DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-34650-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41578131
تاريخ النشر: 2026-01-23
المؤلف: Sara M. Baraka وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث نبات البطاطس
نظرة عامة
تدرس الدراسة التأثيرات العصبية الواقية لليوجينول (EU) ضد سمية الدماغ الناتجة عن الأكريلاميد (ACR) في نموذج الفئران. أدى إعطاء ACR (20 ملغ/كغ لمدة 4 أسابيع) إلى حدوث إعاقات عصبية كبيرة، بما في ذلك شلل الأطراف الخلفية، وضعف العضلات، وانخفاض النشاط الحركي، إلى جانب تلف أكسدي، والتهاب، وموت الخلايا المبرمج في أنسجة الدماغ. بالمقابل، أظهر إعطاء EU عن طريق الفم بجرعات 50 و100 ملغ/كغ تأثيرًا وقائيًا من خلال تخفيف الإجهاد التأكسدي، واستعادة مستويات إنزيمات مضادات الأكسدة، وتقليل الالتهاب العصبي. تم تحقيق ذلك من خلال تنشيط مسارات Nrf2/NQO1 وHO1 وتقليل تنظيم سلسلة إشارات NLRP3/NF-κB/IL-1β.
بالإضافة إلى ذلك، وُجد أن EU يمنع موت الخلايا العصبية عن طريق تثبيط تعبير الكاسبيز-3 والحفاظ على سلامة الخلايا العصبية. تشير النتائج إلى أن EU يحمل إمكانات كعامل عصبي واقي ضد سمية الأعصاب الناتجة عن ACR، مما يبرز أهميته في الاستراتيجيات العلاجية التي تهدف إلى التخفيف من الضرر العصبي. يُوصى بإجراء أبحاث مستقبلية لاستخدام تقنيات البقع الغربية أو التألق المناعي لتوضيح المزيد عن موضع البروتين وأنماط التنشيط لـ Nrf2 وNLRP3 على المستوى الخلوي.
مقدمة
الأكريلاميد (ACR) هو مركب كربوني غير مشبع قابل للذوبان في الماء يُستخدم على نطاق واسع في تطبيقات صناعية مختلفة، بما في ذلك تصنيع الورق ومعالجة مياه الصرف. كما يتم إنتاجه في الأطعمة الغنية بالكربوهيدرات أثناء الطهي في درجات حرارة عالية من خلال تفاعل ميلارد. وقد حددت الدراسات الحديثة ACR كعامل سمّي عصبي كبير، يؤثر بشكل أساسي على الجهاز العصبي. يؤدي التعرض المزمن لـ ACR في كل من البشر والحيوانات التجريبية إلى سمية عصبية تدريجية، تتميز بأعراض مثل ضعف العضلات الهيكلية، والارتعاش، وتباعد القدمين، وضعف التنسيق الحركي، والتي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بخلل في المخيخ وانحلال الخلايا العصبية.
تُعزى التأثيرات السامة العصبية لـ ACR إلى عدة آليات مترابطة، بما في ذلك الإجهاد التأكسدي، والالتهاب العصبي، وموت الخلايا العصبية. يتفاعل ACR ومشتقه النشط، الجلايسيداميد، مع الجزيئات الكبيرة الخلوية، مما يؤدي إلى استنفاد الجلوتاثيون (GSH)، وأكسدة الدهون، وزيادة إنتاج الأنواع التفاعلية من الأكسجين والنيتروجين. يضعف هذا الضرر التأكسدي الدفاعات المضادة للأكسدة الذاتية، خاصة من خلال قمع مسار إشارات عامل النسخ النووي 2 المرتبط بالكروموسوم 2 (Nrf2)، والذي يعد ضروريًا للحفاظ على توازن الأكسدة والاختزال الخلوي من خلال تحفيز الجينات الواقية للخلايا مثل الهيم أوكسيداز-1 (HO-1) وNAD(P)H كينون ديهيدروجيناز 1 (NQO-1).
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم استخدام ذكور الفئران البيضاء من نوع ويستار (n = 24)، التي تبلغ من العمر أربعة أشهر وتزن بين 180-220 غرام، للتحقيق في الأهداف البحثية المحددة. تم الحصول على الفئران من بيت الحيوانات في المركز القومي للبحوث في الجيزة، مصر، وتم الحفاظ عليها في ظروف محكومة مع دورة ضوء لمدة 12 ساعة. تم وضعها في أقفاص مناسبة، وتغذيتها بوجبة علفية قياسية للفئران، وكان لديها وصول غير محدود إلى الماء عبر زجاجات مزودة بأنبوب قطارة.
كانت الاعتبارات الأخلاقية ذات أهمية قصوى، حيث حصلت الدراسة على موافقة من لجنة أخلاقيات البحث الطبي (MREC) في المركز القومي للبحوث (رقم الموافقة 24410112022)، وفقًا لإرشادات ARRIVE. التزمت البحث بإرشادات النسخة الثامنة من لجنة رعاية واستخدام الحيوانات المؤسسية (IACUC)، حيث تم تنفيذ تدابير لإدارة الألم ورفاهية الحيوانات. تم إجراء تقييمات يومية لسلوك الفئران، وحركتها، ومعدل التنفس، وتغيرات الوضعية، ووزن الجسم، ودرجة حرارة الجسم من قبل طبيب بيطري سريري أو باحث مدرب لضمان رفاهيتها طوال التجربة.
النتائج
تستكشف نتائج الدراسة تأثيرات اليوجينول على التغيرات الهيستوباثولوجية في الدماغ الناتجة عن سمية الأكريلاميد (ACR) في الفئران. أظهرت مجموعة التحكم ميزات هيستولوجية طبيعية في القشرة الدماغية، الحصين، والمخيخ، تتميز بخلايا عصبية سليمة وخلايا بوركنجي. بالمقابل، أظهرت مجموعة المعالجة بـ ACR انحلالًا عصبيًا كبيرًا، كما يتضح من زيادة عدد الخلايا العصبية المتدهورة ذات السيتوبلازم الإيوزينوفيلي والنوى المتكتلة في القشرة الدماغية والحصين، بالإضافة إلى انحلال خلايا بوركنجي في المخيخ، مصحوبة بتكاثر الخلايا الدبقية.
من الجدير بالذكر أن العلاج باليوجينول (مجموعة Eu50+ACR) أدى إلى تقليل ملحوظ في عدد الخلايا العصبية المتدهورة في كل من القشرة الدماغية والحصين، إلى جانب انخفاض في خلايا بوركنجي المتدهورة. أظهرت مجموعة Eu100+ACR تأثيرات وقائية عصبية أكبر، حيث أظهرت خلايا عصبية متدهورة نادرة في القشرة الدماغية والحصين، مما يشير إلى أن الجرعات الأعلى من اليوجينول قد توفر حماية معززة ضد سمية الأعصاب الناتجة عن ACR. تشير هذه النتائج إلى أن اليوجينول له تأثيرات علاجية محتملة في التخفيف من تلف الدماغ المرتبط بالتعرض للأكريلاميد.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على التأثيرات السامة العصبية للأكريلاميد (ACR) على الجهاز العصبي، والتي تظهر كإعاقات حركية، بما في ذلك الارتعاش وضعف العضلات، في كل من البشر ونماذج الحيوانات. تؤكد الدراسة أن التعرض لـ ACR يؤدي إلى التهاب عصبي كبير، يتميز بتنشيط جسم الالتهاب NLRP3 ومسار إشارات NF-κB، مما يؤدي إلى زيادة مستويات السيتوكينات المؤيدة للالتهاب مثل IL-1β وTNF-α. تتفاقم هذه الاستجابة الالتهابية بسبب الإجهاد التأكسدي، كما يتضح من ارتفاع مستويات المالونديالديهايد (MDA) وأكسيد النيتريك (NO)، إلى جانب انخفاض في الدفاعات المضادة للأكسدة، بما في ذلك الجلوتاثيون (GSH).
من المهم أن تبحث الدراسة في الإمكانات العصبية الواقية لليوجينول (EU)، وهو مركب فينولي معروف بخصائصه المضادة للأكسدة والمضادة للالتهابات. تظهر النتائج أن إعطاء EU يقلل بشكل كبير من العجز السلوكي الناتج عن ACR والإجهاد التأكسدي بطريقة تعتمد على الجرعة. على وجه التحديد، أعاد علاج EU التعبير عن علامات مضادات الأكسدة الرئيسية (Nrf2، HO-1، NQO1) وقلل من علامات الالتهاب (NLRP3، p-NF-κB، IL-1β)، مما يشير إلى أن EU يمارس تأثيراته الواقية من خلال تنشيط مسار إشارات Nrf2 وقمع الالتهاب العصبي. تؤكد هذه النتائج الوعد العلاجي لـ EU في مكافحة سمية الأعصاب الناتجة عن ACR وتبرز التفاعل المعقد بين الإجهاد التأكسدي والالتهاب العصبي في الفيزيولوجيا المرضية لانحلال الأعصاب المرتبط بـ ACR.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-34650-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41578131
Publication Date: 2026-01-23
Author(s): Sara M. Baraka et al.
Primary Topic: Potato Plant Research
Overview
The study investigates the neuroprotective effects of eugenol (EU) against brain toxicity induced by acrylamide (ACR) in a rat model. ACR administration (20 mg/kg for 4 weeks) resulted in significant neurological impairments, including hind limb paralysis, muscle weakness, and reduced locomotor activity, alongside oxidative damage, inflammation, and apoptosis in brain tissue. In contrast, oral administration of EU at doses of 50 and 100 mg/kg demonstrated a protective effect by alleviating oxidative stress, restoring antioxidant enzyme levels, and reducing neuroinflammation. This was achieved through the activation of the Nrf2/NQO1 and HO1 pathways and the down-regulation of the NLRP3/NF-κB/IL-1β signaling cascade.
Additionally, EU was found to prevent neural apoptosis by inhibiting caspase-3 expression and preserving neuronal integrity. The findings suggest that EU holds potential as a neuroprotective agent against ACR-induced neurotoxicity, highlighting its relevance in therapeutic strategies aimed at mitigating neurotoxic damage. Future research is recommended to utilize western blot or immunofluorescence techniques to further elucidate the protein localization and activation patterns of Nrf2 and NLRP3 at the cellular level.
Introduction
Acrylamide (ACR) is a water-soluble α,β-unsaturated carbonyl compound widely utilized in various industrial applications, including paper manufacturing and wastewater treatment. It is also produced in carbohydrate-rich foods during high-temperature cooking through the Maillard reaction. Recent studies have identified ACR as a significant neurotoxic agent, primarily affecting the nervous system. Chronic exposure to ACR in both humans and experimental animals leads to progressive neurotoxicity, characterized by symptoms such as skeletal muscle weakness, ataxia, foot splay, and impaired motor coordination, which are closely associated with cerebellar dysfunction and neuronal degeneration.
The neurotoxic effects of ACR are attributed to several interconnected mechanisms, including oxidative stress, neuroinflammation, and neuronal apoptosis. ACR and its reactive metabolite, glycidamide, interact with cellular macromolecules, resulting in glutathione (GSH) depletion, lipid peroxidation, and increased production of reactive oxygen and nitrogen species. This oxidative damage compromises endogenous antioxidant defenses, particularly through the suppression of the nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2) signaling pathway, which is essential for maintaining cellular redox homeostasis by inducing cytoprotective genes such as heme oxygenase-1 (HO-1) and NAD(P)H quinone dehydrogenase 1 (NQO-1).
Methods
In this study, male Wistar Albino rats (n = 24), aged four months and weighing between 180-220 g, were utilized to investigate the specified research objectives. The rats were sourced from the animal house of the National Research Centre in Giza, Egypt, and were maintained under controlled conditions with a 12-hour light cycle. They were housed in appropriate cages, provided with standard rat pellet chow, and had unrestricted access to water via dropper-tipped bottles.
Ethical considerations were paramount, with the study receiving approval from the Medical Research Ethics Committee (MREC) at the National Research Centre (Approval No. 24410112022), in compliance with the ARRIVE guidelines. The research adhered to the 8th edition of the Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) guidelines, implementing measures for pain management and animal welfare. Daily assessments of the rats’ behavior, mobility, respiratory rate, postural shifts, body weight, and body temperature were conducted by a clinical veterinarian or a trained investigator to ensure their well-being throughout the experiment.
Results
The results of the study investigate the effects of eugenol on brain histopathological changes induced by acrylamide (ACR) toxicity in rats. The control group exhibited normal histological features in the cerebral cortex, hippocampus, and cerebellum, characterized by intact neurons and Purkinje cells. In contrast, the ACR-treated group displayed significant neuronal degeneration, evidenced by an increased number of degenerated neurons with eosinophilic cytoplasm and pyknotic nuclei in the cerebral cortex and hippocampus, as well as degeneration of Purkinje cells in the cerebellum, accompanied by astrocyte proliferation.
Notably, treatment with eugenol (Eu50+ACR group) resulted in a marked reduction in the number of degenerating neurons in both the cerebral cortex and hippocampus, alongside a decrease in degenerate Purkinje cells. The Eu100+ACR group demonstrated even greater neuroprotective effects, showing sparse degenerate neurons in the cerebral cortex and hippocampus, indicating that higher doses of eugenol may confer enhanced protection against ACR-induced neurotoxicity. These findings suggest that eugenol has potential therapeutic effects in mitigating brain damage associated with acrylamide exposure.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the neurotoxic effects of acrylamide (ACR) on the nervous system, which manifests as motor impairments, including ataxia and muscle weakness, in both humans and animal models. The study confirms that ACR exposure leads to significant neuroinflammation, characterized by the activation of the NLRP3 inflammasome and the NF-κB signaling pathway, resulting in increased levels of pro-inflammatory cytokines such as IL-1β and TNF-α. This inflammatory response is compounded by oxidative stress, as indicated by elevated malondialdehyde (MDA) and nitric oxide (NO) levels, alongside a reduction in antioxidant defenses, including glutathione (GSH).
Importantly, the research investigates the neuroprotective potential of eugenol (EU), a phenolic compound known for its antioxidant and anti-inflammatory properties. The findings demonstrate that EU administration significantly mitigates ACR-induced behavioral deficits and oxidative stress in a dose-dependent manner. Specifically, EU treatment restored the expression of key antioxidant markers (Nrf2, HO-1, NQO1) and reduced inflammatory markers (NLRP3, p-NF-κB, IL-1β), suggesting that EU exerts its protective effects through the activation of the Nrf2 signaling pathway and the suppression of neuroinflammation. These results underscore the therapeutic promise of EU in counteracting ACR-induced neurotoxicity and highlight the intricate interplay between oxidative stress and neuroinflammation in the pathophysiology of ACR-related neurodegeneration.