 조절되기 때문일 가능성이 높습니다. 성상교세포 표면의 막 관련 감마-글루타밀 트랜스펩티다제(γGT)는 세포외 GSH를 디펩티드 CysGly로 변환한 다음 Cys와 Gly로 변환하고, 이는 뉴런으로 운반되어 뉴런 GSH 합성의 전구체 역할을 합니다.그림 1). γGT 반응의 억제는 성상교세포에 의해 유발된 신경 GSH 수준의 증가를 완전히 방지합니다.그림 2글루타티온 대사 측면에서 성상교세포와 뉴런의 이론적 대사 상호작용을 보여줍니다[  ].

 
그림, 일러스트레이션 등을 담고 있는 외부 파일. 개체 이름은 분자-27-00324-g002.jpg

뉴런과 성상교세포 사이의 뉴런 GSH 수송 및 대사 상호작용의 개략도. γ GT - 감마-글루타밀 트랜스펩티다제; A - γ GT에 의해 GSH로부터 전달된 g-글루타밀 부분의 수용체.

많은 세포 유형과 조직은 GSH를 순환계로 방출하여 세포 간 전달을 촉진합니다. CNS에서 GSH는 세포외액과 뇌척수액(CSF) 모두에 존재합니다[  ]. 쥐의 혈장 총 글루타티온(GSH + GSSG) 수준은 글루타티온 환원효소 재활용 방법으로 측정했을 때 22~27mM GSH와 같습니다. GSH는 전체 글루타티온의 약 85%를 차지합니다[  ]. 뇌를 포함한 여러 기관은 담체 매개 수송에 의한 GSH의 직접 흡수 또는 γ GT 및 디펩티다제에 의한 GSH의 분해와 이후 Glu, Gly 및 Cys 아미노산의 수송에 의해 혈장에서 GSH를 흡수합니다[  ]. 시스테인에는 특정 수송 시스템이 있지만 혈액뇌장벽을 통과하는 L 시스템 수송을 위해 다른 혈장 아미노산과 경쟁합니다[  ,  ].

이 검토의 목적은 특히 신경퇴행성 질환과 노화에서 뇌에서 GSH의 중요한 역할을 개괄적으로 설명하는 것입니다. 일반적인 소개는 GSH 대사와 중추신경계(CNS)에서 이 중요한 항산화제의 확장된 역할과 관련이 있습니다. 검토의 나머지 부분에서는 CNS의 발달 및 연령 관련 변화에서 GSH가 수행하는 역할에 관한 몇 가지 구체적인 기계적 설명을 제공할 것입니다.

2. 신경계의 항상성과 대사 조절에서 GSH의 중추적인 역할

노화 과정에서 GSH는 ROS 및 RNS와 같은 산화제로 인한 손상에 대한 신경 방어에 중요한 역할을 합니다. 다양한 신경퇴행성 장애는 세포 GSH의 고갈을 특징으로 하며, 이는 아마도 산화 스트레스와 칼슘 이온(Ca 2+ ) 불균형에 대응하기 때문일 것입니다[  ]. 성체 쥐, 게르빌쥐, 토끼의 CNS 뉴런에서 GSH의 세포 분포에는 현저한 이질성이 있습니다. CNS 및 말초신경계(PNS)의 비뉴런 요소, 즉 신경교, 뇌실막 및 내피세포는 신경 세포체 또는 과립 세포에서는 발견되지 않는 높은 수준의 GSH를 나타냅니다. GST는 또한 CNS에 이질적으로 분포될 가능성이 높습니다. 예를 들어, 성상교세포와 희소돌기아교세포는 각각 μ-GST와 n-GST를 발현하는 반면, pial, ependymal 및 혈관 요소는 다양한 양의 μ- 및 n-GST를 발현합니다. 알파-GST는 신경계의 뉴런과 비뉴런 요소 모두에 존재합니다. 발달 중인 신경계는 태반 순환을 통해 다양한 생체이물질에 노출되고 출생 시 산소 환경에 극적인 변화를 겪습니다[  ]. 따라서 GSH 시스템은 산화환원 항상성 조절에 중요한 역할을 하며 고산소 자궁외 환경으로부터 신생아를 보호합니다.

미토콘드리아는 ROS와 RNS의 중요한 원천입니다. GSH의 대략 10~20%는 신경 세포와 대부분의 다른 조직의 미토콘드리아에 포함되어 있습니다[  ]. 미토콘드리아 구획에는 다른 세포 구획보다 더 많은 GSH가 포함되어 있지만 미토콘드리아에는 생합성에 필요한 효소가 포함되어 있지 않습니다 [  ]. 대신, 미토콘드리아는 특정 GSH 수송 시스템을 사용하여 효과적으로 세포질에서 GSH를 가져옵니다 [  ]. 각 경우에 사용되는 정확한 시스템은 기질과 조직에 따라 다릅니다. 예를 들어, 신장 및 간 미토콘드리아로의 GSH 유입은 주로 2-옥소글루타레이트(2-OG; SLC25A11) 또는 디카르복실산염(DIC; SLC25A10)을 운반체로 사용하는 반면, 트리카르복실산염(TTC, SLC25A1)은 CNS에서 운반체 역할을 합니다. 뉴런과 성상 세포. 2-OG 운반체(OGC)는 세포질 GSH와 2-OG를 포함한 미토콘드리아 디카르복실산염의 교환을 매개합니다[  ].

GSH의 삼중펩타이드 구조는 신경 활성 분자로서의 잠재적인 역할을 시사합니다. 세 가지 아미노산 잔기 모두 글루타메이트(Glu) 수용체를 통한 신경 신호 전달을 방해할 수 있습니다. Glu 수용체의 상실 또는 부적절한 기능 또는 대뇌 GSH 수준의 변화는 신경정신병적 증상 또는 신경학적 이상을 유발할 수 있습니다. GSH의 구조적 유연성은 천연 수용체 작용제인 L-글루타메이트와의 유사성으로 인해 글루타밀 잔기를 통해 모든 종류의 Glu 수용체에 결합할 수 있게 합니다. GSH의 시스테인 잔기는 자유 상태에서 신경독성 특성을 가지지만, 펩타이드 형태에서는 독성이 없습니다. 낮은 농도에서 GSH는 신경을 보호하지만, 높은(밀리몰; mM) 농도에서는 GSH가 유리 티올 그룹을 통해 글루타메이트 수용체의 산화환원 상태에 영향을 미칠 수 있습니다. 유리 글리신과 유사하게, GSH의 글리신 잔기는 N-메틸-D-아스파르트산염(NMDA) 수용체의 공동 작용제 역할과 척수의 주요 억제 신경전달물질 역할을 합니다[  ,  ]. NMDA 수용체 기능의 변화는 칼슘 신호전달 계통을 변경하고 시냅스 가소성에 영향을 미쳐 CNS의 병태생리학적 변화를 일으킬 수 있습니다.

산화환원 전위는 일반적으로 완전히 산화된 상태와 완전히 환원된 상태 사이에서 변동하는 NMDA 수용체의 활성을 조절합니다[  ,  ,  ,  ]. 뇌의 산화환원 항상성은 매우 중요합니다. 높은 수준의 산소 소비로 인해 과산화물 음이온(O •− ), 하이드록실 라디칼(  OH), 리포과산화물 라디칼(LOO·), 산화질소 라디칼을 비롯한 많은 유해한 자유 라디칼이 생성되기 때문입니다. (NO  ) 및 이산화질소 라디칼(NO  ) [  ,  ]. 항산화제로서 GSH 시스템은 자유 라디칼을 제거하고 가역적인 티올-이황화물 교환 반응을 통해 티올을 유지합니다. 따라서 이는 NMDA 수용체 활성의 추정되는 내인성 산화환원 조절제입니다[  ,  ,  ,  ].

미토콘드리아 GSH는 천연 항산화 저장소 역할을 합니다. 소뇌 과립 뉴런(CGN)에서 세포질 GSH가 아닌 미토콘드리아의 선택적 고갈은 미토콘드리아 전이 공극의 투과성 향상, ROS 생성 증가 및 세포 사멸 증가와 관련이 있습니다. 흥미롭게  CNS의 다양한 세포 유형은 미토콘드리아 GSH의 수준이 다르기 때문에 산화 스트레스에 대해 다양한 민감성을 나타냅니다 . 예를 들어,  교세포는 GSH 수치가 높은 세포보다 산화 및 질산화 스트레스에 더 취약합니다 . 인간의 뇌는 전체 체중의 2%에 불과하지만 신체가 소비하는 산소의 20%를 활용합니다. 뉴런은 높은 수준의 산화적 인산화를 지원하며, 이는 다량의 ROS를 생성할 것으로 예상됩니다. 이렇게 높은 수준의 ROS를 생성하는 세포에는 ROS 손상으로부터 세포 구조를 보호하기 위한 항산화 방어 시스템이 필요합니다[  ,  ]. 뇌 세포에서 GSH의 항산화 기능은 산화 스트레스에 대한 방어에 중요한 역할을 합니다.

GSH의 세포 저장소가 고갈되면 산화성 및 질산화성 세포 손상, 과니트로실화, 염증 수준 증가, p53, 야누스 키나제(JAK) 및 핵 인자-κB(NF-κB)에 대한 세포내 신호 전달 경로의 장애가 증폭됩니다. DNA 합성 및 세포 증식 감소; 시토크롬 c의 활성화, 전자 수송 사슬의 복합체 I 및 세포사멸 경로의 불활성화; 메티오닌 회로의 차단; 유전자 발현의 후생적 조절이 손상되었습니다. GSH 고갈은 또한 면역 체계의 산화환원 항상성, 산화 및 질산화 스트레스와 관련된 분자 경로, 에너지 생산 제어, 다양한 세포 유형의 미토콘드리아 생존에 해로운 영향을 미칩니다[  ]. 뉴런의 GSH 불균형 및/또는 결핍은 AD, 근위축성 측삭 경화증(ALS), 자폐증, 양극성 장애, 헌팅턴병(HD), 다발성 경화증(MS), 파킨슨병(PD)을 포함한 뇌 장애의 발병에 관여합니다. 및 정신분열증 [  ]. 최근 검토된 바와 같이 많은 신경 장애는 ROS 생성과 항산화 시스템, 특히 GSH의 활성 사이의 균형 장애와 관련이 있습니다[  ]. 예를 들어, 손상된 GSH 대사는 PD 발병에 기여합니다. 비정상적인 미토콘드리아 기능도 이러한 질병에서 중요한 역할을 할 수 있습니다[  ].

선천성 GSH 합성효소 결핍은 정신 지체, 경직성 사지마비(경직성 사지마비라고도 함, 뇌성마비의 한 형태), 소뇌 기능 장애, γ-글루타밀-시스테인 합성효소 결핍을 유발할 수 있으며, 이로 인해 척수뇌 저하, 운동실조, 하부 기능 장애가 발생할 수 있습니다. - 사지 반사 [  ,  ,  ,  ]. GSH의 농도는 PD 환자의 존재 발생 및 퇴행성 도파민성 뉴런 모두에서 흑색질에서 감소합니다[  ,  ,  ,  ]. GSH 수치는 경련성 발작 동안 간질 환자의 뇌에서 감소하고[  ] 유전적으로 간질(tg/tg) 형질전환 쥐에서 감소합니다[  ]. 더욱이, 성체 쥐에서 부티오닌 설폭시민 치료로 GSH가 고갈되면 발작이 발생합니다[  ].

따라서 글루타티온은 신경질환 및 신경퇴행성 질환의 발병과 진행에 중요한 역할을 하며, 이러한 질환에 대한 진단 선별을 위한 바이오마커 역할을 할 수 있습니다.

3. 글루타티온은 노화와 신경변성을 조절합니다.

노화가 항산화 시스템에 미치는 영향에 대한 생화학적 연구에서는 신경계의 GSH 함량에 노화와 관련된 변화가 존재한다는 사실이 강조되었습니다. 노화는 종종 CNS 기능의 손상과 관련이 있으며, 이는 뉴런의 손실로 인해 발생하고 인지 능력 저하로 이어집니다. 자유 라디칼, 특히 산소 라디칼은 연령 관련 변화와 여러 신경퇴행성 질환의 발병에서 중요한 역할을 합니다. 산소 라디칼에 대한 우리의 방어는 ROS와 NOS를 비활성화하는 글루타티온/티오레독신 항산화 시스템의 효소에 의존하며, 글루타티온 퍼옥시다아제는 막 지질의 산화 중에 생성되는 H 2 O 2 및 과산화물을 포함한 과산화물을 해독합니다. GSH의 이황화물 GSSG로의 효소 산화는 과산화물 수준의 감소 정도를 결정합니다. GSH와 GSSG의 세포 균형을 유지하기 위해 GSH는 NADPH를 보조 인자로 하는 글루타티온 환원  에 의해 GSSG에서 재생될 수 있습니다 . GSH는 세포 내 비단백질 설프히드릴기의 약 90%를 제공하고 세포 단백질의 티올 상태를 유지합니다.그림 3) [  ].

 
그림, 일러스트레이션 등을 담고 있는 외부 파일. 개체 이름은 분자-27-00324-g003.jpg

GSH 대사 경로의 상호 연결. P-단백질; P-Se - - 단백질-셀렌산 음이온; ROS-반응성 산소종; H 2 O 2 -과산화수소; R-OOH-히드로과산화물; P-Se-OH-단백질-셀렌산; GSH-글루타티온, P-Se-SG-단백질-셀레네이트; NOx- 반응성 질소 종; GS(NO)-S-니트로소-글루타티온; GS -- 글루타티온-티올레이트; GSSG-글루타티온 디설파이드(산화된 글루타티온); GS-OH-- 글루타티온 술펜산; P-SH-단백질 설프하이드릴 그룹; H + - 양성자; PS - - 단백질-티올레이트 음이온; PS(NO)-단백질-S-니트로소 티올; PS-SG-단백질-S-글루타티온; GRx(TRx)-글루타레독신(티오레독신); PS-OH-단백질-술펜산; Srx-설피레독신; ATP-아데노신 삼인산; 2-Cys Prx-2-시스테인 퍼옥시레독신; P-SO 2 H-단백질-술핀산; P-SO 3 H-단백질-술폰산; O 2 -산소; 전자 . -전자 라디칼; O − - 슈퍼옥사이드 라디칼; NO-산화질소 라디칼; ONOO - - 과산화질산염; GS-글루타티온 라디칼; e − - 전자; Gr-글루타티온 환원효소; GPx-글루타티온 퍼옥시다제; NADP-니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드; NADPH-니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 인산염; H 2 O-물; HO - - 히드록실 라디칼; GSH S-트랜스퍼라제에 의해 GSH에 접합될 수 있는 친전자성 중심을 갖는 x-화합물; γ-Glu-Cys-x-Gly-γ-글루타메이트-시스테인-x-글리신; γ-Glu-γ-글루탐산; Cys-x-Gly-시스테인-x-글리신; 글리글리신; Cys-x-시스테인-x; N-아세틸-cys-x-머캅투르산-x.

쥐의 경우, 출생 전 동물에서 이미 높았던 뇌 GSH 수치는 출생 후 첫 해 동안 약 20% 증가하고 그 이후에는 감소합니다 [  ]. GSH는 철 대사, 세포사멸, 티올-산화환원 조절을 조절하는 분자 및 신호 전달 경로와 연관되어 있습니다. 많은 조건이 낮은 GSH 수준(AD, 자폐증, PD, MS 및 정신분열증)과 관련되어 있지만 위와표 2, 글루타메이트-시스테인 리가제(GCL) 활성 감소 또는 GCL 발현 상실과의 연관성은 이들 모두에서 입증되지 않았습니다.표 2) [  ,  ]. 이와 관련하여 GCL subunit 다형성에 대한 연구가 필요하다.

표 2

다양한 뇌질환 환자의 혈액과 뇌에서 글루타티온 관련 효소의 활성과 글루타티온 함량(5).

질병/장애
알츠하이머병(AD) GSH 감소 GSH 감소
GSH/GSSG 감소 GST 인하
GSSG 증가 -
Gpx 활동 감소 -
근위축성 측삭 경화증(ALS) GSH 감소(적혈구) GSH(운동 피질) 감소
- GST 감소(운동 피질)
자폐성 GSH 감소 (소뇌 및 측두엽 피질)의 GSH 감소
GSSG 증가 Gpx 활동 감소
Gpx 활동 감소(적혈구) GST 활동 감소
GST 활성 감소(적혈구) GCL 활동 감소
GSH/GSSG 감소 GSH/GSSG 감소(소뇌 및 측두엽 피질)
양극성 장애 GSH 감소 GSH 감소(해마 및 전피질)
GSSG 증가 -
GSH/GSSG 감소 -
헌팅턴병
(HD)
GSH 감소 -
다발성 경화증 GSH 감소 GSH 감소
파킨슨병
(PD)
GSH 감소 GSH 감소
- Gpx 단백질 증가
- GST 단백질 증가
정신 분열증 GSH 감소 GSH 감소
GSH/GSSG 감소 -
GSSG 증가 -

GCLM의 다형성은 용혈성 빈혈 환자의 GCLC 발현 감소와 관련이 있으며[  ], GSH 수준의 감소와 암 세포주에서 약물 내성의 후속 발병[  ], GCL 활성 감소 및 이에 따른 GSH 수준 감소와 관련이 있습니다. 정신분열증 환자에서 [  ,  ]. GCLM 다형성은 또한 관상 동맥 혈관 운동 기능의 NO 매개 손상 및 심근 경색(심장 마비) 위험 증가와 관련이 있습니다. 이러한 다형성이 다른 질병의 병리에도 영향을 미치는지 여부를 확인하려면 더 많은 연구가 필요합니다.

일부 건강 상태는 알려진 다형성과 관련이 없는 GCL의 활동 및/또는 발현 변화와 관련이 있습니다. 설치류를 대상으로 한 최근 연구에서는 다양한 조직에서 노화가 GSH 항상성에 미치는 영향이 밝혀졌습니다. 특히 그들은 테스트한 모든 조직에서 나이가 들수록 GSH 수치가 감소하는 것으로 나타났는데, 이는 GGT 및 GSH 환원효소 발현, 시스테인 가용성 또는 GSSG 양에 변화가 없는 경우 GS 및 GCL 발현 감소와 관련이 있었습니다. 산화 스트레스의 지표로 [  ]. 남녀 모두의 노화는 GSH 수치 감소를 동반합니다. 그러나 GSH 및 GCL mRNA 수준의 감소는 암컷 쥐의 조직에 비해 수컷 쥐의 대부분의 조직에서 더 두드러졌습니다. 외인성 에스트로겐은 수컷과 암컷 쥐의 간에서 GCL 및 GS 효소와 GSH 수준의 발현을 향상시키지만 심장이나 뇌에서는 그렇지 않습니다 [  ].

글루타티온 합성효소 결핍증(GSSD)은 매우 드문 상염색체 열성 유전 질환으로 전 세계적으로 약 70명의 환자에게서만 보고된 바 있습니다. 이 질병은 다양한 수준의 용혈성 빈혈, 대사성 산증, 망막 이영양증, 세균 감염(패혈증 포함)에 대한 감수성, 진행성 뇌 및 소뇌 변성, 정신 운동 및 지적 지체, 기타 신경학적 증상을 특징으로 합니다[  ]. 따라서 연령에 따른 GSH 수준의 감소는 많은 연령 관련 질병의 발병에 기여할 수 있지만 정상적인 노화가 분자 수준에서 GS 및 GCL의 발현에 정확히 어떻게 영향을 미치는지는 불분명합니다[  ,  ]. 흥미롭게도 적혈구에는 신체의 다른 세포에 비해 더 높은 수준의 GSH가 포함되어 있기 때문에 GSSD 환자의 적혈구는 산화 스트레스의 부정적인 영향에 더 취약하며, 이는 종종 용혈성 빈혈로 이어집니다. 심각한 GSSD 환자는 운동 장애 및 발달 지연을 포함하는 신경학적 소견도 나타냅니다[  ]. 최근 연구에서는 a-Synucleinopathies 및 Tauopathies에서 글루타티온의 역할이 설명되었습니다[  ,  ]. aSyn 또는 tau 단백질은 "종자" 형태로 뉴런에서 뉴런으로 시냅스 방식으로 퍼질 수 있기 때문에 a-Synucleinopathies 및 Tauopathies의 임상적 이질성을 담당할 가능성이 가장 높은 다중 집합 형태로 존재합니다. [  ,  ,  ,  ,  ,  ]. 흥미롭게도 Esteban Luna et al. PFF 시드 aSyn 병리로 인한 독성은 글루타티온 의존 과정을 통해 N-아세틸 시스테인에 의해 약화될 수 있음을 보여주었습니다. 따라서 PFF로 유발된 독성은 적어도 어느 정도 글루타티온 고갈에 의해 매개되며, 이는 세포가 엄청난 양의 응집체를 축적할 때 중요해진다는 가설이 세워졌습니다[  ]. GSH 시스템의 고갈과 신경퇴행성 질환의 강한 연관성은 다른 연구에서도 입증되었습니다[  ,  ]. 뉴런, 특히 글루타티온 시스템의 항산화 시스템이 고갈되면 신경 염증이 증가하고 신경퇴행성 장애의 발병에 중요한 역할을 합니다 [  ,  ,  ]. GSH 시스템에 의한 항산화 보호 기능의 손상으로 인한 ALS의 발생 및 진행은 ALS에 의한 신경 독성을 유발합니다[  ]. 파킨슨병과 관련된 신경변성과 신경염증 역시 GSH 시스템의 고갈과 관련이 있는 것으로 알려져 있다[  ].

이러한 데이터는 글루타티온 항산화 시스템의 특정 효소의 유전적 특징과 수명 전반에 걸친 산화 및 질산화 스트레스의 제어가 특히 CNS에서 정상적인 노화의 운명을 정의하는 데 관여할 가능성이 있음을 강조한다는 것을 시사합니다. 따라서 글루타티온 시스템에 대한 연구는 앞으로 수십 년 동안 뇌 노화 생물학에서 가장 시급한 연구 분야 중 하나로 남을 것입니다.

약어

GSSG 산화된 글루타티온
GSH 글루타티온 감소
로스 활성산소종
H2O2 과산화수소
P-SH 단백질 설프하이드릴 그룹
PS-SG 단백질-S-글루타티온
GRx 글루타레독신
TRx 티오레독신
PS-오 단백질-술펜산
Srx 설피레독신
ATP 아데노신 삼인산
아니요 산화질소 라디칼
오누 - 과산화질산염
GS . 글루타티온 라디칼
Gr 글루타티온 환원효소
GPx 글루타티온 퍼옥시다아제
NADP 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드
나드프 니코틴아미드 아데닌 디뉴클레오티드 인산염
PFF 미리 형성된 원섬유

저자 기여

글쓰기—원본 초안, IYI; 시각화, AAZ; 집필-검토 및 편집, IYI, AAZ 및 DP 모든 저자는 출판된 원고 버전을 읽고 동의했습니다.

자금 조달

본 연구는 외부 자금 지원을 받지 않았습니다.

기관 검토 위원회 성명서

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고지된 동의서

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데이터 가용성 선언문

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이해 상충

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샘플 가용성

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