D-ガラクトース誘発老化ラットの記憶機能、ミトコンドリア動態、酸化ストレス、神経炎症に対する運動と MitoQ の神経保護効果パート 1
Aug 30, 2024
抽象的な：
運動と抗酸化物質には、認知障害を改善し、相乗的に作用する健康上の利点があります。この研究では、トレッドミル運動（TE）とミトコンドリア標的抗酸化物質メナキノン（MitoQ）の個別または組み合わせの、学習と記憶、ミトコンドリア動態、NADPHオキシダーゼ活性、およびD-海馬における神経炎症と抗酸化活性に対する効果を調べました。ガラクトース誘発老化ラット。
抗酸化物質はフリーラジカルと戦う物質です。これらは体が細胞の酸化を防ぐのに役立ちます。細胞の酸化は、アルツハイマー病を含むさまざまな病気を引き起こす可能性があります。
高齢化の傾向が強まるにつれ、アルツハイマー病と闘う方法に関心を持つ人がますます増えています。現代の医学研究では、抗酸化物質が人々の良好な記憶力の維持に役立つことがわかっています。
研究によると、イチゴ、ブルーベリー、オリーブオイルなどの抗酸化物質を含む食品を定期的に摂取すると、アルツハイマー病のリスクを効果的に軽減できることが示されています。同時に、適切な運動、規則正しい生活、バランスの取れた食事によって体の抗酸化システムを強化することができ、脳を効果的に保護することもできます。
抗酸化物質には、記憶力の維持に役立つだけでなく、他にも多くの利点があります。たとえば、皮膚の状態を改善したり、心血管疾患のリスクを軽減したりすることができます。したがって、抗酸化物質を含む食品を適切に摂取し、健康的なライフスタイルを維持することは、私たちの体と脳に利益をもたらします。
つまり、抗酸化物質は記憶と切り離せないのです。食事とライフスタイルに注意を払うことで、身体的および精神的健康を維持しながら、アルツハイマー病を効果的に予防することができます。私たちは記憶力を向上させる必要があることがわかります。シスタンシュには、記憶と学習に非常に重要なアセチルコリンや成長因子のレベルを高めるなど、神経伝達物質のバランスも調節できるため、記憶力を大幅に向上させることができます。さらに、シスタンシュは血流を改善し、酸素の供給を促進することで、脳に十分な栄養とエネルギーを確保し、それによって脳の活力と持久力を向上させることができます。
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TE 単独および TE と MitoQ を組み合わせた加齢ラットでは、ミトコンドリア分裂因子 (Drp1、Fis1) が減少し、ミトコンドリア融合因子 (Mfn1、Mfn2、Opa1) が増加しました。
これらのグループは、NADPH オキシダーゼ活性と抗酸化活性 (SOD-2、カタラーゼ) の改善も示しました。 TE または MitoQ は単独で神経炎症反応 (COX-2、TNF-) を減少させましたが、その抑制はそれらを組み合わせるとさらに大きくなりました。
さらに、歯状回における加齢によって増加する神経炎症は、TE 治療では減少しましたが、MitoQ 治療では減少しませんでした。
学習および記憶テストでは、逆に、MitoQ 単独では TE と同様の効果が示されましたが、決定的な改善には至らなかったことが示されました。
結論として、この研究は、MitoQ が単独の治療法として使用された場合、老化に対してある程度のプラスの効果を発揮したが、認知障害、酸化ストレス、炎症、およびミトコンドリア機能不全においては TE の方がより効果的な役割を果たしたことが実証されました。
我々の発見は、TEとMitoQの組み合わせが相乗効果を発揮しないことを示唆しており、加齢に伴う認知機能低下の神経保護には定期的な運動が優先されるべきであることを示しています。
キーワード: 老化;トレッドミル運動。ミトQ; NADPHオキシダーゼ;ミトコンドリアの動態。神経炎症。
1. はじめに
老化は、記憶力や空間認識能力の低下など、認知能力の段階的な低下を含む、身体的および機能的低下の避けられないプロセスです[1]。
加齢に伴う脳の変化により、さまざまな病気に対する脆弱性が高まり、最終的には生活の質が低下します。良好な老化とは、一般に、病気や機能障害がなく、身体機能と認知機能が維持され、社会活動や生産活動に参加し続けることを指します[2]。たとえ高齢になっても、人間としての尊厳と価値を維持することは非常に重要です。
加齢に伴う認知機能の低下を防ぐためのライフスタイルの変更がいくつか確認されているが、薬理効果の欠如と従来の医療費の高騰により、最近の注目は身体活動や栄養補助食品などの非薬理学的治療に向けられている。実際、運動と食事とエピカテキンやアスタキサンチンなどの抗酸化物質のサプリメントを組み合わせると、海馬依存性の機能に相乗効果を誘発することが示されています[3,4]。
反対に、いくつかの研究では、食事の変更と組み合わせるのではなく、運動だけを行うと学習機能と記憶機能が向上することが明らかにされており[5,6]、介入を組み合わせた方が運動単独よりも認知機能に大きな効果をもたらすことができるかどうかという疑問が生じている。
運動および/または抗酸化治療の海馬機能の根底にある考えられるメカニズムには、ニューロンの可塑性とそれに関連する神経向性因子による分子レベルが関与しています[4,7]が、ミトコンドリア動態や神経免疫系などのメカニズムは完全には理解されていません。
ミトコンドリアは、ほとんどの真核細胞において生物学的酸化を担う動的な細胞内小器官であり、その動態は融合（ミトコンドリアの伸長）と分裂（ミトコンドリアの断片化）の繰り返しプロセスによって制御されています[8、9]。
いくつかの融合および分裂関連タンパク質は、正常なミトコンドリア機能を維持するために不可欠なミトコンドリアの動態に関与しています[10、11]。
ただし、タンパク質の不規則な発現は、ミトコンドリアに異常な変化を引き起こす可能性があります。特に、ミトコンドリア機能不全は老化の特徴であり [12]、持続的な炎症、酸化ストレス、およびミトコンドリア機能不全は、脳の老化を促進することで脳機能の低下に寄与します [13,14]。
さらに、老化には免疫系および中枢神経系（CNS）における低レベルの慢性炎症が伴い、これが多くの加齢関連疾患の一因となることが知られています[15、16]。
CNS の神経炎症は、ミクログリアやアストロ サイトなどのグリア細胞が酸化ストレスに応答して持続的に活性化すると進行します [17]。
活性酸素種 (ROS) は、膜結合酵素複合体である NADPH オキシダーゼ (NOX) によって生成されます。 NOX にはいくつかのサブタイプがあり、その中で NOX2 はニューロンや内皮細胞などのさまざまな細胞型で発現し、免疫応答や炎症に関与するミクログリア細胞で高レベルで発現します [18-20]。
NOX2 は、膜サブユニット (gp91phox、p22phox) と細胞質サブユニット (p47phox、p67phox) の両方を含みます。 NOX 活性による ROS レベルの上昇は炎症を促進し、グリア細胞を活性化します。これにより、炎症誘発性サイトカインの分泌、酸化ストレス、フリーラジカル損傷がさらに強化され、最終的には神経細胞死につながります [21-23]。
脳の老化は認知障害において重要な役割を果たしており、神経変性疾患と密接に関連しています。自然な老化によって起こる脳機能の全般的な低下を防ぐことは不可能ですが、身体活動と抗酸化物質の摂取は、脳機能、特に認知機能を維持するための非侵襲的方法として有用です。
特に、運動は、神経可塑性を促進し、代謝効率を改善し、酸化ストレスに対する耐性を高めることにより、脳の機能不全を改善すると報告されている[24,25]。
しかし、認知機能の強化やその低下の防止に関与する分子機構は依然として不明です。抗酸化物質に関しては、ミトコンドリア標的抗酸化物質ミトキノン (MitoQ) は、他の抗酸化物質とは異なり、ミトコンドリア内膜を通過してミトコンドリア内に蓄積し、ミトコンドリアで生成される ROS レベルを直接低下させることが知られています [26]。
MitoQ についてはほとんど研究が行われていませんが、さまざまな報告でその抗酸化作用が説明されています。 Gioscia-Ryanらによる研究。 [27]およびRossmanら。 [28] は、MitoQ が老化した血管のミトコンドリアにおける ROS レベルを低下させ、NO 生成を増加させることを実証しました。
Vergeadeet al. [29]およびBraakhuisら。 [30] は、MitoQ が老化プロセス中に SOD-2、カタラーゼ、GPx などの抗酸化酵素の活性を維持すると報告しました。
ブレインエージングに関しては、脳機能の低下に対する運動と MitoQ のプラスの効果の原因となる分子メカニズムを解明するために、さらなる研究が必要です。
これまで、いくつかの動物モデルを用いた老化研究により、脳の老化の根本的なメカニズムが研究されてきました。特に、D-ガラクトース（D-gal）の投与は、記憶喪失、神経変性、酸化ストレスの生化学マーカーの変化、免疫活性の低下、遺伝子発現の異常な制御など、人間の老化に似た老化を動物に引き起こすと報告されている[31]。
D-galを投与されたげっ歯類は、学習と記憶の段階的な低下、脳内のフリーラジカル生成の増加、カルシウム恒常性の障害、およびミトコンドリア機能不全を示し[32,33]、したがって脳老化の動物モデルを提供する[34]。
したがって、D-ガラクトース誘発老化ラットモデルを使用して、ミトコンドリアの分裂と融合、炎症、抗酸化活性、および海馬依存性の認知に対する、独立したまたは組み合わせた治療としてのトレッドミル運動（TE）と MitoQ の効果を調査しました。
私たちは、8-D-ガラクトースで治療したラットでトレッドミル運動と MitoQ を 1 週間組み合わせることで、学習および記憶機能の低下が相加的または相乗的に改善され、海馬の神経保護に関与するタンパク質のレベルに有益な変化が誘導されるのではないかと仮説を立てました。
2. 材料と方法
2.1.実験動物
生後 6 週間の雄の Sprague-Dawley (SD) ラットを JA Bio (京畿道、韓国) から入手しました。ラットは、韓国体育大学動物実験室（22±2°C、湿度50%±5%、明暗サイクル12/12時間）で飼育されました。
食物および飲料水は自由に与えた。ラットを5つのグループに分けた:若い対照グループ(Y-CON、n=12)、D-ガラクトースグループ(D-CON、n=12)、D-ガラクトース+TEグループ(D- TE,n=12)、D-ガラクトースと MitoQ グループ (D-MI, n=12)、および D-ガラクトースと TE および MitoQ グループ (D-COMBI, n=12)。ラットは、8 週間の TE および記憶行動テストを完了した後、安楽死チャンバーを使用して CO2 吸入によって安楽死させました。
この研究プロトコールは、韓国体育大学施設内動物管理使用委員会(KNSU-IACUC-2018-05)の承認を受けました。
2.2.医薬品管理
Lei et al. によって記載された方法。 [31] は、実験動物の老化を誘導するために使用されました。具体的には、D-gal (Sigma-Aldrich、セントルイス、ミズーリ州、米国) を生理食塩水に溶解し、100 mg/kg 用量を週に 1 回、10 週間腹腔内 (IP) 注射によって投与しました。
Smith と Murphy [26] によって提案された給餌方法が、この実験における MitoQ の投与に適応されました。
MitoQ を滅菌生理食塩水と混合して、最終希釈度 0.1 mM/mL を実現しました。次いで、D-ガラクトース誘発老化ラットに、100μM/kgのMitoQを8週間腹腔内注射した(週2回)。
2.3.トレッドミルエクササイズ (TE)
D-TE グループと D-COMBI グループは、げっ歯類用トレッドミル (8 レーン、Daemyung Scientific Co, Ltd.、ソウル、韓国) を使用した漸進的負荷運動プログラムを受けました。
まず、動物に１週間の順応訓練を行った（最初の５分間は２ｍ／分、次の５分間は５ｍ／分、最後の２０分間は８ｍ／分）。
主要な運動プログラムは、次の 8 週間にわたって週 5 日実行されました。このプログラムは、Hong らによって提案された漸進的運動プログラムに関して次のように設計されました。 [35]:10 – 第 1 週は 12 m/分で 10 分間。 2 週目は 10 ～ 12 m/分で 20 分間。第 3 週は 18 ～ 20 m/分で 20 分間。第 4 週では 18 ～ 20 m/分で 30 分間。第 5 週から第 8 週は 18 ～ 20 m/分で 50 分間。トレッドミルの傾斜は 0% に固定されました。
2.4.受動的回避タスク
受動的回避課題は、実験用小動物の作業記憶能力を測定するために使用される恐怖を動機とするテストです。本研究では、受動的回避課題は TE プログラム終了の 3 日前に実施されました。
受動的回避課題の装置は 2 つのチャンバーで構成されていました。前チャンバーは明るく明るいホワイトボックス (18 × 18 × 25 cm3) で、後チャンバーは暗いブラック ボックス (18 × 18 × 25 cm3) でした。 cm3)。
後部の部屋には電気ショックを与えることができるステンレス鋼の床があり、2 つの部屋の間の壁には開閉できるギロチン形式のドアがありました。
動物が前房を通って後房に入るまでの時間を測定し（初期潜時時間）、その後電気ショック（0.5 mA）を 2 秒間与えた。
５秒後に動物を取り出し、飼育ケージに戻した。 72 時間後に同じ方法を使用してこの課題を繰り返し、動物が前室を通って後室に入るまでの時間を最大 300 秒まで記録しました (滞留潜時時間)。
2.5.モリス水迷路テスト
モリス水迷路テストは、げっ歯類の空間学習と記憶を評価するために使用されます。試験は、水（20～24℃）を満たした円形水槽（直径120cm×高さ15cm）を使用し、温度（21～23℃）、湿度（50～60％）、照明が管理された室内で実施しました。 ）。
脱脂粉乳を水に加えて、水面から約 1 cm 下のタンクの床に置かれた脱出プラットフォーム (直径 10 cm) を隠しました。
EthoVision XT8 ビデオ追跡ソフトウェア (Noldus、ワーヘニンゲン、オランダ) とカメラを使用して、TE プログラムの前後に動物がプラットフォームに到達するまでに移動した距離 (脱出距離) とプラットフォームに到達するまでにかかった時間 (脱出潜時時間) を測定しました。タンク中央上部の天井に設置されています。水槽はゾーン 1 ～ 4 とラベル付けされた 4 分の 1 に分割され、プラットフォームはゾーン 1 に配置されました。
各治療グループについて、水迷路テストを週に 5 日実施しました。ネズミは常に同じ位置からスタートし、常に同じ位置にあるプラットフォームに到達する試みを 2 回練習させました。
48 時間の休息の後、7 日目にプラットフォームを取り外しました。ラットを同じ位置から開始して、逃走距離と逃走潜時時間を 60 秒間測定しました。
For more information:1950477648nn@gmail.com
