Ключові слова
активні форми кисню
оксидативний стрес
запалення
Як цитувати
Анотація
In press
Актуальність. У клітинах організму відбувається утворення активних форм кисню. Надлишок активних форм кисню (АФК) може сприяти розвитку або обтяжити перебіг таких патологічних станів, як атеросклероз, інфаркт міокарда, злоякісні процеси, ревматичні захворювання та опорно-рухові порушення тощо. З прогресуванням оксидативного стресу активуються антиоксидантні механізми для підтримки клітинного окисно-відновного гомеостазу.
Мета. Проаналізувати роль ізоформ супероксиддисмутази (СОД) за умов оксидативного стресу та їхній вплив на запальні та репаративні процеси в тканинах.
Матеріали та методи. У роботі застосовано бібліосемантичний метод. Огляд наукової літератури базується на публікаціях 2005–2025 рр., які проіндексовано у наукометричних базах даних PubMed, Scopus, ScienceDirect, EMBASE, Medline, Cochrane Library та Google Scholar. До аналізу включали експериментальні дослідження, оглядові статті, опубліковані англійською мовою. Дослідження є фрагментом науково-дослідної роботи кафедри біологічної хімії Харківського національного медичного університету з номером державної реєстрації 0126U00217.
Етика дослідження. Дослідження проведено без залучення пацієнтів та тварин, тому не потребувало згоди етичної комісії.
Результати. Наявність специфічних ізоформ СОД у різних субклітинних компартментах підкреслює необхідність контролю гомеостазу АФК. Mn2+-СОД, що кодується геном СОД2, є критичним компонентом мітохондріальної та клітинної підтримки окисно-відновного гомеостазу та захищає клітини від оксидативного стресу. Крім того, селективні міметики Mn2+-СОД мають терапевтичний потенціал при лікуванні ревматоїдного артриту, ішемічного інсульту та захворювань нирок, імітуючи активність нативного ензиму. Втрата активності СОД, що супроводжується недостатнім видаленням ендогенно утвореного О2•, пов'язана з підвищеним рівнем оксидативного пошкодження, який проявляється активацією перекисного окислення ліпідів мембран, карбонілюванням протеїнів та пошкодженнями ДНК.
Висновки. Залежно від концентрації, АФК можуть впливати на клітинні сигнальні шляхи, що призводить до клітинної дисфункції та, як наслідок, до розвитку різних патологічних станів. Тому дослідження та розуміння механізмів регулювання АФК є важливими для визначення відповідних мішеней в інноваційних терапевтичних стратегіях.
Ключові слова: теоретична медицина, активні форми кисню, оксидативний стрес, запалення.
Посилання
Sies H, Jones DP. Reactive oxygen species (ROS) as pleiotropic physiological signalling agents. Nat Rev Mol Cell Biol. 2020;21(7):363-83. DOI: 10.1038/s41580-020-0230-3. PMID: 32231263.
Wang Y, Branicky R, Noë A, Hekimi S. Superoxide dismutases: Dual roles in controlling ROS damage and regulating ROS signaling. J Cell Biol. 2018;217(6):1915-28. DOI: 10.1083/jcb.201708007. PMID: 29669742.
Murphy MP, Bayir H, Belousov V, Chang CJ, Davies KJA, Davies MJ, et al. Guidelines for measuring reactive oxygen species and oxidative damage in cells and in vivo. Nat Metab. 2022;4(6):651-62. DOI: 10.1038/s42255-022-00591-z. PMID: 35760871.
Manful CF, Fordjour E, Subramaniam D, Sey AA, Abbey L, Thomas R. Antioxidants and Reactive Oxygen Species: Shaping Human Health and Disease Outcomes. Int J Mol Sci. 2025;26(15):7520. DOI: 10.3390/ijms26157520. PMID: 40806653.
Andrés CMC, Pérez de la Lastra JM, Andrés Juan C, Plou FJ, Pérez-Lebeña E. Superoxide Anion Chemistry-Its Role at the Core of the Innate Immunity. Int J Mol Sci. 2023;24(3):1841. DOI: 10.3390/ijms24031841. PMID: 36768162.
Bizoń A, Chojdak-Łukasiewicz J, Budrewicz S, Pokryszko-Dragan A, Piwowar A. Exploring the Relationship between Antioxidant Enzymes, Oxidative Stress Markers, and Clinical Profile in Relapsing–Remitting Multiple Sclerosis. Antioxidants (Basel). 2023;12(8):1638. DOI: 10.3390/antiox12081638. PMID: 37627633.
Krishnamurthy HK, Rajavelu I, Pereira M, Jayaraman V, Krishna K, Wang T, et al. Inside the genome: understanding genetic influences on oxidative stress. Front Genet. 2024;15:1397352. DOI: 10.3389/fgene.2024.1397352. PMID: 38983269.
Rosa AC, Corsi D, Cavi N, Bruni N, Dosio F. Superoxide Dismutase Administration: A Review of Proposed Human Uses. Molecules. 2021;26(7):1844. DOI: 10.3390/molecules26071844. PMID: 33805942.
Jomova K, Alomar SY, Alwasel SH, Nepovimova E, Kuca K, Valko M. Several lines of antioxidant defense against oxidative stress: antioxidant enzymes, nanomaterials with multiple enzyme-mimicking activities, and low-molecular-weight antioxidants. Arch Toxicol. 2024;98(5):1323-67. DOI: 10.1007/s00204-024-03696-4. PMID: 38483584.
McCord JM, Fridovich I. Superoxide dismutase. An enzymic function for erythrocuprein (hemocuprein). J Biol Chem. 1969;244(22):6049-55. PMID: 5389100.
Zheng M, Liu Y, Zhang G, Yang Z, Xu W, Chen Q. The Applications and Mechanisms of Superoxide Dismutase in Medicine, Food, and Cosmetics. Antioxidants (Basel). 2023;12(9):1675. DOI: 10.3390/antiox12091675. PMID: 37759978.
Broxton CN, Culotta VC. SOD Enzymes and Microbial Pathogens: Surviving the Oxidative Storm of Infection. PLoS Pathog. 2016;12(1):e1005295. DOI: 10.1371/journal.ppat.1005295. PMID: 26742105.
Skopp A, Boyd SD, Ullrich MS, Liu L, Winkler DD. Copper-zinc superoxide dismutase (Sod1) activation terminates interaction between its copper chaperone (Ccs) and the cytosolic metal-binding domain of the copper importer Ctr1. Biometals. 2019;32(4):695-705. DOI: 10.1007/s10534-019-00206-3. PMID: 31292775.
Fukuoka M, Tokuda E, Nakagome K, Wu Z, Nagano I, Furukawa Y. An essential role of N-terminal domain of copper chaperone in the enzymatic activation of Cu/Zn-superoxide dismutase. J Inorg Biochem. 2017;175:208-16. DOI: 10.1016/j.jinorgbio.2017.07.036. PMID: 28780408.
Fetherolf MM, Boyd SD, Taylor AB, Kim HJ, Wohlschlegel JA, Blackburn NJ, et al. Copper-zinc superoxide dismutase is activated through a sulfenic acid intermediate at a copper ion entry site. J Biol Chem. 2017;292(29):12025-40. DOI: 10.1074/jbc.M117.775981. PMID: 28533431.
Guo Z, Chen D, Yao L, Sun Y, Li D, Le J, et al. The molecular mechanism and therapeutic landscape of copper and cuproptosis in cancer. Signal Transduct Target Ther. 2025;10(1):149. DOI: 10.1038/s41392-025-02192-0. PMID: 40341098.
Chattopadhyay M, Nwadibia E, Strong CD, Gralla EB, Valentine JS, Whitelegge JP. The Disulfide Bond, but Not Zinc or Dimerization, Controls Initiation and Seeded Growth in Amyotrophic Lateral Sclerosis-linked Cu,Zn Superoxide Dismutase (SOD1) Fibrillation. J Biol Chem. 2015;290(51):30624-36. DOI: 10.1074/jbc.M115.666503. PMID: 26511321.
Robinett NG, Peterson RL, Culotta VC. Eukaryotic copper-only superoxide dismutases (SODs): A new class of SOD enzymes and SOD-like protein domains. J Biol Chem. 2018;293(13):4636-43. DOI: 10.1074/jbc.TM117.000182. PMID: 29259135.
Sannigrahi A, Chowdhury S, Das B, Banerjee A, Halder A, Kumar A, et al. The metal cofactor zinc and interacting membranes modulate SOD1 conformation-aggregation landscape in an in vitro ALS model. Elife. 2021;10:e61453. DOI: 10.7554/eLife.61453. PMID: 33825682.
Roberts BR, Tainer JA, Getzoff ED, Malencik DA, Anderson SR, Bomben VC, et al. Structural characterization of zinc-deficient human superoxide dismutase and implications for ALS. J Mol Biol. 2007;373(4):877-90. DOI: 10.1016/j.jmb.2007.07.043. PMID: 17888947.
Ge Y, Wang L, Li D, Zhao C, Li J, Liu T. Exploring the Extended Biological Functions of the Human Copper Chaperone of Superoxide Dismutase 1. Protein J. 2019;38(4):463-71. DOI: 10.1007/s10930-019-09824-9. PMID: 31140034.
Ban XX, Wan H, Wan XX, Tan YT, Hu XM, Ban HX, et al. Copper Metabolism and Cuproptosis: Molecular Mechanisms and Therapeutic Perspectives in Neurodegenerative Diseases. Curr Med Sci. 2024;44(1):28-50. DOI: 10.1007/s11596-024-2832-z. PMID: 38336987.
Lu K, Wijaya CS, Yao Q, Jin H, Feng L. Cuproplasia and cuproptosis, two sides of the coin. Cancer Commun (Lond). 2025;45(5):505-24. DOI: 10.1002/cac2.70001. PMID: 39865459.
Sharma S, Bhattarai S, Ara H, Sun G, St Clair DK, Bhuiyan MS, et al. SOD2 deficiency in cardiomyocytes defines defective mitochondrial bioenergetics as a cause of lethal dilated cardiomyopathy. Redox Biol. 2020;37:101740. DOI: 10.1016/j.redox.2020.101740. PMID: 33049519.
Watanabe K, Shibuya S, Ozawa Y, Toda T, Shimizu T. Pathological Relationship between Intracellular Superoxide Metabolism and p53 Signaling in Mice. Int J Mol Sci. 2021;22(7):3548. DOI: 10.3390/ijms22073548. PMID: 33805584.
Bhaskaran S, Kumar G, Thadathil N, Piekarz KM, Mohammed S, Lopez SD, et al. Neuronal deletion of MnSOD in mice leads to demyelination, inflammation and progressive paralysis that mimics phenotypes associated with progressive multiple sclerosis. Redox Biol. 2023;59:102550. DOI: 10.1016/j.redox.2022.102550. PMID: 36470129.
Jomova K, Raptova R, Alomar SY, Alwasel SH, Nepovimova E, Kuca K, Valko M. Reactive oxygen species, toxicity, oxidative stress, and antioxidants: chronic diseases and aging. Arch Toxicol. 2023;97(10):2499-574. DOI: 10.1007/s00204-023-03562-9. PMID: 37597078.
Suri S, Mitra P, Abhilasha A, Saxena I, Garg MK, Bohra GK, Sharma P. Altered expression of specific antioxidant (SOD1 and SOD2) and DNA repair (XRCC1 and OGG1) genes in patients with newly diagnosed type-2 diabetes mellitus. Minerva Endocrinol (Torino). 2024;49(4):398-405. DOI: 10.23736/S2724-6507.21.03417-5. PMID: 34160187.
Chang G, Chen Y, Zhang H, Zhou W. Trans sodium crocetinate alleviates ischemia/reperfusion-induced myocardial oxidative stress and apoptosis via the SIRT3/FOXO3a/SOD2 signaling pathway. Int Immunopharmacol. 2019;71:361-71. DOI: 10.1016/j.intimp.2019.03.056. PMID: 30952100.
Yang B, Yao H, Yang J, Chen C, Shi J. Construction of a two-dimensional artificial antioxidase for nanocatalytic rheumatoid arthritis treatment. Nat Commun. 2022;13(1):1988. DOI: 10.1038/s41467-022-29735-1. PMID: 35418125.
Liu M, Sun X, Chen B, Dai R, Xi Z, Xu H. Insights into Manganese Superoxide Dismutase and Human Diseases. Int J Mol Sci. 2022;23(24):15893. DOI: 10.3390/ijms232415893. PMID: 36555531.
Antonyuk SV, Strange RW, Marklund SL, Hasnain SS. The structure of human extracellular copper-zinc superoxide dismutase at 1.7 Å resolution: insights into heparin and collagen binding. J Mol Biol. 2009;388(2):310-26. DOI: 10.1016/j.jmb.2009.03.026. PMID: 19289127.
Fukai T, Ushio-Fukai M. Superoxide dismutases: role in redox signaling, vascular function, and diseases. Antioxid Redox Signal. 2011;15(6):1583-606. DOI: 10.1089/ars.2011.3999. PMID: 21473702.
Petersen SV, Olsen DA, Kenney JM, Oury TD, Valnickova Z, Thøgersen IB, et al. The high concentration of Arg213→Gly extracellular superoxide dismutase (EC-SOD) in plasma is caused by a reduction of both heparin and collagen affinities. Biochem J. 2005;385(Pt 2):427-32. DOI: 10.1042/BJ20041218. PMID: 15362977.
Li H, Förstermann U, Xia N, Kuntic M, Münzel T, Daiber A. Pharmacological targeting of endothelial nitric oxide synthase dysfunction and nitric oxide replacement therapy. Free Radic Biol Med. 2025;237:455-72. DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2025.06.009. PMID: 40505746.
Sharma GN, Gupta G, Sharma P. A Comprehensive Review of Free Radicals, Antioxidants, and Their Relationship with Human Ailments. Crit Rev Eukaryot Gene Expr. 2018;28(2):139-54. DOI: 10.1615/CritRevEukaryotGeneExpr.2018022258. PMID: 30055541.
Xie Y, Gu Y, Li Z, Zhang L, Hei Y. Effects of exercise on different antioxidant enzymes and related indicators: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. Sci Rep. 2025;15(1):12518. DOI: 10.1038/s41598-025-97101-4. PMID: 40216934.
Płóciniczak A, Bukowska-Olech E, Wysocka E. The Complexity of Oxidative Stress in Human Age-Related Diseases-A Review. Metabolites. 2025;15(7):479. DOI: 10.3390/metabo15070479. PMID: 40710578.
Ganesh D, Kumarathasan P, Thomson EM, St-Germain C, Blais E, Crapo J, Vincent R. Impact of Superoxide Dismutase Mimetic AEOL 10150 on the Endothelin System of Fischer 344 Rats. PLoS One. 2016;11(3):e0151810. DOI: 10.1371/journal.pone.0151810. PMID: 26990293.
Zaher A, Mapuskar KA, Petronek MS, Tanas MR, Isaacson AL, Dodd RD, et al. Superoxide Dismutase Mimetic Avasopasem Manganese Enhances Radiation Therapy Effectiveness in Soft Tissue Sarcomas and Accelerates Wound Healing. Antioxidants (Basel). 2024;13(5):587. DOI: 10.3390/antiox13050587. PMID: 38790692.
Mantovani A, Garlanda C. Humoral Innate Immunity and Acute-Phase Proteins. N Engl J Med. 2023;388(5):439-52. DOI: 10.1056/NEJMra2206346. PMID: 36724330.
Bourgonje AR, Feelisch M, Faber KN, Pasch A, Dijkstra G, van Goor H. Oxidative Stress and Redox-Modulating Therapeutics in Inflammatory Bowel Disease. Trends Mol Med. 2020;26(11):1034-46. DOI: 10.1016/j.molmed.2020.06.006. PMID: 32620502.
Xie Y, Guo Q, Li S, Liu M, Zhang Q, Xu Z, Sun H. Anti-inflammatory properties of Bifidobacterium longum expressing human manganese superoxide dismutase using the TNBS-induced rats model of colitis. J Microbiol Biotechnol. 2017;27(1). DOI: 10.4014/jmb.1703.03044. PMID: 28595382.
Carroll IM, Andrus JM, Bruno-Bárcena JM, Klaenhammer TR, Hassan HM, Threadgill DS. Anti-inflammatory properties of Lactobacillus gasseri expressing manganese superoxide dismutase using the interleukin 10-deficient mouse model of colitis. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 2007;293(4):G729-38. DOI: 10.1152/ajpgi.00132.2007. PMID: 17640978.
Uz E, Yilmaz HR, Yağci R, Akyol İ, Ersoy T, Sungur G, et al. Genetic Polymorphism of Manganese Superoxide Dismutase in Behçet's Disease. Arch Rheumatol. 2016;31(1):48-54. DOI: 10.5606/ArchRheumatol.2016.5645. PMID: 29900989.
Wang JG, Xu WD, Zhai WT, Li Y, Hu JW, Hu B, et al. Disorders in angiogenesis and redox pathways are main factors contributing to the progression of rheumatoid arthritis: a comparative proteomics study. Arthritis Rheum. 2012;64(4):993-1004. DOI: 10.1002/art.33425. PMID: 22006448.
Liu Y, Wang L, Dou X, Du M, Min S, Zhu B, Liu X. Osteogenesis or Apoptosis-Twofold Effects of Zn2+ on Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells: An In Vitro and In Vivo Study. ACS Omega. 2024;9(9):10945-57. DOI: 10.1021/acsomega.3c10344. PMID: 38463263.
Jing W, Liu C, Su C, Liu L, Chen P, Li X, et al. Role of reactive oxygen species and mitochondrial damage in rheumatoid arthritis and targeted drugs. Front Immunol. 2023;14:1107670. DOI: 10.3389/fimmu.2023.1107670. PMID: 36845127.
Münzel T, Gori T, Bruno RM, Taddei S. Is oxidative stress a therapeutic target in cardiovascular disease? Eur Heart J. 2010;31(22):2741-8. DOI: 10.1093/eurheartj/ehq396. PMID: 20974801.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.