En sammenlignende studie av antialdringsegenskaper og mekanismer: Resveratrol og kalorirestriksjon

ABSTRAKT

Resveratrol og kalorirestriksjon (CR) er kraftige terapeutiske alternativer foranti-aldring. Her deres komparative effekt pålevetidsassosiert gensilencing information regulator (SIRT1) ble evaluert in vitro og in vivo. IMR-90-celler behandlet med 2,2'-azobis (2-amidinopropan) dihydroklorid (AAPH) ble brukt for å etablere en cellulær senescensmodell, og rotter behandlet med D-galaktose (D-gal) ble brukt som enaldrende dyremodell. Resveratrol og CR viste lignendeanti-aldringsaktiviteter, bevist avhemme senescens og apoptose og gjenopprette kognitiv svikt og oksidativ skade. Dessuten kunne deoppregulerer telomerase(TE) aktivitet,øke uttrykk for SIRT1, gaffelboks 3a (Foxo3a), en aktiv regulator av SIRT1 (AROS) og Hu-antigen R (HuR), men reduserer p53 og slettes i nivåer av brystkreft 1 (DBC1). Imidlertid viste 10 μM resveratrol in vitro og høydosegruppen in vivorelativt sterkere aktiviteter av anti-aldring og stimulerende SIRT1-nivåer enn CR. For å konkludere, resveratrol og CR viste lignendeanti-aldringsaktiviteterpå SIRT1-signalering,impliserer potensialet til resveratrol som en CR-mimetikk.

Klikk her for å vite Cistanche urtebehandling for anti-aldring

INTRODUKSJON

Forbedringer i helsevesenet har bidratt til å øke menneskelig levealder de siste tiårene, og den eldre befolkningen øker dermed betydelig. Dessverre betyr dette fortsatt økende perioder med dårlig helse eller funksjonshemming. For tiden fremstår en rekke aldringsrelaterte sykdommer som de største helsetruslene i de fleste utviklede land. Selv om det ennå ikke er mulig å modifisere vår genetiske bakgrunn, dukker det for tiden opp ulike antialdringsstrategier som sunn livsstil og terapeutiske intervensjoner, med sikte på å redusere forekomsten av risikofaktorer for dårlig helse [1].

CR, redusert kaloriinntak uten underernæring, er en av de mest robuste intervensjonene som øker levetiden i modellorganismer fra gjær til primater [2]. Det kan beskytte mot forverring av biologiske funksjoner, redusere forekomsten og forsinke utbruddet av flere aldersrelaterte sykdommer. Mekanismen som CR forlenger levetiden involverer retardasjon av vekst, reduksjon av kroppsfett, forsinkelse av nevroendokrine eller immunologiske endringer, økning i DNA-reparasjonskapasitet, endret genuttrykk, forbedret apoptose, reduksjon av kroppstemperatur og depresjon av metabolsk hastighet, og forbedring av oksidativt stress [3]. Antialdringseffekten av CR har vært sterkt assosiert med økt nivå og aktivering av medlemmer av sirtuin-familien, og også relatert til andre molekylære signalveier, inkludert peroksisomproliferatoraktivert reseptor G-koaktivator- 1 (PGC{{ 6}} ), adenosinmonofosfataktivert proteinkinase (AMPK), insulin/insulinvekstfaktor-1 og mål for rapamycin [1, 4]. Imidlertid ville de fleste ikke overholde et så strengt kostholdsprogram, spesielt på lang sikt. Derfor er nyere forskning i økende grad rettet mot å bestemme gjennomførbarheten og effekten av naturlige og/eller farmakologiske CR-mimetiske molekyler/behandlinger uten å redusere matforbruket [5].

Resveratrol er en plantepolyfenol som ofte finnes i forskjellige planter, inkludert huden på druer, bær og peanøtter. Interessant nok kan inkorporering av resveratrol i kosttilskudd eller mat være et kraftig terapeutisk alternativ for antialdring, og flere rapporter indikerer at resveratrolbehandling gir gunstige effekter som ligner på CR [6], noe som impliserer potensialet til resveratrol som en CR-mimetikum. [4]. Nylig har det blitt demonstrert at resveratrol forlenger levetiden gjennom betydelig økende SIRT1-aktivitet, noe som resulterer i økning av SIRT1-affinitet for både NAD pluss og det acetylerte substratet [7, 8], som også er ansvarlig for levetiden forårsaket av CR. Selv om resveratrol og CR har blitt mye studert for deres potensielle helsemessige fordeler, er lite kjent om deres komparative effekter. I denne studien sammenlignet vi antialdringseffekten av resveratrol og CR in vivo og in vitro ved å oppdage SIRT1-veien.

RESULTATER

Resveratrol og CR reduserte senescensassosiert -galaktosidase (SA -gal)-farging i AAPH-behandlede IMR-90-celler

Ved å utnytte en AAPH-indusert senescensmodell av IMR-90-celler, testet vi den mulige effekten på SA- -galfarging. Som vist i figur 1, viste de AAPH-behandlede cellene mer utbredt og sterkt positiv farging enn det gjorde i kontrollceller, og den positive fargingen i kontrollcellene var relativt knapp. Resveratrol (5 μM, 10 μM og 20 μM) eller CR-behandling ble funnet å gi markant beskyttelse i AAPH-indusert senescens. I tillegg, sammenlignet effekten av resveratrol med CR, viste celler behandlet med 10 μM resveratrol relativt sjeldnere SA{10}}Gal-positiv farging enn CR-behandling. Dermed antydet disse resultatene at 10 μM resveratrol mer effektivt hemmet AAPH-indusert senescens enn CR.

Skanneelektronmikroskopianalyse av IMR- 90-celler

Skanneelektronmikroskopi-undersøkelse ga noen nye detaljer om strukturen til de AAPH-behandlede cellene (figur 2). Normal IMR-90 dukket opp som fullstendig spredte celler med en typisk fusiform. De fleste av cellene inneholdt to avsmalnende prosesser og viste få blebber. AAPH-behandlede celler viste en forstørret og flatere morfologi med tallrike blebs. Ved variasjon indikerte skanneelektronmikroskopi-observasjon av IMR-90-prøver behandlet med resveratrol eller CR etter AAPH-administrering klart at selv om noen blebs kunne påvises, ble den normale fusiformen generelt opprettholdt sammen med fullstendig spredning.

Resveratrol og CR reduserte apoptose i AAPH-behandlede IMR-90-celler

Fosfatidylserin på overflaten av celler, ansett som kjennetegnet for apoptose i den tidlige fasen, ble bestemt ved PI/Annexin V-fargingsanalyse (figur 3). De apoptotiske cellene består av både tidlige apoptotiske celler farget med Annexin-V-FITC og sene apoptotiske eller nekrotiske celler farget med Annexin-V-FITC og PI. Populasjonen av apoptotiske celler økte betydelig i AAPH-gruppen (34,54 prosent), sammenlignet med den negative gruppen (7,32 prosent). Mens resveratrol (5 μM, 10 μM og 20 μM) eller CR-behandling ble funnet å redusere apoptose i AAPH-induserte IMR-90-celler. I tillegg reduserte 10 μM resveratrolbehandling (11,58 prosent) mer effektivt AAPH-indusert apoptose enn CR-behandling (16,78 prosent).

Endring av generelt utseende og kroppsvekt

Under hele eksperimentprosessen ble de aldrende modellrottene mottatt D-gal i en dose på 200 mg/kg hver dag og generelt utseende ble observert. Sammenlignet med normale kontrollrotter ble rottene i D-gal-modellgruppen gradvis apatiske, matte og langsomme i respons; håret til modellgruppen mistet gradvis elastisiteten og ble sprø; huden ble tynn, uelastisk og sank litt etter litt. Imidlertid viste samtidig behandling av resveratrol eller CR med D-gal hos rotter en reversering av endringene ovenfor, sammenlignet med D-gal-gruppen. Det var ingen forskjell i kroppsvekt mellom eksperimentelle grupper innenfor behandlingsperioden, bortsett fra CR-gruppen med nesten ingen vektøkning under forsøket (figur 4).

Resveratrol og CR forbedret den romlige læringen og minnet til SD-rotter

Vi vurderte den romlige læringen og hukommelsesevnen til rottene ved å utføre Morris vannlabyrinttest. Som vist i figur 5, var alle fem gruppene i stand til å lære oppgaven med hell, noe som fremgår av gradvis redusert rømningsforsinkelse og økt svømmehastighet i de 4 dagene av stedsnavigasjonsfasen. Analysert med toveis ANOVA-metoden ble det vist signifikante forskjeller både i gjennomsnittlig rømningslatens og svømmehastighet mellom treningsdager (F(3,138)=41.660, P < 0. 01; F(3,138)=10.013, henholdsvis P < 0.01) og mellom behandlinger (F(4,46) )=36.762, P < {{40}}.01; F(4,46)=20.102, henholdsvis P < 0,01) men ingen interaksjon mellom faktorene dag og behandling (henholdsvis F(12,138)=0.846, P > 0.05; F(12.138)=1.084, P > 0,05). Rømningslatensen i D-gal-gruppen var markant lengre enn i kontrollgruppen (P < 0,01) (Post-hoc-analyse, figur 5A). I mellomtiden viste rottene i resveratrol pluss D-gal-gruppen eller CR pluss D-gal-gruppen en reversering av de nevnte endringene i rømningslatens sammenlignet med D-gal-gruppen (P < 0,01) (Figur 5A), og forkortet rømmingen spesielt. latens til lignende nivåer med kontrollgruppen. Lignende resultater ble oppnådd for svømmehastigheten til rotter (Figur 5B), og rotter i resveratrol pluss D-gal-gruppen og CR pluss D-gal-gruppen viste bemerkelsesverdige økninger i svømmehastigheten sammenlignet med D-gal-gruppen (P < 0,01) ). Imidlertid viste rotter i høy dose resveratrol pluss D-gal-gruppen relativt lengre rømningslatens og lavere svømmehastighet sammenlignet med CR pluss D-gal-gruppen.

Figur 1: Resveratrol og kalorirestriksjon reduserer SA- -gal-farging i AAPH-behandlede IMR-90-celler. AAPH-induserte IMR- 90-celler ble behandlet med kalorirestriksjon (CR) eller resveratrol (RES) ved den angitte konsentrasjonen i 2 dager. Forstørrelsen var 20×.

Figur 2: Skanneelektronmikroskopianalyse av IMR-90-celler. AAPH-induserte IMR-90-celler ble behandlet med kalorirestriksjon (CR) eller resveratrol (RES) ved den angitte konsentrasjonen i 2 dager. Forstørrelsen var 6000×.

Figur 3: Resveratrol (RES) og kalorirestriksjon (CR) reduserte apoptose i AAPH-behandlede IMR-90-celler. Celler ble farget med Annexin V-FITC/PI og analysert ved flowcytometri. FL1-kanalen ble brukt til å oppdage annexin-V-FITC-farging og FL2-kanalen var for PI-farging

I den romlige sondefasen (figur 5C og 5D) kunne det sees at det var bemerkelsesverdige reduksjoner av plattformkryssninger i D-gal-gruppen sammenlignet med kontrollgruppen (P < 0.{{6} }1). Interessant nok var gjennomsnittlig antall ganger rottene krysset plattformen betydelig forbedret etter administrering med resveratrol eller CR, sammenlignet med D-gal-gruppen (P < 0,01). Imidlertid krysset rotter i høye doser av resveratrol pluss D-gal-gruppen over plattformen oftere enn de i CR pluss D-gal-gruppen.

Disse resultatene indikerte at aldrende modellrotter hadde svekkelser i romlig læring og hukommelse, mens behandlingen av resveratrol eller CR kunne gjenopprette den aldersrelaterte kognitive svekkelsen forårsaket av D-gal-administrasjon. Dessuten viste aldrende modellrotter behandlet med en høy dose resveratrol relativt mer effektive atferd enn de som ble behandlet med CR.

Effekt av resveratrol og CR på SOD-, T-AOC-, MDA- og lipofuscinnivåer hos aldrende rotter

SOD-, T-AOC-, MDA- og lipofuscinnivåene hos rotter ble evaluert for å bekrefte om antialdringseffektene av resveratrol og CR ble mediert ved å lindre det oksidative stresset forårsaket av D-gal-administrasjon. Tabell 1 viser nivåene av SOD, T-AOC og MDA i serum, lever og hjerne hos normale og aldrende rotter. Eksponering for D-gal reduserte SOD- og T-AOC-nivåene signifikant, men økte MDA-nivået i serum, lever og hjerne sammenlignet med kontrollgruppen (P < 0.05). Samtidig behandling av resveratrol eller CR med D-gal hos rotter forårsaket en reduksjon i aktiviteten til MDA-nivået, men økte SOD- og T-AOC-nivåene sammenlignet med D-gal-gruppen. Sammenlignet med CR-behandling viste imidlertid resultatene at administrasjonen av høy dose resveratrol var relativt overlegen.

Figur 4: Effekt av resveratrol og kalorirestriksjon på kroppsvekten til D-gal-behandlede rotter under forsøket. Alle verdier ble uttrykt som gjennomsnitt ± SD. NG, negativ kontrollgruppe; MG, modellkontrollgruppe; RESL, lav dose av resveratrol gruppe; RESH, høy dose av resveratrol gruppe; CR, kalorirestriksjonsgruppe.

Figur 5: Effekt av resveratrol og kalorirestriksjon på oppførselen til D-gal-behandlede rotter med Morris vannlabyrint. (A) Sammenligning av ventetider til plattformen i løpet av 4 treningsdager. Hver mus ble utsatt for 4 forsøk per dag. (B) Sammenligning av svømmehastighet i løpet av 4 treningsdager. (C) Sammenligning av antall kryssende plattformer der plattformen ble fjernet for sondeforsøk. (D) Den typiske svømmebanen i sondeforsøket. Alle verdier ble uttrykt som gjennomsnitt ± SD. * P < 0.05, **P < {{10}}.01 sammenlignet med negativ kontrollgruppe; # P < 0,05, ##P < 0,01 sammenlignet med modellkontrollgruppe. NG, negativ kontrollgruppe; MG, modellkontrollgruppe; RESL, lav dose av resveratrol gruppe; RESH, høy dose av resveratrol gruppe; CR, kalorirestriksjonsgruppe.

Tabell 1: Antioksidantstatus i vev og blod til rotter i hver gruppe

Merk: Verdiene var gjennomsnittet ± SD. * P < {{0}}.05, **P < 0.01 sammenlignet med kontrollgruppe (alle grupper); # P < 0.05, ##P < 0.01 sammenlignet med modellgruppe (CR-gruppe og RES-gruppe); ∆P < 0,05, ∆∆P < 0,01 sammenlignet med CR-gruppe (RES-gruppe). NG, negativ kontrollgruppe; MG, modellkontrollgruppe; RESL, lav dose av resveratrol gruppe; RESH, høy dose av resveratrol gruppe; CR, kalorirestriksjonsgruppe.

er relativt overlegen. Lipofuscinakkumulering er en av de mest konsistente trekk ved hjernealdring. Som vist i figur 6, viste D-gal-behandlede rotter en signifikant økning i lipofuscinnivå sammenlignet med kontrollgruppen (P < 0.01). Imidlertid reduserte resveratrol- og CR-behandling lipofuscinakkumulering i hjernebarken til aldrende rotter sammenlignet med D-gal-behandlede rotter (P < 0.01). Dessuten var det ingen forskjeller mellom resveratrol pluss D-gal-gruppen og CR pluss D-gal-gruppen (P > 0,05).

Resveratrol og CR oppregulerte telomeraseaktivitet hos aldrende rotter

Vi evaluerte effekten av resveratrol og CR på telomeraseaktivitet i lever- og hjernevev (figur 7). Resultatene våre viste at behandlingen ikke hadde noen signifikant effekt på telomeraseaktiviteten i levervev (P > 0.05). Telomeraseaktiviteten ble imidlertid redusert i D-gal administreringsgruppen sammenlignet med kontrollen (P < 0.05). I mellomtiden kan resveratrol eller CR oppregulere telomeraseaktivitet i D-gal-administrasjonen pluss resveratrol eller CR-behandlingsgruppen. Dessuten var det ingen forskjeller mellom resveratrol-gruppen og CR-gruppen (P > 0,05).

Figur 6: Effekt av resveratrol og kalorirestriksjon på lipofuscinnivået hos aldrende rotter. Alle verdier ble uttrykt som gjennomsnitt ± SD. * P < 0.05 sammenlignet med negativ kontrollgruppe; # P < 0,05 sammenlignet med modellkontrollgruppe. NG, negativ kontrollgruppe; MG, modellkontrollgruppe; RESL, lav dose av resveratrol gruppe; RESH, høy dose av resveratrol gruppe; CR, kalorirestriksjonsgruppe.

Resveratrol og CR økte AAPH-indusert SIRT1-mRNA-ekspresjon For å utforske rollen til SIRT1 i behandlingseffektene av resveratrol og CR, ble ekspresjonsnivåene av SIRT1-mRNA i IMR-90-celler og -vev undersøkt ved kvantitativ sanntids-RT- PCR. Resultatene viste at ekspresjonen av SIRT1-mRNA i IMR-90-celler ble betydelig redusert av AAPH. Resveratrol og CR kunne effektivt gjenopprette SIRT1-mRNA-ekspresjonsnivåer i AAPH-behandlede celler, og 10 μM resveratrol var den optimale konsentrasjonen for å stimulere ekspresjonen av SIRT1-mRNA i IMR-90-celler (P < 0,01; figur 8)