アンチエイジングの特性とメカニズムの比較研究: レスベラトロールとカロリー制限
May 15, 2023
概要
レスベラトロールとカロリー制限（CR）は、次の症状に対する強力な治療選択肢です。老化防止。 ここで、それらの比較効果は、長寿関連遺伝子サイレンシング情報調節因子 (SIRT1) を in vitro および in vivo で評価しました。 細胞老化モデルを確立するために、2,2'-アゾビス (2-アミジノプロパン) 二塩酸塩 (AAPH) で処理した IMR-90 細胞を適用し、D-ガラクトース (D-gal) で処理したラットを使用しました。として老化動物モデル。 レスベラトロールとCRは同様の症状を示したアンチエイジング活動、によって証明される老化とアポトーシスを抑制し、認知障害と酸化的損傷を回復します。。 さらに、彼らは、テロメラーゼを上方制御する(TE) アクティビティ、SIRT1の発現を増加させる、フォークヘッドボックス 3a (Foxo3a)、SIRT1 (AROS) および Hu 抗原 R (HuR ) の活性調節因子ですが、p53 を減少させ、乳がん 1 (DBC1) レベルで欠失します。 しかし、10 μM レスベラトロールの in vitro および高用量群の in vivo では、CRよりも老化防止とSIRT1レベルの刺激の活性が比較的強い。 結論は、レスベラトロールとCRは同様の結果を示しましたアンチエイジング活動SIRT1 シグナリングに関して、CR模倣物としてのレスベラトロールの可能性を示唆する.
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序章
ここ数十年、医療の改善により人間の平均寿命が延び、その結果、高齢者の人口が大幅に増加しています。 残念ながら、これは依然として健康不良や障害の期間が増加していることを意味します。 現在、ほとんどの先進国では、老化に関連したさまざまな病気が最大の健康上の脅威として浮上しています。 私たちの遺伝的背景を変えることはまだ不可能ですが、現在、健康不良の危険因子の発生率を減らすことを目的として、健康的なライフスタイルや治療的介入としてさまざまなアンチエイジング戦略が登場しています[1]。
CR、つまり栄養失調を伴わないカロリー摂取量の減少は、酵母から霊長類に至るモデル生物の寿命を延ばす最も強力な介入の 1 つです [2]。 生物学的機能の低下を防ぎ、加齢に伴う複数の病気の発生率を減らし、発症を遅らせる可能性があります。 CRが寿命を延ばすメカニズムには、成長の遅延、体脂肪の減少、神経内分泌または免疫学的変化の遅延、DNA修復能力の増加、遺伝子発現の変化、アポトーシスの増強、体温の低下と代謝率の低下、酸化性疾患の改善が含まれます。ストレス[3]。 CR の老化防止効果は、サーチュイン ファミリーのメンバーのレベルの増加と活性化と強く関連しており、ペルオキシソーム増殖因子活性化受容体 G コアクチベーター- 1 (PGC{{ 6}} )、アデノシン一リン酸活性化プロテインキナーゼ (AMPK)、インスリン/インスリン成長因子-1、およびラパマイシンの標的 [1、4]。 しかし、ほとんどの人は、特に長期的には、そのような厳格な食事プログラムには従わないでしょう。 したがって、最近の研究は、食物消費量を減らすことなく、天然および/または薬理学的な CR 模倣分子/治療の実現可能性と有効性を判断することを目的とすることが増えています [5]。
レスベラトロールは、ブドウ、ベリー、ピーナッツの皮など、さまざまな植物に一般的に含まれる植物ポリフェノールです。 興味深いことに、レスベラトロールを栄養補助食品や食品に組み込むことは、老化防止の強力な治療選択肢となる可能性があり、いくつかの報告では、レスベラトロール治療が CR と同様の有益な効果を生み出すことを示しており [6]、CR 模倣剤としてのレスベラトロールの可能性を示唆しています。 [4]。 最近、レスベラトロールが SIRT1 活性を大幅に増加させることで寿命を延長し、その結果 NAD プラスとアセチル化基質の両方に対する SIRT1 親和性が増加することが証明されました [7, 8]。これも CR による寿命の原因となっています。 レスベラトロールと CR は、潜在的な健康上の利点について広く研究されていますが、それらの比較効果についてはほとんど知られていません。 この研究では、SIRT1 経路を検出することにより、レスベラトロールと CR の老化防止効果を in vivo および in vitro で比較しました。
結果
レスベラトロールと CR は、AAPH 処理 IMR-90 細胞における老化関連ガラクトシダーゼ (SA -gal) 染色を減少させました
IMR-90 細胞の AAPH 誘発老化モデルを利用して、SA- - gal 染色に対する考えられる影響をテストしました。 図 1 に示すように、AAPH 処理細胞は、コントロール細胞よりも広範囲かつ強い陽性染色を示しましたが、コントロール細胞での陽性染色は比較的稀でした。 レスベラトロール (5 μM、10 μM、および 20 μM) または CR 治療は、AAPH 誘発老化において顕著な保護をもたらすことが判明しました。 さらに、レスベラトロールの効果を CR と比較すると、10 μM レスベラトロールで処理した細胞は、CR 処理よりも SA- - Gal 陽性染色を示す頻度が比較的低かった。 したがって、これらの結果は、10 μM レスベラトロールが CR よりも AAPH 誘発老化をより効果的に阻害することを示唆しました。
IMR- 90 細胞の走査電子顕微鏡分析
走査電子顕微鏡による調査により、AAPH 処理細胞の構造に関するいくつかの新しい詳細が得られました (図 2)。 正常なIMR-90は、典型的な紡錘形の完全に広がった細胞として現れました。 ほとんどの細胞には 2 つの先細突起が含まれており、小胞はほとんど見られませんでした。 AAPHで処理した細胞は、多数の小胞を伴う拡大して平らな形態を示しました。 対照的に、AAPH投与後にレスベラトロールまたはCRで処理したIMR-90サンプルの走査型電子顕微鏡観察では、いくつかの水疱は検出できたものの、通常の紡錘形の形状は全体的に完全に広がった状態で維持されていたことが明確に示されました。
レスベラトロールと CR は、AAPH 処理された IMR-90 細胞のアポトーシスを減少させました
初期段階のアポトーシスの特徴と考えられる細胞表面のホスファチジルセリンは、PI/アネキシン V 染色アッセイによって測定されました (図 3)。 アポトーシス細胞は、アネキシン V-FITC で染色された初期アポトーシス細胞と、アネキシン V-FITC および PI で染色された後期アポトーシス細胞または壊死細胞の両方で構成されます。 アポトーシス細胞の集団は、陰性グループ (7.32 パーセント) と比較して、AAPH グループ (34.54 パーセント) で有意に増加していました。 一方、レスベラトロール (5 μM、10 μM、20 μM) または CR 処理は、AAPH 誘導 IMR-90 細胞のアポトーシスを減少させることがわかりました。 さらに、10 μM レスベラトロール治療 (11.58 パーセント) は、CR 治療 (16.78 パーセント) よりも AAPH 誘発アポトーシスをより効果的に減少させました。
全体的な外観と体重の変化
実験プロセス全体を通じて、老化モデルラットに毎日 200 mg/kg の用量で D-gal を投与し、全体的な外観を観察しました。 正常な対照ラットと比較して、D-gal モデル群のラットは徐々に無関心になり、反応が鈍くなり、反応が遅くなりました。 モデルグループの髪は徐々に弾力を失い、もろくなりました。 皮膚は薄くなり、弾力性がなくなり、少しずつ垂れ下がってきました。 しかし、ラットにおけるレスベラトロールまたは CR と D-gal の同時治療は、D-gal 群と比較して、上記の変化の逆転を示しました。 実験中に体重増加がほとんどなかったCRグループを除いて、治療期間内に実験グループ間で体重に差はありませんでした（図4）。
レスベラトロールとCRはSDラットの空間学習と記憶を改善した
モリス水迷路テストを実行することにより、ラットの空間学習と記憶能力を評価しました。 図 5 に示すように、4 日間の場所ナビゲーション段階で脱出潜時が徐々に短縮され、水泳速度が増加したことからわかるように、5 つのグループすべてが課題を首尾よく学習することができました。 二元配置分散分析法で分析したところ、トレーニング日間の平均逃避潜時と水泳速度の両方に有意差が示されました (F(3,138)=41.660、P < 0)。 01; F(3,138)=10.013、P < 0.01、それぞれ) および治療間 (F(4,46) )=36.762、P < {{40}}.01; F(4,46)=20.102、P < 0.01、それぞれ) しかし要因日と治療の間に相互作用はありませんでした（それぞれ、F(12,138)=0.846、P > 0.05; F(12,138)=1.084、P > 0.05）。 D-gal グループの逃避潜時は、対照グループよりも著しく長かった (P < 0.01) (事後分析、図 5A)。 一方、レスベラトロールと D-gal 群または CR と D-gal 群のラットは、D-gal 群と比較して前述の逃避潜時変化の逆転を示し (P < 0.01) (図 5A)、逃避時間が著しく短縮されました。待ち時間はコントロールグループと同様のレベルになります。 ラットの遊泳速度についても同様の結果が得られ（図 5B）、レスベラトロールと D-gal のグループおよび CR と D-gal のグループのラットは、D-gal のグループと比較して顕著な遊泳速度の増加を示しました（P < 0.01）。 ）。 しかし、高用量のレスベラトロール＋D-gal群のラットは、CR＋D-gal群と比較して比較的長い逃避潜時と低い遊泳速度を示した。
図 1: レスベラトロールとカロリー制限により、AAPH 処理 IMR-90 細胞における SA- -gal 染色が減少します。 AAPH 誘導 IMR- 90 細胞を、示された濃度のカロリー制限 (CR) またはレスベラトロール (RES) で 2 日間処理しました。 倍率は２０倍であった。
図 2: IMR-90 細胞の走査電子顕微鏡分析。 AAPH 誘導 IMR-90 細胞を、示された濃度のカロリー制限 (CR) またはレスベラトロール (RES) で 2 日間処理しました。 倍率は６０００倍であった。
図 3: レスベラトロール (RES) とカロリー制限 (CR) は、AAPH 処理された IMR-90 細胞のアポトーシスを減少させました。 細胞をアネキシン V-FITC/PI で染色し、フローサイトメトリーで分析しました。 FL1 チャネルはアネキシン V-FITC 染色の検出に使用され、FL2 チャネルは PI 染色に使用されました。
空間プローブ段階 (図 5C および 5D) では、対照グループと比較して、D-gal グループではプラットフォーム横断が顕著に減少していることがわかりました (P < 0。{{6} }1)。 興味深いことに、ラットがプラットフォームを横切る平均回数は、D-gal 群と比較して、レスベラトロールまたは CR の投与後に有意に改善されました (P < 0.01)。 しかし、高用量のレスベラトロール＋D-gal群のラットは、CR＋D-gal群のラットよりも頻繁にプラットフォームを横切った。
これらの結果は、老化モデルラットには空間学習と記憶に障害がある一方、レスベラトロールまたはCRの治療により、D-gal投与によって引き起こされる加齢に伴う認知障害を回復できることが示された。 さらに、高用量のレスベラトロールで治療した老化モデルラットは、CRで治療したラットよりも行動に対して比較的効果的であることが示されました。
老化ラットにおけるSOD、T-AOC、MDA、およびリポフスチンレベルに対するレスベラトロールおよびCRの影響
レスベラトロールと CR の抗老化効果が D-gal 投与によって引き起こされる酸化ストレスの軽減によって媒介されるかどうかを確認するために、ラットの SOD、T-AOC、MDA、およびリポフスチンのレベルを評価しました。 表 1 は、正常なラットと老化したラットの血清、肝臓、脳における SOD、T-AOC、MDA のレベルを示しています。 D-gal への曝露は、対照群と比較して、SOD および T-AOC レベルを有意に低下させましたが、血清、肝臓および脳における MDA レベルを増加させました (P < 0.05)。 ラットにおけるレスベラトロールまたは CR と D-gal の同時治療は、D-gal 群と比較して MDA レベルの活性の低下を引き起こしましたが、SOD および T-AOC レベルは増加しました。 しかし、CR治療と比較すると、高用量のレスベラトロールの投与が相対的に優れているという結果が得られた。
図 4: 実験中の D-gal 処置ラットの体重に対するレスベラトロールとカロリー制限の影響。 すべての値は平均値 ± SD として表されました。 NG、ネガティブコントロールグループ。 MG、モデル対照グループ。 RESL、低用量のレスベラトロール群。 RESH、高用量のレスベラトロール群。 CR、カロリー制限グループ。
図 5: モリス水迷路を用いた D-gal 処置ラットの行動に対するレスベラトロールとカロリー制限の影響。 (A) 4 日間のトレーニング中のプラットフォームへの遅延の比較。 各マウスは 1 日あたり 4 回の試験を受けました。 (B) 4 日間のトレーニング中の水泳速度の比較。 (C) プローブ試験のためにホームが撤去された場合の踏切ホームの数の比較。 (D) プローブトライアルにおける典型的な水泳トラック。 すべての値は平均値 ± SD として表されました。 * P < 0.05、**P < {{10}}.01 陰性対照群との比較。 モデル対照群と比較して、# P < 0.05、##P < 0.01。 NG、ネガティブコントロールグループ。 MG、モデル対照グループ。 RESL、低用量のレスベラトロール群。 RESH、高用量のレスベラトロール群。 CR、カロリー制限グループ。
表 1: 各グループのラットの組織および血液中の抗酸化物質の状態
注: 値は平均値 ± SD でした。 * P < {{0}}.05、**P < 0.01 対照群 (全群) と比較。 # P < 0.05、##P < 0.01 モデルグループ (CR グループおよび RES グループ) と比較。 CR群（RES群）と比較して、ΔP < 0.05、ΔΔP < 0.01。 NG、ネガティブコントロールグループ。 MG、モデル対照グループ。 RESL、低用量のレスベラトロール群。 RESH、高用量のレスベラトロール群。 CR、カロリー制限グループ。
比較的優れています。 リポフスチンの蓄積は、脳の老化の最も一貫した特徴の 1 つです。 図6に示すように、D-gal処置ラットは、対照群と比較してリポフスチンレベルの有意な増加を示した(P<0.01)。 しかし、レスベラトロールと CR 治療は、D-gal 治療ラットと比較して、高齢ラットの大脳皮質におけるリポフスチンの蓄積を減少させました (P < 0.01)。 さらに、レスベラトロール+D-galグループとCR+D-galグループの間に差はありませんでした(P>0.05)。
レスベラトロールとCRは老化ラットのテロメラーゼ活性を上方制御する
私たちは、肝臓および脳組織におけるテロメラーゼ活性に対するレスベラトロールおよび CR の影響を評価しました (図 7)。 私たちの結果は、治療が肝臓組織のテロメラーゼ活性に有意な影響を及ぼさないことを示しました（P > 0.05）。 しかし、D-gal投与群では対照に比べてテロメラーゼ活性が低下した(P<0.05)。 一方、レスベラトロールまたはCRは、D-gal投与＋レスベラトロールまたはCR治療群においてテロメラーゼ活性を上方制御する可能性がある。 さらに、レスベラトロール群と CR 群の間に差はありませんでした (P > 0.05)。
図 6: 老化ラットのリポフスチン レベルに対するレスベラトロールとカロリー制限の効果。 すべての値は平均値 ± SD として表されました。 * 陰性対照群と比較した P < 0.05; # モデル対照群と比較して P < 0.05。 NG、ネガティブコントロールグループ。 MG、モデル対照グループ。 RESL、低用量のレスベラトロール群。 RESH、高用量のレスベラトロール群。 CR、カロリー制限グループ。
レスベラトロールと CR は、AAPH 誘導性 SIRT1 mRNA 発現を増加させました。レスベラトロールと CR の治療効果における SIRT1 の役割を調べるために、IMR-90 細胞および組織における SIRT1 mRNA の発現レベルを定量的リアルタイム RT によって調べました。 PCR。 結果は、IMR-90 細胞における SIRT1 mRNA の発現が AAPH によって大幅に減少することを実証しました。 レスベラトロールと CR は、AAPH 処理細胞における SIRT1 mRNA 発現レベルを効率的に回復でき、IMR-90 細胞における SIRT1 mRNA の発現を刺激する最適濃度は 10 μM レスベラトロールでした (P < 0.01;図8)
