Vingrinājumu un MitoQ neiroprotektīvie ieguvumi attiecībā uz atmiņas funkciju, mitohondriju dinamiku, oksidatīvo stresu un neiroiekaisumiem D-galaktozes izraisītām novecojošām žurkām 1. daļa

Abstract:

Vingrinājumiem un antioksidantiem ir ieguvumi veselībai, kas uzlabo kognitīvos traucējumus un var darboties sinerģiski. Šajā pētījumā mēs pārbaudījām skrejceliņu vingrinājumu (TE) un uz mitohondrijiem mērķēta antioksidanta menahinona (MitoQ) ietekmi atsevišķi vai kombinācijā uz mācīšanos un atmiņu, mitohondriju dinamiku, NADPH oksidāzes aktivitāti un neiroiekaisumu un antioksidantu aktivitāti D- hipokampā. galaktozes izraisītas novecojošas žurkas.

Antioksidanti ir vielas, kas cīnās ar brīvajiem radikāļiem. Tie palīdz organismam novērst šūnu oksidēšanos. Šūnu oksidēšanās var izraisīt dažādas slimības, tostarp Alcheimera slimību.

Pastiprinoties iedzīvotāju novecošanās tendencei, arvien vairāk cilvēku ir sākuši interesēties par veidiem, kā cīnīties ar Alcheimera slimību. Mūsdienu medicīnas pētījumi ir atklājuši, ka antioksidanti var palīdzēt cilvēkiem saglabāt labu atmiņu.

Pētījumi liecina, ka regulāra antioksidantus saturošu pārtikas produktu, piemēram, zemeņu, mellenes, olīveļļas u.c., lietošana var efektīvi samazināt Alcheimera slimības risku. Tajā pašā laikā ķermeņa antioksidantu sistēmu var uzlabot, veicot atbilstošus vingrinājumus, regulāru dzīvi un sabalansētu uzturu, kas var arī efektīvi aizsargāt mūsu smadzenes.

Papildus tam, ka antioksidanti palīdz saglabāt atmiņu, tiem ir arī daudzas citas priekšrocības. Piemēram, tie var uzlabot ādas stāvokli, samazināt sirds un asinsvadu slimību risku utt. Tāpēc pareiza antioksidantus saturošu pārtikas produktu uzņemšana un veselīga dzīvesveida saglabāšana nāk par labu mūsu ķermenim un smadzenēm.

Īsāk sakot, antioksidanti nav atdalāmi no atmiņas. Pievēršot uzmanību savam uzturam un dzīvesveidam, mēs varam efektīvi novērst Alcheimera slimību, vienlaikus saglabājot labu fizisko un garīgo veselību. Var redzēt, ka mums ir jāuzlabo atmiņa, un Cistanche var ievērojami uzlabot atmiņu, jo tā var arī regulēt neirotransmiteru līdzsvaru, piemēram, paaugstināt acetilholīna līmeni un augšanas faktorus, kas ir ļoti svarīgi atmiņai un mācībām. Turklāt Cistanche var arī uzlabot asins plūsmu un veicināt skābekļa piegādi, kas var nodrošināt, ka smadzenes saņem pietiekamu uzturu un enerģiju, tādējādi uzlabojot smadzeņu vitalitāti un izturību.

Noklikšķiniet uz zināt papildinājumus, lai uzlabotu atmiņu

TE atsevišķi un TE apvienojumā ar MitoQ injicējošām žurkām samazināja mitohondriju dalīšanās faktorus (Drp1, Fis1) un palielināja mitohondriju saplūšanas faktorus (Mfn1, Mfn2, Opa1).

Šīm grupām bija arī uzlabota NADPH oksidāzes aktivitāte un antioksidanta aktivitāte (SOD-2, katalāze). TE vai MitoQ atsevišķi samazināja neiroiekaisuma reakciju (COX-2, TNF-), bet nomākums bija lielāks, to kombinējot.

Turklāt novecošanās izraisīts neiroiekaisums zobainā zonā tika samazināts TE, bet ne MitoQ ārstēšanā.

Mācīšanās un atmiņas testi parādīja, ka, gluži pretēji, MitoQ viens pats parādīja dažus līdzīgus efektus TE, bet ne galīgus uzlabojumus.

Visbeidzot, šis pētījums parādīja, ka MitoQ pozitīvi ietekmēja novecošanos, ja to izmantoja kā izolētu ārstēšanu, bet TE bija efektīvāka loma kognitīvo traucējumu, oksidatīvā stresa, iekaisuma un mitohondriju disfunkcijas gadījumā.

Mūsu atklājumi liecina, ka TE un MitoQ kombinācijai nebija sinerģiskas ietekmes un norādīts, ka regulāriem vingrinājumiem vajadzētu būt prioritātei ar vecumu saistītās kognitīvās lejupslīdes neiroaizsardzībā.

Atslēgvārdi: novecošana; skrejceliņu vingrinājumi; MitoQ; NADPH oksidāze; mitohondriju dinamika; neiroiekaisums.

1. Ievads

Novecošana ir neizbēgams fiziskas un funkcionālas lejupslīdes process, tostarp pakāpeniska kognitīvo spēju, piemēram, atmiņas un telpisko spēju samazināšanās, samazināšanās [1].

Ar vecumu saistītas izmaiņas smadzenēs palielina neaizsargātību pret dažādām slimībām un galu galā samazina dzīves kvalitāti. Veiksmīga novecošana parasti attiecas uz slimību vai traucējumu neesamību, fizisko un kognitīvo funkciju saglabāšanu un nepārtrauktu dalību sociālajās un produktīvās aktivitātēs [2]. Savas kā cilvēka cieņas un vērtības saglabāšana ir ļoti svarīga pat novecošanas procesā.

Starp vairākām apzinātajām dzīvesveida izmaiņām, lai novērstu kognitīvās funkcijas samazināšanos ar novecošanos, pēdējā laikā uzmanība ir pievērsta nefarmakoloģiskai ārstēšanai, piemēram, fiziskām aktivitātēm un uztura bagātinātājiem, jo ​​trūkst farmakoloģiskās iedarbības un pieaug tradicionālās medicīnas izmaksas. Patiešām, ir pierādīts, ka vingrinājumu un diētas kombinācija ar antioksidantu piedevām, piemēram, epikatehīnu un astaksantīnu, izraisa sinerģisku ietekmi uz no hipokampa atkarīgo funkciju [3, 4].

Turpretim vairāki pētījumi ir atklājuši, ka vingrinājumi atsevišķi, bet ne kombinācijā ar izmaiņām uzturā, uzlabo mācīšanās un atmiņas funkcijas [5, 6], radot jautājumu par to, vai kombinēta iejaukšanās var vairāk ietekmēt kognitīvo funkciju nekā vingrinājumi atsevišķi.

Lai gan iespējamie mehānismi, kas ir vingrojumu un/vai antioksidantu ārstēšanas pamatā, hipokampu funkcija ietver neironu plastiskumu un ar to saistītos molekulāros līmeņus ar neirotropiskiem faktoriem [4,7], mehānismi, piemēram, mitohondriju dinamika un neiroimūnā sistēma, nav pilnībā izprotami.

Mitohondriji ir dinamiski intracelulāri organoīdi, kas atbild par bioloģisko oksidāciju lielākajā daļā eikariotu šūnu, kuru dinamiku regulē atkārtoti saplūšanas (mitohondriju pagarināšanās) un dalīšanās (mitohondriju sadrumstalošanās) procesi [8,9].

Mitohondriju dinamikā ir iesaistīti vairāki ar saplūšanu un šķelšanos saistīti proteīni, kas ir būtiski, lai uzturētu normālu mitohondriju darbību [10,11].

Tomēr neregulāra proteīnu ekspresija var izraisīt patoloģiskas izmaiņas mitohondrijās. Jo īpaši mitohondriju disfunkcija ir novecošanas pazīme [12], un pastāvīgs iekaisums, oksidatīvais stress un mitohondriju disfunkcija veicina smadzeņu darbības samazināšanos, paātrinot smadzeņu novecošanos [13,14].

Turklāt novecošanu pavada zems hroniska iekaisuma līmenis imūnsistēmā un centrālajā nervu sistēmā (CNS), kas, kā zināms, veicina daudzas ar vecumu saistītas slimības [15,16].

Neiroiekaisums CNS progresē, kad glijas šūnas, piemēram, mikroglia un astrocīti, tiek pastāvīgi aktivizētas, reaģējot uz oksidatīvo stresu [17].

Reaktīvās skābekļa sugas (ROS) ģenerē NADPH oksidāze (NOX), kas ir ar membrānu saistīts enzīmu komplekss. Ir vairāki NOX apakštipi, starp kuriem NOX2 tiek ekspresēts dažādos šūnu tipos, tostarp neironos un endotēlija šūnās, un augstā līmenī tiek ekspresēts mikroglia šūnās, kas iesaistītas imūnreakcijā un iekaisumā [18–20].

NOX2 satur gan membrānas (gp91phox, p22phox), gan citozola (p47phox, p67phox) apakšvienības. Paaugstināts ROS līmenis NOX aktivitātes dēļ veicina iekaisumu, aktivizē glia šūnas, kas savukārt vēl vairāk uzlabo iekaisuma citokīnu sekrēciju, oksidatīvo stresu un brīvo radikāļu bojājumus, galu galā izraisot toneuronu šūnu nāvi [21–23].

Smadzeņu novecošanai ir svarīga loma kognitīvo traucējumu gadījumā, un tā ir cieši saistīta ar toneurodeģeneratīviem traucējumiem. Lai gan nav iespējams novērst vispārējo smadzeņu funkciju samazināšanos, kas rodas dabiskās novecošanas laikā, fiziskās aktivitātes un antioksidantu patēriņš ir noderīgas kā neinvazīvas metodes smadzeņu, īpaši kognitīvās, funkcijas uzturēšanai.

Jo īpaši tiek ziņots, ka vingrinājumi uzlabo smadzeņu disfunkciju, veicinot neiroplastiskumu, uzlabojot vielmaiņas efektivitāti un palielinot toleranci pret oksidatīvo stresu [24, 25].

Tomēr molekulārie mehānismi, kas ir atbildīgi par kognitīvās funkcijas uzlabošanu vai tās samazināšanās novēršanu, joprojām nav zināmi. Runājot par antioksidantiem, ir zināms, ka uz mitohondrijiem orientētais antioksidants mitohinons (MitoQ) šķērso inermitohondriju membrānu un uzkrājas mitohondrijās, atšķirībā no citiem antioksidantiem, lai tieši samazinātu mitohondrijās radīto ROS līmeni [26].

Lai gan ir veikti daži pētījumi par MitoQ, dažādi ziņojumi apraksta tā antioksidatīvo iedarbību. Gioscia-Ryan et al. [27] un Rossman et al. [28] parādīja, ka MitoQ samazināja ROS līmeni un palielināja NO veidošanos novecojušu asinsvadu mitohondrijās.

Vergeadeet al. [29] un Braakhuis et al. [30] ziņoja, ka MitoQ saglabāja antioksidantu enzīmu, piemēram, SOD-2, katalāzes un GPx, aktivitātes novecošanas procesā.

Attiecībā uz smadzeņu attīstību ir nepieciešami turpmāki pētījumi, lai noskaidrotu molekulāros mehānismus, kas ir atbildīgi par vingrinājumu un MitoQ pozitīvo ietekmi uz smadzeņu darbības samazināšanos.

Līdz šim novecošanās pētījumos, izmantojot vairākus dzīvnieku modeļus, ir pētīti smadzeņu novecošanās pamatā esošie mehānismi. Konkrēti, D-galaktozes (D-gal) ievadīšana izraisa dzīvnieku novecošanos, kas līdzinās cilvēka novecošanai, tostarp atmiņas zudums, neirodeģenerācija, izmaiņas oksidatīvā stresa bioķīmiskajos marķieros, samazināta imunitāte un gēnu ekspresijas patoloģiska regulēšana [31].

Grauzēji, kuriem tika ievadīts D-gal, uzrāda pakāpenisku mācīšanās un atmiņas samazināšanos, palielinātu brīvo radikāļu veidošanos smadzenēs, traucētu kalcija homeostāzi un mitohondriju disfunkciju [32, 33], tādējādi nodrošinot smadzeņu novecošanas dzīvnieku modeli [34].

Tāpēc, izmantojot D-galaktozes izraisītu novecošanās žurku modeli, mēs pētījām skrejceļa vingrinājumu (TE) un MitoQ kā neatkarīgu vai kombinētu ārstēšanu ietekmi uz mitohondriju šķelšanos un saplūšanu, iekaisumu un antioksidantu aktivitāti, kā arī no hipokampa atkarīgo izziņu.

Mēs izvirzījām hipotēzi, ka 8-nedēļas kombinētais skrejceliņa vingrinājums un MitoQ ar D-galaktozi ārstētām žurkām aditīvi vai sinerģiski uzlabotu mācīšanās un atmiņas funkcijas samazināšanos un izraisītu labvēlīgas izmaiņas proteīnu līmenī, kas iesaistīti hipokampu neiroaizsardzībā.

2. Materiāli un metodes

2.1. Eksperimentālie dzīvnieki

Sešas nedēļas veci Sprague-Dawley (SD) žurku tēviņi tika iegūti no JA Bio (Gyeonggi-do, Koreja). Žurkas tika audzētas Korejas Nacionālās sporta universitātes dzīvnieku laboratorijā (22 ± 2 ◦C, 50% ± 5% mitrums un 12/12 h gaismas/tumsas cikls).

Pārtika un dzeramais ūdens tika nodrošināts ad libitum. Žurkas tika sadalītas 5 grupās: jaunās kontroles grupa (Y-CON, n=12), D-galaktozes grupa (D-CON, n=12), D-galaktozes plus TE grupa (D- TE,n=12), D-galaktozes plus MitoQ grupa (D-MI, n=12) un D-galaktozes plus TE un MitoQ grupa (D-COMBI, n=12). Žurkas tika eitanāzētas pēc 8 nedēļu TE un atmiņas uzvedības testu pabeigšanas, ieelpojot CO2, izmantojot eitanāzijas kameru.

Pētījuma protokols saņēma apstiprinājumu no Korejas Nacionālās sporta universitātes Institucionālās dzīvnieku aprūpes un lietošanas komitejas (KNSU-IACUC-2018-05).

2.2. Zāļu pārvalde

Metode, ko aprakstīja Lei et al. [31] tika izmantots, lai izraisītu izmēģinājuma dzīvnieku novecošanu. Konkrēti, D-gal (Sigma-Aldrich, Sentluisa, MO, ASV) tika izšķīdināts parastajā fizioloģiskā šķīdumā, un 100 mg/kg deva tika ievadīta ar intraperitoneālu (IP) injekciju reizi nedēļā 10 nedēļas.

Smita un Mērfija [26] ieteiktā barošanas metode tika pielāgota MitoQ ievadīšanai šajā eksperimentā.

MitoQ tika sajaukts ar sterilu fizioloģisko šķīdumu, lai galīgais atšķaidījums būtu 0,1 mM/mL. Pēc tam D-galaktozes izraisītām novecojošām žurkām 8 nedēļas intraperitoneāli injicēja 100 µM/kg MitoQ (divas reizes nedēļā).

2.3. Skrejceļa vingrinājums (TE)

D-TE un D-COMBI grupām tika veikta progresīva slodzes vingrojumu programma, izmantojot grauzēju skrejceliņu (8 Lanes, Daemyung Scientific Co, Ltd., Seula, Koreja).

Vispirms dzīvnieki veica aklimatizācijas apmācību 1 nedēļu (2 m/min pirmās 5 minūtes, 5 m/min nākamās 5 minūtes un 8 m/min pēdējās 20 minūtes).

Galvenā vingrojumu programma tika veikta 5 dienas nedēļā nākamo 8 nedēļu laikā. Šī programma tika izstrādāta šādi, attiecībā uz progresīvo vingrojumu programmu, ko ierosināja Hong et al. [35]: 10–12 m/min 10 min 1. nedēļā; 10–12 m/min 20 min 2. nedēļā; 18–20 m/min 20 min 3. nedēļā; 18–20 m/min 30 min 4. nedēļā; un 18–20 m/min 50 min 5.–8. nedēļā. Skrejceliņa slīpums tika fiksēts 0%.

2.4. Pasīvās izvairīšanās uzdevums

Pasīvās izvairīšanās uzdevums ir baiļu motivēts tests, ko izmanto, lai noteiktu mazu laboratorijas dzīvnieku darba atmiņas spēju. Šajā pētījumā pasīvais izvairīšanās uzdevums tika veikts 3 dienas pirms TE programmas beigām.

Pasīvās izvairīšanās uzdevuma aparāts sastāvēja no divām kamerām: priekšējā kamera bija labi apgaismota, gaiša, balta kaste (18 × 18 × 25 cm3), kas bija savienota ar aizmugurējo kameru, kas bija tumši melna kaste (18 × 18 × 25). cm3).

Aizmugurējā kamerā bija nerūsējošā tērauda grīda, kas spēj nodrošināt elektriskās strāvas triecienu. Sienai starp abām kamerām bija giljotīnas stila durvis, kuras varēja atvērt un aizvērt.

Tika izmērīts laiks, kas vajadzīgs, lai dzīvnieks caur priekšējo kameru iekļūtu aizmugurējā kamerā (sākotnējais latentuma laiks), un pēc tam 2 s tika piegādāts elektriskās strāvas trieciens (0,5 mA).

Dzīvnieks tika izņemts pēc 5 sekundēm un atgriezts audzēšanas būrī. Uzdevums tika atkārtots 72 stundas vēlāk, izmantojot identisku metodi, un tika reģistrēts laiks, līdz dzīvniekam jāiekļūst aizmugurējā kamerā caur priekšējo kameru (aiztures latentuma laiks) līdz maksimāli 300 s.

2.5. Morisa ūdens labirinta tests

Morisa ūdens labirinta testu izmanto, lai novērtētu grauzēju telpisko mācīšanos un atmiņu. Pārbaude tika veikta telpā ar kontrolētu temperatūru (21–23 ◦C), mitrumu (50–60%) un apgaismojumu, izmantojot apaļu ūdens tvertni (diametrs 120 cm × augstums 15 cm), kas piepildīta ar ūdeni (20–24 ◦C). ).

Ūdenim tika pievienots vājpiena pulveris, lai aizsegtu evakuācijas platformu (diametrs 10 cm), kas tika novietota uz tvertnes grīdas aptuveni 1 cm zem ūdens virsmas.

Attālums, ko dzīvnieks nobrauca pirms platformas sasniegšanas (bēgšanas attālums) un laiks, kas nepieciešams, lai sasniegtu platformu (aizbēgšanas latentuma laiks), tika mērīts pirms un pēc TE programmas, izmantojot EthoVision XT8 video izsekošanas programmatūru (Noldus, Wageningen, Nīderlande) un kameru. uzstādīts uz griestiem virs tvertnes centra. Ūdens tvertne tika sadalīta ceturtdaļās ar apzīmējumu 1.–4. zona, un platforma tika novietota 1. zonā.

Katrai apstrādes grupai ūdens labirinta tests tika veikts 5 dienas nedēļā. Žurka vienmēr sāka tajā pašā pozīcijā, un tai bija atļauts divus 60-ses mēģinājumus mēģināt sasniegt platformu, kas vienmēr atradās vienā un tajā pašā vietā.

Pēc 48 stundu atpūtas platforma tika noņemta septītajā dienā; evakuācijas attālums un evakuācijas latentuma laiks tika mērīts 60 sekundes, žurkai sākot no tā paša stāvokļa.

For more information:1950477648nn@gmail.com