チオール類によってリサイクルされたデヒドロアスコルビン酸は、非熱プラズマ誘導性のヒドロキシルラジカルを効率的に捕捉します

l-Dehydroascorbic acid recycled by thiols efficiently scavenges non-thermal plasma-induced hydroxyl radicals.

• Yasumasa Okazaki
• Hiromasa Tanaka
• Masaru Hori
• Shinya Toyokuni

抄録

最近のエレクトロニクスの発展により、非熱血漿（NTP）を使用して、生理学的温度に近い一定の場所で厳密に酸化ストレスを誘導することが可能になりました。前臨床研究やヒト臨床試験では、NTPは血液凝固、消毒による創傷治癒、癌細胞の選択的殺傷を促進します。これらの生物学的効果は広く研究されているが、生体適合性のある還元剤の存在下では、液相中のフリーラジカルの化学量論的定量は行われていない。ここでは、NTP曝露後に発生する主要な活性酸素種であるヒドロキシルラジカルを、チオールや酸化防止剤の存在下で、2つの異なるスピントラッププローブ、5,5,5-ジメチル-1-ピロリン-N-オキシド（DMPO）と3,3,5,5,5-テトラメチル-1-ピロリン-N-オキシド（M4PO）を用いた電子常磁性共鳴（EPR）分光法により定量した。25〜50μMの濃度（血清中の生理的濃度）でのl-アスコルビン酸（AsA）は、これらのヒドロキシルラジカルを有意に消去したが、チオールとしてのジチオスレイトール（DTT）、還元型グルタチオン（GSH）、およびN-アセチルシステイン（NAC）は、消去活性を行うためにミリモル濃度で必要であった。一方、AsAの酸化型であるデヒドロアスコルビン酸（DHA）は、ヒドロキシルラジカルの消去に25〜50μMのDTT、またはGSHとNACのミリモル濃度以下の存在が必要であり、単独ではヒドロキシルラジカルの消去に失敗した。これらの結果は、チオール類を介したAsA/DHAの酸化還元サイクルと細胞内のAsA代謝が、NTPを細胞や組織に適用する際に考慮すべき重要なプロセスであることを示唆している。NTPの生物学的・医学的応用を促進するためには、NTPによって生成される他の反応性種と生体分子との相互作用を解明するための更なる研究が必要である。

Recent development in electronics has enabled the use of non-thermal plasma (NTP) to strictly direct oxidative stress in a defined location at near-physiological temperature. In preclinical studies or human clinical trials, NTP promotes blood coagulation, wound healing with disinfection, and selective killing of cancer cells. Although these biological effects of NTP have been widely explored, the stoichiometric quantitation of free radicals in liquid phase has not been performed in the presence of biocompatible reducing agents, which may modify the final biological effects of NTP. Here we quantitated hydroxyl radicals, a major reactive oxygen species generated after NTP exposure, by electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy using two distinct spin-trapping probes, 5,5-dimethyl-1-pyrroline-N-oxide (DMPO) and 3,3,5,5-tetramethyl-1-pyrroline-N-oxide (M4PO), in the presence of thiols or antioxidants. l-Ascorbic acid (AsA) at 25-50 μM concentrations (physiological concentration in the serum) significantly scavenged these hydroxyl radicals, whereas dithiothreitol (DTT), reduced glutathione (GSH), and N-acetyl-cysteine (NAC) as thiols were required in millimolar concentrations to perform scavenging activities. l-Dehydroascorbic acid (DHA), an oxidized form of AsA, necessitated the presence of 25-50 μM DTT or sub-millimolar concentrations of GSH and NAC for the scavenging of hydroxyl radicals and failed to scavenge hydroxyl radicals by itself. These results suggest that the redox cycling of AsA/DHA via thiols and cellular AsA metabolism are important processes to be considered while applying NTP to cells and tissues. Further studies are warranted to elucidate the interaction between other reactive species generated by NTP and biomolecules to promote biological and medical applications of NTP.

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