9 Toxiciteit
Menadione bevordert de hepatische biosynthese van bloedstollingsfactoren. Het carcinogene potentieel van menadion werd bepaald met een DC-polarografiemethode in strikt watervrije N,N-dimethylformamide (DMF) in aanwezigheid van alfa-liponzuur. De vorming van superoxide-anion werd gemeten na incubatie van de long-, lever- en niermicrosomen van ratten met menadion. Het genotoxisch potentieel van menadion is onderzocht met behulp van de ongeplande DNA-synthese (UDS) en alkalische elutie-tests. De parameter voor de potentiële carcinogeniteit van menadion voor alfa was 0,0025, wat wijst op geen carcinogene activiteit van menadion. Bij incubatie van menadion met microsomen werd op een concentratie- en tijdafhankelijke wijze superoxide-anion gegenereerd. In de zoogdiercellen (A 549) die werden gebruikt voor alkalische elutie en UDS-tests, was menadion cytotoxisch bij concentraties van meer dan 20 nmol/mL. Het gebruik van S9-mixfracties (metabole activering) verminderde de cytotoxiciteit van menadion. In het concentratiebereik van meer dan 20 nmol/mL was menadion genotoxisch in de UDS-test bij afwezigheid van metabole activering. In aanwezigheid van metabole activering werd de door menadion veroorzaakte DNA-beschadiging en herstel sterk verminderd. Behandeling van A 549 longcellen met 4-nitrochinoline-N-oxide (NQO) veroorzaakte significante vorming van DNA-singlestrengbreuken zowel in afwezigheid als in aanwezigheid van metabole activering. Behandeling van A 549 longcellen met menadion veroorzaakte de vorming van DNA-singlestrengbreuken in afwezigheid van S9-mix. In aanwezigheid van metabole activering veroorzaakte menadion geen significante vorming van DNA-strengbreuken. Menadion-geïnduceerd DNA-herstel in A 549-cellen was concentratie-, tijd- en temperatuurafhankelijk. Meting van ongeplande DNA (UDS)-synthese (reparatie) na behandeling met NQO en menadion leverde sterke UDS-responsen op in afwezigheid van S9-mix. Alles bij elkaar wijzen de resultaten van deze studies op het mutagene potentieel van NQO en menadion. Deze resultaten wijzen erop dat menadion redoxcycli ondergaat met vorming van reactieve zuurstofspecies die DNA-schade veroorzaken en herstellen zonder carcinogeen potentieel te hebben.
Oxidatieve stress is geïmpliceerd als een mechanisme voor een verscheidenheid van vormen van leverschade. Hoewel reactieve zuurstofspecies (ROS) cellulaire macromoleculen rechtstreeks kunnen beschadigen, kan door oxidatie geïnduceerde celdood het gevolg zijn van redoxeffecten op signaaltransductiewegen. Om de mechanismen van hepatocytdood door oxidatieve stress te begrijpen, werden de functies van de mitogeen-geactiveerde proteïne kinasen (MAPKs) bepaald tijdens oxidant-geïnduceerde hepatocytschade door menadion. Lage, niet-toxische en hoge toxische concentraties van de superoxide-generator menadion werden vastgesteld in de RALA255-10G rat hepatocyte cellijn. Dood door menadione werd geblokkeerd door catalase en ebselen, wat erop wijst dat de dood secundair was aan oxidantvorming en niet aan arylering. Behandeling met een niet-giftige menadionconcentratie resulteerde in een korte activering van extracellulair signaal-gereguleerd kinase (ERK) en c-Jun N-terminaal kinase (JNK). Daarentegen leidde behandeling met een toxische menadionconcentratie tot een langdurige activering van zowel ERK als JNK. Chemische remming van de ERK functie maakte de RALA hepatocyten gevoelig voor de dood door menadion concentraties die voorheen niet toxisch waren, in combinatie met een langdurige JNK activatie. Adenovirale expressie van een dominant-negatief eiwit voor c-Jun, een downstream substraat voor JNK, blokkeerde de dood door menadione. Het pro-apoptotische effect van c-Jun werd niet gemedieerd via de mitochondriale doodsweg. De conclusie is dat de weerstand van RALA hepatocyten tegen oxidant-geïnduceerde dood door menadion afhankelijk is van ERK, terwijl celdood wordt gemedieerd door AP-1 activatie. Deze bevindingen identificeren signaalwegen die therapeutische doelen kunnen zijn bij de preventie of behandeling van oxidant-geïnduceerde leverschade.
Menadion-gekatalyseerde H2O2-productie door levensvatbare cellen was evenredig met het levensvatbare aantal cellen, en de bepaling van deze H2O2-productie werd toegepast op de cytotoxiciteitstest van 17 stoffen die werden gebruikt voor de internationale validatie van vaste-dosis procedure als alternatief voor de klassieke LD(50) test. De cytotoxiciteit van de geteste stoffen werd geobserveerd 4 uur na de incubatie met dierlijke cellen, en de levensvatbaarheid werd bepaald in 10 minuten volgens de menadion-gekatalyseerde H2O2-produktie-test. IC(50) van elke stof die nodig is voor 50% remming van de menadion-gekatalyseerde H2O2-productie was vergelijkbaar bij HepG2-, HuH-6KK-, HUVE-, Vero-, Intestine 407-, NIH/3T3- en Neuro-2a-cellen. Twaalf stoffen, drie stoffen en twee stoffen vertoonden een verschil van respectievelijk één, twee en drie orden in grootte tussen LD(50) en IC(50). Deze resultaten tonen aan dat menadion-gekatalyseerde H2O2-produktietest nuttig is voor de snelle detectie van toxische verbindingen met de basale cytotoxiciteit gemeenschappelijk voor verschillende cellen, maar ongeschikt is voor de detectie van orgaanspecifieke toxische verbindingen.
De verhoging van intracellulair Ca2 + in verschillende weefsels door oxidatieve stress geïnduceerd door menadion is goed gedocumenteerd. Verhoging van Ca2 + niveau in bloedplaatjes resulteert in aggregatie van bloedplaatjes. Om de hypothese te testen dat menadion-geïnduceerde Ca2 + verhogingen een rol kunnen spelen bij een bloedplaatjesaggregatie, hebben wij het effect van menadion op de aggregatie van bloedplaatjes, geïsoleerd van vrouwelijke ratten, bestudeerd. Behandeling met menadion aan PRP, dat een adequaat systeem bleek te zijn, bleek dosis-afhankelijke troebelheidsveranderingen van bloedplaatjes te induceren tot 60% .