Neuroprotektiva fördelar med träning och MitoQ på minnesfunktion, mitokondriell dynamik, oxidativ stress och neuroinflammation hos D-galaktosinducerade åldrande råttor Del 3

3.4. Effekt av löpbandsträning och MitoQ på uttrycket av inflammatoriska proteiner och antioxidantenzymer i hippocampus hos D-Gal-inducerade åldrande råttor

TE och MitoQ bekräftades påverka inflammatoriska proteiner (COX-2, TNF-) och antioxidantenzymer (SOD-2, katalas) i hippocampus hos åldrande råttor (Figur 4).

När människor ägnar mer uppmärksamhet åt hälsa och livslängd har antioxidantenzymer blivit ett viktigt näringsämne i vår dagliga kost. Det kan hjälpa oss att motstå skadan av skadliga fria radikaler på kroppen, och därigenom skydda vår fysiska hälsa. Men förutom den skyddande effekten på kroppen är antioxidantenzymer också nära besläktade med vårt minne.

Studier har visat att effekterna av fria radikaler inte bara kan påverka den fysiska hälsan, utan också kan påverka våra hjärnor. Fria radikaler kan skada våra nervceller och direkt påverka vårt minne och andra kognitiva förmågor. Antioxidantenzymer kan dock spela en nyckelroll för att motstå skadan av fria radikaler och därigenom hålla våra hjärnor friska.

Dessutom hjälper antioxidantenzymer också till att främja molekylär stabilitet, förhindra inflammation och minska neuronala cellers död. Dessa effekter hjälper alla till att upprätthålla vår hjärnhälsa och kan bidra till att förbättra vårt minne.

Vissa studier har också visat att om våra kroppar saknar tillräckligt med antioxidantenzymer kan det leda till kognitiv försämring, minnesförlust och andra neurologiska sjukdomar. Därför hjälper konsumtion av mat rik på antioxidantenzymer, såsom grönsaker, frukt, nötter och fisk, till att skydda vår hjärnhälsa och förbättra vårt minne, vilket gör oss friskare och mer energiska.

Kort sagt är antioxidantenzymer mycket viktiga för att främja både vår fysiska hälsa och hjärnhälsa. Genom att konsumera tillräckligt med grönsaker, frukt, nötter och fisk, som är rika på antioxidantenzymer, kan vi skydda våra kroppar och hjärnor, förbättra vårt minne och göra oss friskare och mer energiska. Det kan ses att vi behöver förbättra vårt minne, och Cistanche kan förbättra minnet avsevärt eftersom det har antioxidant-, anti-inflammatoriska och anti-åldrande effekter, vilket kan bidra till att minska oxidation och inflammation i hjärnan och därigenom skydda hälsan hos hjärnan. nervsystemet. Dessutom kan Cistanche också främja tillväxt och reparation av nervceller, och därigenom förbättra anslutningen och funktionen hos neurala nätverk. Dessa effekter kan bidra till att förbättra minnet, inlärningsförmågan och tankehastigheten, och kan också förhindra uppkomsten av kognitiv dysfunktion och neurodegenerativa sjukdomar.

Klicka på vet sätt att förbättra hjärnans funktion

Uttrycksnivåer av inflammatoriska proteiner skilde sig signifikant mellan behandlingsgrupperna (COX{{0}}, F4,34=148.171, p < {{10}}.0 01; TNF-, F4, 34=33.645, p < 0,001). Uttrycksnivåer av antioxidantenzymer skilde sig också signifikant mellan behandlingsgrupperna (SOD-2,F4,34=477.940, p < 0.001; katalas, F4,34=75.447, p < 0.001).

Resultaten av posthoctestet visade att det fanns en dramatisk förändring i COX-2, TNF-, SOD-2 och katalasexpression mellan Y-CON- och D-CON-grupper.

Enbart TE och MitoQ reducerade dock D-gal-uppreglerat COX-2- och TNF-proteinuttryck, och kombinationen av TE och MitoQ mildrade båda inflammatoriska cytokinerna ytterligare jämfört med MitoQ enbart.

Dessa resultat tyder på att administrering av D-gal inducerar neuroinflammation, medan TE och MitoQ har antiinflammatoriska effekter i hippocampus. Dessutom ökade TE och MitoQ enbart den D-gal-inducerade reduktionen av SOD-2 och katalasproteinuttryck.

SOD-2 ökade ytterligare i D-COMBI-gruppen jämfört med enbart MitoQ och enbart TE-behandling. Dessa resultat tyder på att D-gal-administrering också inducerar ROS i hippocampus, medan TE- och MitoQ-behandling återställer åldersinducerad oxidativ stress.

Figur 4. Effekt av löpbandsträning och MitoQ på uttrycket av inflammatoriska proteiner och antioxidantenzymer i hippocampus hos D-gal-inducerade åldrande råttor. (A) Representativa Western blottar av inflammatoriska proteiner (COX-2, TNF-) och antioxidantenzymer (SOD-2, Catalase). (B–E) Densitometrisk analys av Western blot-banden normaliserade till -Actin.

Data som visas i Western blot är medelvärden från sju råtthjärnor. -Actin undersöktes som en intern kontroll. Bonferronipost hoc-test användes efter ANOVA. Värden är medelvärden ± SEM. a Betecknar statistisk skillnad från Y-CON-gruppen.

b Betecknar statistisk skillnad från D-CON-gruppen. c Betecknar statistisk skillnad från D-TE-gruppen. d Betecknar statistisk skillnad från D-MI-gruppen (p < 0.05).

3.5. Effekt av löpbandsträning och MitoQ på inlärning och minne hos D-Gal-inducerade åldrande råttor

För att fastställa de funktionella förbättringarna i TE- och MitoQ-behandling i den D-galinducerade åldrande hippocampus, utförde vi Morris vattenlabyrint och passiva undvikandetest för att bedöma inlärning och minne (Figur 5).

Det passiva undvikandetestet visade signifikanta skillnader mellan behandlingsgrupper (retentionslatenstid, F4,59=69.131,p < 0.001; Figur 5A). Post hoc-testet visade att en signifikant minskning av retentionstiden observerades i D-CON-gruppen jämfört med Y-CON-gruppen. Det var dock en signifikant ökning av retentionslatenstid i D-TE, men inte i DMI-gruppen, jämfört med D-CON-gruppen.

Förutom resultaten från Morris waterlabyrinttest (Figur 5B, C), skilde sig flyktlatenstider och flyktavstånd signifikant mellan behandlingsgrupperna (escape latenstid, F4,59=31.565, p < 0. 001; flyktavstånd,F4,59=10.833, p < 0,001).

Post hoc-testet visade att det fanns en signifikant ökning av latenstider och avstånd för flykt i D-CON jämfört med Y-CON-gruppen. Escapelatency-tiden ökade signifikant i D-TE- och D-COMBI-grupperna jämfört med D-CON-gruppen.

Det fanns dock ingen betydelse för flyktavstånd i alla interventionsgrupper jämfört med D-CON-gruppen. Dessa resultat tyder på att TE enbart återställer D-gal-inducerad försämring av inlärnings- och minnesfunktion.

4. Diskussion

Åldersassocierad kognitiv nedgång är nära relaterad till hjärnans åldrande. Det finns ett enormt värde i att fördröja hjärnans åldrande, även om det är en oundviklig del av åldrandeprocessen.

I denna studie undersökte vi de förebyggande effekterna av TE och MitoQ på kognitiv funktionsnedsättning associerad med hjärnans åldrande. D-gal visade sig delvis försämra mitokondriell dynamik genom att öka och minska mitokondriell fission och fusion i hippocampus, respektive. Dessutom ökade D-gal inflammation och NOX-uttryck, vilket resulterade i minskad hippocampusberoende kognitiv funktion relaterad till inlärning och minne.

Emellertid återställde TE effektivt dessa patologiska tillstånd och förhindrade kognitiv försämring. Enbart MitoQ-behandling förbättrade effekterna av åldrande på inflammation och antioxidantenzymer men inducerade inte signifikanta förändringar i mitokondriell dynamik eller kognitiv funktion.

Oavsett de synergistiska eller additiva effekterna av hjärnans åldranderelaterade resultatmått tyder våra resultat på att TE eller MitoQ har potentiella roller som icke-farmakologiska behandlingar för att förhindra eller bromsa kognitiv nedgång med åldrande.

Obalanserad mitokondriell dynamik är nära relaterad till olika åldranderelaterade sjukdomar och är mycket viktiga för cellöverlevnad [36,37]. I denna studie uppvisade D-CON-gruppen som behandlades med D-gal för att inducera åldrande ökat uttryck av mitokondriella fissionsrelaterade proteiner Drp1 och Fis1 och minskat uttryck av mitokondriella fusionsrelaterade proteiner Mfn1, Mfn2 och Opa1.

Dessa resultat indikerar att överdriven mitokondrie fissionerade till en partiell minskning av mitokondriell funktion. Å andra sidan minskade TE uttrycket av de mitokondriella fissionsrelaterade proteinerna och ökade uttrycket av mitokondriella fusionsrelaterade proteiner, vilket bidrog till att upprätthålla mitokondriell homeostas.

Som resultat av MitoQ visade endast fusionsproteinet Mfn1 och fissionsproteinet Fis1 liknande trender som TE, men uttrycket av de andra proteinerna (Mfn2, Opa1 och Drp1) skilde sig inte från det i D-CON-gruppen.

Tidigare studier med cellodlingssystem har visat att MitoQ förbättrade oxidativ stress-avbruten mitokondriell dynamikbalans [38], såväl som mitokondriell fission i en farmakologisk modell av Parkinsons sjukdom, vilket inducerade mitokondriell fragmentering [39], vilket är oförenligt med våra fynd från in vivoexperiment på grund av metodologiska experiment. skillnader mellan in vitro och in vivo experiment.

Därför är ytterligare studier med vår djurmodell berättigade på användningen av MitoQ och mitokondriell dynamik, inklusive överväganden av dos och behandlingslängd.

Analys av NOX visade att D-CON-gruppen uppvisade ökat uttryck av p47 phox, gp91phox och p22 phox i hippocampus jämfört med Y-CON-gruppen.

Vidare avslöjade IHC-analys ökad p22 phox-immunreaktivitet i hjärnbarken och hippocampusregionen CA3. Dessa resultat överensstämmer med en tidigare studie som rapporterade att D-gal ökade NOX-uttryck i en D-gal-inducerad åldrandemodell [40].

Å andra sidan nedreglerade TE uttrycket av NOX2-subenheter p47 phox, gp91 phox och p22phox. Med andra ord hämmade TE effektivt NOX-uttryck, vilket kan inducera ROS.

Detta fynd överensstämmer med en studie där träning minskade NOX-aktiviteten och återställde skelettmuskelmassan hos råttor med hjärtsvikt [41] och en studie där TE nedreglerade NOX-uttrycket i aortan i en fet dietinducerad fetmamodell med hög fetthalt [42].

Noterbart var att MitoQ, som påverkade mitokondriell dynamik, utövade en stark positiv effekt på NOX-aktivitet. Enbart MitoQ-behandling minskade NOX-aktivitet, liknande TE. Föga överraskande observerades samma resultat även för kombinationsbehandlingen TE och MitoQ.

En relevant studie rapporterade den skyddande effekten av MitoQ mot oxidativ stress på mtDNA via aktivering av Nrf2/ARE-signalering, vilket är en avgörande faktor för att skydda celler från oxidativ stress [43].

Därför tyder våra fynd på att träning och MitoQ kan lindra åldrandeinducerad oxidativ stress genom NOX-relaterade signalvägar [44,45]. För att undersöka effekterna av D-gal-inducerat åldrande på neuroinflammation analyserade vi också uttrycksmönster för de astrocytspecifika markör GFAP, proinflammatoriska faktorer COX-2 och TNF- och antioxidantenzymerna SOD-2 och katalas i cerebralcortex och hippocampus DG.

Vi observerade morfologiska förändringar med anti-GFAP-färgning; cellkroppar och dendriter var bredare och starkare färgade i D-CON-gruppen jämfört med Y-CON-gruppen.

Detta tyder på att åldrande är nära relaterat till glios, där aktivering av astrocyter i hjärnbarken och hippocampus DG leder till ökad neuroinflammation.

TE och MitoQ nedreglerade GFAP-uttryck, vilket minskade neuroinflammation. Dessa resultat överensstämmer med upptäckten att D-gal ökade GFAP-uttryck i hjärnvävnad [46], att astrocytaktivitet orsakade medfödda och adaptiva immunsvar [47], och att astrocyter i skadad hjärnvävnad uppvisade förhöjt GFAP-uttryck [48].

Denna studie bekräftade tidigare studiers resultat att åldrande är nära förknippat med neuroinflammation. Men vi fann också att TE och MitoQ effektivt mildrade denna neuroinflammation.

Specifikt visade MitoQ-behandling en tydligare effekt i hjärnbarken än i hippocampus DG. Proinflammatoriska faktorer COX-2och TNF- visade förhöjt uttryck efter D-gal-behandling, men TE och MitoQ lindrade detta effektivt.

Mekanismerna bakom de antiinflammatoriska effekterna av träning har inte klarlagts. Men med tanke på hypotesen att fettminskning är inblandad [49], kommer ökade fysiska aktivitetsnivåer aktivt att använda energin som lagras i adipocyter och den resulterande minskningen av kroppsfettmassan kan kopplas till minskade proinflammatoriska faktorer som utsöndras av adipocyter.

Dessutom ökade TE- och MitoQ-kombinationsbehandling uttrycket av antioxidantenzymer SOD-2 och katalas. Detta överensstämmer med andra studier som rapporterar ökade antioxidantenzymnivåer hos åldrande råttor efter träning [50] eller MitoQ-behandling [51].

Således tyder våra studieresultat på att träning och MitoQ hjälpte till att minska inflammation och främjade antioxidantfunktion i hjärnvävnaden.

Vi använde den välstuderade Morris vattenlabyrint och tester för passivt undvikande för att undersöka om TE och MitoQ kunde undertrycka den allmänt observerade kognitiva nedgången i åldrande, inklusive inlärning och minne.

D-CON-gruppen tog betydligt längre tid (flyktslatenstid) och reste längre (flyktsträcka) än Y-CON-gruppen för att hitta flyktplattformen i vattenlabyrinttestet. Detta visar att D-gal-framkallande minskade inlärnings- och minnesförmåga hos försöksdjuren. Å andra sidan minskade TE flyktlatenstiden, vilket visar att TE effektivt återställde rumslig inlärning och minne.

Flyktavståndet ökade också något, men detta bedömdes bero på djurens ökade rörelsehastighet efter TE. På liknande sätt, i den passiva undvikandeuppgiften, tog D-CON-gruppen mindre tid att komma in i den mörka bakre kammaren från den ljusa främre kammaren (retentionslatenstid) jämfört med Y-CON-gruppen, vilket tyder på nedsatt minne.

Resultaten från vattenlabyrinten och tester för passivt undvikande tyder på att TE effektivt kan hämma kognitiv försämring, inklusive inlärning och minne som kan uppstå under åldrande. En tidigare studie rapporterade att MitoQ-administration i fem månader förbättrade försämringen av rumslig minnesretention i en transgen modell av Alzheimers sjukdom [52].

Till skillnad från detta långtidsintag visade våra resultat att en relativt kortare period av MitoQ-behandling misslyckades med att förbättra existerande åldersinducerad kognitiv försämring. Med tanke på att MitoQ-behandling har positiva effekter på inflammation, NOX och antioxidantenzymer i vår studie, en längre period av MitoQ kan krävas för att förhindra åldringsrelaterad kognitiv dysfunktion.

Hippocampus anses allmänt vara den viktigaste hjärnregionen för inlärning och minne [53]. Med tanke på att djur med hippocampusskada uppvisar minskad inlärning och minne [54], kan de kognitiva och minnesförbättrande effekterna av TE förstås i termer av ökad neuroplasticitet och neurogenes och minskad oxidativ stress och inflammation.

Men trots att den minskade oxidativ stress och inflammation visade MitoQ ingen tydlig effekt på inlärning och minne. Dessa resultat överensstämmer med en tidigare studie med åldrade möss (19 månader gamla), där träning, men inte en diet som innehåller antioxidanter, förbättrade minnesfunktionen [6].

Vi antar att det finns en möjlig förklaring till varför MitoQ inte förbättrade åldersinducerad kognitiv dysfunktion, eftersom MitoQ, till skillnad från TE, inte förbättrar cirkulationsfunktionen (som att öka tillförseln av syre och näringsämnen och avlägsnande av avfallsprodukter och CO2 via muskelsammandragning), och , i synnerhet, har ingen effekt på energimetabolismen i hjärnan (såsom ökande nivåer av neurotransmittorer eller neurotrofiska faktorer, såsom nervtillväxtfaktor eller hjärnhärledd neurotrofisk faktor) [55–57].

Detta förblir dock bara en hypotes eftersom dessa faktorer inte undersöktes i denna studie. Ändå tyder våra resultat på att MitoQ inte påverkade neuroplasticitet och neurogenes som krävs för att förbättra faktisk kognitiv funktion.

5. Slutsatser

I denna studie bekräftade vi att D-gal-inducerat åldrande var associerat med kognitiv funktionsnedsättning som påverkar inlärning och minne på grund av en obalans mellan mitokondriell fusion och fission, ökad inflammation, minskade antioxidantenzymnivåer och NOX-aktivering. TE förbättrade dock dessa patologiska effekter och förhindrade kognitiv försämring relaterad till hjärnans åldrande.

Behandling med MitoQ visade positiva effekter på inflammation, antioxidantenzymer och NOX-uttryck men förbättrade inte mitokondriell dynamik eller kognitiv förmåga. I sin tur, i motsats till vår hypotes, inducerade kombinationen av TE och MitoQ inte några synergistiska eller additiva effekter på de resultatmått vi undersökte i denna studie.

Våra resultat visar dock att behandling med mitokondrierriktade antioxidanter, såsom MitoQ, kan ge positiva effekter. Särskilt fysisk aktivitet, såsom TE, förhindrar mer effektivt kognitiv försämring av åldrande, inklusive inlärning och minne. Därför föreslår vi att vikten av regelbunden fysisk aktivitet måste betonas som en effektiv icke-farmakologisk behandling för att förbättra och förebygga kognitiv försämring hos äldre vuxna.

Författarbidrag: Conceptualization, J.-HJ, J.-YC och E.-BK; Metodik, J.-HK; Projektadministration, J.-YC; Tillsyn, E.-BK; Validering, J.-HK och JSY; Skrivande originalutkast,J.-HJ och J.-HK; Skriv-granskning & redigering, JSY, J.-YC och E.-BK Alla författare har läst och samtyckt till den publicerade versionen av manuskriptet.

Finansiering: Denna forskning finansierades av Daejeon University Research Grant (bidragsnummer, 20180160).

Uttalande från institutionell granskningsnämnd: Studien godkändes av Korea National SportsUniversity Institutional Animal Care and Use Committee (protokollkod KNSU-IACUC-2018-05).

Datatillgänglighet: De data som presenteras i denna studie är tillgängliga på begäran från motsvarande författare.

Tack: Vi tackar Dong-Won Kim för hjälpen med Western blotting-experimentet och djurhanteringen.

Intressekonflikter: Författarna förklarar ingen intressekonflikt. Finansiärerna hade ingen roll i studiens design; vid insamling, analyser eller tolkning av data; i författandet av manuskriptet, eller i beslutet att publicera resultatet.

Referenser

1. Keller, JN Åldersrelaterad neuropatologi, kognitiv försämring och Alzheimers sjukdom. Åldrande Res. Upps. 2006, 5, 1–13. [CrossRef]

2. Rowe, JW; Kahn, RL Framgångsrik åldrande. Gerontologist 1997, 37, 433–440. [CrossRef] [PubMed]

3. Van Praag, H.; Lucero, MJ; Yeo, GW; Stecker, K.; Heivand, N.; Zhao, C.; Japp, E.; Afanador, M.; Schroeter, H.; Hammerstone, J.; et al. Växthärledd flavanol (-)epicatechin förbättrar angiogenes och retention av rumsminne hos möss. J. Neurosci. 2007, 27,5869–5878. [CrossRef] [PubMed]

4. Yook, JS; Rakwal, R.; Shibata, J.; Takahashi, K.; Koizumi, H.; Shima, T.; Ikemoto, MJ; Oharomari, LK; McEwen, BS; Soya, H. Leptin i hippocampus förmedlar fördelarna med mild träning med en antioxidant på neurogenes och minne. Proc. Natl. Acad. Sci.USA 2019, 116, 10988–10993. [CrossRef] [PubMed]

5. Bhattacharya, TK; Pence, BD; Ossyra, JM; Gibbons, TE; Perez, S.; McCusker, RH; Kelly, KW; Johnson, RW; Woods, JA; Rhodes, JS Träning men inte (-)-epigallocatechin-3-gallat eller -alanin förbättrar fysisk kondition, hjärnans plasticitet och beteendeprestanda hos möss. Physiol. Behav. 2015, 145, 29–37. [CrossRef] [PubMed]

6. Gibbons, TE; Pence, BD; Petr, G.; Ossyra, JM; Mach, HC; Bhattacharya, TK; Perez, S.; Martin, SA; McCusker, RH; Kelly,KW; et al. Frivillig hjulkörning, men inte en diet som innehåller (-)-epigallocatechin-3-gallat och -alanin, förbättrar inlärning, minne och hippocampus neurogenes hos äldre möss. Behav. Brain Res. 2014, 272, 131–140. [CrossRef] [PubMed]

7. Nam, SM; Seo, M.; Seo, JS; Rhim, H.; Nahm, SS; Cho, IH; Chang, BJ; Kim, HJ; Choi, SH; Nä, SY Askorbinsyra mildrar D-galaktos-inducerat hjärnans åldrande genom att öka hippocampus neurogenes och förbättra minnesfunktionen. Näringsämnen 2019,11, 176. [CrossRef] [PubMed]

8. Archer, SL Mitokondriell dynamik – mitokondriell fission och fusion i mänskliga sjukdomar. N. Engl. J. Med. 2013, 369, 2236–2251.[CrossRef]

9. Hall, AR; Burke, N.; Dongworth, RK; Hausenloy, DJ Mitokondriell fusion och fissionsproteiner: Nya terapeutiska mål för att bekämpa hjärt-kärlsjukdom. Br. J. Pharmacol. 2014, 171, 1890–1906. [CrossRef]

10. Zhan, M.; Brooks, C.; Liu, F.; Sun, L.; Dong, Z. Mitokondriell dynamik: Regulatoriska mekanismer och framväxande roll i njurpatofysiologi. Kidney Int. 2013, 83, 568–581. [CrossRef]

11. Held, NM; Houtkooper, RH Mitokondriella kvalitetskontrollvägar som bestämningsfaktorer för metabol hälsa. Bioessays 2015, 37,867–876. [CrossRef] [PubMed]

12. López-Otín, C.; Blasco, MA; Partridge, L.; Serrano, M.; Kroemer, G. Åldrandets kännetecken. Cell 2013, 153, 1194–1217. [CrossRef][PubMed]

For more information:1950477648nn@gmail.com