Alginat-oligosaccharid lindrer D-galactose-induceret hjertealdring via regulering af myokardiemitokondriers funktion og integritet hos mus

Venligst kontaktoscar.xiao@wecistanche.comfor mere information

Abstrakt

Aldring er en afgørende risikofaktor for udvikling af aldersrelaterede hjerte-kar-sygdomme. Derfor skal de molekylære mekanismer for aldring og nye anti-aldringsinterventioner undersøges dybt. Alginatoligosaccharid (AOS) har høje farmakologiske aktiviteter og gavnlige virkninger. Vores undersøgelse blev foretaget for at undersøge, om AOS kunne bruges som et lægemiddel mod aldring til at lindre kardiac aldring. D-galactose (D-gal)-inducerede C57BL/6J-aldrende mus blev etableret ved subkutan injektion af D-gal (200 mg-kg'-d') i 8 uger. AOS (50.100 og 150 mg; kg'l.d') blev administreret intragastrisk i de sidste 4 uger. Som et resultat forhindrede AOS hjertedysfunktion i D-gal-inducerede aldrende mus, inklusive delvist bevaret ejektionsfraktion (EF procent ) og fraktioneret forkortelse (FS procent ).cistanche benefíciosAOS hæmmede D-gal-induceret opregulering af natriuretiske peptider A(ANP), hjernenatriuretiske peptid (BNP) og aldringsmarkører p53 og p21 på en dosisafhængig måde. For yderligere at udforske de potentielle mekanismer, der bidrager til den anti-aldringsbeskyttende effekt af AOS, blev det aldersrelaterede mitokondrielle kompromis analyseret. Vores data indikerede, at AOS lindrede D-gal-induceret hjertealdring ved at forbedre mitokondriel biogenese, opretholde mitokondriel integritet og forbedre den effektive fjernelse af svækkede mitokondrier. AOS reducerede også ROS-produktionen og oxidativ stress-status, hvilket igen hæmmer hjerte-mitokondrier i at blive ødelagt. Tilsammen viser disse resultater, at AOS kan være et effektivt terapeutisk middel til at lindre hjertealdring.

SØGEORD

alginat oligosaccharid, hjertealdring, D-galactose, mitokondrier, oxidativt stress

1|INTRODUKTION

Aldring kan bredt defineres som den tidsafhængige ophobning af cellulær skade, som forårsager den progressive funktionelle tilbagegang af væv og organer.¹ Generelt omfatter aldersrelaterede ændringer i hjertet hovedsageligt venstre ventrikelhypertrofi, øget myokardiefibrose og hjerteinsufficiens.Cistanche Extract Anti RadiationAldring er en afgørende risikofaktor for udviklingen af ​​aldersrelaterede hjerte-kar-sygdomme, som fører til en markant øget forekomst af hjerte-kar-sygdomme i den aldrende befolkning.23 Der er således et presserende behov for mere effektive behandlingsstrategier til behandling af hjerteinsufficiens forårsaget af aldring. .

Klik venligst her for at vide mere

Alginat er et naturligt polysaccharid afledt af tang udvundet af brunalger. Alginatoligosaccharid (AOS) fremstilles ved at depolymerisere alginat, som har flere unikke fordele såsom vandopløseligt, ikke-toksisk, ikke-immunogent og biologisk nedbrydeligt. AOS udøver lovende biologiske aktiviteter. Dette oligosaccharid besidder neurobeskyttende, hypolipidæmiske, antioxidative, 'anti-inflammatoriske,' anti-aggregerende,' anti-tumor,10 antibakterielle og immunregulerende egenskaber, "såvel som undertrykker fedme¹ og avanceret glykeringsslutprodukt (AGE) aktiviteter .4 Det er bemærkelsesværdigt, at ingen undersøgelser er blevet undersøgt AOS's evne til at beskytte mod hjertealdring.

Mitokondrier er dobbeltmembranede organeller og tjener flere funktioner i cellulær bioenergetik og metabolisme.14 Hjertet er et organ med højt energibehov og højt mitokondrieindhold. Hjerte mitokondrier genererer 90 procent af ATP og spiller en afgørende rolle i at opretholde et sundt hjerte.cistanche herbaMitokondriel dysfunktion, som kan fremskynde aldringsprocessen hos pattedyr, er en af ​​de vigtigste mekanismer for aldring.15;16 Aldersrelateret mitokondriel dysfunktion viser forskellige træk, herunder tab af mitokondriel integritet, reduceret effektivitet af mitokondriel biogenese, defekt kvalitet kontrol ved autofagi, nedsat mitokondrielt membranpotentiale (MMP), ændringer i mitokondriel dynamik, øget dannelse af reaktive oxygenarter (ROS) og akkumulering af mutationer i mitokondrielt DNA (mtDNA).17På grund af den lavere biogenese og reduceret clearance, kombination af øget skade og reduceret fornyelse i mitokondrie kan i sidste ende bidrage til aldringsprocessen.18,17 Derudover resulterer den progressive mitokondrielle dysfunktion i øget produktion af ROS og oxidativt stress, som igen forårsager yderligere mitokondriel forringelse og cellulær skade og i sidste ende bidrager til aldersrelateret hjertedysfunktion.20

Cistanche kan anti-aging

D-galactose (D-gal)-inducerede ældningsdyremodeller er blevet brugt i vid udstrækning til at studere aldringsmekanismer og anti-ældningseffekter af lægemidler.21 Kronisk administration af en stor mængde D-gal forårsager cellemetabolismeforstyrrelser og celleskade, som accelererer ældningsproces og til sidst forårsage strukturelle og funktionelle ændringer i det kardiovaskulære system.22 Derfor etablerede vi i den nuværende undersøgelse den D-gal-inducerede museældningsmodel for systemisk at evaluere den anti-hjerte-aldringsaktivitet af AOS og yderligere undersøge den mulige underliggende mekanisme.

2|MATERIALER OG METODER

2.1|Lægemidler og reagenser

D-galactose blev opnået fra Sigma-Aldrich. AOS blev købt fra Qingdao BZ Oligo Biotech Co., Ltd. Malondialdehyd (MDA) assaykit blev opnået fra Jiancheng Bioengineering Institute. Kanin polyklonale antistoffer mod BNP, PGC-1a, p67-phox og gp91-phox blev opnået fra Abcam Inc. Kanin monoklonale antistoffer mod natriuretiske peptider A (ANP) og SIRT3 og muse monoklonalt antistof mod p53 blev opnået fra Abcam Inc. Kanin polyklonale antistoffer mod beclin-1 og p-mTOR blev købt fra Cell Signaling Technology. Kanin polyklonalt antistof mod p21 og muse monoklonalt antistof mod p47-phox blev opnået fra Santa Cruz Biotechnology, Inc. Kanin polyklonale antistoffer mod mTOR blev købt fra Proteintech Group, Inc. Mitokondrielt ekstraktionssæt og JC{{14} } mitokondrielle membranpotentiale assaykit blev købt fra Beijing Solarbio Science &Technology Co., Ltd. TIANamp Genomic DNA-kit blev opnået fra Tiangen Biotech (Beijing) CO., LTD.cistanche penis vækstMuse mtDNA-probe PCR-kit blev købt fra Beijing Tiandz Gene Technology CO., Ltd. Gede-anti-kanin-IgG (H＋L) (peroxidase/HRP-konjugeret) og gede-anti-mus-IgG (H plus L) (peroxidase/HRP-konjugeret) blev købt fra Elabscience Biotechnology Co., Ltd. Alle andre kemikalier og reagenser blev købt fra kommercielle standardleverandører, medmindre andet er angivet.

2.2|Dyr

Han8-ugegamle C57BL/6J mus (20±2gbodyweight,n=40) blev opnået fra Jinan Pengyue Experimental Animal Breeding Co, LTD. Alle mus blev fodret med normal kost og anbragt i en 12-times lys/12-times mørke cyklus under specifikke patogenfrie (SPF) betingelser på Laboratory Animal Center i Qingdao Universitys medicinske afdeling . Alle dyreforsøgsprocedurer er i overensstemmelse med 'Guide for the Care and Use of Laboratory Animals' udgivet af US National Institutes of Health og Public Health Services politik om human pleje og brug af forsøgsdyr. Undersøgelsesprotokollerne blev godkendt af Komitéen for Etik af Dyreforsøg ved Qingdao University (godkendelsesnummer: QYFYWZLL25840).

2.3|D-gal-induceret ældningsmodel og lægemiddeladministration

Musene blev tilfældigt opdelt i fem grupper (n =8 hver gruppe): kontrol, D-gal, D-gal plus lavdosis AOS (D-gal plus AOS-50), D-gal plus mellem-dosis AOS (D-gal plus AOS-100) og D-gal plus højdosis AOS-grupper (D-gal plus AOS-150). Aldring blev induceret i C57BL/6J mus gennem subkutan injektion af D-gal (200 mg/kg, Sigma-Aldrich) i 8 uger.23,24 Kontrolmusene fik subkutan injektion af ækvivalent sterilt vand. Fire uger efter injektionen af ​​D-gal blev grupperne D-gal plus AOS-50, D-gal plus AOS-100 og D-gal plus AOS-150 administreret intragastrisk med AOS ( 50, 100 og 150 mg-kg2-d'l) i henholdsvis yderligere 4 uger. Kontrolgruppen og D-gal gruppemusene modtog intragastrisk administration af ækvivalent saltvand.

2.4|Ekkokardiografi

Ekkokardiografi blev udført på bedøvede mus ved at bruge en Vevo2100(VisualSonics) med en 30-MHz-transducer ved afslutningen af ​​eksperimentet. Følgende parametre blev målt som tidligere beskrevet: venstre ventrikel ejektionsfraktion (EF) og venstre ventrikel fraktionel forkortelse (FS).25

2,5|Histologisk analyse

Hjerteprøverne blev fikseret med 4 procent paraformaldehyd i 24 timer og derefter indlejret i paraffin og skåret i 4-um-tykke snit. H&E og Massons trikromfarvning blev brugt til at visualisere henholdsvis hjertearkitekturen og hjertefibrose. Skiverne blev undersøgt under et inverteret lysmikroskop (TE 200, Nikon). Tilsvarende data blev analyseret og beregnet af efterforskere, som var blindet for tildeling af behandlingsgruppe.

2,6|Transmissionselektronmikroskopi

Ultrastrukturen af ​​mitokondrier blev bestemt ved hjælp af transmissionselektronmikroskopianalyse. Efter den tidligere undersøgelse blev 26 friske venstre ventrikulære væv skåret i 1 mm³ blokke og fikseret i 2,5 procent glutaraldehyd i 2 timer ved 4 grader. Efter efterfiksering i 1 procent osmiumtetroxid i 2 timer ved stuetemperatur blev venstre ventrikulære væv dehydreret og derefter indlejret i harpiks. Serielle ultratynde snit (30-40 nm) blev opsamlet på kobbergitre og til sidst farvet med 0,5 procent uranylacetat efterfulgt af 1 procent blycitrat. Den ultrastrukturelle analyse af farvede snit blev bestemt under en Tecnai G2 12 transmissionselektronmikroskopi (FEI Co.).

2,7|Mitokondrielt membranpotentiale (MMP) Bestemmelse

Mitokondrielt membranpotentiale blev målt ved hjælp af JC-1 immunfluorescerende farvning og flowcytometri. Friske hjertevæv blev brugt til at forberede frosne sektioner eller ekstrahere mitokondrier. Frosne sektioner blev brugt til JC-1-immunfluorescerende farvning i henhold til producentens protokol.cistanche salsa fordeleFluorescens blev bestemt ved excitation/emission 485/580 nm (rød) og excitation/emission 485/530 nm (grøn) ved anvendelse af et fluorescensmikroskop.

Derudover blev mitokondrier isoleret fra frisk hjertevæv ved hjælp af mitokondrieekstraktionssættet i overensstemmelse med metoden udgivet af Peng et al?. Ekstraherede mitokondrier blev derefter brugt til at detektere MMP'ens integritet gennem måling af fluorescensintensiteten af ​​JC{ {2}}. Kort fortalt blev mitokondrier inkuberet med JC-1 i JC-1-analysebuffer i 10 minutter ved stuetemperatur. Carbonylcyanid m-chlorphenylhydrazon blev påført for at afbryde MMP og fungerede som positiv kontrol efter producentens instruktioner. Prøverne blev analyseret ved 488 og 575 nm ved flowcytometri under anvendelse af CellQuest Software (Becton Dickinson).

2,8|Måling af mtDNA kopiantal

Mitokondrielt DNA-kopinummer blev målt ved kvantitativ realtids-PCR (qPCR). Kort sagt blev hjertevæv homogeniseret og fjernet proteiner og RNA'er ved hjælp af proteinase K og RNaseA. De samlede DNA'er blev ekstraheret med TIANamp Genomic DNA-kit og derefter kvantificeret ved QuickDrop Spectrophotometer fra Molecular Devices (Holliston, MA). Muse mtDNA probe PCR kit blev brugt til at amplificere prøvens mtDNA ved Fluorescence PCR Detection System (Hangzhou Bioer Technology Co. Ltd). mtDNA-kopital blev beregnet ud fra qPCR-positive kontrolkurven i henhold til producentens protokol.

2,9|In situ detektion af ROS-produktion

Som tidligere beskrevet blev DHE-fluorescensfarvning udført for at evaluere in situ-niveauet af ROS-produktion.2³ Kort fortalt blev frisk hjertevæv indlejret i OCT-forbindelse og derefter straks frosset ved hjælp af en kryostat ved -20 grad. Det frosne hjertevæv blev skåret i 6-um-tykke histologiske objektglas. Hjerteskiver blev vasket med 1 x phosphatpufret saltvand (PBS) og derefter inkuberet med DHE (5 umol/L) opløsning i et lysbeskyttet befugtet kammer ved 37 grader i 30 minutter. Efter inkubation blev tværgående hjertesektioner skyllet med 1 x PBS. Til sidst blev billeder opnået med et fluorescensmikroskop, og fluorescensintensiteten blev kvantificeret af ImageJ-software af en blindtester.

2,10|Lipidperoxidationsmåling

Som de vigtigste sekundære oxidationsprodukter af lipidperoxidation blev koncentrationen af ​​malondialdehyd (MDA) i serum- og hjertehomogenater målt i henhold til instruktionerne fra MDA Assay-kit (Jiancheng Bioengineering Institute).

2.11|Western blot analyse

Hjertevæv blev homogeniseret i RIPA-buffer indeholdende phos-phatase- og proteaseinhibitorer og centrifugeret ved 12 00 rpm ved 4 grader i 20 minutter. Derefter blev supernatanten opsamlet til efterfølgende eksperimenter. Proteinkoncentrationen blev bestemt under anvendelse af et BCA-proteinassaykit. Lige store mængder proteiner blev anbragt i 10 procent SDS-PAGE gel og overført til PVDF-membraner (Roche). Membranerne blev blokeret med forseglingsopløsningen i 1 time og inkuberet med tilsvarende primære antistoffer ved 4 grader natten over. Derefter blev membraner vasket i TBS-T og inkuberet med de passende sekundære antistoffer. Efterfølgende blev membraner vasket i TBS-T og visualiseret under anvendelse af ECL Western blotting-detektionsreagenser (Bio-Rad). Proteinekspressionen blev kvantificeret ved densitometrianalyse af bånd under anvendelse af ImageJ-software. Husholdningsproteinet GAPDH blev anvendt som ladningskontrol. Fortyndingsforholdet for de primære og sekundære antistoffer blev vist som følger:ANP(1:1000),BNP(1:2000),p53(1:1000),p21 (1:1000),PGC-1 a (1:1000),SIRT3(1:1000),beclin-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), gede-anti-kanin-IgG (H ＋ L)(peroxidase /HRP-konjugeret) (1:5000) og gede-anti-mus-lgG (H＋L) (peroxidase/HRP-konjugeret) (1:5000).

2.12|Statistisk analyse

Data blev udtrykt som middel ±SEM. Statistisk signifikant blev bestemt med envejs ANOVA efterfulgt af Student-Newman Keuls (SNK)'s post hoc test.P<.05 was="" considered="" to="" be="" statistically="">

3|RESULTATER

3.1|Effekter af AOS på hjertefunktion og ekspression af aldringsmarkører i D-gal-inducerede aldrende mus

Ekkokardiografi blev brugt til at analysere hjertefunktionen af ​​mus. D-gal-inducerede aldrende mus viste et signifikant fald i EF procent og FS procent. Imidlertid forhindrede AOS signifikant hjertedysfunktion hos D-gal-inducerede aldrende mus, inklusive delvist bevaret EF-procent og FS-procent (figur 1A-C). Som vist i figur 1D-G var der ingen statistisk forskel i hjertefrekvens mellem hver gruppe. D-galactose-mus havde en tendens til at øge LVEDD (venstre ventrikulær ende-diastolisk diameter) og LVPWd (venstre ventrikulære bageste vægtykkelse ved endediastole), men der var ingen statistisk signifikant forskel sammenlignet med kontrolmusene. Imidlertid var LVESD (venstre ventrikulær endesystolisk diameter) signifikant øget i D-gal-inducerede aldrende mus, og AOS reducerede LVESD på en dosisafhængig måde. Ekspressionen af ​​ANP og BNP i hjertevæv blev bestemt ved Western blot for yderligere at verificere hjertefunktionen af ​​mus i hver gruppe. Som vist i figur 1H-I var niveauerne af ANP og BNP signifikant forøget i D-gal-inducerede aldrende mus, og AOS reducerede signifikant ANP- og BNP-niveauerne på en dosisafhængig måde. Disse data indikerede, at AOS forhindrede hjertedysfunktion i D-gal-inducerede aldrende mus. Desuden påviste vi proteinekspressionen af ​​aldringsmarkørerne p53 og p21. Som forventet var p53- og p21-proteinekspression signifikant øget i hjertevæv fra D-gal-inducerede aldrende mus, og AOS reducerede p53- og p21-ekspressionen signifikant på en dosisafhængig måde (figur 1J-K).

3.2|Effekt af AOS på hjertehistopatologiske ændringer i D-gal-inducerede aldrende mus

For at undersøge myokardiearkitekturændringerne hos mus blev hjertevævsglass farvet med hæmatoxylin og eosin (H&E). Som vist i figur 2A, sammenlignet med kontrolmusene, udviste D-gal-inducerede aldrende mus unormal myokardiearkitektur, hovedsageligt karakteriseret ved uordnet arrangement af cardiomyocytter og øget intercellulært rum mellem celler. AOS-administration reducerede det uordnede arrangement og mellemrummet mellem kardiomyocytter signifikant. H&E-farvning viste også, at venstre ventrikel-kardiomyocytareal var signifikant forøget i D-gal-inducerede aldrende mus, og AOS-behandling reducerede kardiomyocytområdet signifikant på en dosisafhængig måde (figur 2B, D).

For at afklare graden af ​​hjertefibrose blev der udført Massons tri-chrome farvning af hjertetværsnit. Som vist i figur 2C,E blev kollagenakkumulering i myokardium interstitielle og perivaskulære områder dramatisk øget i D-gal-inducerede aldrende mus. Sammenlignet med D-gal-gruppen reducerede AOS-behandling imidlertid procentdelen af ​​kollagenareal signifikant på en dosisafhængig måde (figur 2C, E). Disse data antydede, at AOS forhindrede D-gal-inducerede morfologiske ændringer og hjertefibrose i C57BL/6J-mus.

3.3|Effekt af AOS på den hjerte mitokondrielle ultrastruktur af D-gal-inducerede aldrende mus

Vi brugte derefter transmissionselektronmikroskopi til at detektere ændringen af ​​hjertets mitokondrielle ultrastruktur. Som vist i figur 3 var kardiomyocytmitokondrierne fra kontrolmus strukturelt normale og viste tydeligt skelnelige cristae og elektrongennemsigtig matrix. Nogle kardiomyocytmitokondrier fra D-gal-mus var imidlertid forstørrede, hævelse og delvist tab af cristae, og AOS-behandling forhindrede ødelæggelsen af ​​den hjertemitokondrielle ultrastruktur i D-gal-inducerede aldrende mus.

3.4|Effekt af AOS på hjerte-MMP af D-gal-inducerede aldrende mus

Som en vigtig determinant for mitokondriers funktionelle tilstand blev MMP målt ved hjælp af JC-1 fluorescensfarvning og flowcytometri. Generelt, når mitokondriers membranpotentiale er højt, aggregerer JC-1 i mitokondrier og udsender rød fluorescens, mens JC-1 eksisterer som en monomer i cytosol og udsender grøn fluorescens, når mitokondrier med lavt membranpotentiale.29 Så forholdet mellem rød fluorescens og grøn fluorescens kunne afspejle intensiteten af ​​MMP. Som vist i figur 4A-B indikerede JC-1 fluorescensfarvningsresultat, at niveauet af hjerte-MMP i D-gal-inducerede aldrende mus var dramatisk lavere end i kontrolmus, og AOS-administration beskyttet mod D- galactose-medieret fald af MMP. I

3,5|Effekt af AOS på mitokondriel biogenese og autofagi proteinekspression i hjerterne af D-gal-inducerede aldrende mus

Vi brugte Western blot til at bestemme proteinekspressionen af ​​mi-tokondriel biogenesemarkør PGC-1a. Som forventet blev et signifikant fald i PGC-1o-proteinekspression observeret i hjertevæv hos D-gal-inducerede aldrende mus, og AOS øgede signifikant PGC-1a-ekspressionen i en dosisafhængig måde (figur 5A-B). Undersøgelser har vist, at SIRT3 spiller en vigtig rolle i at opretholde mitokondriel bioenergetik. Derfor detekterede vi yderligere SIRT3-ekspressionen i hjertevæv. Vores resultat viste, at et signifikant fald i SIRT3-proteinekspression i D-gal-inducerede aldrende mus og AOS signifikant øgede SIRT3-proteinekspression på en dosisafhængig måde (figur 5C-D). Desuden viste mtDNA-probe PCR-resultater, at mtDNA-kopitallet var signifikant faldet i D-gal-inducerede aldrende mus, og AOS øgede mtDNA-kopitallet signifikant på en dosisafhængig måde (figur 5E). Disse data indikerede, at AOS opregulerede den mito-kondrielle biogenese i D-gal-inducerede aldrende mus.

Vi brugte derefter Western blot til at bestemme ekspressionen og phosphoryleringen af ​​kritiske autofagiregulatorer i hjertevæv. Som vist i figur 5F-I blev et signifikant fald i beclin-1-proteinekspression og en signifikant stigning i mTOR-phosphorylering observeret i hjertevæv fra D-gal-inducerede aldrende mus. Som forventet øgede AOS signifikant beclin-1-ekspressionen og reducerede mTOR-phosphoryleringen på en dosisafhængig måde.

3,6|Effekt af AOS på ROS-produktion og oxidativ stress i hjerterne hos D-gal-inducerede aldrende mus

Vi bestemte ROS-produktion i hjerterne ved hjælp af DHE-fluorescensfarvning. Som vist i figur 6A-B fandt vi, at venstre ventrikulær cardiomyocyt DHE fluorescensintensitet var signifikant forbedret i D-gal-inducerede aldrende mus, og AOS reducerede den venstre ventrikulære cardiomyocyt DHE fluorescens intensitet signifikant.

For at undersøge effekten af ​​AOS på oxidativ stressstatus i hjerterne af D-gal-inducerede aldrende mus brugte vi Western blot til at bestemme proteinekspressionen af ​​NADPH-oxidase i hjertevæv. NADPH-oxidaseunderenheden p47-phox,p67-phox og gp91-phox-ekspression var signifikant øget i D-gal-inducerede aldrende mus. AOS reducerede imidlertid ekspressionen af ​​disse NADPH-oxidaseunderenheder på en dosisafhængig måde (figur 6C-D).

Da MDA betragtes som en formodet biomarkør for lipidperoxidation i levende organismer, opdagede vi desuden MDA-koncentration for at evaluere oxidativ stressstatus in vivo. Som vist i figur 6E-F blev øget oxidativ stressstatus i D-gal-inducerede aldrende mus bekræftet af højere koncentration af MDA i serum- og hjertehomogenater. Administration af AOS reducerede MDA-niveauer på en dosisafhængig måde sammenlignet med D-gal-gruppen. Samlet indikerede disse data, at AOS signifikant reducerede ROS-produktionen og oxidativ stressstatus i D-gal-inducerede aldrende mus.

4|DISKUSSION

Aldring er en kronisk og multiorgan-relateret systemisk forandring af organismen. De stigende aldersrelaterede hjerte-kar-sygdomme og den deraf følgende økonomiske byrde er blevet en fremherskende verdensomspændende udfordring.30,31 Derfor skal de molekylære mekanismer bag hjertealdring undersøges dybt, og nye anti-aldringsinterventioner vil være af stor betydning i forbedring af helbredet samt forsinket hjerteinsufficiens forårsaget af aldring.

Alginat er en lineær copolymer af polysaccharider udvundet af brune havalger. På grund af dets høje molekylvægt og viskositet er det vanskeligt for alginat at krydse cellemembraner og biologiske barrierer, hvilket begrænser dets udnyttelse. AOS, afledt af hydrolyse af alginat, har tiltrukket sig stigende opmærksomhed på grund af dets lavere molekylvægt og viskositet. AOS er en vandopløselig, ikke-toksisk, ikke-immunogen og biologisk nedbrydelig forbindelse og har meget bedre biologiske aktiviteter end alginat.' Beviser tyder på, at AOS, som et antioxidant oligosaccharid, har evnen til at beskytte neurodegenerative sygdomme og akut doxorubicin kardiotoksicitet ved at hæmme endoplasmatisk retikulumstress og oxidativt stress.5 Nylige undersøgelser har vist, at marine-afledt AOS viser lovende biologisk aktivitet til at reducere hyperlipidae-mia, hyperglykæmi og hypertension og undertrykkelse af fedme.27 AOS's evne til at beskytte mod aldring er dog ikke blevet påvist.

Tidligere undersøgelser viser, at aldrende hjerte udviser unikke histologiske og funktionelle egenskaber, herunder progressiv hjerte-remodellering og forværring af hjertereserve.25,32 Intrinsisk hjertealdring kan i sidste ende resultere i øget sårbarhed over for forskellige stressfaktorer og fremme udviklingen af ​​kardiovaskulære sygdomme . D-gal-inducerede modeller for tidlig aldring udviser lignende fænotyper af hjerteændringer sammenlignet med naturlig aldring hos gnavere.*4 I denne undersøgelse påviste vi, at D-gal-inducerede aldrende mus udviste unormal myokardiearkitektur og øget kollagenakkumulering i myokardium interstitial og perivaskulære regioner, og AOS-administration hæmmede hjerteomdannelsen induceret af D-gal i C57BL/6J-mus. I mellemtiden fandt vi ud af, at AOS forhindrede hjertedysfunktion i D-gal-inducerede aldrende mus, inklusive delvist bevaret EF-procent og FS-procent, og reducerede ekspressionen af ​​ANP og BNP. Ekkokardiografi blev også brugt til at analysere hjertestrukturændringer hos mus. D-galactose mus havde en tendens til at øge LVEDD og LVPWd, men der var ingen statistisk signifikant forskel sammenlignet med kontrolmusene. Imidlertid var LVESD signifikant øget i D-gal-inducerede aldrende mus, og AOS reducerede LVESD på en dosisafhængig måde. Årsagen til dette fænomen kan være, at D-galactose efterligner accelereret aldringsmodel har en relativt kort modelleringstid, hvilket hovedsageligt påvirker mitokondriefunktionen som vist nedenfor og fører til hjertedysfunktion. Større hjertestrukturændringer forekom, men resulterede ikke i statistisk signifikante forskelle. Derudover viste vores data også, at AOS-administration signifikant reducerede aldringsmarkørerne p53 og p21-ekspression på en dosisafhængig måde. For yderligere at udforske de mulige mekanismer, der bidrager til anti-aldringsbeskyttelsesevnen af ​​AOS, blev det aldersrelaterede mitokondrielle kompromis analyseret.

Hjertet indeholder talrige mitokondrier baseret på dets ekstraordinære efterspørgsel efter ATP. Mitokondrier genererer ATP gennem oxidativ phosphorylering af fedtsyrer og kulhydrater. Derudover dannes der også konstant frie radikaler under denne proces. Det er værd at bemærke, at mitokondriel homeostase er afgørende for at opretholde funktionen og levedygtigheden af ​​cardiomyocytter.3 grader Uafhængige undersøgelser i det aldrende hjerte har faktisk vist, at kardiomyocytmitokondrier bliver svækket under aldring.3738 Den ultrastrukturelle morfometriske analyse af ældre gnavere myokardium viser tilstedeværelsen af ​​forstørrede og hævede mitokondrier med matrixforstyrrelser og tab af cristae." I denne undersøgelse, sammenlignet med kontrolmusene, var nogle cardiomyocytmitokondrier fra D-gal mus forstørrede, hævelse og delvist tab af cristae. AOS-behandling lindrede ødelæggelsen af ​​hjerte-mitokondrie-ultrastrukturen i D-gal-inducerede aldrende mus. Parallelt hermed inducerede D-gal et signifikant fald i niveauet af hjerte-MMP, og AOS-administration beskyttede mod D-gal-medieret fald i MMP Disse resultater indikerede, at AOS forhindrede hjertemitokondrierne i at blive ødelagt i D-gal-inducerede aldrende mus.

Det er blevet bemærket, at flere kompromitterede mitokondrielle processer er impliceret i patogenesen af ​​ældet hjerte, herunder ændringen af ​​mitokondriel biogenese og fjernelse. I mellemtiden øger mitokondriel dysfunktion og svækket fjernelse af ødelagte mi-tokondrier på sin side sårbarheden over for stressskader af det gamle hjerte." Mitokondriel biogenese reguleres hovedsageligt af et sæt nuklear kodede coaktivatorer og transkriptionsfaktorer. Peroxisomproliferator-aktiveret receptor y coactivator 1a (PGC-1a), som er afgørende for at opretholde energihomeostase, har vist sig at spille en nøglerolle i regulering af mitokondriel biogenese og funktion.4 Nedsat PGC-1et udtryk og aktivitet er blevet forbundet til bil-diac aldring og udvikling af hjertesvigt."2 Tidligere undersøgelse viser, at aldersrelateret p53-aktivering direkte resulterer i mi-tokondriel kompromis ved at undertrykke adskillige masterregulatorer af mitokondriel biogenese, herunder PGC-1a. 43 Akkumulerende beviser tyder også på, at aktiveringen af ​​PGC-1o ved farmakologisk eller genetisk intervention forhindrer de ældningsrelaterede ændringer i hjertet." Sirtuins (SIRT'er) er anerkendt som ikke-undværlige regulatorer af aldringsprocessen. SIRT3, lokaliseret i mitokondriematrixen, spiller en vigtig rolle i at opretholde mitokondriel bioenergetik, modulere mitokondriel metabolisme og regulere levetiden. Sirt3-mangel har vist sig at føre til hjerteabnormaliteter og forringe mitokondriel bioenergetik hos mus. 45 I denne undersøgelse viste vi, at et signifikant fald i PGC-1a- og SIRT3-proteinekspression blev observeret i hjertevæv hos D-gal-inducerede aldrende mus, og AOS øgede PGC-1a signifikant. og SIRT3-proteinekspression på en dosisafhængig måde. Desuden viste mtDNA-probe PCR-resultatet, at mtDNA-kopitallet var signifikant fald i D-gal-inducerede aldrende mus, og AOS øgede mtDNA-kopitallet signifikant på en dosisafhængig måde. Tilsammen indikerede disse data, at AOS opregulerede den mitokondrielle biogenese i D-gal-inducerede aldrende mus.

Som nævnt ovenfor er effektiv fjernelse af svækkede mitokondrier afgørende for opretholdelsen af ​​cardiomyocytes homeostase. Den velkendte mekanisme, hvorved mitokondrier vendes, er gennem autofagi. Det foreslås, at autofagi spiller en kritisk rolle i reguleringen af ​​hjertehomeostase i basal tilstand såvel som som reaktion på stress.46,47 Imidlertid er autofagi generelt nedreguleret i det aldrende hjerte. Lavere niveau af autofagi under ældningsprocessen reducerer nedbrydningen af ​​ødelagte organeller og giftige proteiner og inducerer akkumulering af dysfunktionelle og unormale mitokondrier, som i sidste ende resulterer i global hjertedysfunktion. Stimulering af autofagi har vist sig at forbedre hjertefunktionen i gnavermodeller ved at fjerne dysfunktionelle mitokondrier og derved optimere det overordnede cellulære miljø og i sidste ende lindre ældningsassocieret patologi i hjertet.48 I denne undersøgelse påviste vi, at autofaginiveauet reduceredes signifikant i hjertet. væv fra D-gal-inducerede aldrende mus og AOS øgede autofagi-niveauet signifikant på en dosisafhængig måde. Disse ændringer afslørede, at AOS forbedrede den effektive fjernelse af aldersrelaterede svækkede mitokondrier gennem opregulerende autofagi. Som tidligere diskuteret forekommer hovedparten af ​​ROS-produktion, genereret fra mitokondrielle elektrontransportkæde (ETC) komplekser, som et biprodukt af mitokondriel oxidativ fosforylering.4 Eksperimentelle beviser indikerer, at de beskadigede mitokondrier i løbet af aldring genererer øgede mængder af ROS, forbedre frie radikaler-påført skade og i sidste ende føre til en progressiv fremad-feedback-spiral af mitokondrielt henfald.4 Dette inducerer igen mere ROS gennem skade på ETC, hvilket inducerer yderligere ROS-produktion og i sidste ende fører til bioenergetisk svigt . Ud over ETC er nikotinamidadenindinukleotidphosphat (NADPH)-oxidase en vigtig ekstramitokondriel kilde til ROS, som kan være ansvarlig for oxidativt stress under ældningsprocessen og forværre den oxidative skade på mitokondrier. Ud over disse mekanismer har nyere undersøgelse også vist, at lavere mitokondriel ROS-generering bidrager til at producere et lavt niveau af mtDNA steady-state skade.47 En højere mitokondriel baseudskæringsreparation (BER) og en lav mitokondriel skade på langlivede pattedyr i generelt bidrager til deres overlegne levetid. En nylig rapport viser, at NADPH-oxidasehæmmer undertrykker mitochondrial dysfunktion i den ventrale cochleære kerne af D-gal-inducerede aldrende rotter. MDA betragtes som en formodet biomarkør for lipidperoxidation i levende organismer, og MDA-koncentration kan bruges til at evaluere oxidativ stressstatus in vivo. I denne undersøgelse fandt vi, at administration af AOS svækkede ROS-produktion, nedregulerede ekspressionen af ​​NADPH-oxidase og reducerede niveauet af MDA i D-gal-inducerede aldrende mus. Vores nuværende resultater antydede, at AOS effektivt reducerede den oxidative stress-status i D-gal-inducerede aldrende mus, hvilket kan være en anden vigtig beskyttende faktor for AOS for at lindre mitokondriel skade.

I denne undersøgelse præciserede vi først, at AOS lindrer D-gal-induceret hjertealdring ved at forbedre mitokondriel biogenese, opretholde mitokondriel integritet og forbedre den effektive fjernelse af svækkede mitokondrier i C57BL/6J mus. Derudover reducerer AOS også ROS-produktionen og oxidativ stress-status, hvilket igen hæmmer hjerte-mitokondrier i at blive ødelagt. AOS kan være et effektivt terapeutisk middel til at lindre hjertealdring. I denne undersøgelse brugte vi kun hanmus og undersøgte ikke kønsforskelle på virkningerne af AOS. Det er meget interessant, at dendritiske cellespecifikke intercellulære adhæsionsmolekyle-3-greb ikke-integrin (DC-SIGN) ligand 1 (DSCL1, et anti-inflammatorisk middel) behandling reducerer makrofagpolarisering og diastolisk dysfunktion i det aldrende kvindelige, men ikke mandlige musehjerte.52 Denne artikel antyder, at det ville være af stor betydning at sammenligne kønsforskelle i fremtidige undersøgelser.

Som konklusion antydede vores resultater, at AOS lindrede D-gal-induceret hjertealdring via regulering af myokardiemitokondriers funktion og integritet hos mus. AOS udviser en bred vifte af lovende biologiske aktiviteter og kan være et effektivt terapeutisk middel til at lindre hjertealdring.

Denne artikel er uddraget fra J Cell Mol Med. 2021;25:7157-7168. wileyonlinelibrary.com/journal/jcmm|7157