アルギン酸オリゴ糖は、マウスの心筋ミトコンドリア機能と完全性を調節することにより、D-ガラクトース誘発心臓老化を緩和します

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概要

老化は、加齢に伴う心血管疾患の発症の重大な危険因子です。 したがって、老化の分子メカニズムと新しい老化防止介入を深く研究する必要があります。 アルギン酸オリゴ糖 (AOS) は、高い薬理活性と有益な効果を持っています。 私たちの研究は、AOS をアンチエイジング薬として使用して心臓の老化を緩和できるかどうかを調査するために行われました。 D-ガラクトース (D-gal) 誘発 C57BL/6J 老化マウスは、8 週間の D-gal (200 mg-kg'-d') の皮下注射によって確立されました。 AOS (50、100、および 150 mg; kg'/d') は、最後の 4 週間、胃内に投与されました。 その結果、AOS は、部分的に保たれた駆出率 (EF パーセント ) と分数短縮 (FS パーセント ) を含む、D-gal 誘発加齢マウスの心機能障害を予防しました。シスタンチェ・ベネフィシオAOS は、用量依存的に、ナトリウム利尿ペプチド A(ANP)、脳ナトリウム利尿ペプチド (BNP)、老化マーカー p53 および p21 の D-gal によるアップレギュレーションを阻害しました。 AOS のアンチエイジング保護効果に寄与する潜在的なメカニズムをさらに調査するために、加齢に伴うミトコンドリアの妥協が分析されました。 私たちのデータは、AOSがミトコンドリアの生合成を改善し、ミトコンドリアの完全性を維持し、障害のあるミトコンドリアの効率的な除去を強化することにより、D-galによる心臓の老化を軽減することを示しました。 AOS はまた、ROS 産生と酸化ストレス状態を低下させ、心臓のミトコンドリアが破壊されるのをさらに抑制しました。 まとめると、これらの結果は、AOS が心臓の老化を軽減する効果的な治療薬である可能性があることを示しています。

キーワード

アルギン酸オリゴ糖、心臓老化、D-ガラクトース、ミトコンドリア、酸化ストレス

1|前書き

老化は、組織や器官の進行性の機能低下を引き起こす、細胞損傷の時間依存的な蓄積として広く定義することができます¹。一般に、加齢に伴う心臓の変化には、主に左心室肥大、心筋線維症の増加、および心不全が含まれます。カンカエキス抗放射線加齢は、加齢に伴う心血管疾患の発症の重大な危険因子であり、高齢者集団における心血管疾患の有病率が著しく増加します.23 したがって、加齢に起因する心不全の治療には、より効果的な治療戦略が緊急に必要です。 .

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アルギン酸は、褐藻から抽出された天然の海藻由来の多糖類です。 アルギン酸オリゴ糖 (AOS) は、水溶性、非毒性、非免疫原性、生分解性などの複数のユニークな利点を持つアルギン酸を解重合することによって生成されます。 AOS は有望な生物活性を発揮します。 このオリゴ糖は、神経保護作用、脂質低下作用、抗酸化作用、抗炎症作用、抗凝集作用、抗腫瘍作用、10 抗菌作用および免疫調節作用を持ち、肥満¹ および終末糖化産物 (AGE) 活性を抑制します。 .4 特に、AOS が心臓の老化から保護する能力を調査した研究はありません。

ミトコンドリアは二重膜オルガネラであり、細胞の生体エネルギーと代謝において複数の機能を果たします。 心臓ミトコンドリアは ATP の 90% を生成し、健康な心臓を維持する上で重要な役割を果たします。シスタンシェ・ハーバ哺乳動物の老化プロセスを加速できるミトコンドリア機能障害は、老化の最も重要なメカニズムの 1 つです。オートファジーによる制御、ミトコンドリア膜電位 (MMP) の低下、ミトコンドリアダイナミクスの変化、活性酸素種 (ROS) 形成の増加、およびミトコンドリア DNA (mtDNA) における変異の蓄積.ミトコンドリアにおける損傷の増加と更新の減少の組み合わせは、最終的に老化プロセスに寄与する可能性があります.加齢に伴う心機能障害.20

ニシンはアンチエイジングできる

D-ガラクトース (D-gal) 誘発老化動物モデルは、老化メカニズムと薬物のアンチエイジング効果を研究するために広く使用されてきました.老化プロセスは最終的に心血管系の構造的および機能的変化を引き起こします.22 したがって、現在の研究では、AOSの抗心臓老化活性を全身的に評価し、さらに調査するために、D-gal誘発マウス老化モデルを確立しました。潜在的なメカニズム。

2|材料および方法

2.1|医薬品および試薬

D-ガラクトースは Sigma-Aldrich から入手しました。 AOS は Qingdao BZ Oligo Biotech Co., Ltd. から購入しました。マロンジアルデヒド (MDA) アッセイ キットは Jiancheng Bioengineering Institute から入手しました。 BNP、PGC-1a、p67-phox および gp91-phox に対するウサギ ポリクローナル抗体は、Abcam Inc. から入手しました。ナトリウム利尿ペプチド A (ANP) および SIRT3 に対するウサギ モノクローナル抗体p53に対するマウスモノクローナル抗体は、Abcam Inc.から入手しました。ベクリン-1およびp-mTORに対するウサギポリクローナル抗体は、Cell Signaling Technologyから購入しました。 p21 に対するウサギ ポリクローナル抗体および p47-phox に対するマウス モノクローナル抗体は、Santa Cruz Biotechnology, Inc. から入手しました。mTOR に対するウサギ ポリクローナル抗体は、Proteintech Group, Inc. から購入しました。ミトコンドリア抽出キットおよび JC{{14} } ミトコンドリア膜電位アッセイ キットは、Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd. から購入しました。TIANamp Genomic DNA キットは、Tiangen Biotech (Beijing) CO., LTD. から入手しました。シスタンシェの陰茎の成長マウス mtDNA プローブ PCR キットは、Beijing Tiandz Gene Technology CO., Ltd. から購入しました。 Elabscience Biotechnology Co., Ltd. から。特に指定のない限り、他のすべての化学薬品および試薬は標準的な商業供給業者から購入しました。

2.2|動物

オスの 8- 週齢の C57BL/6J マウス (20±2g 体重、n=40) は、Jinan Pengyue Experimental Animal Breeding Co, LTD. から入手しました。 すべてのマウスに通常の食事を与え、12-時間明/12-時間暗期のサイクルで、特定の無病原菌 (SPF) 条件下で、青島大学医学部の実験動物センターで飼育しました。 . すべての動物実験手順は、実験動物の人道的なケアと使用に関する米国国立衛生研究所および公衆衛生サービス ポリシーによって発行された「実験動物の管理と使用に関するガイド」に準拠しています。 研究プロトコルは、青島大学の動物実験倫理委員会によって承認されました (承認番号:QYFYWZLL25840)。

2.3|D-gal による老化モデルと薬物投与

マウスを無作為に 5 つのグループ (各グループ n =8) に分けました: コントロール、D-gal、D-gal と低用量 AOS (D-gal と AOS-50)、D-gal と中用量の AOS (D-gal と AOS-100) および D-gal と高用量の AOS (D-gal と AOS-150) のグループ。 D-gal (200 mg/kg、Sigma-Aldrich) を 8 週間皮下注射することにより、C57BL/6J マウスに老化を誘導しました.23,24 コントロールマウスには、同等の滅菌水を皮下注射しました。 D-gal の注射の 4 週間後、D-gal と AOS-50、D-gal と AOS-100、および D-gal と AOS-150 のグループに AOS を胃内投与しました ( 50、100、および 150 mg-kg 2- d'l) をさらに 4 週間、それぞれ。 対照群およびD-gal群のマウスには、同等の生理食塩水を胃内投与した。

2.4|心エコー検査

実験の最後に30-MHzトランスデューサを備えたVevo2100(VisualSonics)を使用して、麻酔したマウスで心エコー検査を行った。 次のパラメーターは、前述のように測定されました: 左心室駆出率 (EF) および左心室短縮率 (FS) 25。

2.5|組織学的分析

心臓のサンプルは、4% のパラホルムアルデヒドで 24 時間固定され、パラフィンに包埋され、4- μm の厚さの切片に切断されました。 H & E およびマッソンのトリクローム染色を使用して、心臓の構造と心臓の線維化をそれぞれ視覚化しました。 切片を倒立光学顕微鏡（TE 200、Nikon）で調べた。 対応するデータは、治療グループの割り当てを知らされていない研究者によって分析および計算されました。

2.6|透過電子顕微鏡法

ミトコンドリアの超微細構造は、透過型電子顕微鏡分析を使用して決定されました。 以前の研究に続いて、26 個の新鮮な左心室組織を 1 mm³ のブロックに切断し、2.5% グルタルアルデヒドで 4 度で 2 時間固定しました。 室温で 2 時間、1% の四酸化オスミウムで後固定した後、左心室組織を脱水し、樹脂に包埋しました。 連続超薄切片 (30-40 nm) を銅グリッド上に収集し、最後に 0.5% 酢酸ウラニル、続いて 1% クエン酸鉛で染色しました。 染色された切片の超微細構造分析は、Tecnai G2 12 透過型電子顕微鏡 (FEI Co.) の下で決定されました。

2.7|ミトコンドリア膜電位（MMP）測定

ミトコンドリア膜電位は、JC-1 免疫蛍光染色とフローサイトメトリーを使用して測定されました。 新鮮な心臓組織を使用して、凍結切片を調製したり、ミトコンドリアを抽出したりしました。 製造業者のプロトコルに従って、凍結切片を JC-1 免疫蛍光染色に使用しました。シスタンチ サルサのメリット蛍光は、蛍光顕微鏡を使用して、励起/発光 485/580 nm (赤) および励起/発光 485/530 nm (緑) で決定されました。

さらに、ミトコンドリアは、ミトコンドリア抽出キットを使用して、ペンらによって公開された方法に従って新鮮な心臓組織から分離されました。抽出されたミトコンドリアは、JCの蛍光強度を測定することにより、MMPの完全性を検出するために使用されました{ {2}}。 簡単に説明すると、ミトコンドリアを JC-1 アッセイバッファー中の JC-1 とともに室温で 10 分間インキュベートしました。 カルボニルシアニドm-クロロフェニルヒドラゾンを適用してMMPを破壊し、製造元の指示に従ってポジティブコントロールとして使用しました。 ＣｅｌｌＱｕｅｓｔ Ｓｏｆｔｗａｒｅ（Ｂｅｃｔｏｎ Ｄｉｃｋｉｎｓｏｎ）を用いたフローサイトメトリーにより、サンプルを４８８および５７５ｎｍで分析した。

2.8|mtDNAコピー数の測定

ミトコンドリア DNA のコピー数は、定量的リアルタイム PCR (qPCR) によって測定されました。 つまり、プロテイナーゼ K と RNaseA を使用して、心臓組織をホモジナイズし、タンパク質と RNA を除去しました。 全ＤＮＡをＴＩＡＮａｍｐ Ｇｅｎｏｍｉｃ ＤＮＡ ｋｉｔで抽出し、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｄｅｖｉｃｅｓ（Ｈｏｌｌｉｓｔｏｎ，ＭＡ）のＱｕｉｃｋＤｒｏｐ Ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒで定量した。 マウス mtDNA プローブ PCR キットを使用して、蛍光 PCR 検出システム (Hangzhou Bioer Technology Co. Ltd) によってサンプルの mtDNA を増幅しました。 mtDNA コピー数は、製造元のプロトコルに従って qPCR 陽性対照曲線から計算されました。

2.9|ROS 産生の in situ 検出

前述のように、DHE​​ 蛍光染色を実施して、ROS 産生の in situ レベルを評価しました。 凍結した心臓組織を6-um厚の組織学的スライドに切断した。 心臓切片を１×リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）で洗浄し、次にＤＨＥ（５μｍｏｌ／Ｌ）溶液と共に遮光加湿チャンバー内で３７度で３０分間インキュベートした。 インキュベーション後、横断心臓切片を1×PBSですすいだ。 最後に、蛍光顕微鏡で画像を取得し、ブラインドテスターに​​よるImageJソフトウェアで蛍光強度を定量化しました。

2.10|脂質過酸化測定

脂質過酸化の主要な二次酸化生成物として、血清および心臓ホモジネート中のマロンジアルデヒド（MDA）の濃度を、MDAアッセイキット（Jiancheng Bioengineering Institute）の指示に従って測定しました。

2.11|ウエスタンブロット分析

心臓組織は、ホスファターゼおよびプロテアーゼ阻害剤を含む RIPA バッファーでホモジナイズし、12 00 rpm で 4 度で 20 分間遠心分離しました。 その後、その後の実験のために上清を回収した。 タンパク質濃度は、BCAタンパク質アッセイキットを使用して決定されました。 等量のタンパク質を 10% SDS-PAGE ゲルに入れ、PVDF 膜 (Roche) に転写しました。 メンブレンをシーリング溶液で 1 時間ブロックし、対応する一次抗体とともに 4 度で一晩インキュベートしました。 次に、メンブレンをTBS-Tで洗浄し、適切な二次抗体とともにインキュベートしました。 続いて、メンブレンをTBS-Tで洗浄し、ECLウェスタンブロッティング検出試薬(Bio-Rad)を使用して可視化した。 タンパク質発現は、ImageJ ソフトウェアを使用したバンドのデンシトメトリー分析によって定量化されました。 ハウスキーピングタンパク質GAPDHをローディングコントロールとして使用しました。 一次抗体と二次抗体の希釈率は次のとおりです。ANP(1:1000)、BNP(1:2000)、p53(1:1000)、p21(1:1000)、PGC-1 a (1:1000),SIRT3(1:1000),ベクリン-1(1:1000),p-mTOR(1:1000),mTOR (1:1000),p47-phox( 1:500),p67-phox(1:1000),gp91-phox(1:2000), GAPDH (1:2000), Goat Anti-Rabbit IgG (H ＋ L)(ペルオキシダーゼ/HRP 結合) (1:5000) および Goat Anti-Mouse IgG (H+L) (ペルオキシダーゼ/HRP 結合) (1:5000)。

2.12|統計分析

データは平均 ± SEM として表されました。<.05 was="" considered="" to="" be="" statistically="">

3|結果

3.1|D-gal誘発老化マウスにおける心機能および老化マーカーの発現に対するAOSの影響

心エコー検査は、マウスの心機能を分析するために使用されました。 D-gal 誘発老化マウスは、EF パーセントと FS パーセントの有意な減少を示しました。 ただし、AOS は、部分的に保存された EF パーセントと FS パーセント (図 1A-C) を含む、D-gal 誘発老化マウスの心機能障害を大幅に防止しました。各グループ。 D-ガラクトース マウスは、LVEDD (左心室拡張末期直径) および LVPWd (拡張末期左心室後壁厚) を増加させる傾向がありましたが、コントロール マウスと比較して統計的に有意な差はありませんでした。 しかし、LVESD (左心室収縮末期径) は D-gal 誘発老化マウスで有意に増加し、AOS は用量依存的に LVESD を減少させた。 心臓組織におけるANPおよびBNPの発現をウェスタンブロットによって決定し、各群のマウスの心機能をさらに検証した。 図 1H-I に示すように、ANP および BNP のレベルは D-gal 誘発老化マウスで有意に増加し、AOS は用量依存的に ANP および BNP レベルを有意に減少させた。 これらのデータは、AOS が D-gal 誘発老化マウスの心機能障害を予防したことを示しています。 さらに、老化マーカーp53およびp21のタンパク質発現を検出しました。 予想通り、p53 および p21 タンパク質の発現は、D-gal 誘発老化マウスの心臓組織で有意に増加し、AOS は用量依存的に p53 および p21 の発現を有意に減少させました (図 1J-K)。

3.2|D-gal誘発老化マウスの心臓組織病理学的変化に対するAOSの影響

マウスの心筋構造の変化を調べるために、心臓組織のスライドをヘマトキシリンとエオシン (H&E) で染色しました。 図 2A に示すように、コントロール マウスと比較して、D-gal 誘発老化マウスは異常な心筋構造を示し、主に心筋細胞の配置の乱れと細胞間の細胞間スペースの増加を特徴としていました。 AOS の投与は、心筋細胞間の無秩序な配置と空間を大幅に減少させました。 H & E 染色はまた、左心室の心筋細胞領域が D-gal 誘発老化マウスで大幅に増加し、AOS 治療により心筋細胞領域が用量依存的に大幅に減少したことも示しました (図 2B,D)。

心臓線維化の程度を明らかにするために、心臓断面のマッソントリクローム染色を行った。 図 2C、E に示すように、心筋間質および血管周囲領域におけるコラーゲンの蓄積は、D-gal 誘発老化マウスで劇的に増加しました。 ただし、D-gal グループと比較して、AOS 治療は用量依存的にコラーゲン面積の割合を大幅に減少させました (図 2C,E)。 これらのデータは、AOS が C57BL/6J マウスの D-gal による形態変化と心線維症を予防したことを示唆しています。

3.3|D-gal誘発老化マウスの心臓ミトコンドリア微細構造に対するAOSの影響

次に透過型電子顕微鏡を使用して、心臓ミトコンドリアの微細構造の変化を検出しました。 図 3 に示すように、コントロール マウスの心筋細胞ミトコンドリアは構造的に正常であり、明確に識別可能なクリステと電子透過性マトリックスを示しました。 しかし、D-gal マウスの心筋細胞のミトコンドリアの一部は肥大し、腫れ、クリステが部分的に失われ、AOS 処理は、D-gal 誘発老化マウスの心臓ミトコンドリアの超微細構造の破壊を防いだ。

3.4|D-gal誘発老化マウスの心臓MMPに対するAOSの影響

ミトコンドリアの機能状態の重要な決定因子として、MMP は JC-1 蛍光染色とフローサイトメトリーを使用して測定されました。 一般に、ミトコンドリアの膜電位が高い場合、JC-1 はミトコンドリア内で凝集して赤色の蛍光を発しますが、JC-1 は細胞質ゾル内でモノマーとして存在し、ミトコンドリアの膜電位が低い場合は緑色の蛍光を発します29。赤色蛍光と緑色蛍光の比率は、MMP の強度を反映している可能性があります。 図 4A-B に示すように、JC-1 蛍光染色の結果は、D-gal 誘発老化マウスの心臓 MMP のレベルが対照マウスの心臓 MMP のレベルよりも劇的に低く、AOS 投与により D-gal から保護されることを示しました。ガラクトースを介した MMP の低下。 の

3.5|D-gal誘発老化マウスの心臓におけるミトコンドリア生合成およびオートファジータンパク質発現に対するAOSの影響

ウェスタンブロットを使用して、ミトコンドリア生合成マーカー PGC-1a のタンパク質発現を決定しました。 予想どおり、PGC-1o タンパク質発現の有意な減少が、D-gal 誘発老化マウスの心臓組織で観察され、AOS は用量依存的に PGC-1a 発現を有意に増加させました。方法 (図 5A-B)。 研究は、SIRT3 がミトコンドリアの生体エネルギーの維持に重要な役割を果たしていることを示しています。 したがって、心臓組織でSIRT3の発現をさらに検出しました。 私たちの結果は、D-gal 誘発老化マウスにおける SIRT3 タンパク質発現の有意な減少、および AOS が用量依存的に SIRT3 タンパク質発現を有意に増加させることを示しました (図 5C-D)。 さらに、mtDNA プローブ PCR の結果は、D-gal 誘発老化マウスで mtDNA コピー数が大幅に減少し、AOS が用量依存的に mtDNA コピー数を大幅に増加させたことを示しました (図 5E)。 これらのデータは、AOSがD-gal誘発老化マウスのミトコンドリア生合成をアップレギュレートすることを示しました。

次に、ウエスタンブロットを使用して、心臓組織における重要なオートファジーレギュレーターの発現とリン酸化を決定しました。 図 5F-I に示すように、ベクリン -1 タンパク質発現の有意な減少と mTOR リン酸化の有意な増加が、D-gal 誘発老化マウスの心臓組織で観察されました。 予想どおり、AOS はベクリン -1 発現を大幅に増加させ、mTOR リン酸化を用量依存的に減少させました。

3.6|D-gal誘発老化マウスの心臓におけるROS産生および酸化ストレスに対するAOSの影響

DHE蛍光染色を使用して、心臓のROS産生を決定しました。 図 6A-Bに示すように、D-gal 誘発老化マウスでは左心室心筋細胞の DHE 蛍光強度が大幅に増強され、AOS は左心室心筋細胞の DHE 蛍光強度を大幅に減少させることがわかりました。

D-gal 誘発老化マウスの心臓における酸化ストレス状態に対する AOS の影響を調査するために、ウエスタンブロットを使用して、心臓組織における NADPH オキシダーゼのタンパク質発現を決定しました。 NADPH オキシダーゼ サブユニット p47-phox、p67-phox および gp91-phox の発現は、D-gal 誘発老化マウスで有意に増加しました。 ただし、AOS は、用量依存的にこれらの NADPH オキシダーゼ サブユニットの発現を減少させた (図 6C-D)。

MDA は生きた生物における脂質過酸化の推定バイオマーカーと考えられているため、さらに、in vivo での酸化ストレス状態を評価するために MDA 濃度を検出しました。 図 6E-F に示すように、D-gal 誘発老化マウスにおける酸化ストレス状態の増加は、血清および心臓ホモジネート中の MDA 濃度が高いことによって確認されました。 D-gal群と比較した場合、AOSの投与はMDAレベルを用量依存的に減少させた。 まとめると、これらのデータは、AOS が D-gal 誘発老化マウスの ROS 産生と酸化ストレス状態を大幅に減少させたことを示しています。

4|討論

老化は、臓器の慢性的かつ多臓器関連の全身変化です。 加齢に伴う心血管疾患の増加とそれに伴う経済的負担は、世界的な課題となっています.30,31 したがって、心臓の老化の分子メカニズムを深く研究する必要があり、新しいアンチエイジング介入は、健康寿命を延ばし、老化による心不全を遅らせます。

アルギン酸塩は、褐海藻から抽出された多糖類の直鎖状共重合体です。 その高分子量と粘性により、アルギン酸塩は細胞膜や生物学的障壁を通過することが難しく、その利用が制限されます。 アルギン酸の加水分解に由来する AOS は、分子量と粘度が低いため、ますます注目を集めています。 AOS は、水溶性、非毒性、非免疫原性、および生分解性の化合物であり、アルギン酸よりもはるかに優れた生物学的活性を持っています。 証拠は、AOS が抗酸化オリゴ糖として、小胞体ストレスと酸化ストレスを阻害することにより、神経変性疾患と急性ドキソルビシン心毒性を保護する能力を持っていることを示唆しています.5 最近の研究では、海洋由来の AOS が、 27 しかし、AOS が老化から保護する能力は実証されていません。

以前の研究では、老化した心臓は、進行性の心臓リモデリングや心臓予備能の低下など、独自の組織学的および機能的特徴を示すことが示されています. . D-gal誘発早期老化モデルは、げっ歯類の自然老化と比較して、同様の心臓変化の表現型を示します*4。および血管周囲領域、および AOS 投与は、C57BL/6J マウスで D-gal によって誘発される心臓リモデリングを阻害しました。 一方、AOS は、部分的に保存された EF パーセントと FS パーセントを含め、D-gal 誘発老化マウスの心機能障害を防ぎ、ANP と BNP の発現を減少させることを発見しました。 心エコー検査は、マウスの心臓構造の変化を分析するためにも使用されました。 D-ガラクトース マウスは、LVEDD と LVPWd を増加させる傾向がありましたが、対照マウスと比較して統計的に有意な差はありませんでした。 しかし、LVESD は D-gal 誘発老化マウスで有意に増加し、AOS は用量依存的に LVESD を減少させました。 この現象の理由は、D-ガラクトース模倣加速老化モデルのモデリング時間が比較的短いためである可能性があります。これは、以下に示すように主にミトコンドリア機能に影響を与え、心機能障害につながります。 主要な心臓構造の変化が起こっていましたが、統計的に有意な差はありませんでした.さらに、我々のデータは、AOS投与が老化マーカーp53およびp21の発現を用量依存的に大幅に減少させたことも示しました. AOSのアンチエイジング保護能力に寄与する可能性のあるメカニズムをさらに調査するために、加齢に伴うミトコンドリアの妥協が分析されました。

心臓には、ATP に対する異常な需要に基づいて、多数のミトコンドリアが含まれています。 ミトコンドリアは、脂肪酸と炭水化物の酸化的リン酸化を通じて ATP を生成します。 さらに、このプロセス中にフリーラジカルも常に生成されます。 ミトコンドリアのホメオスタシスが心筋細胞の機能と生存能力を維持するために不可欠であることは注目に値します.3 実際、老化した心臓に関する独立した研究は、心筋細胞のミトコンドリアが老化中に損なわれることを示しています.3738この研究では、対照マウスと比較して、D-galマウスの心筋細胞ミトコンドリアの一部が肥大し、腫れ、クリステが部分的に失われていました。 AOS 処理は、D-gal 誘発老化マウスの心臓ミトコンドリア超微細構造の破壊を軽減した. 並行して、D-gal は心臓 MMP レベルの有意な減少を誘発し、AOS 投与は D-gal 媒介から保護したMMP の低下. これらの結果は、AOS が D-gal 誘発加齢マウスにおいて心臓ミトコンドリアが破壊されるのを防いだことを示した。

複数の損なわれたミトコンドリアのプロセスが、ミトコンドリアの生合成および除去の変化を含む、老化した心臓の病因に関与していることが注目されています。 一方、ミトコンドリアの機能不全と破壊されたミトコンドリアの除去の障害は、今度は、老化した心臓のストレス損傷に対する脆弱性を増加させます. ミトコンドリアの生合成は、主に、核にコードされた一連のコアクチベーターと転写因子によって調節されています. ペルオキシソーム増殖因子活性化受容体yコアクチベーター 1a (PGC-1a) は、エネルギーの恒常性を維持するために重要であり、ミトコンドリアの生合成と機能の調節において重要な役割を果たしていることが示されています.4 PGC-1a の発現と活性の低下は関連しています2 以前の研究では、加齢に伴う p53 の活性化が、PGC-1a を含むミトコンドリア生合成のいくつかのマスターレギュレーターを抑制することにより、ミトコンドリアの妥協を直接もたらすことが示されています。 43 蓄積された一連の証拠は、薬理学的または遺伝的介入による PGC-1o の活性化が加齢に伴う心臓の変化を防ぐことも示唆しています."サーチュイン (SIRT) は、 老化プロセスの不可欠なレギュレーターとして認識されています。 ミトコンドリア マトリックスに局在する SIRT3 は、ミトコンドリアの生体エネルギーの維持、ミトコンドリアの代謝の調節、および寿命の調節において重要な役割を果たします。 45 この研究では、PGC-1a および SIRT3 タンパク質発現の有意な減少が D-gal 誘発老化マウスの心臓組織で観察され、AOS が PGC-1a を有意に増加させることを示しました 45。および用量依存的にSIRT3タンパク質発現。 さらに、mtDNA プローブ PCR の結果は、mtDNA コピー数が D-gal 誘発加齢マウスで有意に減少し、AOS は用量依存的に mtDNA コピー数を有意に増加させることを示しました。 まとめると、これらのデータは、AOS が D-gal 誘発老化マウスのミトコンドリア生合成をアップレギュレートしたことを示しています。

上記のように、障害のあるミトコンドリアを効率的に除去することは、心筋細胞の恒常性を維持するために不可欠です。 ミトコンドリアが入れ替わるよく知られたメカニズムは、オートファジーによるものです。 オートファジーは、ストレスに応答するだけでなく、基礎状態で心臓の恒常性を調節する上でも重要な役割を果たしていることが提案されています. 老化プロセス中のオートファジーのレベルが低いと、破壊されたオルガネラと有毒なタンパク質の分解が減少し、機能不全および異常なミトコンドリアの蓄積が誘導され、最終的に全体的な心機能障害が引き起こされます。 オートファジーの刺激は、機能不全のミトコンドリアを除去することにより、げっ歯類モデルの心機能を改善し、それによって細胞環境全体を最適化し、最終的に心臓の加齢に伴う病理を緩和することが実証されています.48 この研究では、心臓のオートファジーレベルが大幅に低下することを実証しましたD-gal 誘発老化マウスの組織、および AOS は、用量依存的にオートファジーレベルを大幅に高めました。 これらの変化により、AOS は、オートファジーのアップレギュレーションを通じて、加齢に伴う障害のあるミトコンドリアの効率的な除去を強化することが明らかになりました。 前述のように、ミトコンドリアの電子伝達鎖 (ETC) 複合体から生成される ROS 生成の大部分は、ミトコンドリアの酸化的リン酸化の副産物として発生します。これにより、ETC への損傷によってより多くの ROS が誘導され、さらなる ROS の生成が誘導され、最終的には生体エネルギーの失敗につながります。 . ETCに加えて、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸（NADPH）オキシダーゼはROSの主要なミトコンドリア外供給源であり、老化プロセス中の酸化ストレスの原因となり、ミトコンドリアへの酸化的損傷を悪化させる可能性があります。 これらのメカニズムに加えて、最近の研究では、ミトコンドリア ROS 生成の低下が、低レベルの mtDNA 定常状態損傷の生成に寄与することも示されています。一般的に優れた寿命に貢献します。 最近の報告では、NADPH オキシダーゼ阻害剤が、D-gal 誘発老化ラットの腹側蝸牛核におけるミトコンドリア機能障害を抑制することが示されています。 MDA は生きた生物における脂質過酸化の推定バイオマーカーと考えられており、MDA 濃度は in vivo での酸化ストレス状態を評価するために使用できます。 この研究では、AOSの投与がROS産生を減衰させ、NADPHオキシダーゼの発現をダウンレギュレートし、D-gal誘発老化マウスのMDAレベルを低下させることを発見しました。 私たちの現在の結果は、AOSがD-gal誘発老化マウスの酸化ストレス状態を効率的に減少させたことを示唆しています。

本研究では、AOSがミトコンドリアの生合成を改善し、ミトコンドリアの完全性を維持し、C57BL / 6Jマウスの障害のあるミトコンドリアの効率的な除去を促進することにより、D-galによる心臓の老化を軽減することを最初に明らかにしました。 さらに、AOS は ROS 産生と酸化ストレス状態も低下させ、心臓のミトコンドリアが破壊されるのをさらに抑制します。 AOS は、心臓の老化を軽減する効果的な治療薬になる可能性があります。 この研究では、オスのマウスのみを使用し、AOS の影響に対する性差は調べていません。 1 (DSCL1、抗炎症剤) 治療は、老化した雌のマウス心臓のマクロファージ分極と拡張機能障害を軽減しますが、雄のマウス心臓では軽減しません.52 この論文は、将来の研究で性差を比較することが非常に重要であることを示唆しています.

結論として、我々の調査結果は、AOSがマウスの心筋ミトコンドリア機能と完全性を調節することにより、D-gal誘発性の心臓老化を軽減することを示唆しました。 AOS は幅広い有望な生物学的活性を示し、心臓の老化を軽減する効果的な治療薬になる可能性があります。

この記事は、J Cell Mol Med から抜粋したものです。 2021;25:7157–7168。 wileyonlinelibrary.com/journal/jcmm|7157