Treeningu ja MitoQ neuroprotektiivsed eelised mälufunktsioonile, mitokondriaalsele dünaamikale, oksüdatiivsele stressile ja neuropõletikule D-galaktoosist põhjustatud vananevatel rottidel 1. osa

Abstraktne:

Treeningul ja antioksüdantidel on tervisele kasu, mis parandavad kognitiivseid häireid ja võivad toimida sünergiliselt. Selles uuringus uurisime jooksulint treeningu (TE) ja mitokondritele suunatud antioksüdantse menakinooni (MitoQ) mõju individuaalselt või kombineeritult õppimisele ja mälule, mitokondriaalsele dünaamikale, NADPH oksüdaasi aktiivsusele ning neuropõletikule ja antioksüdantsele aktiivsusele D-hipokampuses. galaktoosist põhjustatud vananevad rotid.

Antioksüdandid on ained, mis võitlevad vabade radikaalidega. Need aitavad kehal vältida rakkude oksüdatsiooni. Rakkude oksüdatsioon võib põhjustada mitmesuguseid haigusi, sealhulgas Alzheimeri tõbe.

Rahvastiku vananemise trendi tugevnedes on üha rohkem inimesi hakanud huvi tundma Alzheimeri tõvega võitlemise viiside vastu. Kaasaegsed meditsiiniuuringud on leidnud, et antioksüdandid võivad aidata inimestel säilitada head mälu.

Uuringud on näidanud, et antioksüdante sisaldavate toitude, nagu maasikad, mustikad, oliiviõli jne, regulaarne tarbimine võib tõhusalt vähendada Alzheimeri tõve riski. Samal ajal saab keha antioksüdantide süsteemi tõhustada korraliku treeningu, regulaarse eluviisi ja tasakaalustatud toitumisega, mis võib ka meie aju tõhusalt kaitsta.

Lisaks mälu säilitamisele on antioksüdantidel palju muid eeliseid. Näiteks võivad need parandada naha seisundit, vähendada südame-veresoonkonna haiguste riski jne. Seetõttu on antioksüdante sisaldavate toitude õige tarbimine ja tervisliku eluviisi säilitamine kasulik meie kehale ja ajule.

Lühidalt, antioksüdandid on mälust lahutamatud. Pöörates tähelepanu oma toitumisele ja elustiilile, saame tõhusalt ennetada Alzheimeri tõbe, säilitades samal ajal hea füüsilise ja vaimse tervise. On näha, et me peame parandama mälu ja Cistanche võib oluliselt parandada mälu, sest see võib reguleerida ka neurotransmitterite tasakaalu, näiteks tõsta atsetüülkoliini ja kasvufaktorite taset, mis on mälu ja õppimise jaoks väga olulised. Lisaks võib Cistanche parandada verevoolu ja soodustada hapniku kohaletoimetamist, mis tagab aju piisava toitumise ja energia, parandades seeläbi aju elujõudu ja vastupidavust.

Mälu suurendamiseks klõpsake valikul Tea toidulisandeid

Ainuüksi TE ja TE kombineerituna MitoQ-d innustavate rottidega vähendasid mitokondriaalseid lõhustumistegureid (Drp1, Fis1) ja suurendasid mitokondriaalseid liitefaktoreid (Mfn1, Mfn2, Opa1).

Nendel rühmadel oli ka paranenud NADPH oksüdaasi aktiivsus ja antioksüdantne aktiivsus (SOD-2, katalaas). Ainuüksi TE või MitoQ vähendas neuroinflammatoorset vastust (COX-2, TNF-), kuid supressioon oli nende kombinatsiooniga suurem.

Lisaks vähenes TE korral vananemisest tingitud neuropõletik hammaste piirkonnas, kuid mitte MitoQ-ravi korral.

Õppimise ja mälu testid näitasid, et vastupidi, MitoQ üksi näitas TE-ga sarnast mõju, kuid mitte lõplikku paranemist.

Kokkuvõtteks näitas see uuring, et MitoQ avaldas isoleeritud ravina kasutamisel teatud positiivset mõju vananemisele, kuid TE-l oli tõhusam roll kognitiivsete häirete, oksüdatiivse stressi, põletiku ja mitokondrite düsfunktsiooni korral.

Meie leiud viitavad sellele, et TE ja MitoQ kombinatsioon ei avaldanud sünergistlikku mõju ja näitas, et regulaarne treening peaks olema vanusega seotud kognitiivse languse neuroprotektsiooni prioriteet.

Märksõnad: vananemine; Treening jooksulindil; MitoQ; NADPH oksüdaas; mitokondriaalne dünaamika; neuropõletik.

1. Sissejuhatus

Vananemine on vältimatu füüsilise ja funktsionaalse allakäigu protsess, sealhulgas kognitiivsete võimete, näiteks mälu ja ruumiliste võimete vähenemine [1].

Vanusega seotud muutused ajus suurendavad haavatavust erinevate haiguste suhtes ja lõppkokkuvõttes põhjustavad madalamat elukvaliteeti. Edukas vananemine viitab üldiselt haiguste või kahjustuste puudumisele, füüsilise ja kognitiivse funktsiooni säilimisele ning jätkuvale osalemisele sotsiaalsetes ja produktiivsetes tegevustes [2]. Inimväärikuse ja väärtuse säilitamine on ülioluline ka vananemisprotsessi ajal.

Mitmete tuvastatud elustiili muutuste hulgas, mille eesmärk on ennetada kognitiivset langust vananemisega, on hiljutine tähelepanu pööratud mittefarmakoloogilisele ravile, nagu kehaline aktiivsus ja toidulisandid, mis on tingitud farmakoloogiliste mõjude puudumisest ja tavameditsiini kallinemisest. Tõepoolest, treeningu ja dieedi kombinatsioon koos antioksüdantide, näiteks epikatehhiini ja astaksantiini lisamisega, on näidanud sünergistlikku mõju hipokampusest sõltuvale funktsioonile [3, 4].

Seevastu mitmed uuringud on näidanud, et treenimine üksi, kuid mitte koos toitumise muutustega, parandab õppimis- ja mälufunktsioone [5,6], mis tõstatab küsimuse, kas kombineeritud sekkumisel võib olla suurem mõju kognitiivsele funktsioonile kui ainult treeningul.

Kuigi treeningu ja/või antioksüdantravi aluseks olevad hipokampuse funktsiooni võimalikud mehhanismid hõlmavad neuronaalset plastilisust ja sellega seotud molekulaarseid tasemeid koos neurotroopsete teguritega [4,7], ei ole mehhanismid, nagu mitokondriaalne dünaamika ja neuroimmuunsüsteem, täielikult teada.

Mitokondrid on dünaamilised intratsellulaarsed organellid, mis vastutavad enamiku eukarüootsete rakkude bioloogilise oksüdatsiooni eest ja mille dünaamikat reguleerivad korduvad fusiooni (mitokondrite pikenemine) ja lõhustumise (mitokondrite killustumine) protsessid [8, 9].

Mitokondriaalses dünaamikas osalevad mitmed fusiooni- ja lõhustumisega seotud valgud, mis on olulised normaalse mitokondrite funktsiooni säilitamiseks [10,11].

Kuid valkude ebaregulaarne ekspressioon võib põhjustada mitokondrites ebanormaalseid muutusi. Eelkõige on mitokondriaalne düsfunktsioon vananemise tunnuseks [12] ning püsiv põletik, oksüdatiivne stress ja mitokondriaalne düsfunktsioon aitavad kaasa aju funktsiooni vähenemisele, kiirendades aju vananemist [13,14].

Lisaks kaasneb vananemisega vähene krooniline põletik immuunsüsteemis ja kesknärvisüsteemis (KNS), mis teadaolevalt soodustab paljusid vanusega seotud haigusi [15,16].

Neuropõletik kesknärvisüsteemis progresseerub, kui gliiarakud, nagu mikrogliia ja astrotsüüdid, aktiveeruvad püsivalt vastusena oksüdatiivsele stressile [17].

Reaktiivseid hapniku liike (ROS) genereerib NADPH oksüdaas (NOX), mis on membraaniga seotud ensüümide kompleks. NOX-il on mitu alatüüpi, mille hulgas NOX2 ekspresseeritakse erinevates rakutüüpides, sealhulgas neuronites ja endoteelirakkudes, ning seda ekspresseeritakse kõrgel tasemel immuunreaktsiooni ja põletikuga seotud mikrogliiarakkudes [18–20].

NOX2 sisaldab nii membraani (gp91phox, p22phox) kui ka tsütosoolseid (p47phox, p67phox) subühikuid. NOX-i aktiivsusest tingitud kõrgenenud ROS-i tase soodustab põletikku, aktiveerib gliiarakke, mis omakorda suurendab veelgi põletikueelsete tsütokiinide sekretsiooni, oksüdatiivset stressi ja vabade radikaalide kahjustusi, põhjustades lõpuks toneuronaalse rakusurma [21–23].

Aju vananemine mängib olulist rolli kognitiivsete häirete korral ja on tihedalt seotud neurodegeneratiivsete häiretega. Kuigi loomuliku vananemise käigus tekkivat üldist ajufunktsiooni langust on võimatu ära hoida, on füüsiline aktiivsus ja antioksüdantide tarbimine kasulikud mitteinvasiivsete meetoditena ajufunktsiooni, eriti kognitiivse funktsiooni säilitamiseks.

Eelkõige parandab treening aju düsfunktsiooni, soodustades neuroplastilisust, parandades metaboolset efektiivsust ja suurendades tolerantsust oksüdatiivse stressi suhtes [24, 25].

Kognitiivse funktsiooni tugevdamise või selle languse vältimise eest vastutavad molekulaarsed mehhanismid on aga teadmata. Antioksüdantide osas ületab mitokondritele suunatud antioksüdant mitokinoon (MitoQ) erinevalt teistest antioksüdantidest teadaolevalt sisemise mitokondrite membraani ja akumuleerub mitokondrites, et vähendada otseselt mitokondrites tekkivat ROS-i taset [26].

Kuigi MitoQ kohta on läbi viidud vähe uuringuid, kirjeldavad mitmed aruanded selle antioksüdatiivset toimet. Gioscia-Ryani jt uuringud. [27] ja Rossman et al. [28] näitas, et MitoQ vähendas ROS-i taset ja suurendas NO tootmist vananenud veresoonte mitokondrites.

Vergeadeet al. [29] ja Braakhuis et al. [30] teatas, et MitoQ säilitas vananemisprotsessis antioksüdantsete ensüümide, nagu SOD-2, katalaasi ja GPx, aktiivsuse.

Ajude vananemise osas on edasised uuringud õigustatud, et selgitada välja molekulaarsed mehhanismid, mis vastutavad treeningu ja MitoQ positiivse mõju eest ajufunktsiooni langusele.

Seni on mitme loommudeliga vananemisuuringud uurinud aju vananemise aluseks olevaid mehhanisme. Eelkõige põhjustab D-galaktoosi (D-gal) manustamine loomadel vananemist, mis sarnaneb inimeste vananemisega, sealhulgas mälukaotus, neurodegeneratsioon, muutused oksüdatiivse stressi biokeemilistes markerites, immuunaktiivsuse vähenemine ja geeniekspressiooni ebanormaalne regulatsioon [31].

Närilistel, kellele manustati D-gal, ilmneb õppimise ja mälu järkjärguline langus, vabade radikaalide tootmine ajus, kaltsiumi homöostaasi halvenemine ja mitokondriaalne düsfunktsioon [32,33], pakkudes seega aju vananemise loommudelit [34].

Seetõttu uurisime D-galaktoosi poolt indutseeritud vananemisrottide mudelit kasutades jooksulint treeningu (TE) ja MitoQ kui sõltumatute või kombineeritud ravimeetodite mõju mitokondriaalsele lõhustumisele ja sulandumisele, põletikule ja antioksüdantsele aktiivsusele, samuti hipokampusest sõltuvale tunnetusele.

Hüpoteesisime, et 8-nädalane kombineeritud jooksulint ja MitoQ D-galaktoosiga ravitud rottidel parandavad kas aditiivselt või sünergistlikult õppimis- ja mälufunktsiooni langust ning indutseerivad kasulikke muutusi hipokampuse neuroprotektsioonis osalevate valkude tasemetes.

2. Materjalid ja meetodid

2.1. Katseloomad

Kuue nädala vanused isased Sprague-Dawley (SD) rotid saadi firmast JA Bio (Gyeonggi-do, Korea). Rotte kasvatati Korea riikliku spordiülikooli loomalaboris (22 ± 2 °C, 50% ± 5% niiskus ja 12/12 h valguse/pimeduse tsükkel).

Toitu ja joogivett pakuti ad libitum. Rotid jagati 5 rühma: noored kontrollrühmad (Y-CON, n=12), D-galaktoosi rühm (D-CON, n=12), D-galaktoosi pluss TE rühm (D- TE,n=12), D-galaktoos pluss MitoQ rühm (D-MI, n=12) ning D-galaktoos pluss TE ja MitoQ rühm (D-COMBI, n=12). Rotid surmati pärast 8-nädalast TE- ja mälukäitumise testimist CO2 sissehingamise teel, kasutades eutanaasiakambrit.

Uuringuprotokoll sai heakskiidu Korea riikliku spordiülikooli institutsionaalselt loomade hooldamise ja kasutamise komiteelt (KNSU-IACUC-2018-05).

2.2. Ravimiamet

Lei et al. [31] kasutati katseloomade vananemise esilekutsumiseks. Täpsemalt, D-gal (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) lahustati tavalises soolalahuses ja 100 mg/kg annus manustati intraperitoneaalse (IP) süstimisega üks kord nädalas 10 nädala jooksul.

Smithi ja Murphy [26] soovitatud söötmismeetod kohandati selles katses MitoQ manustamiseks.

MitoQ segati steriilse soolalahusega, et saada lõplik lahjendus 0,1 mM/mL. D-galaktoosi poolt indutseeritud vananevatele rottidele süstiti seejärel intraperitoneaalselt 100 µM/kg MitoQ-d (kaks korda nädalas) 8 nädala jooksul.

2.3. Jooksulindi harjutus (TE)

D-TE ja D-COMBI rühmadele viidi läbi järkjärguline laadimisharjutus, kasutades näriliste jooksulint (8 Lanes, Daemyung Scientific Co, Ltd., Seoul, Korea).

Esmalt tegid loomad 1 nädala kestnud kohanemistreeningut (esimesed 5 min 2 m/min, järgmised 5 min 5 m/min ja viimased 20 min 8 m/min).

Peamist treeningprogrammi viidi läbi 5 päeva nädalas järgmise 8 nädala jooksul. See programm töötati Hong jt poolt välja pakutud progressiivse treeningprogrammi kohta järgmiselt. [35]: 10–12 m/min 10 min 1. nädalal; 10–12 m/min 20 min 2. nädalal; 18–20 m/min 20 min 3. nädalal; 18–20 m/min 30 min 4. nädalal; ja 18–20 m/min 50 minuti jooksul 5.–8. nädalal. Jooksuraja kalle fikseeriti 0%.

2.4. Passiivse vältimise ülesanne

Passiivse vältimise ülesanne on hirmust motiveeritud test, mida kasutatakse väikeste laboriloomade töömälu võime mõõtmiseks. Käesolevas uuringus viidi passiivne vältimise ülesanne läbi 3 päeva enne TE programmi lõppu.

Passiivse vältimise ülesande aparaat koosnes kahest kambrist: eesmine kamber oli hästi valgustatud, hele, valge kast (18 × 18 × 25 cm3), mis oli ühendatud tagumise kambriga, milleks oli tume must kast (18 × 18 × 25). cm3).

Tagakambril oli roostevabast terasest põrand, mis oli võimeline andma elektrilööke. Kahe kambri vahelisel seinal oli giljotiini stiilis uks, mida sai avada ja sulgeda.

Mõõdeti aega, mis kulus loomal esikambri kaudu tagumisse kambrisse sisenemiseks (esialgne latentsusaeg) ja seejärel anti 2 sekundiks elektrišokk (0,5 mA).

Loom eemaldati 5 sekundi pärast ja viidi tagasi oma kasvatuspuuri. Ülesannet korrati 72 tundi hiljem identse meetodiga ja registreeriti aeg, mille jooksul loom sisenes tagumisse kambrisse esikambri kaudu (retentsiooni latentsusaeg) kuni 300 sekundini.

2.5. Morrise veelabürindi test

Morrise veelabürindi testi kasutatakse näriliste ruumilise õppimise ja mälu hindamiseks. Katse viidi läbi kontrollitud temperatuuri (21–23 ◦C), õhuniiskuse (50–60%) ja valgustusega ruumis, kasutades veega (20–24 ◦C) täidetud ringikujulist veepaaki (läbimõõt 120 cm × kõrgus 15 cm). ).

Vette lisati lõssipulbrit, et varjata põgenemisplatvormi (läbimõõt 10 cm), mis asetati paagi põrandale umbes 1 cm veepinnast allapoole.

Looma läbitud vahemaad enne platvormile jõudmist (põgenemiskaugus) ja platvormile jõudmiseks kulunud aega (põgenemise latentsusaeg) mõõdeti enne ja pärast TE-programmi, kasutades EthoVision XT8 videojälgimistarkvara (Noldus, Wageningen, Holland) ja kaamerat. paigaldatud lakke paagi keskkoha kohale. Veepaak jagati veeranditeks, mille märgistus oli tsoonid 1–4, ja platvorm paigutati tsooni 1.

Iga ravirühma jaoks viidi veelabürindi test läbi 5 päeva nädalas. Rott alustas alati samast positsioonist ja tal lubati kaks 60-s harjutamiskatset proovida jõuda platvormile, mis oli alati samas kohas.

Pärast 48-tunnist puhkust eemaldati platvorm seitsmendal päeval; põgenemiskaugust ja põgenemislatentsusaega mõõdeti 60 sekundit, kui rott alustas samast positsioonist.

For more information:1950477648nn@gmail.com