Molekulárny dôkaz inhibičného potenciálu melatonínu proti starnutiu spôsobenému NaAsO2 u samcov potkanov

Kontaktujteoscar.xiao@wecistanche.compre viac informácií

Abstraktný:Otrava arzénom (As) je rozšírená v dôsledku vystavenia znečisteniu. Toxická hladina (As)spôsobuje starnutie spôsobené oxidačným stresom a poškodenie tkanív. Keďže melatonín (MLT) má antioxidačné a anti-aging vlastnosti, zamerali sme sa na vyhodnotenie ochranného účinku MLT proti toxicite arzénu sodného (NaAsO2). Zdravé samce NMRI myší boli rozdelené do ôsmich rôznych skupín. Kontrolná skupina dostala štandardnú pravidelnú stravu. Ostatné skupiny boli liečené rôznymi diétami, vrátane samotného MLT, NaAsO2 a NaAsO2 plus MLT. Po jednom mesiaci liečby boli vykonané biochemické a patologické testy na vzorkách krvi, srdca a pľúcneho tkaniva. tiež sa zvýšili hladiny TNF-α, 8-hydroxy-2-deoxy guanozínu (8OHdG), malondialdehydu (MDA), reaktívnych druhov kyslíka (ROS) a boxu 1 (HMGB1) skupiny s vysokou pohyblivosťou, zvýšila sa expresia mRNA a telomerázovej reverznej transkriptázy spojenej s TNF receptorom 1 (TRADD) a telomerázovej reverznej transkripázy a znížila expresiu Klotho (KL)mRNA v plazme aj tkanivách. Naproti tomu MLT znížila MDA, ROS, HMGB1, laktát a TNF-α zlepšila mRNA expresiu KL a potlačila mRNA expresiu génov TERT a TRADD. MLT teda poskytuje silnú ochranu pred poškodením tkaniva indukovaným NaAsO2 a oxidačným stresom.

Kliknite sem a dozviete sa viac

Kľúčové slová:starnutie; Klotho; Melatonín; arzén sodný; TERT; TRADD

1. Úvod

Arzén je metalloid a toxín číslo jedna na zozname prioritných kontaminantov Agentúry Spojených štátov pre ochranu životného prostredia (USEPA) [1]. Zostáva jednou z najdôležitejších znečisťujúcich látok v podzemných vodách [2]. Jeho koncentrácia v pitnej vode vyššia ako 50 μg/l sa nepovažuje za bezpečnú pre verejné zdravie, ale takéto hladiny sú stále bežné v mnohých krajinách [1]. Bol tiež zistený v niekoľkých kozmetických, kožných, tvárových, vlasových a bylinných výrobkoch. Absorbuje sa priamo do krvného obehu cez kožu a potom sa hromadí v tele, čo spôsobuje toxické účinky v rôznych orgánoch[ 3]. Inaktivácia približne 200 enzýmov spôsobuje akútnu a chronickú toxicitu arzénu; mnohé z nich sa podieľajú na bunkových energetických dráhach a na syntéze a oprave DNA.predĺženie životnosti cistancheNevoľnosť, vracanie, bolesť žalúdka a hnačka sú príkladmi akútnej toxicity, zatiaľ čo chronická toxicita môže viesť k multisystémovým ochoreniam a rakovine postihujúcej viaceré orgány. Arzén je cytotoxický, mutagénny a genotoxický, pretože spôsobuje oxidačné poškodenie DNA, znižuje antioxidačné enzýmy a vytvára reaktívne druhy kyslíka (ROS). Aktivácia telomerázy je rozhodujúcim krokom v progresii rakoviny ľudí. Telomeráza reverzná transkriptáza (TERT) gén transkripčná represia jeho katalytickej časti ho udržuje ticho v zdravých bunkách [6,7]. Ako klastogénne činidlo, arzén znižuje expresiu telomerázy a dĺžku telomér, spôsobuje apoptózu, nekrózu a tvorbu ROS a vyvoláva bunkovú smrť [8].

Cistanche môže proti starnutiu

Melatonín (MLT), hormón vylučovaný epifýzou, hrá zásadnú úlohu v cirkadiánskej regulácii. Má tiež antioxidačné, anti-aging, imunomodulačné a rakovinotvorné účinky [9,10]. MLT pomáha predchádzať bunkovému starnutiu tým, že zachytáva radikály a znižuje oxidačné poškodenie mitochondrií. MLT tiež pomáha pri znižovaní genotoxického poškodenia periférnej krvi u potkanov vyvolaného mitomycínom-C[11]. MLT môže inhibovať proliferáciu buniek rakoviny prsníka a angiogenézu, inváziu rakovinových buniek a funkciu telomerázy [ 12]. MLT znižuje aktivitu telomerázy v nádorových bunkách a mRNA expresiu podjednotiek TERT a TR, obnovuje funkciu telomerázy [13,14]. Dôkazy naznačujú, že expozícia MLT môže hrať úlohu pri prevencii starnutia spôsobeného oxidačným stresom. Táto štúdia je navrhnutá tak, aby vyhodnotila, či liečba MLT môže chrániť pred oxidačným stresom vyvolaným starnutím vyvolaným arzenitom sodným (Na AsO,).

Arzén spôsobuje genotoxicitu v ľudskej periférnej krvi, zatiaľ čo spoločná liečba MLT významne znižuje genotoxické opatrenia [15] a poškodenie mozgového tkaniva [16,17].cistanche nzŠtúdie in vitro ukázali, že MLT znižuje autofágiu indukovanú arzenitom a podporuje mitochondriálnu biogenézu v primárnych kultivovaných neurónoch[ 18]. Liečba MLT znižuje prozápalové cytokíny, čo naznačuje, že môže chrániť CNS pred oxidačným stresom vyvolaným arzénom, poškodením DNA a apoptózou [19]. MLT tiež preukázala ochranné účinky proti metabolickej toxicite vyvolanej arzénom [20], toxicite pečene/obličiek vyvolanej arzénom a poraneniu semenníkov vyvolaným arzénom [21]. Tieto štúdie ukazujú, že MLT chráni pred toxicitou vyvolanou arzénom v krvi, pečeni, obličkách a semenníkových tkanivách. Cieľom tejto štúdie je vyhodnotiť, či liečba ML chráni srdcové a pľúcne tkanivá pred oxidačným stresom vyvolaným starnutím vyvolaným arzenitom sodným (NaAsO,) ako potenciálny ochranný účinok MLT proti starnutiu spôsobenému arzénom v týchto tkanivách, ktoré ešte neboli preskúmané.

2. Výsledky

2.1. Celkový tkanivový arzén pomocou indukčne viazaného plazmatického hmotnostného spektrometra

Koncentrácie As vo vzorkách srdca a pľúcneho tkaniva vystavených 1/2,1/3 a 1/10 LD50 NaAsO s liečbou MLT a bez nej sú uvedené v tabuľke 1. Zistilo sa, že celková koncentrácia as tkaniva sa zvýšila v srdcovom aj pľúcnom tkanive spôsobom závislým od dávky v porovnaní s kontrolnou skupinou. Na druhej strane sa ukázalo, že liečba MLI znižuje koncentráciu tkaniva As.

Biomarkery oxidačného namáhania

Malondialdehyd (MDA) je známy ako jeden z kľúčových markerov pre hodnotenie oxidačného stresu. Ako vysoko kvalitný toxikant je táto chemická zlúčenina vedľajším produktom bunkovej peroxidácie lipidov [22]. Vzorky srdca a pľúc boli vyšetrené po liečbe rôznymi dávkami samotného NaAsOzu alebo v kombinácii s MLT na posúdenie biomarkerov oxidačného stresu. Vo vzorkách srdca aj pľúc sme zistili podobnú úroveň oxidačného stresu s rôznym množstvom NaAsO2 (1/2,1/3 a 1/10 LD50). Medzi úrovňami MDA kontrolných skupín a skupinami MLT nebol žiadny štatistický rozdiel. Významné zvýšenie hladín MDA v 1/10 závislé od dávky (obe<0.05），1 （both=""><0001）， and="" ld50="" （both=""><0001）naaso2 groups="" was="" observed,="" in="" contrast="" to="" the="" control="" and="" mlt="" groups.="" however,="" mlt="" treatment="" prevented="" the="" increase="" in="" naaso2-induced="" mda="" levels="" in="" both="" heart="" and="" lung="" samples="" compared="" to="" the="" +ld50="" naaso2="" group.="" a="" significant="" decrease="" in="" mda="" levels="" in="" the="" mlt="" +="" naaso2="" group="" was="" observed.="" these="" findings="" indicate="" that="" exposure="" to="" mlt="" can="" help="" reverse="" higher="" oxidative="" stress="" levels="" caused="" by="" naaso2="" (table="">

2.3. Druhy reaktívneho kyslíka

Reaktívne druhy kyslíka (ROS) patria do derivátov kyslíka; poškodzujú bunkové funkcie a majú toxické účinky. Molekuly ROS sa skladajú z jedného kyslíka a niekoľkých nepárových elektrónov počas zápalu[ 23]. Vzorky srdca a pľúc boli vyšetrené po liečbe rôznymi dávkami NaAsO, samostatne alebo v kombinácii s MLT na posúdenie reaktívnych druhov kyslíka. Vo vzorkách srdca aj pľúc sme zistili podobné hladiny ROS s rôznym množstvom NaAsO(1/2,1/3 a 1/10 LD50). Medzi úrovňami ROS kontroly a skupinami MLT nebol žiadny štatistický rozdiel.veľkosť cistanchového penisuVýznamné zvýšenie roslevelov 1/10, 1/3 aLD50 NaAsO závislých od dávky (allp)<0.0001)was observed,="" in="" contrast="" to="" the="" control="" and="" mlt="" groups.="" however,="" mlt="" treatment="" prevented="" the="" increase="" in="" naaso2-induced="" ros="" levels="" in="" both="" heart="" and="" lung="" samples="" compared="" to="" the'="" ld50="" naaso2="" group.="" a="" significant="" decrease="" in="" ros="" levels="" in="" the="" mlt+="" naaso,="" group="" (all=""><0.0001)was observed.="" these="" findings="" indicate="" that="" exposure="" to="" mlt="" can="" help="" reverse="" the="" increase="" in="" reactive="" oxygen="" species="" levels="" caused="" by="" naaso2="" (table="">

2.4. Prozápalový TNF-& cytokín

Jedným zo základných prozápalových cytokínov v počiatočnom štádiu zápalu je faktor nekrózy nádoru-alfa(TNF-α). Tento cytokín sa uvoľňuje z makrofágu, keď sa iniciuje zápalová cesta, ktorá spôsobuje bunkovú dysfunkciu. TNF-α je mediátor imunitného systému v reakcii na vnútorné alebo vonkajšie patogény [24]. Vzorky plazmy boli vyšetrené po ošetrení rôznymi dávkami NaAsO, samostatne alebo v kombinácii s MLT na posúdenie TNF-c. Nebol tam žiadny štatistický rozdiel v úrovniach TNF-o kontrolných skupín a SKUPÍN MLT. Významné zvýšenie hladín TNF-α 1/10,1/3 a 5 LD50 NaAsO závislých od dávky (všetky p<0.0001)was observed,="" in="" contrast="" to="" the="" control="" and="" mlt="" groups.="" however,="" mlt="" treatment="" prevented="" the="" increase="" in="" naaso2-induced="" tnf-α="" levels="" compared="" to="" the}="" ld50="" naaso2="" group.="" a="" significant="" decrease="" in="" tnf-α="" levels="" in="" the="" mlt+="" naaso2="" group="" was="" observed.="" these="" findings="" indicate="" that="" exposure="" to="" mlt="" can="" help="" reverse="" the="" increase="" in="" tnf-α="" levels="" caused="" by="" naaso2="" (figure="">

2.5. Úroveň skupiny s vysokou mobilitou

Box skupiny s vysokou pohyblivosťou1 (HMGB1), konzervovaný jadrový proteín a neskorý mediátor zápalových ciest, má regulačnú úlohu pri poškodení buniek počas zápalu [25]Vzorky srdca a pľúc boli vyšetrené na hladinu HMGB1. Nezistil sa žiadny štatisticky významný rozdiel medzi úrovňami kontroly HMGB1 a skupinami MLT. V porovnaní s kontrolnými skupinami a skupinami MLT došlo k výraznému zvýšeniu hladín HMGB1 v skupine LD50 NaAsO2 (obe p<0.0001） was="" observed.="" however，="" compared="" to="" the号ld50="" naaso,="" group,="" mlt="" treatment="" prevented="" the="" increase="" in="" naaso2-induced="" hmgb1="" levels="" in="" both="" heart="" and="" lung="" samples.="" a="" significant="" decrease="" in="" levels="" of="" hmgb1="" was="" observed="" in="" the="" mlt+="" naaso2="" group.="" these="" results="" show="" that="" exposure="" to="" mlt="" will="" help="" reverse="" high="" levels="" of="" hmgb1="" induced="" by="" naaso2="" (figure="">

2.6.8-Hladiny hydroxy-2-deoxyguanozínu

8-hydroxy-2-deoxy guanozín (8-OHG) je produkt oxidácie DNA, ktorý sa vytvára ako oxidačný stresový marker. Environmentálne faktory ovplyvňujú hydroxyláciu guanosínu [26]. Vzorky plazmy boli vyšetrené po ošetrení rôznymi dávkami NaAsO, samostatne alebo v kombinácii s MLT na posúdenie 8OHdG. Medzi úrovňami kontroly 8OHdG a skupinami MLT nebol žiadny štatistický rozdiel. Významné zvýšenie hladín 8OHdG v skupinách 1/2 a 1/3 LD50 NaAsO(obe<0.0001)were observed,="" in="" contrast="" to="" the="" control="" or="" mltgroup.="">cistanchový prášokLiečba MLT však zabránila zvýšeniu hladín 8OHdG indukovaných NaAsO v porovnaní so skupinou LD50 NaAsO. Pozoroval sa významný pokles hladín 8OHdG v skupine MLT+ NaAsO2. Tieto zistenia naznačujú, že expozícia MLT môže pomôcť zvrátiť oxidačné poškodenie DNA spôsobené NaAsO(obrázok 3).

2.7.Hladiny laktátu

Syntéza laktátu sa zvyšuje počas zhoršenej bunkovej funkcie a zvýšenia anaeróbnych reakcií. Zvýšená hladina laktátu je indikátorom poškodenia mitochondrií a hypoperfúzie tkaniva [27]. Vzorky srdca a pľúc boli vyšetrené po liečbe rôznymi dávkami NaAsO, samostatne alebo MLT na posúdenie laktátu. Zistili sme rôzne hladiny laktátu vo vzorkách srdca a pľúc. Medzi hladinami laktátu v kontrolnej skupine a skupinami MLT nebol žiadny štatistický rozdiel.

Na rozdiel od kontrolnej alebo MLT skupiny sa pozorovalo významné zvýšenie hladín laktátu v skupinách 1/10,1/3 aLD50 NaAsO2. Liečba MLT však zabránila zvýšeniu hladiny laktátu indukovanej NaAsO2 vo vzorkách srdca aj pľúc v porovnaní so skupinami (allp) 1/10 LD50 NaAsO2 a} LD50 NaAsO.<0.0001). a="" significant="" decrease="" in="" lactate="" levels="" in="" the="" mlt+="" naaso2="" group="" was="" observed.="" these="" findings="" indicate="" that="" exposure="" to="" mlt="" can="" help="" reverse="" increased="" lactate="" levels="" caused="" by="" naaso,(table="">

2.8.Spätná transkripcia v reálnom čase PCR pre génovú expresiu

V prítomnosti (zmena záhybu 0,09) a 1/3 (zmena záhybu 0,23)LD50 NaAsO2 (obe p<0.0001), the="" mrna="" expression="" level="" of="" the="" anti-aging="" kl="" gene="" in="" the="" heart="" samples="" was="" significantly="" downregulated="" compared="" to="" the="" control="" (fold="" change="" 1.02)="" or="" mlt="" (fold="" change="" 1.02)groups(both=""><0.0001). on="" the="" other="" hand,="" mlt="" treatment="" tended="" to="" reduce="" the="" effects="" of="" naasoz,="" as="" demonstrated="" by="" the="" higher="" mrna="" expression="" levels="" of="" kl="" genes="" in="" all="" treatment="" groups=""><0.0001) compared="" to="" the="" +ld50="" naaso2="" group.="" in="" the="" +,="" 1/3,="" and="" 1/10ld50="" naaso2+mlt="" treatment="" groups,="" the="" mrna="" kl="" gene="" expression="" level="" increased="" compared="" to="" the="" +ld50="" naasoz="" group="" (all=""><0.0001). tert="" is="" a="" telomerase="" catalytic="" subunit="" that,="" along="" with="" the="" telomerase="" rna="" component="" (terc),="" forms="" the="" fundamental="" unit="" of="" the="" telomerase="" complex.="" in="" normal="" cells,="" tert="" gene="" expression="" is="" inactive="" or="" very="" low.="" in="" comparison="" to="" the="" control="" (fold="" change="" 1.00)="" and="" mlt="" (fold="" change="" 0.92）="" groups，="" we="" observed="" that="" exposure="" to="" （fold="" change="" 2.54）and="" 1/3（fold="" change="" 2.30）ld50="" naaso2="" (both=""><0.001)significantly doubled="" tert="" gene="" mrna="" expression.="" on="" the="" other="" hand,="" mlt="" exposure="" tended="" to="" minimize="" and="" normalize="" tert="" overexpression="" in="" the="" treatment="" groups.="" the="" +="" and="" 1/10ld50="" naaso2="" +="" mlt="" treatment="" groups="" had="" significantly="" decreased="" mrna="" tert="" gene="" expression="" (both=""><0.001). tradd="" is="" a="" human="" adaptor="" protein="" responsible="" for="" programmed="" cell="" death="" and="" is="" encoded="" by="" the="" tradd="" gene.="" similar="" to="" tert,="" in="" comparison="" to="" the="" control="" (1.03-fold)="" and="" mlt="" (1.02-fold)="" groups,="" we="" observed="" that="" exposure="" to="" （1.81-fold）="" and="" 1/3（1.56-fold）ld50="" naaso2（both=""><0.05）significantly increased="" tradd="" gene="" mrna="" expression.="" when="" compared="" to="" the="" ld50="" naaso2="" group，="" mlt="" treatment="" reduced="" tradd="" gene="" mrna="" expression="" by="" 1.16="" and="" 1.09-fold="" in="" the="" +="" and="" 1/10="" ld50="" naaso2+mlt="" treatment="" groups="" (both=""><0.05)(figure>

2.9.Histologické hodnotenia srdcových a pľúcnych tkanív

Reprezentatívne výsledky histologickej analýzy srdcových a pľúcnych tkanív získaných z potkanov liečených melatonínom a NaAsOzom v dávkach 1/2,1/3,1/10 sú uvedené na obrázku 5. Akékoľvek zmeny, vrátane preťaženia, akútnej zápalovej reakcie, nekrózy, krvácania alebo hyperémie, boli porovnávané v rôznych skupinách. Mikrografy srdcového a pľúcneho tkaniva z dávok 1/3 a 1/10 boli normálne bez akýchkoľvek histopatologických zmien. Histopatologické hodnotenie skupiny, ktorej bola podaná 1/2 dávky arzénu, ukázalo nekrózu myokardových buniek.extrakt z cistanche salsy,Avšak v skupine s 1/2 dávkou, ktorá tiež dostávala melatonín, bolo zrejmé menej nekrózy srdcového tkaniva. V porovnaní so skupinou, ktorá dostávala melatonín a 1/2 arzénu v pľúcach, skupina, ktorá dostávala iba 1/2 arzénu, vykazovala viac hyperémie, edému a zápalovej infiltrácie buniek.

Tento článok je extrahovaný z Molekúl 2021, 26, 6603. https://doi.org/10.3390/molecules26216603 https://www.mdpi.com/journal/molecules