Alginat-oligosackarid lindrar D-galaktos-inducerat hjärtåldring genom att reglera myokardial mitokondriers funktion och integritet hos möss
Aug 25, 2022
Vänligen kontaktaoscar.xiao@wecistanche.comför mer information
Abstrakt
Åldrande är en avgörande riskfaktor för utvecklingen av åldersrelaterade hjärt-kärlsjukdomar. Därför måste de molekylära mekanismerna för åldrande och nya anti-aging-interventioner studeras djupt. Alginatoligosackarid (AOS) har höga farmakologiska aktiviteter och gynnsamma effekter. Vår studie genomfördes för att undersöka om AOS kunde användas som ett läkemedel mot åldrande för att lindra åldrande i åldrande. D-galaktos (D-gal)-inducerade C57BL/6J åldrande möss etablerades genom subkutan injektion av D-gal (200 mg-kg'-d') under 8 veckor. AOS (50 100 och 150 mg; kg'l.d') administrerades intragastriskt under de senaste 4 veckorna. Som ett resultat förhindrade AOS hjärtdysfunktion hos D-gal-inducerade åldrande möss, inklusive delvis konserverad ejektionsfraktion (EF procent ) och fraktionerad förkortning (FS procent ).cistanche benefíciosAOS hämmade D-gal-inducerad uppreglering av natriuretiska peptider A(ANP), hjärnans natriuretiska peptid (BNP) och åldringsmarkörer p53 och p21 på ett dosberoende sätt. För att ytterligare utforska de potentiella mekanismerna som bidrar till den anti-åldrande skyddande effekten av AOS, analyserades den åldersrelaterade mitokondriella kompromissen. Våra data indikerade att AOS lindrade D-gal-inducerat hjärtåldring genom att förbättra mitokondriell biogenes, bibehålla mitokondriernas integritet och förbättra det effektiva avlägsnandet av försämrade mitokondrier. AOS minskade också ROS-produktionen och oxidativ stressstatus, vilket i sin tur ytterligare hämmade hjärtmitokondrier från att förstöras. Tillsammans visar dessa resultat att AOS kan vara ett effektivt terapeutiskt medel för att lindra hjärtåldring.
NYCKELORD
alginatoligosackarid, hjärtåldring, D-galaktos, mitokondrier, oxidativ stress
1|INTRODUKTION
Åldrande kan brett definieras som den tidsberoende ackumuleringen av cellskador, som orsakar den progressiva funktionella nedgången av vävnader och organ.¹ I allmänhet inkluderar åldersrelaterade förändringar i hjärtat främst vänsterkammarhypertrofi, ökad myokardfibros och hjärtinsufficiens.Cistanche Extrakt Anti StrålningÅldrande är en avgörande riskfaktor för utvecklingen av åldersrelaterade hjärt- och kärlsjukdomar, vilket leder till en markant ökad förekomst av hjärt-kärlsjukdomar i den åldrande befolkningen.23 Därför behövs mer effektiva behandlingsstrategier för behandling av hjärtinsufficiens orsakad av åldrande .
Alginat är en naturlig polysackarid från tång som utvinns från brunalger. Alginatoligosackarid (AOS) framställs genom att depolymerisera alginat, som har flera unika fördelar såsom vattenlösligt, icke-toxiskt, icke-immunogent och biologiskt nedbrytbart. AOS utövar lovande biologiska aktiviteter. Denna oligosackarid har neuroprotektiva, hypolipidemiska, antioxidativa, 'anti-inflammatoriska', anti-aggregatoriska, 'antitumör', 10 antibakteriella och immunreglerande egenskaper, "liksom undertrycker fetma¹ och avancerad glykeringsslutproduktsaktivitet (AGE) .4 Noterbart har inga studier undersökts förmågan hos AOS att skydda mot hjärtats åldrande.
Mitokondrier är dubbelmembraniga organeller och tjänar flera funktioner i cellulär bioenergetik och metabolism.14 Hjärtat är ett organ med högt energibehov och högt mitokondrieinnehåll. Hjärtmitokondrier genererar 90 procent av ATP och spelar en viktig roll för att upprätthålla ett friskt hjärta.cistanche herbaMitokondriell dysfunktion, som kan påskynda åldrandeprocessen hos däggdjur, är en av de viktigaste mekanismerna för åldrande.15;16 Åldersrelaterad mitokondriell dysfunktion visar olika egenskaper inklusive förlust av mitokondriell integritet, minskad effektivitet i mitokondriell biogenes, bristfällig kvalitet kontroll genom autofagi, minskad mitokondriell membranpotential (MMP), förändringar i mitokondriell dynamik, ökad bildning av reaktiva syrearter (ROS) och ackumulering av mutationer i mitokondriellt DNA (mtDNA).17På grund av den lägre biogenesen och minskade clearance, kombination av ökad skada och minskad förnyelse i mitokondrierna kan så småningom bidra till åldringsprocessen.18,17 Dessutom resulterar den progressiva mitokondriella dysfunktionen i ökad produktion av ROS och oxidativ stress, vilket i sin tur orsakar ytterligare mitokondriell försämring och cellskador och i slutändan bidrar till åldersrelaterad hjärtdysfunktion.20
Cistanche kan anti-aging
D-galaktos (D-gal)-inducerade åldrande djurmodeller har använts i stor utsträckning för att studera åldringsmekanismer och anti-aging effekter av läkemedel.21 Kronisk administrering av en stor mängd D-gal orsakar cellmetabolismstörningar och cellskador som påskyndar åldrandeprocess och så småningom orsaka strukturella och funktionella förändringar i det kardiovaskulära systemet.22 Därför, i den aktuella studien, etablerade vi den D-gal-inducerade musåldringsmodellen för att systemiskt utvärdera anti-hjärtets åldrande aktivitet av AOS och ytterligare undersöka den möjliga underliggande mekanismen.
2|MATERIAL OCH METODER
2.1|Läkemedel och reagens
D-galaktos erhölls från Sigma-Aldrich. AOS köptes från Qingdao BZ Oligo Biotech Co., Ltd. Malondialdehyd (MDA) analyskit erhölls från Jiancheng Bioengineering Institute. Kanin polyklonala antikroppar mot BNP, PGC-1a, p67-phox och gp91-phox erhölls från Abcam Inc. Monoklonala kaninantikroppar mot natriuretiska peptider A (ANP) och SIRT3 och monoklonala musantikroppar mot p53 erhölls från Abcam Inc. Polyklonala kaninantikroppar mot beclin-1 och p-mTOR köptes från Cell Signaling Technology. Polyklonal kaninantikropp mot p21 och mus monoklonal antikropp mot p47-phox erhölls från Santa Cruz Biotechnology, Inc. Polyklonala kaninantikroppar mot mTOR köptes från Proteintech Group, Inc. Mitokondriell extraktionskit och JC{{14} } mitokondriella membranpotentialanalyskit köptes från Beijing Solarbio Science &Technology Co., Ltd. TIANamp Genomic DNA-kit erhölls från Tiangen Biotech (Beijing) CO., LTD.cistanche penis tillväxtMus mtDNA-sond PCR-kit köptes från Beijing Tiandz Gene Technology CO., Ltd. Get Anti-Rabbit IgG (H＋L) (peroxidas/HRP-konjugerad) och get Anti-Mouse IgG (H plus L) (peroxidas/HRP-konjugerad) köptes från Elabscience Biotechnology Co., Ltd. Alla andra kemikalier och reagens köptes från kommersiella standardleverantörer om inget annat anges.
2.2|Djur
8-veckogamla C57BL/6J-möss (20±2gbodyweight,n=40) erhölls från Jinan Pengyue Experimental Animal Breeding Co, LTD. Alla möss matades med normal kost och inhystes i en 12-timmars ljus/12-timmes mörk cykel under specifika patogenfria (SPF) förhållanden vid Laboratory Animal Center vid den medicinska avdelningen vid Qingdao University . Alla djurexperimentella förfaranden överensstämde med 'Guide for the Care and Use of Laboratory Animals' publicerad av US National Institutes of Health och Public Health Service policy för human vård och användning av laboratoriedjur. Studieprotokollen godkändes av Committee on the Ethics of Animal Experiment of Qingdao University (godkännandenummer: QYFYWZLL25840).
2.3|D-gal-inducerad åldrande modell och läkemedelsadministration
Mössen delades slumpmässigt in i fem grupper (n =8 varje grupp): kontroll, D-gal, D-gal plus lågdos AOS (D-gal plus AOS-50), D-gal plus mellandos AOS (D-gal plus AOS-100) och D-gal plus högdos AOS-grupper (D-gal plus AOS-150). Åldrande inducerades i C57BL/6J-möss genom subkutan injektion av D-gal (200 mg/kg, Sigma-Aldrich) under 8 veckor.23,24 Kontrollmössen gavs subkutan injektion av ekvivalent sterilt vatten. Fyra veckor efter injektionen av D-gal administrerades grupperna D-gal plus AOS-50, D-gal plus AOS-100 och D-gal plus AOS-150 intragastriskt med AOS ( 50, 100 och 150 mg-kg2-d'l) i ytterligare 4 veckor, respektive. Kontrollgruppen och möss i D-gal-gruppen fick intragastrisk administrering av ekvivalent saltlösning.
2.4|Ekokardiografi
Ekokardiografi utfördes på sövda möss genom att använda en Vevo2100(VisualSonics) med en 30-MHz-givare i slutet av experimentet. Följande parametrar mättes som tidigare beskrivits: vänsterkammars ejektionsfraktion (EF) och fraktionell förkortning av vänster kammare (FS).25
2,5|Histologisk analys
Hjärtproverna fixerades med 4 procent paraformaldehyd i 24 timmar och bäddades sedan in i paraffin och skars i 4-um-tjocka sektioner. H&E och Massons trikromfärgning användes för att visualisera hjärtarkitekturen respektive hjärtfibros. Skivorna undersöktes under ett inverterat ljusmikroskop (TE 200, Nikon). Motsvarande data analyserades och beräknades av utredare som var blinda för behandlingsgrupptilldelning.
2.6|Transmissionselektronmikroskopi
Ultrastrukturen av mitokondrier bestämdes med användning av transmissionselektronmikroskopanalys. Efter den tidigare studien skars 26 färska vänsterkammarvävnader i 1 mm³ block och fixerades i 2,5 procent glutaraldehyd i 2 timmar vid 4 grader. Efter efterfixering i 1 procent osmiumtetroxid i 2 timmar vid rumstemperatur, dehydrerades vänsterkammarvävnader och bäddades in i harts. Seriella ultratunna sektioner (30-40 nm) samlades upp på koppargaller och färgades slutligen med 0,5 procent uranylacetat följt av 1 procent blycitrat. Den ultrastrukturella analysen av färgade sektioner bestämdes under en Tecnai G2 12 transmissionselektronmikroskopi (FEI Co.).
2.7|Mitokondriell membranpotential (MMP) Bestämning
Mitokondriell membranpotential mättes med JC-1 immunfluorescerande färgning och flödescytometri. Färska hjärtvävnader användes för att förbereda frysta sektioner eller extrahera mitokondrier. Frysta sektioner användes för JC-1 immunfluorescerande färgning enligt tillverkarens protokoll.cistanche salsa fördelarFluorescens bestämdes vid excitation/emission 485/580 nm (röd) och excitation/emission 485/530 nm (grön) med användning av ett fluorescensmikroskop.
Dessutom isolerades mitokondrier från färsk hjärtvävnad med hjälp av mitokondrieextraktionskit enligt metoden publicerad av Peng et al?. Extraherade mitokondrier användes sedan för att detektera MMP:s integritet genom att mäta fluorescensintensiteten hos JC{ {2}}. Kortfattat inkuberades mitokondrier med JC-1 i JC-1 analysbuffert under 10 minuter vid rumstemperatur. Karbonylcyanid m-klorfenylhydrazon applicerades för att störa MMP och fungerade som positiv kontroll enligt tillverkarens instruktioner. Proverna analyserades vid 488 och 575 nm med flödescytometri med användning av CellQuest Software (Becton Dickinson).
2.8|Mätning av mtDNA-kopiatal
Mitokondriellt DNA-kopiatal mättes med kvantitativ realtids-PCR (qPCR). Kort sagt homogeniserades hjärtvävnader och avlägsnades proteiner och RNA med användning av proteinas K och RNaseA. Den totala DNA:n extraherades med TIANamp Genomic DNA-kit och kvantifierades sedan med QuickDrop Spectrophotometer från Molecular Devices (Holliston, MA). Mus mtDNA-sond PCR-kit användes för att amplifiera provets mtDNA med Fluorescence PCR Detection System (Hangzhou Bioer Technology Co. Ltd). mtDNA-kopiatalet beräknades från qPCR-positiva kontrollkurvan enligt tillverkarens protokoll.
2.9|In situ-detektering av ROS-produktion
Som beskrivits tidigare utfördes DHE-fluorescensfärgning för att utvärdera in situ-nivån av ROS-produktion.2³ Kortfattat bäddades färska hjärtvävnader in i OCT-förening och frystes sedan omedelbart med en kryostat vid -20 grad. De frusna hjärtvävnaderna skars i 6-um-tjocka histologiska objektglas. Hjärtskivor tvättades med 1x fosfatbuffrad saltlösning (PBS) och inkuberades sedan med DHE (5 umol/L)-lösning i en ljusskyddad fuktad kammare vid 37 grader i 30 minuter. Efter inkubation sköljdes tvärgående hjärtsektioner med 1 x PBS. Slutligen erhölls bilder med ett fluorescensmikroskop och fluorescensintensiteten kvantifierades med ImageJ-mjukvara av en blindtestare.
2,10|Lipidperoxidationsmätning
Som de viktigaste sekundära oxidationsprodukterna av lipidperoxidation, mättes koncentrationen av malondialdehyd (MDA) i serum- och hjärthomogenat enligt instruktionerna från MDA Assay Kit (Jiancheng Bioengineering Institute).
2.11|Western blot-analys
Hjärtvävnader homogeniserades i RIPA-buffert innehållande fosfatas- och proteashämmare och centrifugerades vid 12 00 rpm vid 4 grader i 20 minuter. Sedan uppsamlades supernatanten för efterföljande experiment. Proteinkoncentrationen bestämdes med användning av ett BCA-proteinanalyskit. Lika mängder proteiner placerades i 10 procent SDS-PAGE-gel och överfördes till PVDF-membran (Roche). Membranen blockerades med förseglingslösningen under 1 timme och inkuberades med motsvarande primära antikroppar vid 4 grader över natten. Därefter tvättades membranen i TBS-T och inkuberades med lämpliga sekundära antikroppar. Därefter tvättades membranen i TBS-T och visualiserades med användning av ECL Western blotting-detektionsreagens (Bio-Rad). Proteinuttrycket kvantifierades genom densitometrianalys av band med hjälp av ImageJ-mjukvara. Hushållsproteinet GAPDH användes som laddningskontroll. Spädningsförhållandena för de primära och sekundära antikropparna visades enligt följande: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), Get Anti-Rabbit IgG (H ＋ L)(peroxidas /HRP-konjugerad) (1:5000) och get Anti-mus-lgG (H＋L) (peroxidas/HRP-konjugerad) (1:5000).
2.12|Statistisk analys
Data uttrycktes som medelvärde ±SEM. Statistiskt signifikant bestämdes med envägs ANOVA följt av Student-Newman Keuls (SNK) post hoc-test.P<.05 was="" considered="" to="" be="" statistically="">
3|RESULTAT
3.1|Effekter av AOS på hjärtfunktion och uttrycket av åldrande markörer i D-gal-inducerade åldrande möss
Ekokardiografi användes för att analysera hjärtfunktionen hos möss. D-gal-inducerade åldrande möss visade en signifikant minskning av EF-procent och FS-procent. AOS förhindrade dock avsevärt hjärtdysfunktion hos D-gal-inducerade åldrande möss, inklusive delvis bevarad EF-procent och FS-procent (Figur 1A-C). Som visas i Figur 1D-G fanns det ingen statistisk skillnad i hjärtfrekvens mellan varje grupp. D-galaktosmöss hade en tendens att öka LVEDD (vänster ventrikulär ände-diastolisk diameter) och LVPWd (vänster ventrikulär bakre väggtjocklek vid end-diastole), men det fanns ingen statistiskt signifikant skillnad jämfört med kontrollmössen. LVESD (vänsterkammarändsystolisk diameter) ökade dock signifikant hos D-gal-inducerade åldrande möss, och AOS minskade LVESD på ett dosberoende sätt. Uttrycket av ANP och BNP i hjärtvävnad bestämdes med Western blot för att ytterligare verifiera hjärtfunktionen hos möss i varje grupp. Som visas i figur 1H-I ökade nivåerna av ANP och BNP signifikant i D-gal-inducerade åldrande möss, och AOS minskade signifikant ANP- och BNP-nivåerna på ett dosberoende sätt. Dessa data indikerade att AOS förhindrade hjärtdysfunktion hos D-gal-inducerade åldrande möss. Dessutom upptäckte vi proteinuttrycket av åldrande markörer p53 och p21. Som förväntat ökade p53- och p21-proteinuttrycket signifikant i hjärtvävnader hos D-gal-inducerade åldrande möss, och AOS minskade signifikant p53- och p21-uttrycket på ett dosberoende sätt (Figur 1J-K).
3.2|Effekt av AOS på hjärthistopatologiska förändringar i D-gal-inducerade åldrande möss
För att undersöka förändringarna i myokardarkitekturen hos möss färgades hjärtvävnadsglas med hematoxylin och eosin (H&E). Som visas i figur 2A, jämfört med kontrollmössen, uppvisade D-gal-inducerade åldrande möss onormal myokardarkitektur, huvudsakligen kännetecknad av oordnat arrangemang av kardiomyocyter och ökat intercellulärt utrymme mellan celler. AOS-administrering minskade avsevärt det oordnade arrangemanget och utrymmet mellan kardiomyocyter. H&E-färgning visade också att den vänstra kammarens kardiomyocytarea ökade signifikant i D-gal-inducerade åldrande möss, och AOS-behandling minskade kardiomyocytområdet signifikant på ett dosberoende sätt (Figur 2B, D).
För att klargöra graden av hjärtfibros utfördes Massons trikromfärgning av hjärttvärsnitt. Som visas i figur 2C,E ökade kollagenackumuleringen i myokardinterstitiell och perivaskulär region dramatiskt hos D-gal-inducerade åldrande möss. Jämfört med D-gal-gruppen minskade emellertid AOS-behandling signifikant andelen kollagenarea på ett dosberoende sätt (Figur 2C, E). Dessa data antydde att AOS förhindrade D-gal-inducerade morfologiska förändringar och hjärtfibros i C57BL/6J-möss.
3.3|Effekt av AOS på hjärtmitokondriernas ultrastruktur av D-gal-inducerade åldrande möss
Vi använde sedan transmissionselektronmikroskopi för att detektera förändringen av hjärtmitokondriell ultrastruktur. Som visas i figur 3 var kardiomyocytmitokondrierna hos kontrollmöss strukturellt normala och visade tydligt urskiljbara kristaller och elektrongenomskinlig matris. Vissa kardiomyocytmitokondrier hos D-gal-möss förstorades dock, svullnad och partiell förlust av cristae, och AOS-behandling förhindrade förstörelsen av hjärtmitokondriernas ultrastruktur hos D-gal-inducerade åldrande möss.
3.4|Effekt av AOS på hjärt-MMP hos D-gal-inducerade åldrande möss
Som en viktig bestämningsfaktor för mitokondriernas funktionella tillstånd, mättes MMP med JC-1 fluorescensfärgning och flödescytometry. I allmänhet, när mitokondriernas membranpotential är hög, aggregerar JC-1 i mitokondrier och avger röd fluorescens, medan JC-1 existerar som en monomer i cytosol och avger grön fluorescens när mitokondrier med låg membranpotential.29 Så förhållandet mellan röd fluorescens och grön fluorescens skulle kunna återspegla intensiteten av MMP. Som visas i figur 4A-B indikerade JC-1 fluorescensfärgningsresultat att nivån av hjärt-MMP i D-gal-inducerade åldrande möss var dramatiskt lägre än hos kontrollmöss, och AOS-administration skyddade mot D- galaktosmedierad minskning av MMP. I
3,5|Effekt av AOS på mitokondriell biogenes och autofagi proteinuttryck i hjärtan hos D-gal-inducerade åldrande möss
Vi använde Western blot för att bestämma proteinuttrycket av mi-tokondriell biogenesmarkör PGC-1a. Som väntat observerades en signifikant minskning av PGC-1o-proteinexpression i hjärtvävnader hos D-gal-inducerade åldrande möss, och AOS ökade signifikant PGC-1a-uttrycket i ett dosberoende sätt (Figur 5A-B). Studier har visat att SIRT3 spelar en viktig roll för att upprätthålla mitokondriell bioenergetik. Därför upptäckte vi ytterligare SIRT3-uttrycket i hjärtvävnader. Vårt resultat visade att en signifikant minskning av SIRT3-proteinuttryck i D-gal-inducerade åldrande möss och AOS signifikant ökade SIRT3-proteinuttryck på ett dosberoende sätt (Figur 5C-D). Dessutom visade mtDNA-prob-PCR-resultatet att mtDNA-kopiantalet minskade signifikant i D-gal-inducerade åldrande möss, och AOS ökade signifikant mtDNA-kopiantalet på ett dosberoende sätt (Figur 5E). Dessa data indikerade att AOS uppreglerade mitokondriella biogenes i D-gal-inducerade åldrande möss.
Vi använde sedan Western blot för att bestämma uttrycket och fosforyleringen av kritiska autofagiregulatorer i hjärtvävnader. Som visas i figur 5F-I observerades en signifikant minskning av beclin-1-proteinuttryck och en signifikant ökning av mTOR-fosforylering i hjärtvävnader hos D-gal-inducerade åldrande möss. Som förväntat ökade AOS signifikant beclin-1-uttrycket och minskade mTOR-fosforyleringen på ett dosberoende sätt.
3.6|Effekt av AOS på ROS-produktion och oxidativ stress i hjärtan hos D-gal-inducerade åldrande möss
Vi bestämde ROS-produktion i hjärtan med DHE-fluorescensfärgning. Som visas i figur 6A-B fann vi att vänster ventrikulär kardiomyocyt-DHE-fluorescensintensitet förbättrades signifikant i D-gal-inducerade åldrande möss, och AOS minskade signifikant den vänstra ventrikulära kardiomyocyt-DHE-fluorescensintensiteten.
För att undersöka effekten av AOS på oxidativ stressstatus i hjärtan hos D-gal-inducerade åldrande möss, använde vi Western blot för att bestämma proteinuttrycket av NADPH-oxidas i hjärtvävnader. NADPH-oxidasunderenheten p47-phox,p67-phox och gp91-phox-uttryck ökade signifikant i D-gal-inducerade åldrande möss. AOS minskade emellertid uttrycket av dessa NADPH-oxidassubenheter på ett dosberoende sätt (Figur 6C-D).
Eftersom MDA anses vara en presumtiv biomarkör för lipidperoxidation i levande organismer, upptäckte vi dessutom MDA-koncentration för att utvärdera oxidativ stressstatus in vivo. Som visas i figur 6E-F, bekräftades ökad oxidativ stressstatus i D-gal-inducerade åldrande möss av högre koncentration av MDA i serum- och hjärthomogenat. Administrering av AOS minskade MDA-nivåerna på ett dosberoende sätt jämfört med D-gal-gruppen. Sammantaget indikerade dessa data att AOS signifikant minskade ROS-produktionen och oxidativ stressstatus hos D-gal-inducerade åldrande möss.
4|DISKUSSION
Åldrande är en kronisk och multiorganrelaterad systemisk förändring av organismen. De ökande åldersrelaterade hjärt- och kärlsjukdomarna och den därav följande ekonomiska bördan har blivit en dominerande global utmaning.30,31 Därför behöver de molekylära mekanismerna för åldrande i hjärtat studeras djupt, och nya anti-åldrande interventioner kommer att vara av stor betydelse i förbättrar hälsan samt fördröjer hjärtinsufficiens orsakad av åldrande.
Alginat är en linjär sampolymer av polysackarider som utvinns från bruna havsalger. På grund av dess höga molekylvikt och viskositet är det svårt för alginat att passera cellmembran och biologiska barriärer, vilket begränsar dess användning. AOS, som härrör från hydrolysen av alginat, har väckt ökad uppmärksamhet på grund av dess lägre molekylvikt och viskositet. AOS är en vattenlöslig, ogiftig, icke-immunogen och biologiskt nedbrytbar förening och har mycket bättre biologiska aktiviteter än alginat.' Bevis tyder på att AOS, som en antioxidant oligosackarid, har förmågan att skydda neurodegenerativa sjukdomar och akut doxorubicin kardiotoxicitet genom att hämma endoplasmatisk retikulumstress och oxidativ stress.5 Nyligen genomförda studier har visat att marinhärledd AOS visar lovande biologisk aktivitet för att minska hyperlipidae-mia, hyperglykemi och hypertoni och undertryckande av fetma.27 AOS förmåga att skydda mot åldrande har dock inte visats.
Tidigare studier tyder på att åldrande hjärta uppvisar unika histologiska och funktionella egenskaper, inklusive progressiv hjärtmodellering och försämrad hjärtreserv.25,32 Inneboende hjärtåldrande kan så småningom resultera i ökad sårbarhet för olika stressorer och gynna utvecklingen av kardiovaskulära sjukdomar . D-gal-inducerade modeller för för tidigt åldrande uppvisar liknande fenotyper av hjärtförändringar jämfört med naturligt åldrande hos gnagare.*4 I denna studie visade vi att D-gal-inducerade åldrande möss uppvisade onormal myokardiell arkitektur och ökad kollagenackumulering i myokardium interstitiell och perivaskulära regioner, och AOS-administration hämmade hjärtombyggnaden inducerad av D-gal i C57BL/6J-möss. Samtidigt fann vi att AOS förhindrade hjärtdysfunktion hos D-gal-inducerade åldrande möss, inklusive delvis konserverad EF-procent och FS-procent, och minskade uttrycket av ANP och BNP. Ekokardiografi användes också för att analysera hjärtstrukturförändringarna hos möss. D-galaktosmöss hade en tendens att öka LVEDD och LVPWd, men det fanns ingen statistiskt signifikant skillnad jämfört med kontrollmössen. LVESD ökade dock signifikant i D-gal-inducerade åldrande möss, och AOS minskade LVESD på ett dosberoende sätt. Orsaken till detta fenomen kan vara att D-galaktoshärmar modellen för accelererad åldrande har en relativt kort modelleringstid, vilket främst påverkar mitokondriell funktion som visas nedan och leder till hjärtdysfunktion. Stora förändringar i hjärtats struktur inträffade men resulterade inte i statistiskt signifikanta skillnader. Dessutom visade våra data också att AOS-administration signifikant minskade åldringsmarkörerna p53 och p21 uttryck på ett dosberoende sätt. För att ytterligare utforska de möjliga mekanismerna som bidrar till anti-åldringsskyddsförmågan hos AOS, analyserades det åldersrelaterade mitokondriella kompromisset.
Hjärtat innehåller många mitokondrier baserat på dess extraordinära efterfrågan på ATP. Mitokondrier genererar ATP genom oxidativ fosforylering av fettsyror och kolhydrater. Dessutom genereras fria radikaler ständigt under denna process. Det är värt att notera att mitokondriell homeostas är avgörande för att bibehålla kardiomyocyternas funktion och livsduglighet.3 grad Oberoende studier i det åldrande hjärtat har faktiskt visat att kardiomyocytmitokondrier försämras under åldrandet.3738 Den ultrastrukturella morfometriska analysen av åldrade gnagare myokardium visar närvaron av förstorade och svullna mitokondrier, med matrix-förändringar och förlust av cristae." I denna studie, jämfört med kontrollmössen, var vissa kardiomyocytmitokondrier från D-gal-möss förstorade, svullnad och partiell förlust av cristae. AOS-behandling lindrade förstörelsen av hjärtats mitokondriella ultrastruktur hos D-gal-inducerade åldrande möss. Parallellt inducerade D-gal en signifikant minskning av nivån av hjärt-MMP och AOS-administration skyddade mot D-gal-medierad Dessa resultat indikerade att AOS förhindrade hjärtmitokondrierna från att förstöras i D-gal-inducerade åldrande möss.
Det har noterats att flera komprometterade mitokondriella processer är inblandade i patogenesen av åldrat hjärta, inklusive förändring av mitokondriell biogenes och avlägsnande. Under tiden ökar mitokondriell dysfunktion och försämrat avlägsnande av förstörda mi-tokondrier i sin tur sårbarheten för stressskador hos det åldrade hjärtat." Mitokondriell biogenes regleras huvudsakligen av en uppsättning kärnkodade koaktivatorer och transkriptionsfaktorer. Peroxisomproliferatoraktiverad receptor y coactivator 1a (PGC-1a), som är avgörande för att upprätthålla energihomeostas, har visat sig spela en nyckelroll för att reglera mitokondriell biogenes och funktion.4 Minskad PGC-1ett uttryck och aktivitet har kopplats samman till åldrande i bilen och utvecklingen av hjärtsvikt."2 Tidigare studie visar att åldersrelaterad p53-aktivering direkt resulterar i mi-tokondriell kompromiss genom att undertrycka flera masterregulatorer av mitokondriell biogenes, inklusive PGC-1a. 43 Ackumulerande bevis tyder också på att aktiveringen av PGC-1o genom farmakologisk eller genetisk intervention förhindrar åldringsrelaterade förändringar i hjärtat." Sirtuins (SIRTs) är erkända som oumbärliga regulatorer av åldringsprocessen. SIRT3, lokaliserad i mitokondriella matrisen, spelar en viktig roll för att bibehålla mitokondriell bioenergetik, modulera mitokondriell metabolism och reglera livslängden. Sirt3-brist har visat sig leda till hjärtabnormaliteter och försämra mitokondriell bioenergetik hos möss. 45 I denna studie visade vi att en signifikant minskning av uttrycket av PGC-1a och SIRT3-protein observerades i hjärtvävnader hos D-gal-inducerade åldrande möss, och AOS ökade signifikant PGC-1a och SIRT3-proteinuttryck på ett dosberoende sätt. Dessutom visade mtDNA-prob-PCR-resultatet att mtDNA-kopiantalet var signifikant minskning hos D-gal-inducerade åldrande möss, och AOS ökade signifikant mtDNA-kopiantalet på ett dosberoende sätt. Sammantaget indikerade dessa data att AOS uppreglerade den mitokondriella biogenes i D-gal-inducerade åldrande möss.
Som noterats ovan är ett effektivt avlägsnande av försämrade mitokondrier avgörande för upprätthållandet av kardiomyocyternas homeostas. Den välkända mekanismen genom vilken mitokondrier vänds är genom autofagi. Det föreslås att autofagi spelar en avgörande roll för att reglera hjärthomeostas i basaltillstånd såväl som som svar på stress.46,47 Men autofagi är generellt nedreglerad i det åldrande hjärtat. Lägre nivå av autofagi under åldringsprocessen minskar nedbrytningen av förstörda organeller och giftiga proteiner och inducerar ackumulering av dysfunktionella och onormala mitokondrier, vilket så småningom resulterar i global hjärtdysfunktion. Stimulering av autofagi har visat sig förbättra hjärtfunktionen i gnagarmodeller genom att ta bort dysfunktionella mitokondrier, och därigenom optimera den övergripande cellulära miljön och så småningom lindra åldringsassocierad patologi i hjärtat.48 I denna studie visade vi att autofaginivån minskade signifikant i hjärtat. vävnader från D-gal-inducerade åldrande möss och AOS ökade signifikant autofaginivån på ett dosberoende sätt. Dessa förändringar avslöjade att AOS förbättrade det effektiva avlägsnandet av åldersrelaterade försämrade mitokondrier genom uppreglerande autofagi. Som tidigare diskuterats uppstår huvuddelen av ROS-produktionen, genererad från komplex av mitokondriella elektrontransportkedjor (ETC), som en biprodukt av mitokondriell oxidativ fosforylering.4 Experimentella bevis tyder på att de skadade mitokondrierna under åldrandet genererar ökade mängder av ROS, förbättra skador orsakade av fria radikaler och så småningom leda till en progressiv framåt-återkopplingsspiral av mitokondriellt förfall.4 Detta inducerar i sin tur mer ROS genom skador på ETC, vilket inducerar ytterligare ROS-produktion och leder i slutändan till bioenergifel . Förutom ETC är nikotinamidadenindinukleotidfosfat (NADPH)-oxidas en viktig extramitokondriell källa till ROS, som kan vara ansvarig för oxidativ stress under åldringsprocessen och förvärra den oxidativa skadan på mitokondrier. Utöver dessa mekanismer har nyligen genomförd studie också visat att lägre mitokondriell ROS-generering bidrar till att producera en låg nivå av mtDNA steady-state skada.47 En högre mitokondriell basexcisionsreparation (BER) och en låg mitokondriell skada hos långlivade däggdjur i allmänt bidrar till deras överlägsna livslängd. En färsk rapport visar att NADPH-oxidashämmare undertrycker mitokondriell dysfunktion i den ventrala cochleakärnan hos D-gal-inducerade åldrande råttor. MDA anses vara en presumtiv biomarkör för lipidperoxidation i levande organismer, och MDA-koncentration kan användas för att utvärdera oxidativ stressstatus in vivo. I denna studie fann vi att administrering av AOS dämpade ROS-produktion, nedreglerade uttrycket av NADPH-oxidas och minskade nivån av MDA i D-gal-inducerade åldrande möss. Våra nuvarande resultat antydde att AOS effektivt minskade den oxidativa stressstatusen hos D-gal-inducerade åldrande möss, vilket kan vara en annan viktig skyddande faktor för AOS för att lindra mitokondriell skada.
I den föreliggande studien klargjorde vi först att AOS lindrar D-gal-inducerat hjärtåldring genom att förbättra mitokondriell biogenes, bibehålla mitokondriernas integritet och förbättra det effektiva avlägsnandet av försämrade mitokondrier i C57BL/6J-möss. Dessutom minskar AOS också ROS-produktionen och oxidativ stress-status, vilket i sin tur ytterligare hämmar hjärtmitokondrier från att förstöras. AOS kan vara ett effektivt terapeutiskt medel för att lindra hjärtåldring. I den här studien använde vi bara hanmöss och undersökte inte könsskillnader på effekterna av AOS. Det är mycket intressant att dendritiska cellspecifika intercellulära adhesionsmolekylen-3-griper icke-integrin (DC-SIGN) ligand 1 (DSCL1, ett antiinflammatoriskt medel) behandling minskar makrofagpolarisering och diastolisk dysfunktion i det åldrande kvinnliga men inte manliga mushjärtat.52 Denna artikel antyder att det skulle vara av stor betydelse att jämföra könsskillnader i framtida studier.
Sammanfattningsvis antydde våra fynd att AOS lindrade D-gal-inducerat hjärtåldring genom att reglera myokardial mitokondriers funktion och integritet hos möss. AOS uppvisar ett brett utbud av lovande biologiska aktiviteter och kan vara ett effektivt terapeutiskt medel för att lindra hjärtåldring.
Denna artikel är extraherad från J Cell Mol Med. 2021;25:7157–7168. wileyonlinelibrary.com/journal/jcmm|7157
