SIRT5-Relatert desuccinyleringsmodifikasjon bidrar til quercetinindusert beskyttelse mot hjertesvikt og høyglukosepåvirkede kardiomyocytter skadet gjennom regulering av mitokondriell kvalitetsovervåking del 2
Mar 19, 2022
Vær så snill og kontaktoscar.xiao@wecistanche.comfor mer informasjon
3.6. Quercetin reduserer høyglukoseindusert HL-1 inflammasjonsskade ved å regulere mitokondriell kvalitetsovervåking.
Mitokondrier kan endre form og størrelse gjennom kvalitetsovervåkingsmekanismer og generere nye mitokondrier gjennom biosyntese; dermed blir mitokondriebassenget supplert og energimetabolismen som trenger
FIGUR 4: Quercetin(Que)reduserer høyglukose-(HG-)indusert HL-1betennelseskade ved å fremme SIRT5-relatert desuccinylering. (a) Immunoblotting og succinylering av IDH2. RT-PCR ble brukt til å påvise (b) SIRT5 og (c) IDH2 mRNA-ekspresjon. (d) IDH2-suksinylering. (f.eks.) Aktivitetene til mitokondrielle respirasjonskomplekser I/III og IV ble påvist ved bruk av ELISA. Gjennomsnitt±SD;*P<>
celler under ulike forhold er oppfylt. Mitokondriell kvalitetsovervåking er kritisk for cytobeskyttende regulering under hjertesvikt og myokardiell fibrose [36]. For å utforske den regulatoriske mekanismen til quercetin på mitokondriell kvalitetsovervåking, evaluerte vi mRNA-nivåene til Drpl/Fill og Mfn1/Mfn2 etter 24 timer med høyglukosestimulering. Genekspresjonsanalyse viste høyglukosestimulering oppregulerte Drpl og Fill og nedregulerte Mfnl og Mfin2 i mitokondrier (figur 6(a)-6(d)); dessuten reverserte quercetin disse effektene (figur 6(a)-6(d)). Vi evaluerte også mitokondriell biogenese.qPCR-analyseresultater viste at etter høyglukosestimulering ble uttrykket av Tfam og PGCa sterkt redusert. I sin tur økte quercetin nivåene av Tfam og PGCla og forbedret mitokondriell biogenese (figur 6(e) og 6(f)). Det er verdt å merke seg at mitokondriell fisjon ble økt betydelig etter si-SIRT5-behandling, mens mitokondriell biosyntese ble redusert (figur 6(e) og 6(). Dermed kan quercetins evne til å regulere mitokondriell kvalitetsovervåking være nært knyttet til SIRT5.
Resultatene viste at den beskyttende effekten av quercetin på HL-1-celler var nært knyttet til dets regulering av
FIGUR 5: Quercetin(Que) reduserer høy-glukose-(HG-)-indusert HL-1-inflammasjonsskade ved å regulere mitokondriell energimetabolisme og NLRP3-nivåer. (a) Deteksjon av mPTP-åpningshastighet. (be) Deteksjon av mitokondriell energimetabolisme. (f, g) Immunfluorescensdeteksjon av NLRP3-nivåer. Gjennomsnitt±SD;*P<>
mitokondriell kvalitetsovervåking. Quercetin kan fremme desuksinyleringen av IDH2 gjennom SIRT5, og dermed opprettholdemitokondrierespiratorisk kjedefunksjon og mitokondriell homeostase, som deretter forbedrer celleaktivitet.
4. Diskusjon
Myokardfibrose er nært assosiert med hjertesvikt og er preget av dysregulert ekstracellulær matrisemetabolisme og kollagenkomponentforhold. Det er forårsaket av oksidativ stressskade og betennelse indusert av hjertesvikt [37].Oksiderendestress og inflammatoriske cytokiner kan forårsake mitokondrielle homeostaseforstyrrelser, påvirke posttranslasjonell modifikasjon av relaterte proteiner, forårsake skade på den kontraktile funksjonen til kardiomyocytter og indusere kardiomyocyttfibrose, noe som fører til hjertesvikt [38]. Derfor en bedre forståelse av rollen til mitokondriell funksjon og protein posttranslasjonell modifikasjon imyokardfibroseSkade vil gi innsikt i myokardremodellering fra perspektivet av mitokondriell kvalitetsovervåking og oksidativt stress, samtidig som det gir nye strategier for å forbedre prognosen og behandlingen av hjertesvikt. Spesielt er det et presserende behov for målrettede medikamenter for kvalitetsovervåking av mitokondrier
FrcuRE 6:Quercetin (Que) reduserer høyglukose-(HG-)indusert HL-1-inflammasjonsskade ved å regulere mitokondriell kvalitetsovervåking.(ad)Uttrykk av Drp1/Fis1 og Mfnl/Mfn2 som bestemt ved bruk av qPCR.(e , f) Transkripsjonsnivåer av mitokondrielle DNA-syntesemarkører PGCla og Tfam ble bestemt ved bruk av qPCR. Gjennomsnitt±SD;*P<0.05. [39].="" in="" this="" study,="" we="" found="" that="" the="" level="" of="" myocardial="" fibrosis="" in="" the="" mouse="" myocardium="" and="" myocardial="" cells="" increased="" after="" surgery,="" whereas="" the="" cardiac="" ejection="" function="" decreased.="" moreover,="" quercetin="" can="" regulate="" myocardial="" cell="" mitochondrial="" homeostasis="" after="" stress="" injury,="" inhibit="" oxidative="" stress="" damage="" and="" inflammation,="" maintain="" cardiomyocyte="" activity,="" and="" reduce="" myocardial="" fibrosis="" damage="" in="" mice="" with="" heart="" failure.="" quercetin="" can="" also="" protect="">myokardvev, øke uttrykket av SIRT5 i kardiomyocytter og fremme IDH2-desuksinylering.
Den primære dødsårsaken hos diabetespasienter er en kardiovaskulær sykdom; viktigheten av hjertesvikt hos diabetespasienter er imidlertid ennå ikke fullt ut forstått. Videre er forholdet mellom disse to tilstandene ikke bare på nivå med komorbiditeter, det eksisterer snarere et intrikat forhold som resulterer i deres gjensidige promotering eller undertrykkelse [40]. I tillegg er indikatorer som reflekterer insulinresistens, inkludert glykosylert hemoglobin (HbAlc), fastende blodsukker og insulinnivåer, relatert til risikoen for hjertesvikt. I tillegg en rekke fysiologiske eller metabolske abnormiteter, inkludert autonomenevropati, mikrosirkulasjonsdysfunksjon, endringer i metabolisme eller energi, og økt akkumulering av avanserteglykeringsluttprodukter, kan forårsake insulinresistens eller kardiomyopati hos diabetespasienter [41].
Cistanche kan forbedre immuniteten
Dessuten kan hjertesvikt øke risikoen for insulinresistens, nedsatt glukosetoleranse og diabetes. Langsiktig unormal karbohydrat- og lipidmetabolisme eller økt fettsyremetabolisme og økt oksygenforbruk induserer ytterligere dysfunksjon av den mitokondrielle respiratoriske kjeden av kardiomyocytter, noe som resulterer i en kraftig nedgang i mitokondriell energimetabolisme, som indirekte fører til ubalansert redokshomeostase og overuttrykk. av inflammatoriske faktorer [42]. Spesielt er diabetisk kardiomyopati en type diabetes komplisert av vaskulær sykdom. Utnyttelse av glukosemetabolisme av myokardceller hos pasienter med diabetes og hjertesvikt ledsaget av myokardiskemi og hypoksi er redusert [43,44]. Resultatene av denne studien slo også indirekte fast at et miljø med høy glukose indirekte kan føre til overvåking av mitokondriell kvalitet.
I et miljø med oksidativt stress er oksygen- og blodtilførselen til kardiomyocytter betydelig redusert, noe som resulterer i produksjon av en stor mengde oksygenfrie radikaler og en rekke mellomliggende metabolitter. Det kan også forårsake en metabolsk ubalanse i kroppen, skade hjertecellemembranen og forstyrre balansen mellom ekstracellulær nedbrytning og syntese [45,46]. Spredningen av myokardfibroblaster fører til myokardfibrose, som igjen fører til at en stor mengde intercellulært kollagen avsettes og cellestrukturen blir forstyrret, noe som effektivt forstyrrer balansen mellom ulike typer kollagen. Derfor har det vist seg at alvorlig myokardfibrose til slutt fører til hjertesvikt. Selv om de fleste tidligere studier har fokusert på rollen til quercetin i oksidativt stress og inflammatorisk skade [47], kan det også regulere mitokondriell homeostase, uttrykket av relaterte proteiner og posttranslasjonelle modifikasjoner [48]. Resultatene våre utvider disse tidligere funnene som antyder quercetin-funksjoner gjennom SIRT5 for å fremme desuksinyleringen av IDH2, og dermed regulere mitokondriell homeostase, beskytte aktiviteten til myokardceller og forbedre skaden forbundet med myokardiell fibrose. Derfor kan quercetin representere en ny terapeutisk tilnærming for behandling av hjertesvikt.
Hos mus er mitokondrielle homeostaseforstyrrelser eller dysfunksjoner primært forårsaket av overproduksjon av ROS og utilstrekkelig ATP-syntese, noe som påvirker hjertets struktur og funksjon negativt, noe som fører til påfølgende hjertesvikt 49]. Under forhold med oksidativt stress og betennelse, kan overdreven produksjon av ROS forårsake oksidativ skade på cellulære proteiner, lipider og mitokondrielt DNA, samt indusere celleskade og apoptose [50]. Dette skyldes i stor grad ubalansen i mitokondriell homeostase forårsaket av forstyrrelse av redokshomeostase assosiert med betennelse. Foreløpig har mange studier indikert at den inflammatoriske responsen som oppstår når hjertesvikt oppstår er nært knyttet til oksidativt stress [51]. Utbruddet av hjertesvikt er ledsaget av alvorlig myokardhypertrofi og myokardfibrose. Når det gjelder den patologiske mekanismen for hjertesvikt, når hjerteinfarkt oppstår, forårsaker faktorer som myokardiskemi, hyp-oksi, nedsatt mitokondriell funksjon og aktivering av nøytrofiler og inflammatoriske faktorer en eksplosiv økning i ROS. Denne overskuddsproduksjonen av ROS forårsaket av en ubalanse i redokshomeostase blir deretter ledsaget av NF-xB-aktivering og påfølgende aktivering av proinflammatoriske genpromotere i monocytter. Følgelig oppreguleres transkripsjon av inflammatorisk faktor, og NADPH-oksidasekomplekset oksideres på cellemembranen for å generere ROS, hemmer aktiviteten til antioksidantenzymer og stimulerer ytterligere forekomsten av inflammatoriske reaksjoner [52]. Denne onde sirkelen er en induserende faktor for den progressive forverringen av myokardhypertrofi og fibrose. ROS kan også skade aktin og eksitatorisk-kontraktile koblingsproteiner, noe som resulterer i systolisk/diastolisk dysfunksjon i hjertemuskelen. Dessuten fører utilstrekkelig ATP-syntese til mangel på energitilførsel til kardiomyocytter, noe som har alvorlige negative effekter på kardiomyocyttoverlevelse og kardial ejeksjonsfunksjon [53].
I tillegg er alvorlig diabetisk kardiomyopati med hjertesvikt ledsaget av myokardhypertrofi, partiell myokardiskemi og hypoksi [36, 53]. Energimetabolismen til myokardceller omdannes fra fettsyreoksidasjon til glykolyse for å tilpasse seg hypoksi som en selvbeskyttende mekanisme. Imidlertid er denne omdannelsen ledsaget av en desuksinyleringsmodifikasjon. I denne studien fant vi at høyglukosestimulering kan føre til apoptose eller død, som kan være forårsaket av interaksjonen mellom oksidativt stress og den inflammatoriske reaksjonen. Denne reaksjonen er også ledsaget av en ubalanse i mitokondriell energimetabolisme og mitokondriell kvalitetsovervåking. I likhet med hypoksi/iskemi kan et miljø med høyt glukose indusere overdreven ROS-produksjon, noe som resulterer i oksidativt stress og mitokondriell masseubalanse. Følgelig forverrer forstyrrelser i glukosemetabolisme den primære kardiovaskulære sykdommen eller mikrosirkulasjonsskaden, som kan representere en nøkkelmekanisme assosiert med diabetes mellitus komplisert med hjertesvikt.
IDH2 deltar i trikarboksylsyresyklusen ved å katalysere omdannelsen av isocitrat til -ketoglutarat og NADPt til NADPH. Studier har rapportert at knockout av IDH2 hos mus kan føre til en reduksjon i redokstilstanden til NADPH og tioredoksinreduktaseaktivitet i mitokondrier. Det kan også føre til redusert celleaktivitet og mitokondrielt oksygenforbruk [54]. Dessuten reduserer knockout av IDH2 NADPH-nivåer og mitokondriell GPX-aktivitet hos mus med hepatisk iskemi-reperfusjonsskade, noe som fører til tap av mitokondriell cristae, mitokondriell fragmentering, mitokondriell fissurforskyvning, cytokrom c-frigjøring og celledød [55]. Mangel på IDH2 kan også føre til økt mitokondriell ROS, hemmet histondeacetylaseaktivitet og økt aktivering av NF-B gjennom acetylering, noe som fører til økning i betennelse og apoptose [56]. Faktisk viser mus med IDH{10}} akselerert hjertesvikt, økt apoptose og hypertrofi, og mitokondriell dysfunksjon, som er relatert til ubalanse i redokshomeostase [57]. Resultatene våre er i samsvar med tidligere studier, noe som indikerer at mitokondriell homeostase og kvalitetskontrollforstyrrelser av murine kardiomyocytter er relatert til succinylering av IDH2.
Succinylering av lysin er en nylig oppdaget protein posttranslasjonell modifikasjon der en lysin(K)-rest i proteinet omdannes fra succinylgruppen av succinyl-koenzym A [58, 59]. Beslektede in vitro- og in vivo-studier har vist at quercetin signifikant kan redusere AnglI-indusert myokardial kontraktilitet, fibrose, betennelse og myokardhypertrofi samtidig som det hemmer uttrykket av fibroblastdifferensieringsmarkører type I og type II kollagen [28]. Quercetin reverserer også isoproterenol-indusert hjertehypertrofi ved å gjenopprette den cellulære redoksbalansen og beskytte mitokondrier [38]. Resultatene våre viser at quercetin fremmer desuksinyleringen av IDH2 gjennom SIRT5, regulerer redoksbalansen, opprettholder mitokondriell homeostase, hemmer betennelse, beskytter kardiomyocytter, reduserer nivået av myokardfibroseskader og gjenoppretter hjertefunksjonen. Disse funnene stemmer overens med tidligere studier; det vil si at høyglukosestimulering forårsaker ubalanse i redoksnivåer, forårsaker betennelse og aktiverer mitokondriell kvalitetsovervåking og homeostase, samt mitokondriell apoptosevei. I tillegg viser vi at SIRT5 fremmer IDH2-desuksinylering, øker følsomheten til cellene for oksidativt stress og reduserer oksidativt stressskader på kardiomyocytter, som også har blitt observert tidligere [60].
Vår studie hadde tre hovedbegrensninger. For det første, selv om vi utførte in vivo-studier ved bruk av dyremodeller for hjertesvikt og myokardfibrose for å verifisere den regulatoriske effekten av quercetin, utførte vi ikke målrettet verifisering ved bruk av gen-knockout-dyr. For det andre ble bare mitokondriell homeostase, og ikke endoplasmatisk retikulumfunksjon, evaluert. Den patologiske mekanismen for myokardfibrose er først og fremst relatert til kalsiumhomeostase. Endoplasmatisk retikulum er et viktig intracellulært kalsiumlager. For høye eller lave kalsiumnivåer i det endoplasmatiske retikulum kan forårsake kalsiumsignalforstyrrelser, noe som fører til unormale fysiologiske funksjoner i kardiomyocytter og forekomst av myokardfibrose. For det tredje har ikke interaksjonen mellom endoplasmatisk retikulumstress og mitokondriell homeostase blitt klart belyst i patogenesen av diabetes mellitus komplisert med hjertesvikt; myokardfibrose ble imidlertid ikke undersøkt. Til tross for disse begrensningene viser vår forskning at quercetin kan fremme desuksinyleringen av IDH2 gjennom SIRT5. Quercetin opprettholder reguleringen av mitokondriell homeostase og redoksbalanse, hemmer betennelse og reduserer apoptosenivået til kardiomyocytter, så vel som nivået av muskelfibrose og gjenoppretting av kardial ejeksjonsfunksjon.
5. Konklusjoner
Våre resultater gir innsikt i den patologiske mekanismen og klinisk behandling av myokardfibrose og hjertesvikt. Hjertesvikt er en av de alvorligste kardiovaskulære komplikasjonene hos pasienter med diabetes; For øyeblikket er det imidlertid få legemidler som kan kontrollere blodsukkeret og forbedre myokardskade i klinisk praksis, og behandlingen og patologiske mekanismer er fortsatt uklare. I denne studien ble det oppdaget gjennom in vivo eksperimentelle studier at quercetin effektivt kan forbedre den patologiske responsen av hjertesvikt hos mus etter TAC, forbedre hjertefunksjonen, hemme uttrykket av inflammatoriske faktorer og nivået av myokardfibrose, og beskytte myokardiet. . Videre viste vi at quercetin kan regulere redoksbalansen til musekardiomyocytter under høyglukoseforhold, hemme frigjøring av NLRP3-inflammasomer, regulere mitokondriell kvalitetsovervåking, opprettholde mitokondriell homeostase og hemme apoptose eller død av kardiomyocytter i miljøer med høyt glukose. I tillegg påvirker den aktive ingrediensen quercetin som naturmedisin SIRT5-reguleringsmekanismen ved å fremme desuccinylering. Quercetin kan regulere succinyleringen av SIRT5, noe som kan forbedre toleransen til mitokondrier mot oksidativt stress og betennelse. Vi konkluderer med at quercetin, som har antioksidative stresseffekter, kan regulere mitokondriell kvalitetsovervåking gjennom "betennelses-oksidativt stress"-veien. Selv om det har vært store fremskritt i å dechiffrere den patologiske mekanismen til "inflammatorisk-oksidativt stress-mitokondriell dysfunksjon"-veien, har den tilhørende krysstalemekanismen ennå ikke blitt fullstendig belyst. Resultatene av denne studien tyder på at quercetin kan bli et supplerende alternativt legemiddel eller daglig helsetilskudd for pasienter med diabetes og hjertesvikt; Det er imidlertid behov for store, multisenter kliniske studier for å verifisere effektiviteten og sikkerheten ytterligere.
Denne artikkelen er hentet fra Hindawi Oxidative Medicine and Cellular Longevity Volume 2021, artikkel-ID 5876841, 17 sider https://doi.org/10.1155/2021/5876841