Neuroprotekcyjne korzyści ćwiczeń i MitoQ na funkcję pamięci, dynamikę mitochondriów, stres oksydacyjny i zapalenie układu nerwowego u starzejących się szczurów wywołanych D-galaktozą, część 1

Abstrakcyjny:

Ćwiczenia i przeciwutleniacze przynoszą korzyści zdrowotne, które poprawiają upośledzenie funkcji poznawczych i mogą działać synergistycznie. W tym badaniu zbadaliśmy wpływ ćwiczeń na bieżni (TE) i skierowanego przeciwko mitochondriom menachinonu przeciwutleniającego (MitoQ), pojedynczo lub w połączeniu, na uczenie się i pamięć, dynamikę mitochondriów, aktywność oksydazy NADPH oraz zapalenie nerwów i aktywność przeciwutleniającą w hipokampie D- Starzejące się szczury indukowane galaktozą.

Przeciwutleniacze to substancje zwalczające wolne rodniki. Pomagają organizmowi zapobiegać utlenianiu komórek. Utlenianie komórek może prowadzić do różnych chorób, w tym choroby Alzheimera.

W miarę nasilania się trendu starzenia się społeczeństwa, coraz więcej osób interesuje się sposobami walki z chorobą Alzheimera. Współczesne badania medyczne wykazały, że przeciwutleniacze mogą pomóc ludziom zachować dobrą pamięć.

Badania wykazały, że regularne spożywanie pokarmów zawierających przeciwutleniacze, takich jak truskawki, jagody, oliwa z oliwek itp., może skutecznie zmniejszyć ryzyko choroby Alzheimera. Jednocześnie system antyoksydacyjny organizmu można wzmocnić poprzez odpowiednie ćwiczenia, regularny tryb życia i zbilansowaną dietę, która może również skutecznie chronić nasz mózg.

Oprócz pomocy w utrzymaniu pamięci, przeciwutleniacze mają wiele innych zalet. Na przykład mogą poprawić stan skóry, zmniejszyć ryzyko chorób układu krążenia i tak dalej. Dlatego prawidłowe spożywanie pokarmów zawierających przeciwutleniacze i prowadzenie zdrowego stylu życia korzystnie wpływa na nasz organizm i mózg.

Krótko mówiąc, przeciwutleniacze są nierozerwalnie związane z pamięcią. Zwracając uwagę na naszą dietę i styl życia, możemy skutecznie zapobiegać chorobie Alzheimera, zachowując jednocześnie dobre zdrowie fizyczne i psychiczne. Widać, że musimy poprawić pamięć, a Cistanche może znacznie poprawić pamięć, ponieważ może także regulować równowagę neuroprzekaźników, takich jak zwiększenie poziomu acetylocholiny i czynników wzrostu, które są bardzo ważne dla pamięci i uczenia się. Ponadto Cistanche może również poprawić przepływ krwi i promować dostarczanie tlenu, co może zapewnić mózgowi wystarczające odżywienie i energię, poprawiając w ten sposób witalność i wytrzymałość mózgu.

Kliknij Poznaj suplementy, aby zwiększyć pamięć

Sam TE i TE w połączeniu ze starzejącymi się szczurami MitoQ zmniejszyły czynniki rozszczepienia mitochondriów (Drp1, Fis1) i zwiększyły czynniki fuzji mitochondriów (Mfn1, Mfn2, Opa1).

Grupy te wykazywały także lepszą aktywność oksydazy NADPH i aktywność przeciwutleniającą (SOD-2, katalaza). Same TE lub MitoQ zmniejszały odpowiedź neurozapalną (COX-2, TNF-), ale tłumienie było większe w przypadku ich połączenia.

Ponadto, nasilające się wraz z wiekiem zapalenie układu nerwowego w zakręcie zębatym uległo zmniejszeniu w przypadku TE, ale nie w przypadku leczenia MitoQ.

Testy uczenia się i pamięci wykazały, że sam MitoQ wykazał pewne efekty podobne do TE, ale nie ostateczną poprawę.

Podsumowując, badanie to wykazało, że MitoQ wywiera pewien pozytywny wpływ na starzenie się, gdy jest stosowany jako izolowana metoda leczenia, ale TE odgrywa bardziej skuteczną rolę w zaburzeniach funkcji poznawczych, stresie oksydacyjnym, stanach zapalnych i dysfunkcji mitochondriów.

Nasze odkrycia sugerują, że połączenie TE i MitoQ nie wywierało żadnego efektu synergistycznego i wskazuje, że regularne ćwiczenia powinny być priorytetem w neuroprotekcji związanego z wiekiem pogorszenia funkcji poznawczych.

Słowa kluczowe: starzenie się; ćwiczenia na bieżni; MitoQ; oksydaza NADPH; dynamika mitochondriów; zapalenie nerwowe.

1. Wprowadzenie

Starzenie się to nieunikniony proces pogorszenia stanu fizycznego i funkcjonalnego, obejmujący stopniowy spadek zdolności poznawczych, taki jak zmniejszenie pamięci i zdolności przestrzennych [1].

Związane z wiekiem zmiany w mózgu zwiększają podatność na różne choroby i ostatecznie skutkują gorszą jakością życia. Pomyślne starzenie się ogólnie odnosi się do braku chorób lub upośledzenia, zachowania funkcji fizycznych i poznawczych oraz ciągłego uczestnictwa w działaniach społecznych i produkcyjnych [2]. Zachowanie godności i wartości jako istoty ludzkiej ma kluczowe znaczenie, nawet w procesie starzenia się.

Wśród kilku zidentyfikowanych zmian stylu życia mających na celu zapobieganie pogorszeniu funkcji poznawczych wraz z wiekiem, ostatnio uwaga skupiła się na leczeniu niefarmakologicznym, takim jak aktywność fizyczna i suplementy diety, ze względu na brak efektów farmakologicznych i rosnące koszty medycyny konwencjonalnej. Rzeczywiście wykazano, że połączenie ćwiczeń i diety z suplementacją przeciwutleniaczy, takich jak epikatechina i astaksantyna, wywołuje synergistyczny wpływ na funkcję zależną od hipokampa [3,4].

Wręcz przeciwnie, kilka badań wykazało, że same ćwiczenia, ale nie w połączeniu ze zmianami w diecie, poprawiają funkcje uczenia się i pamięci [5,6], co rodzi pytanie, czy łączona interwencja może mieć większy wpływ na funkcje poznawcze niż same ćwiczenia.

Chociaż możliwe mechanizmy leżące u podstaw funkcji hipokampa podczas ćwiczeń i/lub terapii przeciwutleniającej obejmują plastyczność neuronów i powiązane z nią poziomy molekularne z czynnikami neurotropowymi [4,7], mechanizmy takie jak dynamika mitochondriów i układ neuroimmunologiczny nie są w pełni poznane.

Mitochondria to dynamiczne organelle wewnątrzkomórkowe odpowiedzialne za biologiczne utlenianie większości komórek eukariotycznych, których dynamika jest regulowana przez powtarzające się procesy fuzji (wydłużanie mitochondriów) i rozszczepienia (fragmentacja mitochondriów) [8,9].

W dynamikę mitochondriów zaangażowanych jest kilka białek związanych z fuzją i rozszczepieniem, które są niezbędne do utrzymania prawidłowego funkcjonowania mitochondriów [10,11].

Jednakże nieregularna ekspresja białek może prowadzić do nieprawidłowych zmian w mitochondriach. W szczególności dysfunkcja mitochondriów jest cechą starzenia się [12], a utrzymujący się stan zapalny, stres oksydacyjny i dysfunkcja mitochondriów przyczyniają się do osłabienia funkcji mózgu poprzez przyspieszenie starzenia się mózgu [13,14].

Ponadto starzeniu się towarzyszy niski poziom przewlekłego stanu zapalnego w układzie odpornościowym i ośrodkowym układzie nerwowym (OUN), o którym wiadomo, że przyczynia się do wielu chorób związanych z wiekiem [15,16].

Zapalenie układu nerwowego w OUN postępuje, gdy komórki glejowe, takie jak mikroglej i astrocyty, ulegają trwałej aktywacji w odpowiedzi na stres oksydacyjny [17].

Reaktywne formy tlenu (ROS) są wytwarzane przez oksydazę NADPH (NOX), która jest kompleksem enzymatycznym związanym z błoną. Istnieje kilka podtypów NOX, wśród których NOX2 ulega ekspresji w różnych typach komórek, w tym w neuronach i komórkach śródbłonka, oraz ulega ekspresji na wysokim poziomie w komórkach mikrogleju zaangażowanych w odpowiedź immunologiczną i zapalenie [18–20].

NOX2 składa się zarówno z podjednostek błonowych (gp91phox, p22phox), jak i cytozolowych (p47phox, p67phox). Podwyższony poziom ROS w wyniku aktywności NOX sprzyja zapaleniu, aktywując komórki glejowe, co z kolei dodatkowo zwiększa wydzielanie cytokin prozapalnych, stres oksydacyjny i uszkodzenie wolnych rodników, ostatecznie prowadząc do śmierci komórek neuronalnych [21–23].

Starzenie się mózgu odgrywa ważną rolę w upośledzeniu funkcji poznawczych i jest ściśle powiązane z zaburzeniami neurodegeneracyjnymi. Chociaż nie da się zapobiec ogólnemu pogorszeniu funkcji mózgu, które ma miejsce podczas naturalnego starzenia się, aktywność fizyczna i spożywanie przeciwutleniaczy są przydatne jako nieinwazyjne metody utrzymania funkcji mózgu, zwłaszcza funkcji poznawczych.

W szczególności ćwiczenia podobno łagodzą dysfunkcję mózgu poprzez promowanie neuroplastyczności, poprawę wydajności metabolicznej i zwiększenie tolerancji na stres oksydacyjny [24,25].

Jednakże mechanizmy molekularne odpowiedzialne za wzmacnianie funkcji poznawczych lub zapobieganie ich pogorszeniu pozostają nieznane. Jeśli chodzi o przeciwutleniacze, wiadomo, że skierowany do mitochondriów przeciwutleniacz mitochinon (MitoQ) przenika przez błonę wewnętrzną mitochondriów i gromadzi się w mitochondriach, w przeciwieństwie do innych przeciwutleniaczy, w celu zmniejszenia poziomu RFT wytwarzanych bezpośrednio w mitochondriach [26].

Chociaż przeprowadzono niewiele badań nad MitoQ, w różnych raportach opisano jego działanie przeciwutleniające. Badania Gioscii-Ryana i in. [27] oraz Rossman i in. [28] wykazali, że MitoQ zmniejsza poziom ROS i zwiększa produkcję NO w mitochondriach starzejących się naczyń krwionośnych.

Vergeadeet al. [29] oraz Braakhuis i in. [30] podali, że MitoQ utrzymuje aktywność enzymów przeciwutleniających, takich jak SOD-2, katalaza i GPx, podczas procesu starzenia.

Jeśli chodzi o proces starzenia się mózgu, uzasadnione są dalsze badania w celu wyjaśnienia mechanizmów molekularnych odpowiedzialnych za pozytywny wpływ ćwiczeń i MitoQ na pogarszającą się funkcję mózgu.

Do tej pory badania nad starzeniem się z wykorzystaniem kilku modeli zwierzęcych badały mechanizmy leżące u podstaw starzenia się mózgu. W szczególności podobno podawanie D-galaktozy (D-gal) powoduje starzenie się zwierząt przypominające starzenie się człowieka, w tym utratę pamięci, neurodegenerację, zmiany w biochemicznych markerach stresu oksydacyjnego, zmniejszoną aktywność immunologiczną i nieprawidłową regulację ekspresji genów [31].

Gryzonie, którym podawano D-gal, wykazały stopniowy spadek zdolności uczenia się i pamięci, zwiększoną produkcję wolnych rodników w mózgu, zaburzoną homeostazę wapnia i dysfunkcję mitochondriów [32,33], zapewniając w ten sposób zwierzęcy model starzenia się mózgu [34].

Dlatego też, stosując szczurzy model starzenia indukowanego D-galaktozą, zbadaliśmy wpływ ćwiczeń na bieżni (TE) i MitoQ, jako niezależnych lub skojarzonych terapii, na rozszczepienie i fuzję mitochondriów, stan zapalny i aktywność przeciwutleniającą, a także poznanie zależne od hipokampa.

Postawiliśmy hipotezę, że 8-tygodniowe połączone ćwiczenia na bieżni i MitoQ u szczurów leczonych D-galaktozą addytywnie lub synergistycznie poprawią pogorszenie funkcji uczenia się i pamięci oraz wywołają korzystne zmiany w poziomach białek zaangażowanych w neuroprotekcję hipokampa.

2. Materiały i metody

2.1. Zwierzęta doświadczalne

Sześciotygodniowe samce szczurów Sprague-Dawley (SD) otrzymano od JA Bio (Gyeonggi-do, Korea). Szczury hodowano w laboratorium zwierzęcym Korea National Sports University (22 ± 2°C, 50% ± 5% wilgotności i cykl światło/ciemność 12/12 godzin).

Żywność i wodę pitną zapewniano ad libitum. Szczury podzielono na 5 grup: młoda grupa kontrolna (Y-CON, n=12), grupa D-galaktozy (D-CON, n=12), grupa D-galaktoza plus TE (D- TE,n=12), D-galaktoza plus grupa MitoQ (D-MI, n=12) i D-galaktoza plus TE i grupa MitoQ (D-COMBI, n=12). Szczury poddano eutanazji po ukończeniu 8 tygodni testów TE i zachowania pamięci poprzez wdychanie CO2 w komorze eutanazyjnej.

Protokół badania uzyskał zgodę Komisji ds. Instytucjonalnej Opieki i Wykorzystywania Zwierząt Koreańskiego Narodowego Uniwersytetu Sportowego (KNSU-IACUC-2018-05).

2.2. Administracja Leków

Metoda opisana przez Lei i in. [31] zastosowano w celu wywołania starzenia się zwierząt doświadczalnych. Konkretnie, D-gal (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) rozpuszczono w normalnej soli fizjologicznej i podawano dawkę 100 mg/kg we wstrzyknięciu dootrzewnowym (IP) raz w tygodniu przez 10 tygodni.

Sposób karmienia zaproponowany przez Smitha i Murphy’ego [26] został dostosowany do podawania MitoQ w tym eksperymencie.

MitoQ zmieszano ze sterylną solą fizjologiczną do końcowego rozcieńczenia 0,1 mM/ml. Starzejącym się szczurom indukowanym D-galaktozą wstrzykiwano dootrzewnowo 100 µM/kg MitoQ (dwa razy w tygodniu) przez 8 tygodni.

2.3. Ćwiczenia na bieżni (TE)

Grupy D-TE i D-COMBI poddano programowi ćwiczeń z progresywnym obciążeniem przy użyciu bieżni dla gryzoni (8 Lanes, Daemyung Scientific Co, Ltd., Seul, Korea).

Zwierzęta najpierw wykonywały trening aklimatyzacyjny przez 1 tydzień (2 m/min przez pierwsze 5 minut, 5 m/min przez następne 5 minut i 8 m/min przez ostatnie 20 minut).

Główny program ćwiczeń wykonywano 5 dni w tygodniu przez kolejne 8 tygodni. Program ten został zaprojektowany w następujący sposób, w odniesieniu do progresywnego programu ćwiczeń zaproponowanego przez Honga i in. [35]:10–12 m/min przez 10 minut w pierwszym tygodniu; 10–12 m/min przez 20 min w 2. tygodniu; 18–20 m/min przez 20 min w 3. tygodniu; 18–20 m/min przez 30 min w 4. tygodniu; i 18–20 m/min przez 50 minut w tygodniach 5–8. Nachylenie bieżni zostało ustalone na poziomie 0%.

2.4. Zadanie biernego unikania

Zadanie biernego unikania to test motywowany strachem, stosowany do pomiaru zdolności pamięci roboczej małych zwierząt laboratoryjnych. W niniejszym badaniu zadanie biernego unikania wykonano 3 dni przed zakończeniem programu TE.

Aparat do zadania pasywnego unikania składał się z dwóch komór: Przednia komora była dobrze oświetloną, jasną białą skrzynką (18 × 18 × 25 cm3), połączoną z tylną komorą, która była ciemną czarną skrzynką (18 × 18 × 25 cm3).

Tylna komora miała podłogę ze stali nierdzewnej, która mogła wywołać wstrząsy elektryczne. Ściana pomiędzy dwiema komorami miała drzwi w kształcie gilotyny, które można było otwierać i zamykać.

Mierzono czas potrzebny zwierzęciu na wejście do tylnej komory przez przednią komorę (początkowy czas utajenia), a następnie podano wstrząs elektryczny (0,5 mA) przez 2 sekundy.

Zwierzę usunięto po 5 sekundach i ponownie umieszczono w klatce do hodowli. Zadanie powtórzono 72 godziny później identyczną metodą i rejestrowano czas wejścia zwierzęcia do komory tylnej przez komorę przednią (czas opóźnienia retencji) maksymalnie do 300 s.

2.5. Test labiryntu wodnego Morrisa

Test labiryntu wodnego Morrisa służy do oceny uczenia się przestrzennego i pamięci gryzoni. Badanie przeprowadzono w pomieszczeniu o kontrolowanej temperaturze (21–23 ◦C), wilgotności (50–60%) i oświetleniu przy użyciu okrągłego zbiornika na wodę (średnica 120 cm x wysokość 15 cm) wypełnionego wodą (20–24 ◦C) ).

Do wody dodano odtłuszczone mleko w proszku, aby zasłonić platformę ucieczkową (o średnicy 10 cm), którą umieszczono na dnie zbiornika około 1 cm poniżej powierzchni wody.

Odległość przebytą przez zwierzę przed dotarciem do platformy (odległość ucieczki) i czas potrzebny na dotarcie do platformy (czas opóźnienia ucieczki) mierzono przed i po programie TE przy użyciu oprogramowania do śledzenia wideo EthoVision XT8 (Noldus, Wageningen, Holandia) i kamery zainstalowany na suficie nad środkiem zbiornika. Zbiornik na wodę podzielono na kwartały oznaczone jako Strefy 1–4, a platformę umieszczono w Strefie 1.

Dla każdej grupy terapeutycznej test labiryntu wodnego wykonywano 5 dni w tygodniu. Szczur zawsze zaczynał w tej samej pozycji i miał dwie 60- próby dotarcia do platformy, która zawsze znajdowała się w tym samym miejscu.

Po 48 godzinach odpoczynku platformę usunięto siódmego dnia; Odległość ucieczki i czas opóźnienia ucieczki mierzono przez 60 sekund, przy czym szczur zaczynał w tej samej pozycji.

For more information:1950477648nn@gmail.com