Εξελικτικοί μηχανισμοί προσαρμογής - επιβίωσης στην αιτιοπαθογένεια των νόσων: φαρμακολογικές προεκτάσεις

Abstract

The rise of atmospheric oxygen concentration up to toxic levels paradoxically gave the direction towards evolutionary diversification and biological complexity, a phenomenon called as ‘Oxygen Paradox’. Life in order to survive in the new toxic oxygen environment followed the symbiosis of the prokaryotes. Cell symbiosis resulted to the formation of the aerobic eukaryotes with the mitochondrion. The mitochondrion exploited energetically oxygen thus providing life with adaptive flexibility, while it favoured evolutionary diversification through differentiation and apoptosis. Another critical evolutionary phase has been the transition of life from aquatic to terrestrial habitat. The evolutionary adaptive mechanisms that were developed during that transition phase are considered to be encoded in the amphibian metamorphosis, a process that is controlled inclusively by thyroid hormones. Amphibian metamorphosis remains the natural experiment of tissue regeneration. It is now evident that the evolutionary adaptive mechanisms that were reserved into the genome may be involved in the pathophysiology of diseases. Since adaptation is associated with a whole program of cell survival under stress, disease is predominant in survival rather than function. Disease manifestation implies the maladaptation of living organisms in their environment due to an imbalance between the reserved genes of ‘stone age’ and the changing environment of ‘space age’. However, life retains the ability to return to the ‘fetal’ gene program as an adaptive response to stress. The fetal gene program is predominant in a variety of pathophysiologic conditions resembling evolutionary survival paths including gigantism, autophagy, change in the rate of glucose metabolism and thyroid hormone alteration. Thus, the evolutionary theory of diseases may contribute to a new pharmacological investigation pathway that is based on the cell differentiation and tissue regeneration. Additionally, research modelling that is fed through evolution and development, may consist robust experimental pattern of the pahtophysiology and mechanisms of human diseases.

Η αύξηση των επιπέδων του οξυγόνου στο αναερόβιο περιβάλλον φαίνεται να αποτέλεσε το έναυσμα της εξέλιξης της ζωής στη γη. Η συμβίωση των πρωτοκυττάρων ήταν η πρώτη προσαρμοστική απάντηση στο «τοξικό» οξυγόνο και είχε ως αποτέλεσμα το σχηματισμό του μιτοχονδρίου. Το μιτοχόνδριο προσέδωσε την προσαρμοστική ευελιξία στο πλούσιο σε οξυγόνο περιβάλλον και ευνόησε την εξελικτική διαδικασία μέσω ρύθμισης σημαντικών κυτταρικών διαδικασιών (πολλαπλασιασμός, διαφοροποίηση, απόπτωση). Η μετάβαση από το υδρόβιο στο χερσαίο περιβάλλον φαίνεται να αποτέλεσε το δεύτερο κομβικό σημείο εξέλιξης. Η μεταμόρφωση των αμφιβίων φέρει κωδικοποιημένους τους εξελικτικούς μηχανισμούς προσαρμογής στο χερσαίο περιβάλλον. Η θυρεοειδική ορμόνη (ΘΟ) φαίνεται να έχει σημαντικό ρόλο στη μεταμορφωτική διαδικασία. Αρχικά δεδομένα δείχνουν ότι οι αρχέγονοι αυτοί μηχανισμοί αποτελούν τη βάση της παθοφυσιολογίας των νοσημάτων. Τα νοσήματα εμφανίζονται σε καταστάσεις γονιδιακής δυσπροσαρμογής στο περιβάλλον λόγω της δυσαναλογίας μεταξύ των γονιδίων της «λίθινης εποχής» (stone age) και του περιβάλλοντος της «διαστημικής εποχής» (space age). Η προσαρμοστική απάντηση στο περιβαλλοντικό στρες χαρακτηρίζεται από το φαινόμενο της εξελικτικής/αναπτυξιακής παλινδρόμησης που εξασφαλίζει την επιβίωση, όμως με κόστος την προσαρμοστική ευελιξία και την εξειδικευμένη λειτουργία. Η απάντηση αυτή υποδηλώνει κοινό παθοφυσιολογικό μηχανισμό για όλα τα νοσήματα. Ο γιγαντισμός, η αυτοφαγία, ο μεταβολισμός της γλυκόζης και οι μεταβολές στη ΘΟ αποτελούν μερικά χαρακτηριστικά παραδείγματα εξελικτικής παλινδρόμησης. Η εξελικτική θεώρηση των νοσημάτων φαίνεται να αποτελεί ένα νέο πεδίο για τη διερεύνηση των παθοφυσιολογικών μηχανισμών και την ανάπτυξη νέων φαρμακολογικών παρεμβάσεων που στοχεύουν όχι μόνο στη λειτουργική αποκατάσταση αλλά και στην ιστική αναδιαμόρφωση. Τα μοντέλα εξέλιξης και ανάπτυξης μπορεί να αποτελέσουν κατάλληλα πειραματικά πρότυπα μελέτης των νοσημάτων.