Альгинатный олигосахарид облегчает вызванное D-галактозой старение сердца посредством регуляции функции и целостности миокардиальных митохондрий у мышей

Пожалуйста свяжитесьoscar.xiao@wecistanche.comЧтобы получить больше информации

Абстрактный

Старение является решающим фактором риска развития возрастных сердечно-сосудистых заболеваний. Следовательно, молекулярные механизмы старения и новые антивозрастные вмешательства нуждаются в глубоком изучении. Альгинатный олигосахарид (АОС) обладает высокой фармакологической активностью и полезными эффектами. Наше исследование было предпринято, чтобы выяснить, можно ли использовать АОС в качестве омолаживающего препарата для облегчения старения сердца. Индуцированное D-галактозой (D-gal) старение мышей C57BL/6J устанавливали путем подкожной инъекции D-gal (200 мг-кг'-d') в течение 8 недель. АОС (50, 100 и 150 мг; кг л.д.) вводили внутрижелудочно в течение последних 4 недель. В результате АОС предотвратил сердечную дисфункцию у мышей со старением, вызванным D-gal, включая частично сохраненную фракцию выброса (процент EF) и фракционное укорочение (процент FS).cistanche benefíciosАОС ингибировал индуцированную D-gal повышающую регуляцию натрийуретических пептидов A (ANP), мозгового натрийуретического пептида (BNP) и маркеров старения p53 и p21 дозозависимым образом. Для дальнейшего изучения потенциальных механизмов, способствующих антивозрастному защитному эффекту АОС, был проанализирован возрастной митохондриальный компромисс. Наши данные показали, что AOS облегчал вызванное D-gal старение сердца за счет улучшения биогенеза митохондрий, поддержания целостности митохондрий и повышения эффективности удаления поврежденных митохондрий. АОС также снижали выработку АФК и состояние окислительного стресса, что, в свою очередь, дополнительно ингибировало разрушение сердечных митохондрий. В совокупности эти результаты демонстрируют, что АОС может быть эффективным терапевтическим средством для облегчения старения сердца.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

альгинатный олигосахарид, старение сердца, D-галактоза, митохондрии, окислительный стресс

1|ВВЕДЕНИЕ

Старение можно в широком смысле определить как зависящее от времени накопление клеточных повреждений, которое вызывает прогрессирующее функциональное снижение тканей и органов.Экстракт цистанхе против радиацииСтарение является решающим фактором риска развития возрастных сердечно-сосудистых заболеваний, что приводит к заметному увеличению распространенности сердечно-сосудистых заболеваний среди стареющего населения.23 Таким образом, срочно необходимы более эффективные стратегии лечения сердечной недостаточности, вызванной старением. .

Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы узнать больше

Альгинат — это природный полисахарид, полученный из морских водорослей, который извлекают из бурых водорослей. Альгинатный олигосахарид (АОС) производится путем деполимеризации альгината, который имеет множество уникальных преимуществ, таких как водорастворимость, нетоксичность, неиммуногенность и биоразлагаемость. AOS проявляет многообещающую биологическую активность. Этот олигосахарид обладает нейропротекторными, гиполипидемическими, антиоксидантными, противовоспалительными, антиагрегационными, противоопухолевыми,10 антибактериальными и иммунорегуляторными свойствами, а также подавляет ожирение¹ и активность конечных продуктов гликирования (AGE). .4 Примечательно, что не изучалась способность АОС защищать от старения сердца.

Митохондрии являются двухмембранными органеллами и выполняют множество функций в клеточной биоэнергетике и метаболизме.14 Сердце является органом с высоким потреблением энергии и высоким содержанием митохондрий. Сердечные митохондрии генерируют 90 процентов АТФ и играют жизненно важную роль в поддержании здоровья сердца.цистанхе траваМитохондриальная дисфункция, которая может ускорить процесс старения у млекопитающих, является одним из наиболее важных механизмов старения.15;16 Связанная с возрастом митохондриальная дисфункция проявляет различные признаки, включая потерю целостности митохондрий, снижение эффективности митохондриального биогенеза, дефекты качества. контроль с помощью аутофагии, снижение митохондриального мембранного потенциала (ММП), изменения в митохондриальной динамике, повышенное образование активных форм кислорода (АФК) и накопление мутаций в митохондриальной ДНК (мтДНК).17 Из-за более низкого биогенеза и сниженного клиренса сочетание повышенного повреждения и сниженного обновления митохондрий может в конечном итоге способствовать процессу старения. к возрастной сердечной дисфункции.20

Цистанхе может омолаживать

Вызванное D-галактозой (D-gal) старение на животных моделях широко использовалось для изучения механизмов старения и омолаживающих эффектов лекарств.21 Хроническое введение большого количества D-gal вызывает нарушения клеточного метаболизма и повреждение клеток, которые ускоряют процесс старения. процесс старения и, в конечном итоге, вызывают структурные и функциональные изменения в сердечно-сосудистой системе.22 Поэтому в текущем исследовании мы создали модель старения мышей, индуцированную D-gal, для систематической оценки активности AOS против сердечного старения и дальнейшего изучения возможный основной механизм.

2|МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1|Лекарства и реагенты

D-галактоза была получена от Sigma-Aldrich. AOS был приобретен у Qingdao BZ Oligo Biotech Co., Ltd. Набор для анализа малонового диальдегида (MDA) был получен от Jiancheng Bioengineering Institute. Кроличьи поликлональные антитела против BNP, PGC-1a, p67-phox и gp91-phox были получены от Abcam Inc. Кроличьи моноклональные антитела против натрийуретических пептидов A (ANP) и SIRT3 и мышиные моноклональные антитела против p53 были получены от Abcam Inc. Кроличьи поликлональные антитела против беклина -1 и p-mTOR были приобретены у Cell Signaling Technology. Поликлональные антитела кролика против p21 и моноклональные антитела мыши против p47-phox были получены от Santa Cruz Biotechnology, Inc. Поликлональные антитела кролика против mTOR были приобретены у Proteintech Group, Inc. Набор для выделения митохондрий и JC{{14} } Набор для анализа митохондриального мембранного потенциала был приобретен у Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd. Набор TIANamp Genomic DNA был получен у Tiangen Biotech (Beijing) CO., LTD.рост полового членаНабор для ПЦР с зондом мтДНК мыши был приобретен в компании Beijing Tiandz Gene Technology CO., Ltd. Были приобретены козьи антикроличьи IgG (H + L) (конъюгированные с пероксидазой/HRP) и козьи антимышиные IgG (H плюс L) (пероксидаза/HRP конъюгированные). от Elabscience Biotechnology Co., Ltd. Все другие химические вещества и реагенты были приобретены у стандартных коммерческих поставщиков, если не указано иное.

2.2|Животные

Самцы 8-мышей C57BL/6J недельного возраста (масса тела 20±2 г, n=40) были получены от Jinan Pengyue Experimental Animal Breeding Co, LTD. Все мыши получали обычную диету и содержались в цикле 12-часов света/12-темноты в условиях отсутствия особых патогенов (SPF) в Центре лабораторных животных Медицинского факультета Университета Циндао. . Все экспериментальные процедуры на животных соответствовали «Руководству по уходу и использованию лабораторных животных», опубликованному Национальным институтом здравоохранения США и политикой Службы общественного здравоохранения в отношении гуманного ухода и использования лабораторных животных. Протоколы исследования были одобрены Комитетом по этике экспериментов на животных Университета Циндао (номер утверждения: QYFYWZLL25840).

2.3|Модель старения, вызванная D-gal, и введение лекарств

Мыши были случайным образом разделены на пять групп (n =8 в каждой группе): контрольная, D-gal, D-gal плюс низкие дозы AOS (D-gal плюс AOS-50), D-gal плюс группы со средними дозами AOS (D-gal плюс AOS-100) и D-gal плюс высокие дозы AOS (D-gal плюс AOS-150). Старение вызывали у мышей C57BL/6J подкожной инъекцией D-gal (200 мг/кг, Sigma-Aldrich) в течение 8 недель.23,24 Контрольным мышам вводили подкожно эквивалентную стерильную воду. Через четыре недели после инъекции D-gal группам D-gal плюс AOS-50, D-gal плюс AOS-100 и D-gal плюс AOS-150 внутрижелудочно вводили AOS ( 50, 100 и 150 мг-кг2-д'л) в течение еще 4 недель соответственно. Мыши контрольной группы и группы D-gal получали внутрижелудочное введение эквивалентного физиологического раствора.

2.4|эхокардиография

Эхокардиографию проводили на анестезированных мышах с использованием Vevo2100 (VisualSonics) с датчиком 30-МГц в конце эксперимента. Следующие параметры были измерены, как описано ранее: фракция выброса левого желудочка (EF) и фракционное укорочение левого желудочка (FS).25

2,5|Гистологический анализ

Образцы сердца фиксировали 4-процентным параформальдегидом в течение 24 часов, затем заливали в парафин и разрезали на срезы толщиной 4- мкм. Окрашивание H&E и трихромом по Массону использовали для визуализации сердечной архитектуры и кардиального фиброза соответственно. Срезы исследовали под инвертированным световым микроскопом (TE 200, Nikon). Соответствующие данные были проанализированы и рассчитаны исследователями, которые не знали о назначении группы лечения.

2,6|Трансмиссионная электронная микроскопия

Ультраструктуру митохондрий определяли методом просвечивающей электронной микроскопии. После предыдущего исследования 26 свежих тканей левого желудочка разрезали на блоки объемом 1 мм³ и фиксировали в 2,5-процентном глутаральдегиде в течение 2 часов при температуре 4°С. После последующей фиксации в 1-процентном четырехокиси осмия в течение 2 часов при комнатной температуре ткани левого желудочка обезвоживали, а затем заливали в смолу. Серийные ультратонкие срезы (30-40 нм) собирали на медные сетки и, наконец, окрашивали 0,5 % уранилацетата, а затем 1 % цитрата свинца. Ультраструктурный анализ окрашенных срезов проводили с помощью просвечивающей электронной микроскопии Tecnai G2 12 (FEI Co.).

2,7|Митохондриальный мембранный потенциал (ММП) Определение

Потенциал митохондриальной мембраны измеряли с помощью иммунофлуоресцентного окрашивания JC-1 и проточной цитометрии. Свежие ткани сердца использовали для приготовления замороженных срезов или извлечения митохондрий. Замороженные срезы использовали для иммунофлуоресцентного окрашивания JC-1 в соответствии с протоколом производителя.Польза цистанче сальсыФлуоресценцию определяли при возбуждении/испускании 485/580 нм (красный) и возбуждении/испускании 485/530 нм (зеленый) с использованием флуоресцентного микроскопа.

Кроме того, митохондрии выделяли из свежей ткани сердца с использованием набора для выделения митохондрий в соответствии с методом, опубликованным Peng et al. Затем извлеченные митохондрии использовали для определения целостности ММР путем измерения интенсивности флуоресценции JC. {2}}. Вкратце, митохондрии инкубировали с JC-1 в буфере для анализа JC-1 в течение 10 минут при комнатной температуре. Карбонилцианид м-хлорфенилгидразон применяли для разрушения ММП и служили в качестве положительного контроля в соответствии с инструкциями производителя. Образцы анализировали при 488 и 575 нм с помощью проточной цитометрии с использованием программного обеспечения CellQuest (Becton Dickinson).

2,8|Измерение количества копий мтДНК

Количество копий митохондриальной ДНК измеряли с помощью количественной ПЦР в реальном времени (кПЦР). Короче говоря, ткани сердца гомогенизировали и удаляли белки и РНК с помощью протеиназы К и РНКазы А. Суммарные ДНК экстрагировали с помощью набора TIANamp Genomic DNA, а затем количественно определяли с помощью спектрофотометра QuickDrop от Molecular Devices (Холлистон, Массачусетс). Набор для ПЦР зонда мтДНК мыши использовали для амплификации мтДНК образца с помощью системы обнаружения флуоресцентной ПЦР (Hangzhou Bioer Technology Co. Ltd). Количество копий мтДНК рассчитывали по кривой положительного контроля qPCR в соответствии с протоколом производителя.

2,9|Обнаружение образования АФК на месте

Как описано ранее, флуоресцентное окрашивание ДГЭ выполняли для оценки уровня продукции АФК in situ. 2³ Вкратце, свежие ткани сердца помещали в соединение ОСТ, а затем немедленно замораживали с помощью криостата при температуре -20 . Замороженные ткани сердца разрезали на гистологические предметные стекла толщиной 6-мкм. Срезы сердца промывали 1-кратным фосфатно-солевым буфером (PBS) и затем инкубировали с раствором ДГЭ (5 мкмоль/л) в защищенной от света влажной камере при 37°С в течение 30 минут. После инкубации поперечные срезы сердца промывали 1×PBS. Наконец, изображения были получены с помощью флуоресцентного микроскопа, а интенсивность флуоресценции была количественно определена с помощью программного обеспечения ImageJ методом слепого тестера.

2.10|Измерение перекисного окисления липидов

В качестве основных вторичных продуктов перекисного окисления липидов концентрацию малонового диальдегида (МДА) в гомогенатах сыворотки и сердца измеряли в соответствии с инструкцией к набору для анализа МДА (Jiancheng Bioengineering Institute).

2.11|Вестерн-блот анализ

Ткани сердца гомогенизировали в буфере RIPA, содержащем ингибиторы фосфатазы и протеазы, и центрифугировали при 12 00 об/мин при 4 градусах в течение 20 минут. Затем собирали супернатант для последующих экспериментов. Концентрацию белка определяли с использованием набора для анализа белка BCA. Равные количества белков помещали в 10-процентный гель SDS-PAGE и переносили на мембраны PVDF (Roche). Мембраны блокировали герметизирующим раствором на 1 час и инкубировали с соответствующими первичными антителами при 4 градусах в течение ночи. Затем мембраны промывали в TBS-T и инкубировали с соответствующими вторичными антителами. Затем мембраны промывали в TBS-T и визуализировали с использованием реагентов для детекции вестерн-блоттинга ECL (Bio-Rad). Экспрессию белка количественно определяли денситометрическим анализом полос с использованием программного обеспечения ImageJ. Белок домашнего хозяйства GAPDH использовали в качестве контроля нагрузки. Соотношения разведения первичных и вторичных антител были показаны следующим образом: ANP (1:1000), BNP (1:2000), p53 (1:1000), p21 (1:1000), PGC-1 a (1:1000),SIRT3(1:1000),beclin-1(1:1000),p-mTOR(1:1000),mTOR (1:1000),p47-phox( 1:500), p67-phox(1:1000),gp91-phox(1:2000), GAPDH (1:2000), козий антикроличий IgG (H + L)(пероксидаза /HRP, конъюгированный) (1:5000) и Goat Anti-Mouse lgG (H+L) (пероксидаза/HRP, конъюгированный) (1:5000).

2.12|статистический анализ

Данные были выражены как среднее ± SEM. Статистически значимые значения были определены с помощью однофакторного дисперсионного анализа с последующим апостериорным тестом Стьюдента-Ньюмана-Кеулса (SNK).<.05 was="" considered="" to="" be="" statistically="">

3|ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

3.1|Влияние АОС на сердечную функцию и экспрессию маркеров старения у мышей, индуцированных D-gal.

Эхокардиографию использовали для анализа сердечной функции мышей. D-gal-индуцированное старение у мышей показало значительное снижение процента EF и процента FS. Тем не менее, AOS значительно предотвращал сердечную дисфункцию у мышей со старением, вызванным D-gal, включая частично сохраненный процент EF и процент FS (рис. 1A-C). Как показано на рис. 1D-G, не было статистической разницы в частоте сердечных сокращений между каждая группа. D-галактозные мыши имели тенденцию к увеличению LVEDD (конечный диастолический диаметр левого желудочка) и LVPWd (толщина задней стенки левого желудочка в конечной диастоле), но не было статистически значимой разницы по сравнению с контрольными мышами. Тем не менее, КСРЛЖ (конечный систолический диаметр левого желудочка) был значительно увеличен у мышей со старением, индуцированным D-gal, а АОС снижала КСРЛЖ дозозависимым образом. Экспрессию ANP и BNP в ткани сердца определяли вестерн-блоттингом для дальнейшего подтверждения сердечной функции мышей в каждой группе. Как показано на рисунке 1H-I, уровни ANP и BNP были значительно повышены у мышей со старением, индуцированным D-gal, а AOS значительно снизила уровни ANP и BNP дозозависимым образом. Эти данные показали, что AOS предотвращает сердечную дисфункцию у стареющих мышей, вызванных D-gal. Кроме того, мы обнаружили экспрессию белков маркеров старения p53 и p21. Как и ожидалось, экспрессия белков p53 и p21 была значительно увеличена в тканях сердца мышей, индуцированных D-gal, при старении, а AOS значительно снизила экспрессию p53 и p21 дозозависимым образом (рис. 1J-K).

3.2|Влияние АОС на гистопатологические изменения сердца у мышей, вызванных D-gal старением

Для исследования изменений архитектуры миокарда мышей препараты сердечной ткани окрашивали гематоксилином и эозином (H&E). Как показано на рисунке 2А, ​​по сравнению с контрольными мышами, у мышей, индуцированных D-gal, наблюдалась аномальная архитектура миокарда, в основном характеризующаяся неупорядоченным расположением кардиомиоцитов и увеличенным межклеточным пространством между клетками. Введение АОС значительно уменьшало беспорядочное расположение и расстояние между кардиомиоцитами. Окрашивание H&E также продемонстрировало, что площадь кардиомиоцитов левого желудочка была значительно увеличена у мышей со старением, вызванным D-gal, а лечение АОС значительно уменьшило площадь кардиомиоцитов дозозависимым образом (рис. 2B, D).

Для уточнения степени фиброза сердца выполняли треххромную окраску поперечных срезов по Массону. Как показано на рис. 2C, E, накопление коллагена в интерстициальной и периваскулярной областях миокарда было резко увеличено у мышей со старением, вызванным D-gal. Однако по сравнению с группой D-gal лечение АОС значительно уменьшало процент площади коллагена в зависимости от дозы (рис. 2C, E). Эти данные свидетельствуют о том, что AOS предотвращает индуцированные D-gal морфологические изменения и сердечный фиброз у мышей C57BL/6J.

3.3|Влияние АОС на ультраструктуру митохондрий сердца мышей, индуцированных D-gal старением

Затем мы использовали трансмиссионную электронную микроскопию для обнаружения изменений ультраструктуры митохондрий сердца. Как показано на рисунке 3, митохондрии кардиомиоцитов контрольных мышей были структурно нормальными и имели четко различимые кристы и электронно-прозрачный матрикс. Однако некоторые митохондрии кардиомиоцитов мышей D-gal были увеличены, опухли и частично потеряли кристы, а лечение АОС предотвратило разрушение ультраструктуры сердечных митохондрий у мышей, индуцированных D-gal старением.

3.4|Влияние АОС на ММП сердца мышей, индуцированных D-gal.

В качестве важного фактора, определяющего функциональное состояние митохондрий, ММП измеряли с помощью флуоресцентного окрашивания JC-1 и проточной цитометрии. В целом, когда мембранный потенциал митохондрий высок, JC-1 агрегирует в митохондриях и излучает красную флуоресценцию, в то время как JC-1 существует в виде мономера в цитозоле и излучает зеленую флуоресценцию, когда митохондрии имеют низкий мембранный потенциал.29 Итак, отношение красной флуоресценции к зеленой флуоресценции может отражать интенсивность ММР. Как показано на рис. 4A-B, результаты флуоресцентного окрашивания JC-1 показали, что уровень сердечной ММП у мышей со старением, индуцированным D-gal, был значительно ниже, чем у контрольных мышей, а введение АОС защищало от D-gal. галактозоопосредованное снижение ММП. В

3,5|Влияние АОС на митохондриальный биогенез и экспрессию белка аутофагии в сердце мышей со старением, индуцированным D-gal

Мы использовали Вестерн-блот для определения экспрессии белка маркера митохондриального биогенеза PGC-1a. Как и ожидалось, значительное снижение экспрессии белка PGC-1o наблюдалось в сердечных тканях мышей со старением, индуцированным D-gal, а АОС значительно увеличивала экспрессию PGC-1a в дозозависимых дозах. способом (рис. 5A-B). Исследования показали, что SIRT3 играет важную роль в поддержании биоэнергетики митохондрий. Поэтому мы дополнительно обнаружили экспрессию SIRT3 в тканях сердца. Наш результат показал, что значительное снижение экспрессии белка SIRT3 у стареющих мышей, вызванных D-gal, и AOS значительно увеличивали экспрессию белка SIRT3 дозозависимым образом (рис. 5C-D). Кроме того, результат ПЦР зонда мтДНК показал, что количество копий мтДНК было значительно уменьшено у мышей, индуцированных D-gal, старением, а АОС значительно увеличил количество копий мтДНК дозозависимым образом (рис. 5E). Эти данные указывают на то, что AOS активирует митохондриальный биогенез у стареющих мышей, индуцированных D-gal.

Затем мы использовали Вестерн-блот для определения экспрессии и фосфорилирования критических регуляторов аутофагии в тканях сердца. Как показано на рисунке 5F-I, значительное снижение экспрессии белка беклина -1 и значительное увеличение фосфорилирования mTOR наблюдались в тканях сердца мышей, вызванных D-gal старением. Как и ожидалось, АОС значительно повышала экспрессию беклина-1 и снижала фосфорилирование mTOR дозозависимым образом.

3.6|Влияние АОС на продукцию АФК и окислительный стресс в сердце стареющих мышей, индуцированных D-gal

Мы определяли продукцию АФК в сердце с помощью флуоресцентного окрашивания ДГЭ. Как показано на рисунке 6A-B, мы обнаружили, что интенсивность флуоресценции ДГЭ кардиомиоцитов левого желудочка была значительно повышена у мышей со старением, вызванным D-gal, а АОС значительно снизила интенсивность флуоресценции ДГЭ кардиомиоцитов левого желудочка.

Чтобы исследовать влияние АОС на состояние окислительного стресса в сердце мышей, стареющих под действием D-gal, мы использовали вестерн-блоттинг для определения экспрессии белка НАДФН-оксидазы в тканях сердца. Экспрессия субъединицы NADPH-оксидазы p47-phox,p67-phox и gp91-phox была значительно увеличена у мышей со старением, вызванным D-gal. Однако АОС снижал экспрессию этих субъединиц НАДФН-оксидазы дозозависимым образом (рис. 6C-D).

Поскольку МДА считается предполагаемым биомаркером перекисного окисления липидов в живых организмах, кроме того, мы определяли концентрацию МДА для оценки состояния окислительного стресса in vivo. Как показано на фиг. 6E-F, повышенный статус окислительного стресса у стареющих мышей, индуцированных D-gal, был подтвержден более высокой концентрацией MDA в гомогенатах сыворотки и сердца. Введение АОС снижало уровень МДА дозозависимым образом по сравнению с группой D-gal. В совокупности эти данные показали, что АОС значительно снижает продукцию АФК и состояние окислительного стресса у стареющих мышей, индуцированных D-gal.

4|ОБСУЖДЕНИЕ

Старение – это хронические и полиорганные системные изменения организма. Увеличение числа сердечно-сосудистых заболеваний, связанных с возрастом, и связанное с этим финансовое бремя стали преобладающей глобальной проблемой. улучшение здоровья, а также задержка сердечной недостаточности, вызванной старением.

Альгинат представляет собой линейный сополимер полисахаридов, экстрагированный из бурых морских водорослей. Из-за высокой молекулярной массы и вязкости альгинату трудно проникать через клеточные мембраны и биологические барьеры, что ограничивает его использование. AOS, полученный в результате гидролиза альгината, привлекает все большее внимание из-за его более низкой молекулярной массы и вязкости. AOS — это водорастворимое, нетоксичное, неиммуногенное и биоразлагаемое соединение, обладающее гораздо большей биологической активностью, чем альгинат». Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что АОС в качестве антиоксидантного олигосахарида обладает способностью защищать нейродегенеративные заболевания и острую кардиотоксичность доксорубицина путем ингибирования стресса эндоплазматического ретикулума и окислительного стресса. гиперлипидемия, гипергликемия и гипертония и подавление ожирения.27 Однако способность АОС защищать от старения не была продемонстрирована.

Предыдущие исследования показывают, что стареющее сердце проявляет уникальные гистологические и функциональные особенности, включая прогрессивное ремоделирование сердца и ухудшение сердечного резерва.25,32 Внутреннее старение сердца может в конечном итоге привести к повышенной уязвимости к различным стрессовым факторам и способствовать развитию сердечно-сосудистых заболеваний. . Модели преждевременного старения, индуцированного D-gal, демонстрируют сходные фенотипы сердечных изменений по сравнению с естественным старением у грызунов. и периваскулярных областях, а введение АОС ингибировало ремоделирование сердца, индуцированное D-gal у мышей C57BL/6J. Между тем, мы обнаружили, что AOS предотвращает сердечную дисфункцию у мышей, вызванных D-gal старением, в том числе частично сохраняет процент EF и процент FS, а также снижает экспрессию ANP и BNP. Эхокардиографию также использовали для анализа изменений сердечной структуры мышей. Мыши с D-галактозой имели тенденцию к увеличению LVEDD и LVPWd, но не было статистически значимой разницы по сравнению с контрольными мышами. Однако у мышей со старением, индуцированным D-gal, была значительно повышена LVSD, а AOS снижала LVSD дозозависимым образом. Причиной этого явления может быть то, что модель ускоренного старения, имитирующая D-галактозу, имеет относительно короткое время моделирования, что в основном влияет на функцию митохондрий, как показано ниже, и приводит к сердечной дисфункции. Происходили серьезные изменения структуры сердца, но они не приводили к статистически значимым различиям. Кроме того, наши данные также показали, что введение АОС значительно снижало экспрессию маркеров старения р53 и р21 дозозависимым образом. Для дальнейшего изучения возможных механизмов, способствующих защитной способности АОС против старения, был проанализирован возрастной митохондриальный компромисс.

Сердце содержит многочисленные митохондрии из-за чрезвычайной потребности в АТФ. Митохондрии генерируют АТФ посредством окислительного фосфорилирования жирных кислот и углеводов. Кроме того, во время этого процесса также постоянно образуются свободные радикалы. Стоит отметить, что митохондриальный гомеостаз жизненно важен для поддержания функции и жизнеспособности кардиомиоцитов. 3 степень Действительно, независимые исследования стареющего сердца показали, что митохондрии кардиомиоцитов с возрастом ухудшаются.3738 Ультраструктурный морфометрический анализ старых грызунов Миокард показывает наличие увеличенных и набухших митохондрий с нарушением матрикса и потерей крист». В этом исследовании, по сравнению с контрольными мышами, некоторые митохондрии кардиомиоцитов мышей D-gal были увеличены, набухли и частичная потеря крист. Лечение АОС облегчало разрушение ультраструктуры митохондрий сердца у стареющих мышей, индуцированных D-gal.Параллельно D-gal индуцировал значительное снижение уровня сердечной ММР, а введение АОС защищало от D-gal-опосредованного старения. снижение MMP.Эти результаты показали, что AOS предотвращает разрушение сердечных митохондрий у стареющих мышей, индуцированных D-gal.

Было отмечено, что множественные нарушения митохондриальных процессов вовлечены в патогенез старения сердца, включая изменение биогенеза и удаление митохондрий. Между тем, дисфункция митохондрий и нарушение удаления разрушенных митохондрий, в свою очередь, повышают уязвимость стареющего сердца к стрессовым повреждениям». Биогенез митохондрий в основном регулируется набором коактиваторов, кодируемых ядром, и факторов транскрипции. Было показано, что коактиватор 1a (PGC-1a), который имеет решающее значение для поддержания энергетического гомеостаза, играет ключевую роль в регуляции биогенеза и функции митохондрий.4 Снижение экспрессии и активности PGC-1a было связано к старению сердца и развитию сердечной недостаточности». Предыдущее исследование показало, что возрастная активация p53 напрямую приводит к митохондриальной компрометации за счет подавления нескольких основных регуляторов митохондриального биогенеза, включая PGC-1a. 43 Накапливающиеся данные также позволяют предположить, что активация PGC-1o путем фармакологического или генетического вмешательства предотвращает связанные со старением изменения в сердце». признаны незаменимыми регуляторами процесса старения. SIRT3, локализованный в митохондриальном матриксе, играет важную роль в поддержании митохондриальной биоэнергетики, модулировании митохондриального метаболизма и регулировании продолжительности жизни. Было показано, что дефицит Sirt3 приводит к нарушениям сердечной деятельности и нарушению митохондриальной биоэнергетики у мышей. 45 В этом исследовании мы показали, что значительное снижение экспрессии белков PGC-1a и SIRT3 наблюдалось в сердечных тканях мышей со старением, индуцированным D-gal, а АОС значительно повышала экспрессию PGC-1a и экспрессия белка SIRT3 дозозависимым образом. Более того, результат ПЦР зонда мтДНК показал, что количество копий мтДНК значительно уменьшилось у мышей, индуцированных D-gal, старением, а АОС значительно увеличил количество копий мтДНК дозозависимым образом. В совокупности эти данные указывают на то, что AOS активирует митохондриальный биогенез у стареющих мышей, индуцированных D-gal.

Как отмечалось выше, эффективное удаление поврежденных митохондрий жизненно важно для поддержания гомеостаза кардиомиоцитов. Хорошо известный механизм переключения митохондрий — аутофагия. Предполагается, что аутофагия играет критическую роль в регуляции сердечного гомеостаза в исходном состоянии, а также в ответ на стресс.46,47 Однако в стареющем сердце аутофагия обычно подавляется. Более низкий уровень аутофагии в процессе старения уменьшает деградацию разрушенных органелл и токсичных белков и вызывает накопление дисфункциональных и аномальных митохондрий, что в конечном итоге приводит к глобальной сердечной дисфункции. Было продемонстрировано, что стимуляция аутофагии улучшает сердечную функцию на моделях грызунов за счет удаления дисфункциональных митохондрий, тем самым оптимизируя общую клеточную среду и, в конечном итоге, облегчая связанные со старением патологии в сердце. 48 В этом исследовании мы продемонстрировали, что уровень аутофагии значительно снижается в сердце. ткани D-gal-индуцированных стареющих мышей, и АОС значительно повышали уровень аутофагии дозозависимым образом. Эти изменения показали, что АОС усиливает эффективное удаление возрастных дефектов митохондрий за счет активизации аутофагии. Как обсуждалось ранее, большая часть продукции АФК, генерируемых комплексами митохондриальной цепи переноса электронов (ЭТЦ), возникает как побочный продукт митохондриального окислительного фосфорилирования. АФК, усиливают повреждения, вызванные свободными радикалами, и в конечном итоге приводят к прогрессирующей спирали митохондриального распада с прямой обратной связью. . В дополнение к ETC, никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФН) оксидаза является основным внемитохондриальным источником АФК, которые могут быть ответственны за окислительный стресс в процессе старения и усугублять окислительное повреждение митохондрий. В дополнение к этим механизмам, недавнее исследование также показало, что более низкая генерация митохондриальных АФК способствует низкому уровню стационарного повреждения мтДНК. вообще способствует их превосходному долголетию. В недавнем отчете показано, что ингибитор НАДФН-оксидазы подавляет митохондриальную дисфункцию в вентральном кохлеарном ядре у стареющих крыс, индуцированных D-gal. MDA считается предполагаемым биомаркером перекисного окисления липидов в живых организмах, а концентрацию MDA можно использовать для оценки состояния окислительного стресса in vivo. В этом исследовании мы обнаружили, что введение АОС ослабляло выработку АФК, подавляло экспрессию НАДФН-оксидазы и снижало уровень МДА у стареющих мышей, индуцированных D-gal. Наши текущие результаты показали, что AOS эффективно снижает состояние окислительного стресса у стареющих мышей, вызванных D-gal, что может быть еще одним важным защитным фактором для AOS, облегчающим митохондриальное повреждение.

В настоящем исследовании мы впервые выяснили, что АОС облегчает вызванное D-gal старение сердца за счет улучшения биогенеза митохондрий, поддержания целостности митохондрий и повышения эффективности удаления поврежденных митохондрий у мышей C57BL/6J. Кроме того, АФК также снижает продукцию АФК и состояние окислительного стресса, что, в свою очередь, еще больше препятствует разрушению сердечных митохондрий. АОС может быть эффективным терапевтическим средством для облегчения старения сердца. В этом исследовании мы использовали только мышей-самцов и не изучали половые различия на эффекты АОС. 1 (DSCL1, противовоспалительное средство) снижает поляризацию макрофагов и диастолическую дисфункцию в сердце стареющей самки, но не самца мыши. 52 В этой статье предполагается, что было бы очень важно сравнить половые различия в будущих исследованиях.

В заключение, наши результаты показали, что AOS облегчал вызванное D-gal старение сердца путем регулирования функции и целостности миокардиальных митохондрий у мышей. AOS проявляет широкий спектр многообещающей биологической активности и может быть эффективным терапевтическим средством для облегчения старения сердца.

Эта статья взята из J Cell Mol Med. 2021; 25: 7157–7168. wileyonlinelibrary.com/journal/jcmm|7157