A mitokondriumra célzott SkQ1 antioxidáns, de az N-acetil-cisztein nem fordítja meg az öregedéssel kapcsolatos biomarkereket patkányokban

Nataliya G. Kolosova

1 Citológiai és Genetikai Intézet SB RAS, Novoszibirszk, Oroszország

2 Mitoengineering Intézet, Moszkva, Oroszország

Natalia A. Stefanova

1 Citológiai és Genetikai Intézet SB RAS, Novoszibirszk, Oroszország

Natalia A. Muraleva

1 Citológiai és Genetikai Intézet SB RAS, Novoszibirszk, Oroszország

Vladimir P. Skulachev

2 Mitoengineering Intézet, Moszkva, Oroszország

3 Lomonoszov Moszkvai Állami Egyetem, Belozersky Fizikai-Kémiai Biológiai Intézet, Moszkva, Oroszország

Absztrakt

Bár az antioxidánsokat állatkísérletekben és klinikai vizsgálatokban többször tesztelték, nincs bizonyíték arra, hogy az antioxidánsok csökkentenék a már kialakult, az életkorral összefüggő csökkenést. A közelmúltban bebizonyítottuk, hogy a mitokondriumra célzott antioxidáns 10- (6'-plastoquinonyl) decil-trifenil-foszfónium (SkQ1) késlelteti az öregedés egyes megnyilvánulásait. Itt hasonlítottuk össze az SkQ1 és az N-acetil-L-cisztein (NAC) hatását a leukociták, növekedési hormon (GH), inzulinszerű 1-es növekedési faktor (IGF-1), tesztoszteron, dehidroepiandroszteron vérszintjének életkorfüggő csökkenésére. (DHEA) Wistar és öregedéssel gyorsított OXYS patkányokban. Amikor későn kezdődött, az SkQ1 kiegészítése nemcsak megakadályozta az életkorral összefüggő csökkenést, hanem jelentősen meg is fordította azt. A NAC esetében az összes megfigyelt hatás alacsonyabb volt, mint az SkQ1 (annak ellenére, hogy a NAC dózisa 16000-szer nagyobb volt). Azt javasoljuk, hogy az alacsony SkQ1 adagokkal történő kiegészítés ígéretes beavatkozás az egészséges öregedés elérése érdekében.

BEVEZETÉS

Az öregedést általában progresszív káros változásokként definiálják, amelyek az életkor előrehaladtával fokozzák a betegségek és a halál kockázatát [1-3]. Számos lehetséges terápiás megközelítés áll rendelkezésre a szervezet életkorral összefüggő funkcionális hanyatlásának lelassítására [4-17], beleértve az antioxidánsokkal való kezelést [1, 18, 19]. Valóban, a reaktív oxigénfajok (ROS) mitokondrium általi létrehozását az öregedés egyik mechanizmusának tekintik [20–28]. A jelenlegi antioxidánsok azonban nem szelektívek a mitokondriumokkal szemben, és ez hátráltathatja hatékonyságukat [29]. Hét év alatt az öregedés retardációját vizsgáltuk mitokondriumokra célzott SkQ1 antioxidánssal [10- (6'-plastoquinonyl) decyltriphenylphosphonium]. Az SkQ1 a mitokondriumokra szelektíven irányított antioxidáns, amely megvédi a mitokondriumokat az oxidatív károsodásoktól, és amelyről kimutatták, hogy csökkenti a mitokondriumok károsodását az oxidatív stressz állatmodelljeiben [29, 30]. Kimutattuk, hogy az SkQ1 megnövelte az organizmusok átlagos élettartamát, és késleltette, letartóztatta, sőt egyes esetekben megfordította számos, az életkorral összefüggő kóros tulajdonság kialakulását [29-34].

Az öregedéssel az immunrendszer összetett változása következik be. Az immun-öregedést a sejtek csökkent reaktivitásának, valamint a gyulladásos és gyulladáscsökkentő hálózatok közötti egyensúlyhiánynak nevezik, ami alacsony fokú, krónikus, gyulladáscsökkentő állapotot eredményez, más néven „gyulladás” [35-39]. Az öregedés az összes immunsejtet érinti, és magas fokú hajlamot mutat a fertőzésekre és az időseknél megfigyelt megnövekedett halálozásra. Ezért az immunsejtek korral összefüggő változásai az egészség, a biológiai életkor és a hosszú élettartam jelölőjeként szolgálhatnak [40].

Itt értékeltük a mitokondriumra célzott SkQ1 antioxidáns hatását az öregedés markereire a régi OXYS patkányokban, a gyorsított öregedés és az életkorral összefüggő betegségek egyedülálló állatmodelljét, valamint a normál Wistar patkányokat. Az OXYS patkányok spontán módon számos patológiás fenotípust fejlesztenek ki, hasonlóan a humán geriátriai rendellenességekhez, beleértve a szürkehályogot, a retinopátiát, az oszteoporózist, a magas vérnyomást és a viselkedésbeli változásokat [41-50]. A felgyorsult öregedés ezen megnyilvánulásainak többsége OXYS patkányokban 1–3 hónapos életkorban alakul ki. Nemrégiben kimutattuk, hogy a SkQ1 nanomólos koncentrációkban nemcsak az immunrendszer csökkenését, a szürkehályog és a retinopathia kialakulásának megakadályozására képes, hanem visszafordíthatja az OXYS patkányok lencséjében és retinájában már kialakult kóros elváltozásokat, valamint néhány korhoz kapcsolódó változást viselkedés [29, 51-53].

Összehasonlításként N-acetil-L-ciszteint (NAC) használtunk nem célzott antioxidánsként. A NAC kimutatták, hogy megakadályozza az életkorral kapcsolatos kognitív rendellenességeket és az agy mitokondriális funkcióinak oxidatív csökkenését [54, 55].

EREDMÉNYEK

Testsúly

A fehérvérsejtek elemzik

A szérum GH szintje

A GH szintje természetesen csökkent az életkorral mindkét törzs patkányaiban, jóllehet OXYS patkányokban mélyebben, mint Wistar patkányokban (p (3. táblázat). 3). Az antioxidánsokkal történő kiegészítés kezdetekor a kísérleti csoportok nem különböztek a GH szintjétől (p = 0,49 Wistar esetében, p = 0,52 OXYS esetén).

3. táblázat

StrainAge, hónapkezelésGHIGF-1TesztoszteronDHEA

Wistar	3	0	8,14 ± 0,2	535 ± 62	1,42 ± 0,3	-
	19.	0	5,28 ± 0,1 +	483 ± 7	0,61 ± 0,04 +	0,66 ± 0,01
	23	0	4,98 ± 0,2 +	448 ± 12 +	0,60 ± 0,07	0,63 ± 0,02 +
		SkQ1	5,50 ± 0,1 # ^	500 ± 9 #	0,61 ± 0,05	0,66 ± 0,01
		NAC	5,37 ± 0,2 ^	486 ± 10 #	0,61 ± 0,03	0,66 ± 0,03
OXYS	3	0	6,24 ± 0,3 *	498 ± 64	1,99 ± 0,31	-
	19.	0	4,57 ± 0,1 * +	444 ± 7 * +	0,64 ± 0,06 +	0,58 ± 0,01 *
	23	0	4,27 ± 0,1 * +	399 ± 9 * +	0,56 ± 0,02	0,55 ± 0,03 * +
		SkQ1	4,80 ± 0,1 # ^	499 ± 9 # ^	0,58 ± 0,02	0,60 ± 0,02 ^
		NAC	4,58 ± 0,08 ^	449 ± 13 #	0,57 ± 0,02	0,59 ± 0,02

4 hónapos NAC vagy SkQ1 kezelés után a GH szint alacsonyabb maradt az OXYS patkányokban (F1,42 = 49,6, p (3. táblázat). 3). Az antioxidánsokkal történő kezelés kezdetén a kísérleti csoportok nem különböztek az IGF-1 szintjeiben (p = 0,87 Wistar és p = 0,81 OXYS patkányok esetében).

VITA

Eredményeink azt mutatják, hogy amikor későn kezdték meg, az SkQ1 kezelés nemcsak megakadályozta az életkorral összefüggő csökkenést, hanem részben meg is fordította azt. A NAC hatása alacsonyabb volt az SkQ1-hez képest, annak ellenére, hogy az alkalmazott NAC nagyobb dózist kapott.

Az időskori testsúlycsökkenés egyik oka a szarkopénia - az izomtömeg fokozatos csökkenése. Négy hónapos antioxidáns kezelés után az OXYS és a Wistar patkányok testsúlya csak kis mértékben csökkent. A SkQ1 kezelt csoport súlya mindkét patkánytörzsben nagyon hasonló volt a kontroll patkányok tömegéhez. Ezek a megállapítások összhangban állnak L.E. Bakeeva és V.B. Saprunova, aki megállapította, hogy az SkQ1 csökkentette az életkorral összefüggő izomtömeg csökkenést OXYS és Wistar patkányokban. Az időskori testsúlycsökkenés másik oka az oszteoporózis, amely fokozza a törések kockázatát. Az SkQ1 etetése megakadályozta a szenilis csontritkulással járó ásványianyag-tartalom csökkenését OXYS patkányokban [34]. Vizsgálatunkban a páros függő összehasonlítás azt mutatta, hogy a testtömeg jelentősen csökkent (p (3. táblázat). 3). Köztudott, hogy a GH/IGF-I fontos szerepet játszik az agy öregedésében [65, 66]. A szomatotrop tengely aktivitásának életkorral összefüggő csökkenése befolyásolhatja az agy működését idősekben [67]. Nemrégiben kimutattuk, hogy a középkorú (12 hónapos) Wistar és OXYS patkányok SkQ1 kezelése jótékony hatással volt a mozgásszervi és a feltáró aktivitásra. Az SkQ1 szintén csökkentette a szorongást az életkornak megfelelő kontrollokhoz képest, valamint jelentősen javította a retinopathiában és szürkehályogban szenvedő OXYS patkányok vizuális képességét [49]. Jelen tanulmányban az SkQ1 és a NAC pozitív hatását figyeltük meg mindkét törzs patkányainak viselkedésére (az adatokat nem mutatjuk be). Az utolsó kísérleti sorozatban az SkQ1 hatását vizsgáltuk 3 hónapos patkányokban a növekedési hormon és az IGF-1 szintjére (az adatokat nem mutatjuk be). Megállapítottuk, hogy az SkQ1 kicsi (kb. 25%), de statisztikailag igazolható növekedést okozott a vér hormonszintjében. Ezenkívül az SkQ1 megakadályozta a retinopathia és a szürkehályog kialakulását, és jótékony hatással volt az OXYS patkányok viselkedésére, tanulási képességére és memóriájára. Javasoljuk, hogy a GH - IGF-I időskori helyreállítása a fiatalok szintjére pozitívan befolyásolhatja az öregedő agy és az immunrendszer működését.

3 és 19 hónapos korban a tesztoszteron szint csökkent, majd 19 és 23 hónap között változatlan maradt mindkét törzs patkányánál. Nem volt meglepő, hogy még a régi állatoknál sem volt interstrain különbség a tesztoszteron szintben. Amint azt csoportunkban korábban bemutattuk, az OXYS hímek a szexuális motiváció korai csökkenését mutatják; a szexuális viselkedés hormonális komponensének csökkenését azonban nem tapasztalták az idős OXYS férfiaknál [68]. Nemrégiben megmutattuk, hogy az SkQ1 nemcsak a férfiak szexuális viselkedésének már kialakult, életkorral összefüggő csökkenésének megelőzésében, hanem csökkentésében is hatékony [69]. Jelen tanulmányban nem értékeltük a szexuális viselkedést, és sem az SkQ1, sem a NAC kezelések nem befolyásolták a tesztoszteron szintet a 19 és 23 hónap közötti időszakban (3. táblázat). Figyelemre méltó, hogy a NAC részben gátolja az mTOR (Rapamycin célpontja) útvonalat [70]. Tekintettel arra, hogy az mTOR részt vesz a sejtek és a organizmusok öregedésében, valamint az életkorral összefüggő betegségekben [71-78], az mTOR enyhe gátlása hozzájárulhat ennek a nem szelektív antioxidánsnak a terápiás hatásaihoz.

A DHEA és szulfáttal kötött formája (DHEAS) a nemi szteroid hormonok fontos előfutára. A DHEA szerkezete hasonló a tesztoszteronhoz, és mindkét hormon szintje eléri a pubertás maximális szintjét, és az életkor előrehaladtával drámai módon csökken [79]. Tekintettel a sokféle metabolikus hatására, úgy gondolták, hogy a DHEA-szint ezen csökkenése szerepet játszik az öregedési folyamatban [80]. Ebben a tanulmányban feltételezhetjük, hogy a DHEA szint maximális a 3 hónapos Wistar és OXYS patkányokban. 19 és 23 hónapos korban a DHEA szintje csökkent és az SkQ1 csak kis mértékben (5% -kal) növelte a DHEA szintet.

A több hormon hiánya az egészségi állapot biomarkere az idős embereknél [79].

Itt arra a következtetésre jutunk, hogy az SkQ1 nemcsak megakadályozta az életkorral járó hormonális változásokat, hanem részben meg is fordította azokat. Ezek az eredmények azt sugallják, hogy az alacsony SkQ1 dózisokkal történő kiegészítés, akár időrendi és biológiai életkorú egyéneknél is, ígéretes stratégiának tűnik az egészség megőrzésére és az öregedési folyamat késleltetésére.

ANYAGOK ÉS METÓDUSOK

Állatok és étrend

A hím öregedéssel gyorsított OXYS és az életkornak megfelelő hím Wistar patkányokat az Orosz Tudományos Akadémia (Novoszibirszk, Oroszország) szibériai osztályának Citológiai és Genetikai Intézetének (ICG) Tenyésztési Kísérleti Állat Laboratóriumából nyertük. Az összes patkányon végzett kísérletet az ICG Novosibirszk Citológiai és Genetikai Intézetének állatgondozási szabályzata szerint hajtották végre. Az OXYS patkánytörzset a Wistar patkánytörzs alapján hozták létre a Citológiai és Genetikai Intézetben a korábban leírtak szerint [51, 52], és regisztrálták a Patkánygenom Adatbázisban (http://rgd.mcw.edu/). Négy hetes korukban a kölyköket elvették az anyjuktól, és ketrecenként öt állatból álló csoportokban helyezték el őket (57 × 36 × 20 cm), és standard laboratóriumi körülmények között (22 ± 2 ° C-on, 60% relatív páratartalom mellett) tartották őket. és természetes fény), standard rágcsáló-takarmánnyal ellátva, PK-120-1, Ltd. (Laboratorsnab, Oroszország), és ad libitum vízzel.

19 hónapos kortól kezdve az OXYS és a Wistar patkányokat véletlenszerűen három csoportba sorolták (n = 17–24): kontroll étrend, 250 nmol SkQ1-del kiegészített étrend (szintetizált a korábban leírtak szerint [33]) vagy 650 mg NAC (MP Biomedicals), LLC, Franciaország)/testtömeg-kilogramm/nap. A súlyt a kezelés megkezdése előtt és a kísérlet végén mértük.

A hormonszint és a fehérvérsejtek száma

A GH, az IGF-1, a tesztoszteron és a DHEA-S szintjét a vérszérumban elemeztük SkQ1 vagy NAC kezelés előtt és után OXYS és Wistar patkányokban (minden patkánynál összesen kétszerese), és összehasonlítottuk az intakt 3 hónaposokkal azonos törzsű patkányok (n = 10). A GH-t és a DHEA-t ELISA-val (Creative Diagnostics, USA) mértük. Az IGF-1-et ELISA-val (ALPCO Diagnostics, Salem, NH) mértük. A tesztoszteront ELISA-val (JSC Vector-Best, Oroszország) mértük. A vizsgálatokat a gyártó utasításai szerint futtattuk. A fehérvérsejtszámoláshoz perifériás vért vettünk a farokérből. A vérkeneteket metanolban rögzítettük, majd Wright-Giemsa-val festettük.

Statisztikai analízis

Az adatokat többszöri ANOVA és nemparaméteres tesztekkel elemeztük a Statistica 6.0 statisztikai csomaggal. Kétirányú ANOVA-t alkalmaztunk a patkánytörzsek (genotípusok) és a kezelés hatásainak (antioxidánsok) közötti különbségek értékelésére. A diéták paraméterekre gyakorolt hatásának érvényesítéséhez a genotípust és az antioxidánsokat választottuk független változóként. Newman-Keuls post hoc tesztet alkalmaztunk a jelentős fő hatásokra és kölcsönhatásokra annak érdekében, hogy megbecsüljük az egyes eszközkészletek közötti különbségeket. Egyirányú ANOVA-t alkalmaztak az egyes csoportok összehasonlításához. Az adatokat átlag ± S.E.M. Az átlagok összehasonlítását egyirányú vagy ismételt mértékű varianciaanalízissel (ANOVA) elemeztük. Az eredményeket statisztikailag szignifikánsnak tekintettük, ha a p értéke kevesebb, mint 0,05.

Köszönetnyilvánítás

Ezt a munkát az Orosz Alapkutatási Alapítvány támogatásai támogatták (N 11-04-00666 és N 12-04-00091 projektek).

Lábjegyzetek

A kézirat szerzőinek nincsenek összeférhetetlenségi nyilatkozataik.