Neuroprotektívne výhody cvičenia a MitoQ na funkciu pamäte, mitochondriálnu dynamiku, oxidačný stres a neurozápal u starnúcich potkanov vyvolaných D-galaktózou, časť 1

Abstrakt:

Cvičenie a antioxidanty majú zdravotné výhody, ktoré zlepšujú kognitívne poruchy a môžu pôsobiť synergicky. V tejto štúdii sme skúmali účinky cvičenia na bežeckom páse (TE) a antioxidačného menachinónu zacieleného na mitochondrie (MitoQ), jednotlivo alebo v kombinácii, na učenie a pamäť, mitochondriálnu dynamiku, aktivitu NADPH oxidázy a neurozápal a antioxidačnú aktivitu v hipokampe D- starnúce krysy vyvolané galaktózou.

Antioxidanty sú látky, ktoré bojujú proti voľným radikálom. Pomáhajú telu predchádzať oxidácii buniek. Oxidácia buniek môže viesť k rôznym chorobám, vrátane Alzheimerovej choroby.

Ako sa trend starnutia populácie zintenzívňuje, čoraz viac ľudí sa začalo zaujímať o spôsoby boja proti Alzheimerovej chorobe. Moderný lekársky výskum zistil, že antioxidanty môžu ľuďom pomôcť udržať si dobrú pamäť.

Štúdie ukázali, že pravidelná konzumácia potravín obsahujúcich antioxidanty, ako sú jahody, čučoriedky, olivový olej atď., môže účinne znížiť riziko Alzheimerovej choroby. Správnym cvičením, pravidelným životom a vyváženou stravou možno zároveň posilniť antioxidačný systém tela, ktorý dokáže účinne chrániť aj náš mozog.

Okrem toho, že antioxidanty pomáhajú udržiavať pamäť, majú mnoho ďalších výhod. Môžu napríklad zlepšiť stav pokožky, znížiť riziko srdcovo-cievnych ochorení a podobne. Správny príjem potravín s obsahom antioxidantov a udržiavanie zdravého životného štýlu preto prospieva nášmu telu a mozgu.

Skrátka, antioxidanty k pamäti neodmysliteľne patria. Pozornosťou na stravu a životný štýl môžeme účinne predchádzať Alzheimerovej chorobe pri zachovaní dobrého fyzického a duševného zdravia. Je vidieť, že potrebujeme zlepšiť pamäť a Cistanche dokáže výrazne zlepšiť pamäť, pretože dokáže regulovať aj rovnováhu neurotransmiterov, ako je zvýšenie hladiny acetylcholínu a rastových faktorov, ktoré sú veľmi dôležité pre pamäť a učenie. Okrem toho môže Cistanche tiež zlepšiť prietok krvi a podporiť dodávku kyslíka, čo môže zabezpečiť, aby mozog získal dostatočnú výživu a energiu, čím sa zlepší mozgová vitalita a vytrvalosť.

Kliknite na vedieť doplnky na zlepšenie pamäte

Samotný TE a TE v kombinácii s potkanmi starajúcimi sa o MitoQ znížili mitochondriálne štiepne faktory (Drp1, Fis1) a zvýšili mitochondriálne fúzne faktory (Mfn1, Mfn2, Opa1).

Tieto skupiny tiež vykazovali zlepšenú aktivitu NADPH oxidázy a antioxidačnú aktivitu (SOD-2, kataláza). Samotné TE alebo MitoQ znížili neurozápalovú odpoveď (COX-2, TNF-), ale supresia bola väčšia pri ich kombinácii.

Okrem toho, starnutím zvýšený zápal v gyrus dentatus sa znížil pri TE, ale nie pri liečbe MitoQ.

Testy učenia a pamäte ukázali, že naopak, MitoQ samotný preukázal niektoré podobné účinky ako TE, ale nie definitívne zlepšenie.

Na záver, táto štúdia preukázala, že MitoQ má určité pozitívne účinky na starnutie, keď sa používa ako izolovaná liečba, ale TE mal efektívnejšiu úlohu pri kognitívnom zhoršení, oxidačnom strese, zápale a dysfunkcii mitochondrií.

Naše zistenia naznačujú, že kombinácia TE a MitoQ nevykazovala žiadne synergické účinky a naznačili, že pravidelné cvičenie by malo byť prioritou pri neuroprotekcii kognitívneho poklesu súvisiaceho s vekom.

Kľúčové slová: starnutie; cvičenie na bežiacom páse; MitoQ; NADPH oxidáza; mitochondriálna dynamika; neurozápal.

1. Úvod

Starnutie je nevyhnutný proces fyzického a funkčného úpadku, vrátane postupného znižovania kognitívnych schopností, ako je znížená pamäť a priestorové schopnosti [1].

Zmeny v mozgu súvisiace s vekom zvyšujú zraniteľnosť voči rôznym chorobám a v konečnom dôsledku vedú k nižšej kvalite života. Úspešné starnutie sa vo všeobecnosti týka absencie choroby alebo poškodenia, zachovania fyzických a kognitívnych funkcií a pokračujúcej účasti na sociálnych a produktívnych aktivitách [2]. Zachovanie ľudskej dôstojnosti a hodnoty je kľúčové, a to aj počas procesu starnutia.

Spomedzi niekoľkých identifikovaných zmien životného štýlu na prevenciu kognitívneho poklesu so starnutím sa nedávna pozornosť obrátila na nefarmakologickú liečbu, ako je fyzická aktivita a doplnky stravy, kvôli nedostatku farmakologických účinkov a rastúcim nákladom konvenčnej medicíny. Skutočne sa ukázalo, že kombinácia cvičenia a diéty s antioxidačnými suplementáciami, ako je epikatechín a astaxantín, vyvoláva synergické účinky na funkciu závislú od hipokampu [3,4].

Naopak, niekoľko štúdií odhalilo, že samotné cvičenie, ale nie v kombinácii so zmenami stravovania, zlepšuje funkcie učenia a pamäte [5,6], čo vyvoláva otázku, či by kombinovaná intervencia mohla mať väčší vplyv na kognitívne funkcie ako samotné cvičenie.

Hoci možné mechanizmy, ktoré sú základom cvičenia a/alebo antioxidačnej liečby hipokampálna funkcia zahŕňajú neuronálnu plasticitu a jej súvisiace molekulárne hladiny s neurotropnými faktormi [4,7], mechanizmy, ako je mitochondriálna dynamika a neuroimunitný systém, nie sú úplne pochopené.

Mitochondrie sú dynamické intracelulárne organely zodpovedné za biologickú oxidáciu vo väčšine eukaryotických buniek, ktorých dynamika je regulovaná opakovanými procesmi fúzie (predlžovanie mitochondrií) a štiepenia (fragmentácia mitochondrií) [8,9].

Na dynamike mitochondrií sa podieľa niekoľko proteínov súvisiacich s fúziou a štiepením, ktoré sú nevyhnutné na udržanie normálnej funkcie mitochondrií [10,11].

Nepravidelná expresia proteínov však môže viesť k abnormálnym zmenám v mitochondriách. Najmä mitochondriálna dysfunkcia je znakom starnutia [12] a pretrvávajúci zápal, oxidačný stres a mitochondriálna dysfunkcia prispievajú k zníženej funkcii mozgu tým, že urýchľujú starnutie mozgu [13,14].

Okrem toho je starnutie sprevádzané nízkou úrovňou chronického zápalu v imunitnom systéme a centrálnom nervovom systéme (CNS), o ktorom je známe, že prispieva k mnohým ochoreniam súvisiacim s vekom [15,16].

Neurozápal v CNS progreduje, keď sa gliové bunky, ako sú mikroglie a astrocyty, trvalo aktivujú ako odpoveď na oxidačný stres [17].

Reaktívne formy kyslíka (ROS) sú generované NADPH oxidázou (NOX), čo je membránovo viazaný enzýmový komplex. Existuje niekoľko podtypov NOX, medzi ktorými je NOX2 exprimovaný v rôznych typoch buniek, vrátane neurónov a endotelových buniek, a je exprimovaný vo vysokých hladinách v mikrogliálnych bunkách zapojených do imunitnej odpovede a zápalu [18–20].

NOX2 obsahuje membránové (gp91phox, p22phox) aj cytosolické (p47phox, p67phox) podjednotky. Zvýšené hladiny ROS v dôsledku aktivity NOX podporujú zápal, aktivujú gliové bunky, ktoré následne ďalej zvyšujú sekréciu prozápalových cytokínov, oxidačný stres a poškodenie voľnými radikálmi, čo v konečnom dôsledku vedie k smrti neuronálnych buniek [21–23].

Starnutie mozgu hrá dôležitú úlohu pri kognitívnych poruchách a úzko súvisí s neurodegeneratívnymi poruchami. Hoci nie je možné zabrániť všeobecnému poklesu mozgových funkcií, ku ktorému dochádza počas prirodzeného starnutia, fyzická aktivita a konzumácia antioxidantov sú užitočné ako neinvazívne metódy na udržanie mozgových funkcií, najmä kognitívnych funkcií.

Najmä cvičenie údajne zlepšuje mozgovú dysfunkciu tým, že podporuje neuroplasticitu, zlepšuje metabolickú účinnosť a zvyšuje toleranciu voči oxidačnému stresu [24,25].

Molekulárne mechanizmy zodpovedné za zlepšenie kognitívnej funkcie alebo zabránenie jej poklesu však zostávajú neznáme. Pokiaľ ide o antioxidanty, je známe, že mitochondriálne cielený antioxidant mitochinón (MitoQ) prechádza cez vnútornú membránu a akumuluje sa v mitochondriách, na rozdiel od iných antioxidantov, čím priamo znižuje hladiny ROS generované v mitochondriách [26].

Hoci bolo vykonaných len málo štúdií o MitoQ, rôzne správy popisujú jeho antioxidačné účinky. Štúdie Gioscia-Ryan a kol. [27] a Rossman a kol. [28] preukázali, že MitoQ znižuje hladiny ROS a zvyšuje produkciu NO v mitochondriách starých krvných ciev.

Vergeadeet al. [29] a Braakhuis a kol. [30] uviedli, že MitoQ si počas procesu starnutia zachoval aktivity antioxidačných enzýmov, ako sú SOD-2, kataláza a GPx.

Čo sa týka brainagingu, je potrebný ďalší výskum na objasnenie molekulárnych mechanizmov zodpovedných za pozitívne účinky cvičenia a MitoQ na klesajúcu funkciu mozgu.

Až doteraz výskum starnutia pomocou niekoľkých zvieracích modelov skúmal základné mechanizmy starnutia mozgu. Najmä podávanie D-galaktózy (D-gal) údajne spôsobuje starnutie u zvierat, ktoré sa podobá ľudskému starnutiu, vrátane straty pamäti, neurodegenerácie, zmien biochemických markerov oxidačného stresu, zníženej imunitnej aktivity a abnormálnej regulácie génovej expresie [31].

Hlodavce, ktorým sa podával D-gal, vykazujú postupný pokles učenia a pamäte, zvýšenú produkciu voľných radikálov v mozgu, zhoršenú homeostázu vápnika a mitochondriálnu dysfunkciu [32,33], čím poskytujú zvierací model starnutia mozgu [34].

Preto sme pomocou modelu starnutia potkana vyvolaného D-galaktózou skúmali účinky cvičenia na bežeckom páse (TE) a MitoQ ako nezávislých alebo kombinovaných liečebných postupov na mitochondriálne štiepenie a fúziu, zápal a antioxidačnú aktivitu, ako aj kogníciu závislú od hipokampu.

Predpokladali sme, že 8-týždenné kombinované cvičenie na bežiacom páse a MitoQ u potkanov liečených D-galaktózou by aditívne alebo synergicky zlepšilo pokles funkcie učenia a pamäte a vyvolalo by prospešné zmeny v hladinách proteínov zapojených do hipokampálnej neuroprotekcie.

2. Materiály a metódy

2.1. Experimentálne zvieratá

Šesťtýždňové samce potkanov Sprague-Dawley (SD) boli získané od JA Bio (Gyeonggi-do, Kórea). Potkany boli chované v laboratóriu pre zvieratá Kórejskej národnej športovej univerzity (22 ± 2 °C, vlhkosť 50 % ± 5 % a cyklus svetlo/tma 12/12 h).

Potraviny a pitná voda boli poskytované ad libitum. Potkany boli rozdelené do 5 skupín: mladá kontrolná skupina (Y-CON, n=12), skupina s D-galaktózou (D-CON, n=12), skupina s D-galaktózou plus TE (D- TE,n=12), D-galaktóza plus MitoQ skupina (D-MI, n=12) a D-galaktóza plus TE a MitoQ skupina (D-COMBI, n=12). Potkany boli usmrtené po dokončení 8 týždňov TE a testov správania v pamäti inhaláciou CO2 pomocou eutanáznej komory.

Protokol štúdie bol schválený Inštitucionálnym výborom pre starostlivosť a používanie zvierat Kórejskej národnej športovej univerzity (KNSU-IACUC-2018-05).

2.2. Správa liekov

Metóda opísaná Lei et al. [31] sa použil na vyvolanie starnutia pokusných zvierat. Konkrétne sa D-gal (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) rozpustil v normálnom fyziologickom roztoku a dávka 100 mg/kg sa podávala intraperitoneálnou (IP) injekciou raz týždenne počas 10 týždňov.

Metóda kŕmenia navrhnutá Smithom a Murphym [26] bola v tomto experimente prispôsobená na podávanie MitoQ.

MitoQ sa zmiešal so sterilným fyziologickým roztokom na konečné zriedenie 0,1 mM/ml. Starnúce krysy indukované D-galaktózou boli potom intraperitoneálne injikované 100 uM/kg MitoQ (dvakrát týždenne) počas 8 týždňov.

2.3. Cvičenie na bežiacom páse (TE)

Skupiny D-TE a D-COMBI sa podrobili progresívnemu zaťažovaciemu cvičebnému programu pomocou bežiaceho pásu pre hlodavcov (8 Lanes, Daemyung Scientific Co, Ltd., Soul, Kórea).

Zvieratá najskôr vykonávali aklimatizačný tréning počas 1 týždňa (2 m/min počas prvých 5 minút, 5 m/min počas ďalších 5 minút a 8 m/min počas posledných 20 minút).

Hlavný cvičebný program sa vykonával 5 dní v týždni počas nasledujúcich 8 týždňov. Tento program bol navrhnutý nasledovne, týkajúci sa progresívneho cvičebného programu navrhnutého Hongom a kol. [35]:10–12 m/min počas 10 minút v 1. týždni; 10–12 m/min počas 20 minút v 2. týždni; 18–20 m/min počas 20 minút v 3. týždni; 18–20 m/min počas 30 minút v 4. týždni; a 18–20 m/min počas 50 minút v 5.–8. týždni. Sklon bežiaceho pásu bol stanovený na 0 %.

2.4. Úloha pasívneho vyhýbania

Úloha pasívneho vyhýbania sa je test motivovaný strachom, ktorý sa používa na meranie schopnosti pracovnej pamäte malých laboratórnych zvierat. V tejto štúdii sa úloha pasívneho vyhýbania vykonala 3 dni pred koncom programu TE.

Prístroj na úlohu pasívneho vyhýbania sa pozostával z dvoch komôr: Predná komora bola dobre osvetlená, svetlá, biela skrinka (18 × 18 × 25 cm3), prepojená so zadnou komorou, ktorou bola tmavá čierna skrinka (18 × 18 × 25 cm3).

Zadná komora mala podlahu z nehrdzavejúcej ocele, ktorá bola schopná poskytnúť elektrické šoky. Stena medzi dvoma komorami mala dvere v štýle gilotíny, ktoré sa dali otvárať a zatvárať.

Bol zmeraný čas, ktorý zviera potrebovalo na vstup do zadnej komory cez prednú komoru (počiatočná doba latencie), a potom bol na 2 sekundy aplikovaný elektrický šok (0,5 mA).

Zviera bolo odstránené po 5 sekundách a vrátené do svojej chovnej klietky. Úloha sa opakovala o 72 hodín neskôr pomocou identickej metódy a zaznamenával sa čas, kedy zviera vstúpilo do zadnej komory cez prednú komoru (doba retencie) až do maximálne 300 s.

2.5. Morrisov test vo vodnom bludisku

Morrisov test vo vodnom bludisku sa používa na hodnotenie priestorového učenia a pamäte hlodavcov. Test sa uskutočnil v miestnosti s kontrolovanou teplotou (21–23 ◦C), vlhkosťou (50–60 %) a osvetlením pomocou kruhovej nádrže na vodu (priemer 120 cm × výška 15 cm) naplnenej vodou (20–24 ◦C ).

Do vody sa pridalo sušené odstredené mlieko, aby sa zakryla úniková plošina (priemer 10 cm), ktorá bola umiestnená na dne nádrže približne 1 cm pod hladinou vody.

Vzdialenosť prejdená zvieraťom pred dosiahnutím plošiny (úniková vzdialenosť) a čas potrebný na dosiahnutie plošiny (úniková latencia) sa merali pred a po programe TE pomocou softvéru na sledovanie videa EthoVision XT8 (Noldus, Wageningen, Holandsko) a kamery. inštalované na strope nad stredom nádrže. Vodná nádrž bola rozdelená na štvrtiny označené ako zóny 1–4 a plošina bola umiestnená v zóne 1.

Pre každú liečebnú skupinu sa test vo vodnom bludisku uskutočňoval 5 dní v týždni. Potkan vždy začínal v rovnakej polohe a mal povolené dva cvičné pokusy, aby sa pokúsil dosiahnuť plošinu, ktorá bola vždy na rovnakom mieste.

Po 48 hodinách odpočinku bola plošina na siedmy deň odstránená; úniková vzdialenosť a úniková latencia sa merali počas 60 sekúnd s potkanom začínajúcim v rovnakej polohe.

For more information:1950477648nn@gmail.com