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 3
Sep 02, 2024
3.4. D-Gal誘発老化ラットの海馬における炎症性タンパク質と抗酸化酵素の発現に対するトレッドミル運動とMitoQの効果
TE と MitoQ は、老化ラットの海馬の炎症性タンパク質 (COX-2、TNF-) と抗酸化酵素 (SOD-2、カタラーゼ) に影響を与えることが確認されました (図 4)。
人々の健康と長寿への関心が高まるにつれ、抗酸化酵素は毎日の食事における重要な栄養素となっています。有害なフリーラジカルによる体へのダメージに抵抗し、体の健康を守るのに役立ちます。しかし、抗酸化酵素は身体を保護する効果に加えて、私たちの記憶にも密接に関係しています。
研究によると、フリーラジカルの影響は身体の健康に影響を与えるだけでなく、脳にも影響を与える可能性があります。フリーラジカルは神経細胞を損傷し、記憶やその他の認知能力に直接影響を与える可能性があります。しかし、抗酸化酵素はフリーラジカルの損傷に抵抗する上で重要な役割を果たし、それによって私たちの脳を健康に保つことができます。
さらに、抗酸化酵素は分子の安定性を促進し、炎症を防ぎ、神経細胞の死を減らすのにも役立ちます。これらの効果はすべて脳の健康を維持するのに役立ち、記憶力の向上に役立つ可能性があります。
いくつかの研究では、私たちの体に十分な抗酸化酵素が不足すると、認知機能の低下、記憶喪失、その他の神経疾患につながる可能性があることも示されています。したがって、野菜、果物、ナッツ、魚などの抗酸化酵素が豊富な食品を摂取することは、脳の健康を守り、記憶力を高め、私たちをより健康で元気にするのに役立ちます。
つまり、抗酸化酵素は私たちの身体の健康と脳の健康の両方を促進するために非常に重要です。抗酸化酵素が豊富に含まれる野菜、果物、ナッツ、魚を十分に摂取することで、体と脳を保護し、記憶力を高め、より健康で元気になることができます。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。シスタンシュには抗酸化作用、抗炎症作用、および老化防止効果があり、脳の酸化と炎症を軽減し、それによって健康を守ることができるため、記憶力を大幅に向上させることができます。神経系。さらに、Cistanche は神経細胞の成長と修復を促進し、それによって神経ネットワークの接続と機能を強化します。これらの効果は、記憶力、学習能力、思考速度の向上に役立ち、認知機能障害や神経変性疾患の発生を防ぐこともできます。
炎症性タンパク質の発現レベルは治療群間で有意に異なりました(COX{{0}、F4、34=148.171、p < {{10}}。0 01; TNF-、F4、34=33.645、p < 0.001)。抗酸化酵素の発現レベルも治療群間で有意に異なりました（SOD-2、F4、34=477.940、p < 0.001; カタラーゼ、F4、34=75.447、p < 0.001）。
事後テストの結果は、Y-CON グループと D-CON グループの間で COX-2、TNF-、SOD-2、およびカタラーゼ発現に劇的な変化があることを示しました。
しかし、TE と MitoQ 単独では、D-gal によって上方制御される COX-2 および TNF タンパク質の発現が減少し、TE と MitoQ の組み合わせでは、MitoQ 単独と比較して両方の炎症性サイトカインがさらに軽減されました。
これらの結果は、D-gal 投与が神経炎症を誘発する一方、TE と MitoQ は海馬において抗炎症作用を有することを示唆しています。さらに、TE および MitoQ 単独では、D-gal による SOD-2 およびカタラーゼタンパク質発現の減少が増加しました。
SOD-2 は、MitoQ 単独および TE 単独治療と比較して、D-COMBI グループでさらに増加しました。これらの結果は、D-gal 投与も海馬の ROS を誘導する一方、TE および MitoQ 治療は加齢によって誘発される酸化ストレスを回復することを示唆しています。
図 4. D-gal 誘発老化ラットの海馬における炎症性タンパク質と抗酸化酵素の発現に対するトレッドミル運動と MitoQ の効果。 (A) 炎症性タンパク質 (COX-2、TNF-) および抗酸化酵素 (SOD-2、カタラーゼ) の代表的なウェスタンブロット。 (B–E) -アクチンに対して正規化されたウェスタンブロットバンドの濃度測定分析。
ウェスタンブロットで示されたデータは、7 匹のラットの脳からの平均です。 -アクチンを内部対照としてプローブしました。 ANOVA の後に Bonferronipost hoc 検定を使用しました。値は平均値 ± SEM です。 a Y-CONグループとの統計的差異を示します。
b D-CONグループとの統計的差異を示します。 c は D-TE グループとの統計的差異を示します。 d D-MI グループとの統計的差異を示します (p < 0.05)。
3.5. D-Gal 誘発老化ラットの学習と記憶に対するトレッドミル運動と MitoQ の効果
D-ガロン誘発性老化海馬におけるTEおよびMitoQ治療による機能改善を決定するために、モリス水迷路および受動的回避テストを実行して学習と記憶を評価しました（図5）。
受動的回避テストでは、治療群間の有意な差が実証されました (保持潜時、F4、59=69.131、p < 0.001、図 5A)。事後テストでは、Y-CON グループと比較して D-CON グループで保持潜伏時間の有意な減少が観察されたことが示されました。ただし、D-CON グループと比較して、D-TE では保持潜時時間が大幅に増加しましたが、DMI グループでは増加しませんでした。
モリス水迷路テストの結果 (図 5B、C) に加えて、脱出潜伏時間と脱出距離は治療群間で有意に異なりました (脱出潜伏時間、F4、59=31.565、p < 0)。 001; 脱出距離、F4、59=10.833、p < 0.001)。
事後テストでは、Y-CON グループと比較して D-CON では逃走潜伏時間と距離が大幅に増加したことが示されました。脱出潜伏時間は、D-CON グループと比較して、D-TE グループと D-COMBI グループで大幅に増加しました。
ただし、D-CON グループと比較して、すべての介入グループで逃避距離に有意差はありませんでした。これらの結果は、TE 単独で D-gal 誘発性の学習および記憶機能の障害が回復することを示唆しています。
4. ディスカッション
加齢に伴う認知機能の低下は、脳の老化と密接に関係しています。脳の老化は老化プロセスの避けられない部分ですが、遅らせることには大きな価値があります。
この研究では、脳の老化に伴う認知障害に対するTEとMitoQの予防効果を調査しました。 D-gal は、海馬におけるミトコンドリアの分裂と融合をそれぞれ増加および減少させることにより、ミトコンドリアの動態を部分的に損なうことが判明しました。さらに、D-gal は炎症と NOX 発現を増加させ、その結果、学習と記憶に関連する海馬依存性の認知機能が低下しました。
しかし、TE はこれらの病理学的状態を効果的に回復し、認知機能の低下を防ぎました。 MitoQ 治療単独では、炎症と抗酸化酵素に対する老化の影響は改善されましたが、ミトコンドリア動力学や認知機能には重大な変化は誘発されませんでした。
脳の老化に関連した結果の尺度の相乗効果または相加効果に関係なく、我々の結果は、TE または MitoQ が加齢に伴う認知機能の低下を予防または遅らせるための非薬理学的治療法として潜在的な役割を担っていることを示唆しています。
不均衡なミトコンドリア動態はさまざまな老化関連疾患と密接に関連しており、細胞の生存において非常に重要です[36,37]。この研究では、老化を誘導するために D-gal で処理した D-CON グループは、ミトコンドリア分裂関連タンパク質 Drp1 および Fis1 の発現増加と、ミトコンドリア融合関連タンパク質 Mfn1、Mfn2、および Opa1 の発現減少を示しました。
これらの結果は、過剰なミトコンドリア分裂がミトコンドリア機能の部分的な低下をもたらしたことを示しています。一方、TE はミトコンドリア分裂関連タンパク質の発現を減少させ、ミトコンドリア融合関連タンパク質の発現を増加させ、ミトコンドリアの恒常性の維持を助けました。
MitoQ の結果では、融合タンパク質 Mfn1 と分裂タンパク質 Fis1 のみが TE と同様の傾向を示しましたが、他のタンパク質 (Mfn2、Opa1、Drp1) の発現は D-CON 群と変わりませんでした。
細胞培養システムを使用した以前の研究では、MitoQ が酸化ストレスによって破壊されたミトコンドリアの動態バランス [38] と、パーキンソン病の薬理学的モデルにおけるミトコンドリアの分裂を改善し、ミトコンドリアの断片化を誘導することが実証されました [39] が、これは方法論的な理由から in vivo 実験で得られた我々の発見と一致しません。 in vitro実験とin vivo実験の違い。
したがって、用量と治療期間の考慮を含め、MitoQ の使用とミトコンドリア動態について、我々の動物モデルを使用したさらなる研究が必要です。
NOX の分析により、D-CON グループは Y-CON グループと比較して、海馬における p47 phox、gp91phox、および p22 phox の発現が増加していることが明らかになりました。
さらに、IHC分析により、大脳皮質および海馬領域CA3におけるp22 phox免疫反応性の増加が明らかになった。これらの結果は、D-gal 誘発老化モデルにおいて D-gal が NOX 発現を増加させることを報告した以前の研究と一致しています [40]。
一方、TE は、NOX2 サブユニット p47 phox、gp91 phox、および p22phox の発現を下方制御しました。言い換えれば、TE は ROS を誘導する可能性がある NOX 発現を効果的に阻害しました。
この発見は、運動トレーニングによって心不全ラットの NOX 活性が低下し、骨格筋量が回復したという研究 [41] や、TE が高脂肪食誘発性肥満モデルの大動脈における NOX 発現を下方制御したという研究 [42] と一致している。
特に、ミトコンドリアの動態に影響を与える MitoQ は、NOX 活性に強いプラスの効果を発揮しました。MitoQ 処理単独では、TE と同様に NOX 活性が減少しました。当然のことながら、TE と MitoQ の併用治療でも同じ結果が観察されました。
関連する研究では、Nrf2/AREシグナル伝達の活性化を介したmtDNAの酸化ストレスに対するMitoQの保護効果が報告されており、これは酸化ストレスから細胞を保護する決定的な要素である[43]。
したがって、我々の発見は、運動と MitoQ が NOX 関連シグナル経路を介して老化誘発性の酸化ストレスを改善する可能性があることを示唆しています [44,45]。神経炎症に対する D-gal 誘発性の老化の影響を調査するために、星状膠細胞に特異的なマーカーGFAP、炎症促進因子COX-2およびTNF-、大脳皮質および海馬DGにおける抗酸化酵素SOD-2およびカタラーゼ。
抗 GFAP 染色による形態学的変化を観察しました。細胞体と樹状突起は、Y-CON グループと比較して D-CON グループでより広く、より強く染色されました。
これは、老化が神経膠症と密接に関係していることを示唆しており、神経膠症では大脳皮質および海馬DGの星状膠細胞の活性化が神経炎症の増加につながります。
TE と MitoQ は GFAP 発現を下方制御し、それによって神経炎症を減少させました。これらの結果は、D-gal が脳組織における GFAP 発現を増加させたという発見 [46]、アストロサイトの活性が先天性免疫応答と適応免疫応答を引き起こしたという発見 [47]、損傷した脳組織内のアストロサイトが GFAP 発現の上昇を示したという発見 [48] と一致している。
この研究は、老化が神経炎症と密接に関連しているという以前の研究の結果を裏付けた。しかし、TE と MitoQ がこの神経炎症を効果的に軽減することもわかりました。
具体的には、MitoQ 治療は、海馬 DG よりも大脳皮質において明らかな効果を示しました。炎症促進因子 COX{0} と TNF- は D-gal 治療後に発現上昇を示しましたが、TE と MitoQ はこれを効果的に軽減しました。
運動による抗炎症効果の根底にあるメカニズムはまだ解明されていません。しかし、脂肪減少が関与しているという仮説[49]を考慮すると、身体活動レベルの増加は脂肪細胞に蓄えられたエネルギーを積極的に利用し、その結果として生じる体脂肪量の減少は、脂肪細胞によって分泌される炎症促進因子の減少に関連している可能性があります。
さらに、TE と MitoQ の併用治療は、抗酸化酵素 SOD-2 とカタラーゼの発現を増加させました。これは、運動 [50] または MitoQ 治療 [51] 後の老化ラットの抗酸化酵素レベルの増加を報告する他の研究と一致します。
したがって、私たちの研究結果は、運動と MitoQ が炎症を軽減し、脳組織の抗酸化機能を促進するのに役立つことを示しています。
私たちは、十分に研究されたモリス水迷路と受動的回避テストを使用して、TE と MitoQ が、学習と記憶を含む加齢に伴う一般的に観察される認知機能の低下を抑制できるかどうかを調査しました。
D-CON グループは、水迷路テストで脱出プラットフォームを見つけるのに、Y-CON グループよりも著しく長い時間 (脱出潜伏時間) とより長い移動 (脱出距離) を要しました。これは、D-gal 誘発老化により実験動物の学習能力と記憶能力が低下したことを示しています。一方、TE は脱出待ち時間を短縮し、TE が空間学習と記憶を効果的に回復したことを示しました。
逃走距離もわずかに増加したが、これはTE後の動物の移動速度の増加によるものと判断された。同様に、受動的回避課題では、D-CON グループは Y-CON グループと比較して、明るい前房から暗い後房に入るまでの時間が短く、記憶力が低下していることが示されました。
水迷路と受動的回避テストの結果は、TE が加齢によって起こり得る学習や記憶などの認知機能の低下を効果的に抑制できることを示唆しています。以前の研究では、5か月間MitoQを投与すると、アルツハイマー病のトランスジェニックモデルにおける空間記憶保持の障害が改善されたと報告されている[52]。
この長期摂取とは異なり、我々の結果は、比較的短期間の MitoQ 治療では、既存の加齢に起因する認知機能低下を改善できないことを示しました。我々の研究では、MitoQ 治療が炎症、NOX、抗酸化酵素にプラスの効果を示していることを考慮すると、MitoQ 治療期間を長くすると、加齢に伴う認知機能障害を防ぐために必要な場合があります。
海馬は一般に、学習と記憶にとって最も重要な脳領域であると考えられています[53]。海馬損傷のある動物は学習と記憶の低下を示す[54]ことを考慮すると、TEの認知増強効果と記憶改善効果は、神経可塑性と神経新生の増加、酸化ストレスと炎症の減少という観点から理解できます。
しかし、酸化ストレスと炎症を軽減したにもかかわらず、MitoQ は学習と記憶に明らかな効果を示さなかった。これらの結果は、抗酸化物質を含む食事ではなく運動によって記憶機能が向上したという高齢マウス（生後19か月）を用いた以前の研究と一致している[6]。
MitoQ が加齢に伴う認知機能障害を改善しなかった理由について、考えられる説明として、TE とは異なり、MitoQ は循環機能 (酸素と栄養素の供給の増加、筋収縮を介した老廃物と CO2 の除去など) を改善しないためであると推測しています。特に、脳内のエネルギー代謝（神経伝達物質または神経成長因子や脳由来神経栄養因子などの神経栄養因子のレベルの増加など）には影響を与えません[55-57]。
ただし、これらの要因は本研究では検討されていないため、これは単なる仮説にすぎません。それにもかかわらず、我々の結果は、MitoQ が実際の認知機能を改善するために必要な神経可塑性と神経新生に影響を及ぼさないことを示唆しています。
5. 結論
この研究では、D-gal 誘発性の老化が、ミトコンドリア融合と分裂の間の不均衡、炎症の増加、抗酸化酵素レベルの低下、および NOX 活性化による学習と記憶に影響を与える認知障害と関連していることを確認しました。しかし、TE はこれらの病理学的影響を改善し、脳の老化に関連する認知機能の低下を防ぎました。
MitoQ による治療は、炎症、抗酸化酵素、NOX 発現に対してプラスの効果を示しましたが、ミトコンドリア動態や認知能力は改善されませんでした。次に、我々の仮説とは対照的に、TE と MitoQ の組み合わせは、この研究で調査した結果の尺度に相乗効果または相加効果を引き起こしませんでした。
しかし、我々の発見は、MitoQ などのミトコンドリアを標的とした抗酸化物質による治療が何らかのプラスの効果を生み出す可能性があることを示しています。特に、TE などの身体活動は、学習や記憶を含む老化による認知障害をより効果的に防止します。したがって、我々は、高齢者の認知機能低下を改善および予防するための効果的な非薬物療法として、定期的な身体活動の重要性を強調する必要があると提案します。
著者の寄稿: Conceptualization、J.-HJ、J.-YC、および E.-BK。方法論、J.-HK;プロジェクト管理、J.-YC;監督、E.-BK;検証、J.-HK および JSY。執筆 - 原案、J.-HJ および J.-HK。執筆、レビューおよび編集、JSY、J.-YC、および E.-BK すべての著者は、原稿の出版版を読み、同意しました。
資金提供: この研究は、大田大学研究助成金 (助成金番号、20180160) によって資金提供されました。
治験審査委員会の声明: この研究は、韓国国立体育大学施設内動物管理使用委員会 (プロトコルコード KNSU-IACUC-2018-05) によって承認されました。
データの入手可能性に関する声明: この研究で提示されたデータは、責任著者からの要求に応じて入手可能です。
謝辞: ウェスタンブロッティング実験と動物の取り扱いにご協力いただいた Dong-Won Kim に感謝します。
利益相反: 著者は利益相反がないことを宣言します。資金提供者は研究の計画に何の役割も持たなかった。データの収集、分析、または解釈において。原稿の執筆時、または結果の出版の決定時。
参考文献
1. Keller, JN 加齢に伴う神経病理学、認知機能低下、およびアルツハイマー病。経年劣化耐性改訂 2006、5、1–13。 [相互参照]
2. ロウ、JW;カーン、RL 老化に成功。老年学者、1997、37、433–440。 [相互参照] [PubMed]
3. ヴァン・プラーグ、H.ミネソタ州ルセロ。ヨー、GW。ステッカー、K.ヘイバンド、N.チャオ、C.イップ、E.アファナドール、M.シュレーター、H. Hammerstone, J. ら。植物由来のフラバノール (-) エピカテキンは、マウスの血管新生と空間記憶の保持を強化します。 J. Neurosci. 2007、27,5869–5878。 [相互参照] [PubMed]
4. ヨーク、JS;ラクワル、R.柴田J.高橋和也;小泉博司;島 哲;池本、MJ。英国オハロマリ。マキューエン、理学士。大豆、H.海馬のレプチンは、抗酸化物質による軽度の運動の神経新生と記憶に対する利点を仲介します。手順国立アカド。 Sci.USA 2019、116、10988–10993。 [相互参照] [PubMed]
5. テキサス州バタチャリヤ;ペンス、BD;オッシラ、JM。テネシー州ギボンズ。ペレス、S.マカスカー、RH。 KW州ケリー。ジョンソン、RW。ウッズ、JA、ローズ、JS 運動はマウスの体力、脳の可塑性、行動能力を向上させますが、(-)-エピガロカテキン-3-ガレートやアラニンではありません。生理。振る舞い。 2015、145、29–37。 [相互参照] [PubMed]
6.テネシー州ギボンズ。ペンス、BD;ペトル、G.オッシラ、JM。マッハ、HC。テキサス州バタチャリヤ;ペレス、S.マーティン、SA;マカスカー、RH。ケリー、KW;他。 (-)-エピガロカテキン-3-ガレートとアラニンを含む食事を与えずに自発的に輪行を行うと、高齢マウスの学習、記憶、海馬の神経新生が改善します。振る舞い。脳解像度2014、272、131–140。 [相互参照] [PubMed]
7. ナム、SM;ソ、M.ソ、JS。リム、H。ナーム、SS;チョー、IH;チャン、BJ。キム、HJ;チョイ、SH;いや、SYアスコルビン酸は、海馬の神経新生を促進し、記憶機能を改善することにより、D-ガラクトース誘発性の脳老化を軽減します。 Nutrients 2019,11, 176. [CrossRef] [PubMed]
8. アーチャー、SL ミトコンドリアの動態 – ヒトの病気におけるミトコンドリアの分裂と融合。 Ｎ．Ｅｎｇｌ． J.Med. 2013、369、2236–2251.[相互参照]
9. アーカンソー州ホール;バーク、N.ケンタッキー州ドンワース。 Hausenloy, DJ ミトコンドリア融合タンパク質および分裂タンパク質: 心血管疾患と闘うための新規治療標的。 Br. Ｊ．Ｐｈａｒｍａｃｏｌ． 2014、171、1890 ～ 1906 年。 [相互参照]
10. ザン、M.ブルックス、C.リュー、F.サン、Ｌ． Dong, Z. ミトコンドリア動態: 腎病態生理学における調節機構と新たな役割。腎臓内科2013、83、568–581。 [相互参照]
11.ニューメキシコ州開催。 Houtkooper、RH 代謝の健康の決定要因としてのミトコンドリアの品質管理経路。バイオエッセイ 2015、37、867–876。 [相互参照] [PubMed]
12. ロペス・オーティン、C.マサチューセッツ州ブラスコ。パートリッジ、L.セラーノ、M.クローマー、G. 老化の特徴。セル 2013、153、1194–1217。 [相互参照][PubMed]
For more information:1950477648nn@gmail.com
