Dietinių geležies chelatinių bioaktyvių junginių įtaka oksidacinio streso sukelto ląstelių senėjimo molekuliniams mechanizmams 2 dalis

Prašau susisiektioscar.xiao@wecistanche.comDaugiau informacijos

3.2. Ląstelių senėjimas

Ląstelių senėjimas yra vienas iš įprastų organizmo senėjimo žymenų. Ryškiausia šio pagrindinio ląstelių proceso savybė yra nuolatinis ląstelių ciklo sustojimas, kurį lydi pažeistų makromolekulių kaupimasis ląstelėse, taip pat sekrecinis fenotipas ir pakitęs metabolizmas [55, 56]. Žinduolių ląstelėse buvo atpažinti dviejų tipų ląstelių senėjimas; tai vadinama „replikaciniu senėjimu“ ir „streso sukeltu ląstelių senėjimu“[56]. Pirmasis paprastai įvyksta po tam tikro skaičiaus padalijimo skirtingų tipų ląstelėse. Jis buvo aprašytas prieš kelis dešimtmečius kultivuotuose žmogaus fibroblastuose [57]. Vėliau šis reiškinys buvo siejamas su telomerų dilimu, laipsnišku linijinių chromosomų galų trumpėjimu kiekvienos DNR replikacijos metu [58]. Kita vertus, streso sukeltas ląstelių senėjimas iš esmės nepriklauso nuo telomero ilgio ir yra ūmus atsakas į daugybę stresorių, įskaitant oksidacinį stresą, genotoksinį stresą, mitochondrijų pablogėjimą, hipoksiją, maistinių medžiagų trūkumą ir nenormalų onkogenų aktyvavimą |56, { {8}}. Įdomu tai, kad oksidacinis stresas yra bendras visų šių atvejų vardiklis, nes jis gali būti susijęs su visais aukščiau minėtais streso signalais [62-65].

Ląstelių senėjimas neabejotinai yra susijęs su organizmo senėjimu [55, 56].kinomoriumo privalumai,Tačiau senstančios ląstelės aptinkamos ne tik senstančių audinių; jie gali būti aptikti bet kuriame gyvenimo etape ir gali atlikti naudingą vaidmenį įvairiuose žmogaus fiziologiniuose ir patologiniuose procesuose, įskaitant embriogenezę, žaizdų gijimą ir naviko slopinimą [56, 61]. Tačiau nuolatinis senstančių ląstelių kaupimasis su amžiumi turi žalingą poveikį ir yra susijęs su senėjimu susijusiomis ligomis ir sergamumu [56, 59, 66-69].

Norėdami sužinoti daugiau, spustelėkite čia

Kalbant apie jų morfologiją, senstančios ląstelės turi bendrų žymių, įskaitant išsiplėtusius, suplokštus ir netaisyklingos formos ląstelių kūnus; pakitusi plazminės membranos sudėtis; branduolinio kondensato praradimas; ir padidėjęs lizosomų kiekis su senėjimu susijusios beta-galaktozidazės (SA- -gal)J70,71]. Jie taip pat išreiškia dramatiškus sekrecijos profilio pokyčius, padidindami priešuždegiminių citokinų ir chemokinų, augimo faktorių, ekstraląstelinės matricos komponentų (matricos metaloproteinazės, serino proteazės) ir ROS ekspresiją ir sekreciją [59]. Visus šiuos pokyčius taip pat lydi laipsniškas biologinių neskaidomų „atliekų“, kurios paprastai vadinamos „lipofuscinu“ arba „ceroidu“ ar net „amžiaus pigmentu“[72-74], kaupimasis ląstelėse.

Tolesniuose skyriuose aprašomi mechaniniai lipofuscino susidarymo aspektai ir siūlomos galimos priemonės, kaip sutrukdyti arba užkirsti kelią jo kaupimuisi.

3.3. Lipofuscino susidarymas ir kaupimasis senstančiose ląstelėse

Pigmentas šiandien žinomas kaip „lipofuscinas“, kurį 1842 m. atrado ir pranešė olandų histologas Hanoveris [75]. Terminą lipofuscinas iš pradžių vartojo Borstas savo paskaitose, bet pirmą kartą jį paskelbė Hueckas 1912 m. [76,77]. Pavadinimas kilo iš graikų kalbos žodžio lipo (kuris reiškia riebalus) ir lotyniško žodžio fuscus (kuris reiškia tamsų arba tamsų). Lipofuscino susidarymas ir kaupimasis yra būdingi pokyčiai, kurie visuotinai pasireiškia senstančiose ląstelėse[78-80] ir yra labiau pastebimi ilgai gyvenančiose postmitozinėse ląstelėse, tokiose kaip neuronai, kardiomiocitai, skeleto raumenų ląstelės ir tinklainės pigmento epitelio (RPE) ląstelės. 74,81]. Šios ląstelės ir toliau normaliai gyvena ilgą laiką po jų dauginimosi nutraukimo, tačiau jose kaupiasi palaipsniui didėjantis lipofuscino kiekis, kuris negali būti skaidomas ar egzocitozuojamas.

Cistanche gali kovoti su senėjimu

Naudojant įvairius metodus senstančioms ląstelėms aptikti, buvo pastebėta, kad lipofuscino kaupimosi greitis panašių tipų skirtingų organizmų postmitozinėse ląstelėse yra atvirkščiai susijęs su jų gyvenimo trukme [82]. Visų pirma, greitis buvo greitas trumpaamžių rūšių ir lėtas ilgaamžių rūšių, o tai rodo, kad lipofuscino kaupimasis greičiausiai turi žalingą poveikį ląstelių funkcijoms ir yra susijęs su organizmo gyvenimo trukmės sutrumpėjimu [80, 83, 84]. . Nepaisant didelės šios koreliacijos svarbos, tikslūs biocheminiai mechanizmai, kuriais grindžiamas lipofuscino kaupimasis, taip pat jo poveikis ląstelių funkcijoms, tebėra menkai suprantami.

Lipofuscinas daugiausia randamas lizosomose, bet mažesniais kiekiais ir senų ląstelių citozolyje [85, 86]. Jis rodo platų automatinės fluorescencijos spektrą su geltonai rusva spalva [80, 87], tačiau jo struktūra ir sudėtis išlieka prastai apibrėžtos. Nors jo sudėtis skiriasi skirtingų tipų ląstelėse, buvo įrodyta, kad ją daugiausia sudaro oksiduoti baltymai ir lipidai (pvz., trigliceridai, laisvos riebalų rūgštys, cholesterolis ir lipoproteinai) ir nedidelis skaičius angliavandenių ir nukleotidų fragmentų, sujungtų vienas su kitu. įvairių tipų kovalentiniai ryšiai [84].dykumos hiacintasGeležies prisirišimas prie jo paviršiaus taip pat yra bendra lipofuscino savybė [88, 89].

Nors galutinis lipofuscino kaupimosi poveikis ląstelių funkcijoms lieka neaiškus, buvo įrodyta, kad jis gali slopinti tiek proteasomų, tiek lizosomų baltymų skilimo sistemų veiklą. Be to, yra eksperimentinių įrodymų, kad jis gali katalizuoti tolesnį reaktyvių laisvųjų radikalų susidarymą per redokso aktyvius geležies jonus (labilią geležį), pritvirtintus prie jo paviršiaus [89].

3.4. Lipofuscinas kaip per daug oksiduota medžiaga ląstelėse, veikiamose oksidacinio streso

Kadangi lipofusciną sudaro labai oksiduotas agregatas, daugiausia sudarytas iš kovalentiškai susietų baltymų ir lipidų |90], pagrįsta manyti, kad labili geležis, galinti katalizuoti itin reaktyvių laisvųjų radikalų susidarymą, dalyvauja jos formavimosi keliuose. [91]. Įrodymai, gauti daugiausia iš eksperimentinių sistemų, parodė, kad padidėjusio oksidacinio streso poveikio ląstelėms visada atsiranda stiprus senėjimo fenotipas skirtingų tipų ląstelėse, tuo pat metu spartėjant į lipofusciną panašių medžiagų ląsteliniam formavimuisi ir kaupimuisi. [87,89,92,93]. Skirtingi vienas po kito einantys lipofuscino susidarymo etapai parodyti 2 paveiksle.

Kaip aptarta aukščiau, norint sukurti labai reaktyvias ROS (HO laipsnis ir RO *), kurios yra atsakingos už ląstelių makromolekulių oksidaciją ir per didelę oksidaciją, būtina turėti labilios geležies (2A, B pav.). Be to, oksidaciniu būdu modifikuotos makromolekulės gali slopinti baltymų skaidymą ir ląstelių atstatymo sistemas, taip palengvindamos nereikalingus oksidacijos greičio didinimo ciklus (2C pav.). Dėl laipsniško pernelyg oksiduotų, neskaidomų ląstelių komponentų kaupimosi ląstelėse susidaro lipofuscinas (2D pav.), kuris, kaip siūloma, prisideda prie ląstelių senėjimo proceso (2E pav.).

2 pav. Scheminis nuoseklių etapų, vedančių į lipofuscino susidarymą ir prisidedančių prie ląstelių senėjimo, vaizdas. Atkreipkite dėmesį, kad Fe2 plus reikalingas labai reaktyvioms ROS (HO ir RO) generavimui, kurios yra atsakingos už ląstelių makromolekulių (A, B) oksidaciją ir per didelę oksidaciją. Per daug oksiduotos makromolekulės gali slopinti ląstelių atkūrimo sistemas (ypač 20S proteasomą), taip palengvindamos bergždžias palaipsniui didėjančio oksidacijos greičio (C) ciklus. Oksidaciniu būdu modifikuoti, neskaidomi ląstelių komponentai palaipsniui kaupiasi ląstelėse kaip kovalentiškai sujungti agregatai lipofuscino (D) pavidalu, o tai, manoma, turės įtakos ląstelių senėjimo procesui (E). Rodyklės ir plokščios galvutės rodo atitinkamai procesų indukciją ir slopinimą.Flavonoidų ekstrahavimo metodas pdfĮdomu tai, kad Marzabadi ir kt.[94] pastebėjo, kad lipofuscino kaupimasis buvo užkirstas kelias geležies išeikvotose ląstelėse, naudojant geležį kompleksonus sudarontį vaistą desferrioksaminą, o tai rodo, kad lipofuscinui susidaryti reikia labai reaktyvių laisvųjų radikalų, tokių kaip H O laipsnis ir RO laipsnis (2 pav.). Akivaizdu, kad šie reaktyvūs radikalai gali inicijuoti grandinines reakcijas, kurios veda į lipidų peroksidacijos skilimo produktus, kurie provokuoja neskaidomų, nespecifinių ląstelių komponentų kryžminių jungčių susidarymą.

Apibendrinant, aukščiau pateikti rezultatai rodo, kad jautri pusiausvyra tarp tarpląstelinio peroksido lygio ir turimos labilios geležies lemia įvairių toksinių poveikių, kurie baigiasi lipofuscino kaupimu, sužadinimą, taip pat ląstelių senėjimo ir ląstelių mirties indukciją dėl bet kurios apoptozės. arba nekrozė [29,95].

Ląstelių senėjimo indukcija peroksidais taip pat gali būti pasiekta įvairiais būdais. Pavyzdžiui, tarpinis H, O, ląstelių greitis gali tiesiogiai paskatinti specifinių MAP kinazių aktyvavimą ir senėjimo signalų perdavimą, o tai suaktyvina p16INK4aINK4A ašį ir sukelia ląstelių senėjimo indukciją [64,65,92] ,96]. Kita vertus, didesnės H O koncentracijos, kaip ir stipriai uždegiminėse srityse, kurios pritraukia aktyvuotus fagocitus, gali sukelti tiesioginę geležies katalizuojamą DNR oksidaciją, kuri vėliau sukelia senėjimo signalizacijos kelius. Abiem atvejais lygiagretus oksidaciniu būdu modifikuotų ląstelių makromolekulių susidarymas ir kaupimasis yra akivaizdžios pasekmės. Tačiau reikia pažymėti, kad klausimas, ar lipofuscino kaupimasis yra priežastinis ląstelių senėjimo veiksnys, ar yra jo pasekmė, išlieka pagrindinis, bet neišspręstas klausimas.

3.5. Intraląstelinė geležies homeostazė ir lipofuscino susidarymas

Kaip aptarta aukščiau, geležis yra esminis elementas gyvoms ląstelėms ir organizmams, nes ji dalyvauja įvairiose biocheminėse reakcijose, kurios palaiko pagrindines funkcijas, tokias kaip deguonies pernešimas, ląstelių kvėpavimas ir DNR sintezė bei taisymas. Tačiau geležis taip pat gali dalyvauti reakcijose, dėl kurių susidaro žalingi laisvieji radikalai, vadinami Fenton tipo reakcijomis. Siekdami sumažinti geležies toksiškumą, žinduoliai sukūrė sudėtingus mechanizmus, reguliuojančius jos prieinamumą35,37I. Nepaisant to, visada yra nedidelė ir tiksliai sureguliuota redokso aktyviosios geležies dalis, paprastai vadinama „labilia geležimi“, kuri tikriausiai atspindi tikrąjį geležies judėjimą tarp skirtingų ląstelių skyrių [6, 38]. Taigi labili geležis yra dinaminis ląstelės parametras, kuris gali reaguoti į įvairius dirgiklius keisdamas savo lygį, siekdamas subalansuoti ląstelių pažeidimo prevenciją ir garantinius ląstelių poreikius.

Esant laikinai padidėjusiai peroksidų koncentracijai (paprastai vadinama oksidaciniu stresu), labili geležis gali tarpininkauti šiems įvykiams: a) lipidų peroksidacijos grandininių reakcijų pradžia ir plitimas, b) baltymų oksidacija ir kryžminis ryšys, c) DNR pažeidimų, tokių kaip vienos ir dviejų grandžių pertraukos, sukėlimas ir d) įvairių sudėtingų redokso signalizacijos takų suaktyvinimas [10, 29, 43]. Visi šie geležies katalizuojami poveikiai gali sukelti ląstelių senėjimą, lydimą lipofuscino susidarymo ir kaupimosi.

Čia verta pabrėžti, kad mes jau įrodėme, kad daugelyje publikacijų galima užkirsti kelią H2O2-sukeltam DNR pažeidimui ir apoptozei ląstelėse, kuriose yra sumažėjęs la-tulžies geležies kiekis, naudojant įvairius geležies kompleksonus [11]. ,29,42,43,97]. Šiuose tyrimuose naudojome in vitro ląstelių kultūra pagrįstą eksperimentinę sistemą, kurioje įvairių tipų žmogaus ląstelės buvo veikiamos oksidacinio streso H ir O pavidalu, o branduolinės DNR pažeidimas buvo kiekybiškai įvertintas naudojant kometų testą. jautrus metodas, aptinkantis DNR vienos grandinės pertraukos susidarymą atskirose ląstelėse. Įdomu tai, kad išankstinis ląstelių inkubavimas su daugybe žinomų stiprių antioksidantų, tokių kaip askorbo rūgštis, o-tokoferolis, troloksas, N-acetilcisteinas ir o-lipo rūgštis prieš H, O poveikį, nesuteikė jokios apsaugos [7] ]. Kadangi šių agentų gebėjimas kovoti su laisvaisiais radikalais buvo nustatytas atliekant daugybę in vitro tyrimų, pirmiau minėti neigiami rezultatai buvo siejami su šių agentų nesugebėjimu efektyviai sunaikinti ląstelių viduje susidarančių reaktyvių laisvųjų radikalų.

Svarbus geležies katalizuojamo kryžminio susiejimo parametras gali būti kovalentinio oksiduotų tirpių ląstelių komponentų prisijungimo prie biologinių membranų palengvinimas. Toks įvykis turėtų trukdyti prie membranos pritvirtintų medžiagų egzocitozei, todėl jos nuolat kaupiasi ląstelėse. Galima pagrįstai spėlioti, kad šiuo atveju lizosomų membranos turėtų būti pagrindiniai taikiniai, nes jos yra arti lipofuscino susidarymo vietos. Iš tiesų, lipofuscinas dažnai buvo aptiktas ląstelėse, kurias apima lizosomų membranos segmentai [98].

Atsižvelgiant į turimos labilios geležies svarbą lipofuscino susidarymui ir kaupimuisi, jos tarpląstelinės homeostazės reguliavimas atrodo itin svarbus senėjimo procesui. Labilios geležies prieinamumo įvertinimas kaip esminis veiksnys, lemiantis ląstelių komponentų oksidaciją ir per didelę oksidaciją bei lipofuscino kaupimąsi ląstelėse, gali atverti kelią naujų strategijų kūrimui, kuriomis siekiama trukdyti ir moduliuoti biologinį laikrodį. senėjimo procesas.

3.6. Remonto sistemų išaktyvinimas dėl per daug oksiduotų ląstelių komponentų

Ląstelių strategijos, skirtos įvairių oksiduotų ląstelių komponentų taisymui, labai skiriasi, priklausomai nuo konkrečių komponentų pobūdžio. Pavyzdžiui, oksiduoti DNR nukleotidai pašalinami ir pakeičiami normaliais per procesą, vadinamą "nukleotidų ekscizijos atstatymu", o oksiduoti baltymai suskaidomi iki atskirų aminorūgščių, kurios vėliau gali būti pakartotinai panaudotos naujai baltymų sintezei.

Yra keletas skirtingų baltymų skaidymo sistemų: ląstelėse yra lizosomų fermentų; citozolyje yra proteasomos ir kalpainai; mitochondrijų matricoje yra Lon proteazės (nuo ATP priklausomos proteazės); o mitochondrijų membranoje yra trigubos A proteazės [78, 98-100]. Be to, be oksidaciniu būdu modifikuotų baltymų, lizosomos taip pat gali perimti ir suardyti net labai pažeistas organeles, tokias kaip mitochondrijos arba dalis citoplazmos, vykstant procesams, vadinamiems chaperono tarpininkaujama autofagija, makroautofagija ir mikroautofagija [82,101].

Nepaisant to, kad daugumą oksidaciniu būdu modifikuotų biomolekulių ir organelių gali efektyviai atkurti arba suskaidyti ląstelės, buvo pastebėta, kad kai kurios iš jų kaupiasi su amžiumi, o tai rodo, kad ląstelių apykaitos mechanizmai yra netinkami.flavonoidųBuvo įrodyta, kad jau oksiduoti ląstelių komponentai gali būti toliau oksiduojami, todėl gali susidaryti produktai, su kuriais ląstelių degradacijos sistemos nepajėgios susidoroti [34,84]. Tokių neskaidomų konglomeratų kaupimasis savo ruožtu gali trukdyti skilimo sistemų funkcionalumui, taip sustiprindamas poveikį ir sukeldamas užburtą ratą, kaip schematiškai parodyta 2 paveiksle.

Esant padidėjusiam ir ilgalaikiam oksidacinio streso sąlygoms, ląstelių atkūrimo gebėjimas apskritai ir ypač baltymų skaidymo gebėjimas gali pasiekti prisotinimo lygį, todėl nuolat atsiranda oksiduotų komponentų. Ši situacija padidina jau oksiduotų komponentų tolesnio oksidavimo tikimybę ir papildomų bei gilesnių oksidacinių modifikacijų susidarymą, įskaitant vidinių ir tarpmolekulinių kovalentinių jungčių susidarymą. Bendras susidariusių cheminių struktūrų sudėtingumas viršija ląstelių proteolitinių sistemų (ypač 20S proteasomos) gebėjimą skaidytis, todėl ląstelės viduje palaipsniui kaupiasi pernelyg oksiduotos neskaidomos „šiukšlių“ medžiagos, daugiausia į lizosomas [82,102].

Apibendrinant, per daug oksiduotų medžiagų kaupimasis ląstelių viduje padidina jau oksiduotų ląstelių komponentų tolesnio oksidacijos tikimybę laikui bėgant, taip palengvinant užburto oksidacijos, peroksidacijos ir kaupimosi ciklo pradžią; visa tai galiausiai lemia laipsnišką ląstelių funkcijų pažeidimą, kaip matyti iš senėjimo ir senėjimo.

3.7. Lizosomos kaip pagrindinės lipofuscino susidarymo vietos

Dėl normalaus autofaginio skilimo lizosomų skyriuje yra ypač daug labilios geležies, nes daugelyje autofagocituotų makromolekulių ir organelių yra geležies. Kartu redokso aktyvios geležies buvimas ir žemas pH lizosomose palengvina ypač reaktyvių radikalų susidarymą iš santykinai nereaguojančių peroksidų per Fentono reakciją. Todėl ši organelė yra ypač jautri lengvam oksidaciniam stresui, kurį ląstelės natūraliai patiria per trumpalaikius tarpląstelinio H, O pastovios būsenos svyravimus. Sukurti HO · akimirksniu sukelia lizosomų komponentų, tokių kaip baltymai ir membranos lipidai, grandininę oksidaciją, dėl kurios susidaro lipofusciną primenančios medžiagos, kurios, kaip buvo įrodyta, kaupiasi lizosomose.

Esant intensyviam ir ilgalaikiam oksidacinio streso sąlygoms, tuo pačiu metu esantis H2O2 ir labilioji geležis sukelia tolesnę oksidaciją ant jau oksiduotų au-fagocituotų biomolekulių, todėl susidaro per daug oksiduoti produktai, kurie yra susieti su daugybe kovalentinių ryšių. .hesperidino vartojimasŠi medžiaga, be atsparumo skilimui, gali slopinti ląstelių atkūrimo sistemas, kaip buvo įrodyta proteasomose [85, 102]. Šį pasiūlymą tvirtai patvirtina pastebėjimas, kad oksidacinio streso derinys su lizosomų proteazių slopinimu atitolino autofagocituotų makromolekulių skilimą ir suteikė daugiau laiko jų oksidacijai, o tai žymiai pagreitino lipofuscino susidarymą kultivuojamose ląstelėse [7]. Pats lipofuscinas gali būti kilęs iš įvairių tipų auto- arba heterofagocituotos medžiagos. Daugelyje ląstelių, ypač labai aerobinėse, tokiose kaip širdies miocitai ir neuronai, autofagocituotos mitochondrijos sudaro didžiąją dalį lizosomų nesuyrančios medžiagos. Tvirti nemažos lipofuscino kūno dalies mitochondrijų kilmės įrodymai rodo, kad lipofuscinu pakrautose ląstelėse yra daug ATP sintazės subvienetų [103]. Tačiau didelė dalis jų lipofuscino turinio taip pat gali būti gauta profesionaliose skeveldrinėse ląstelėse, kuriose yra aktyvi fagocitozė, pavyzdžiui, makrofagų, mikroglijų ląstelių ir tinklainės pigmento epitelio ląstelių.

3.8. Senstančių ląstelių aptikimas

Senstančių ląstelių atpažinimas yra labai svarbus klausimas, atsižvelgiant į vis daugiau įrodymų apie senėjimo vaidmenį žmogaus patologijoje [56,104]. Be to, dėl sparčiai besiplečiančios chemoterapijos srities reikia tiksliai aptikti senstančias ląsteles [105]. Įvairūs žymenys, aptinkantys ląstelių senėjimo jutiklius, pateikti 1 lentelėje. Naujausi atradimai parodė senėjimo reikšmę COVID-19, ir tai pateisina chemoterapinių vaistų taikymą COVID{5}} pacientų gydymui ar profilaktikai [106.

Naujai susidariusio lipofuscino kaupimąsi galima aptikti ir kiekybiškai įvertinti naudojant elektroninę, konfokalinę ir fluorescencinę mikroskopiją, taip pat srauto citometriją [108,109]. Be to, lipofusciną galima aptikti remiantis jo autofluorescencija, kartu su daugeliu histocheminių ir citocheminių metodų [68, 87, 110, 111]. Visų pirma, GL13, biotinilintas Sudan Black-B(SBB) cheminis analogas, kuris parduodamas kaip "SenTraGorTM", sąveikauja su lipofuscinu ir leidžia tiksliai identifikuoti senstančias ląsteles in vitro ir ex vivo taikant antikūnų aptikimo metodą. 56 107 110]. Taikant šį tyrimą, taip pat galima kiekybiškai nustatyti tirpaus arba ekstrahuoto lipofuscino koncentraciją ląstelių kultūrų supernatantuose, kūno skysčiuose ir audinių homogenatuose [112]. Įvykių, dėl kurių lipofuscinas kaupiasi senėjimo metu, ir jo sąveikos su lipofuscinu seka schematiškai pateikta 3A paveiksle. Reprezentatyvūs Li-Fraumeni-p21WAF1 / Cip1 Tet-OFF ir ON (senėjančių) ląstelių vaizdai, nudažyti SenlraGor, pateikti 3B paveiksle. Senstančiose ląstelėse matomas stiprus rudas citoplazminis signalas (dešinysis vaizdas), o indukuotos ląstelės nėra neigiamos (vaizdas kairėje).

Nanotechnologijomis pagrįstų terapinių programų kūrimas gali leisti tiksliai nustatyti senstančias ląsteles [113-115]. Senstančių ląstelių kartografavimas in vivo tebėra didelis iššūkis. Šiame kontekste naujasis GL13 junginys gali būti praturtintas įtraukiant kvantinius taškus ar kitus tinkamus nano nešiklius ir hidrofilinį korpusą, kad būtų apgaubta visa sistema, todėl GL13 yra perspektyvus kandidatas molekuliniam vaizdavimui in vivo [114].

3 pav. (A)SenTraGorTM specifiškai reaguoja į lipofusciną, neskaidomą šalutinį ląstelių senėjimo produktą, leidžiantį tiksliai identifikuoti senstančias ląsteles in vitro ir ex vivo taikant antikūnų sukeltą aptikimo metodą. (B) SenTraGor dažymas ant Li-Fraumeni-p21WAF1 / Cip1 Tet-OFF (kairysis vaizdas) ir ON ląstelėse (dešinysis vaizdas); originalus padidinimas: × 200. 4. Dietiniai bioaktyvūs junginiai ir oksidacinis stresas

Daugybė epidemiologinių tyrimų, atliktų daugiausia antroje praėjusio amžiaus pusėje, tradicinę Viduržemio jūros dietą (dietą, vyravusią šiaurinėje Viduržemio jūros baseino pakrantėje) susiejo su mažesniu sergamumu tam tikromis lėtinėmis ligomis ir sumažėjusia sergamumo bei mirtingumo rizika [{{0 }}]. Todėl buvo imtasi intensyvių tyrimų, siekiant nustatyti Viduržemio jūros dietos agentus, kurie gali užkirsti kelią žalingam oksidacinio streso poveikiui arba jį susilpninti, ir apibūdinti jų molekulinį veikimo būdą.

4.1. Bioaktyvūs dietiniai junginiai: laisvuosius radikalus šalinantys antioksidantai ar silpni geležies chelatoriai?

Tradicinei Viduržemio jūros dietai būdingas didelis alyvuogių aliejaus ir augalinio maisto, pavyzdžiui, vaisių, daržovių, nerafinuotų grūdų ir ankštinių augalų, vartojimas; saikingas žuvies, pieno produktų ir vyno vartojimas; ir mažas mėsos produktų vartojimas [119]. Jo nauda sveikatai dažnai buvo siejama su dideliu kiekiu laisvųjų radikalų šalinimo tipo antioksidantų, kurių daugiausia yra tipiškuose šios dietos maisto produktuose. Paprastai buvo manoma, kad tokie laisvųjų radikalų gaudytojai gali sąveikauti su laisvaisiais radikalais ir juos neutralizuoti, taip kovodami su oksidacija organizme ir dėl to sulėtindami arba net užkirsdami kelią įvairių lėtinių ligų, įskaitant senėjimo procesus, atsiradimui [120-123].

Tačiau iki šiol atliktų didžiausių klinikinių antioksidantų papildų tyrimų rezultatai neparodė didelės apsaugos nuo lėtinių ligų vystymosi [124-137]. Be to, buvo susirūpinta dėl didelės antioksidantų dozės papildymo saugumo, nes kai kuriais atvejais buvo pastebėta sąsajų su rizika sveikatai [138, 139]. Šį gedimą galima paaiškinti tuo, kad laisvieji radikalai, tokie kaip HO laipsnis ir RO laipsnis, yra ypač reaktyvūs, akimirksniu ir nespecifiškai atakuoja ir oksiduoja kiekvieną cheminę grupę, esančią šalia jų susidarymo[140]. Taigi, kai susidaro ląstelių viduje, jokiam iš išorės gautam laisvųjų radikalų gaudytojui praktiškai neįmanoma jų neutralizuoti. Čia reikia pabrėžti, kad vienintelė galimybė apsaugoti ląstelių sudedamąsias dalis nuo oksidacijos ir pažeidimo oksidacinio streso sąlygomis yra užkirsti kelią tokių labai reaktyvių laisvųjų radikalų susidarymui. Kita galima strategija, kaip tokiomis aplinkybėmis išvengti kritinių biologinių makromolekulių, tokių kaip DNR ir baltymai, oksidacijos gali būti manipuliuoti jų susidarymo vieta naudojant geležies kompleksonus. Kaip aptarta toliau, dietoje apskritai ir ypač Viduržemio jūros dietoje yra daug tokių silpnų geležies chelatorių (4 pav.), kurie, prasiskverbę per ląstelės membraną, gali atskirti silpnai surištą labilią geležį nuo svarbių makromolekulių. taip apsaugodami juos nuo nepageidaujamos oksidacijos, nepaisant to, ar jie slopina Fentono reakciją, ar ne

4 pav. Scheminis vaizdas rodo, kad Viduržemio jūros regiono dietos augalinės kilmės maisto produktuose yra vis daugiau geležį surišančių junginių, galinčių sudaryti chelatą tarpląstelinėje labilioje geležyje ir užkirsti kelią labai reaktyvių laisvųjų radikalų, atsakingų už nereguliuojamą ląstelių sudedamųjų dalių oksidaciją, susidarymui. Įprastuose Viduržemio jūros dietos maisto produktuose yra daug junginių, įskaitant fenolio alkoholius, fenolio rūgštis ir flavonoidus, kurie ne kartą buvo pasiūlyti kaip laisvuosius radikalus sulaikantys antioksidantai. Mūsų tyrimų grupė ištyrė daugybę tokių junginių, ir mes pastebėjome tvirtą ryšį tarp kiekvieno junginio apsauginio pajėgumo ir jo gebėjimo sudaryti chelatą tarpląstelinėje labilioje geležyje, bet ne su jų gebėjimu pašalinti laisvuosius radikalus in vitro [8,9, 12]. Papildoma būtina šių junginių savybė, kuri buvo reikalinga norint panaudoti savo apsauginį pajėgumą, buvo jų gebėjimas pasiekti ląstelės vidų difuzijos ar kitokio transportavimo būdu per plazmos membraną [11,42,141]. Remdamiesi šiais stebėjimais, pasiūlėme, kad Viduržemio jūros regiono dietoje visur esantys bioaktyvūs junginiai turėtų savo citoprotekcinį poveikį, atskirdami tarpląstelinę labilią geležį nuo svarbių ląstelių sudedamųjų dalių, taip sumažinant jų nepageidaujamą oksidaciją.

4.2. Ar geležies chelatiniai agentai apsaugo nuo lipofuscino susidarymo?

Remiantis pirmiau minėtais samprotavimais, pagrįsta spėlioti, kad Viduržemio jūros regiono dietoje esančios bioaktyvios geležies kompleksonai gali būti pagrindiniai veiksniai, atsakingi už lipofuscino susidarymo prevenciją ir, atitinkamai, senėjimo procesą apskritai. Kiek mums žinoma, sistemingos pastangos eksperimentiškai patikrinti šią svarbią hipotezę dar nebuvo atliktos.

Įprastoje Viduržemio jūros dietoje yra daug skirtingų cheminių struktūrų ir savybių turinčių geležies kompleksonų molekulių. Pavyzdžiui, mes išsamiai ištyrėme augalų ekstraktus, kuriuose yra daug polifenolių, ir nustatėme, kad fenoliniai junginiai su orto-dihidroksilo grupe apsaugo nuo oksidacinio streso, o tie, kuriuose nėra vieno hidroksilo arba kurių jis yra meta arba para padėtyje, yra visiškai neveiksmingi. [8, 10-12]. Šie stebėjimai iškėlė papildomą klausimą, ar maisto produktuose esantys geležies kompleksonai gali prasiskverbti per kelias kliūtis, kad pasiektų tikslinių ląstelių vidų. Šiuo atveju tam tikri dietiniai agentai gali būti laikomi „netiesioginiais antioksidantais“, nes jie užkerta kelią reaktyvių laisvųjų radikalų susidarymui, o ne detoksikuoja juos po jų tarpląstelinės gamybos.

Kai kuriais atvejais intraląsteliniai labilūs geležies jonai gali būti nevisiškai suderinti su dietinėmis medžiagomis dėl jų mažo įsisavinimo ir didelio praskiedimo organizme, todėl geležis gali dalyvauti redokso reakcijose. Nepaisant to, tie patys agentai paprastai atlieka dvigubas funkcijas, nes toje pačioje molekulėje gali turėti ir geležį surišančių, ir laisvuosius radikalus sulaikančių savybių. Taigi, iš dietos gaunami geležies chelatoriai gali veikti dvejopai: arba sušvelninti oksidacinio streso sukeltą ląstelių pažeidimą, pašalinant silpnai surištą labilią geležį iš pažeidžiamų ląstelių makromolekulių ir ją visiškai inaktyvuojant, arba nepilnai koordinuojant geležį, dėl kurios ji pašalinama iš ląstelių. pradinėje padėtyje, bet leidžia išlikti redokso aktyviam ir galinčiam oksiduoti atitinkamus su maistu gaunamus geležies chelatorius.

5. Išvados

Viena ryškiausių senėjimo koncepcijų šiandien yra vadinamoji "laisvųjų radikalų senėjimo teorija". Remiantis šia teorija, organizmo senėjimą sukelia kaupiamasis oksidacinis pažeidimas, kurį sukelia labai reaktyvūs laisvieji radikalai, kurie pirmiausia atsiranda kaip pasekmė. aerobinio metabolizmo. Nuolatinis tokių itin reaktyvių radikalų susidarymas sukelia laipsnišką nepataisomų pažeistų ląstelių sudedamųjų dalių agregatų susidarymą ir kaupimąsi. Ši chemiškai neapibrėžta medžiaga, kurią daugiausia sudaro baltymai ir lipidai ir kuri skleidžia geltonai rudą fluorescenciją, yra žinoma kaip „lipofuscinas“, ceroidas“ arba „amžiaus pigmentas“, ir ji laikoma ląstelių senėjimo požymiu.

Lipofuscinas daugiausia susidaro dėl nekontroliuojamų ir nespecifinių ląstelių makromolekulių oksidacinių modifikacijų. Ląstelėse yra daugialypės apsaugos sistemos, skirtos oksiduotoms makromolekulėms stebėti ir taisyti. Tačiau kai intensyvus oksidacinis stresas išlieka ilgą laiką, jis neišvengiamai sukelia labai reaktyvių laisvųjų radikalų susidarymą ir jau oksiduotų medžiagų perteklinę oksidaciją, todėl susidaro produktai, kurie negali būti pataisyti, suskaidyti ar net egzocituoti. atitinkamų korinių sistemų. Be to, buvo įrodyta, kad per daug oksiduotos medžiagos gali sukelti laipsnišką ląstelių apsaugos ir atkūrimo sistemų inaktyvavimą, taip paskatindamos bergždžius padidėjusio lipofuscino kaupimosi ciklus.

Kadangi geležies katalizuojamuose oksidacijos procesuose (Fentono reakcija) gali susidaryti labai reaktyvūs laisvieji radikalai, labilios geležies prieinamumas yra būtina lipofuscino susidarymo ir kaupimosi ląstelėse prielaida. Remiantis šiais samprotavimais, galima spėti, kad tikslus ląstelių geležies homeostazės reguliavimas bendrame ir labiliajame geležies pasiskirstyme gali būti iki šiol neįvertintas būdas sulėtinti tarpląstelinio lipofuscino susidarymą ir dėl to atsirandantį ląstelių senėjimą (senėjimą). Anksčiau mes parodėme, kad daugelis geležies kompleksonų sudarančių fitonutrientų, esančių Viduržemio jūros regiono tipo dietoje, gali prasiskverbti per biologines membranas ir pasiekti ląstelių vidų [8, 9, 11, 12]. Šios medžiagos chelatuoja intraląstelinę labilią geležį (nebūtinai su dideliu afinitetu) ir taip nustato jos pasiskirstymą, taigi ir oksidacinio streso sukeltos oksidacijos vietas. Pagal siūlomą mechanizmą, iš dietos gaunamos fitocheminės medžiagos savo struktūroje turi derinti šias charakteristikas, kad galėtų apsaugoti ląsteles oksidacinio streso sąlygomis: jos turi gebėti (a) prasiskverbti per ląstelių membranas; (b) sudaryti chelatą ląstelėje. labili geležis; ir c) surištosios geležies sąveikos su peroksidais atveju (nevisiškas jos koordinavimo vietų užėmimas), kad būtų pašalintas susidaręs reaktyvusis radikalas.

Apibendrinant pirmiau pateikto pristatymo išvadas, galima padaryti tokius teiginius: (a) labili geležis yra pagrindinis agentas, atsakingas už labai reaktyvių laisvųjų radikalų, galinčių oksiduoti ląstelių sudedamąsias dalis oksidacinio streso sąlygomis, gamybą (b )oksiduoti ir ypač per daug oksiduoti ląstelių komponentai sudaro pagrindinį lipofuscino kūną, kuris susidaro ir kaupiasi ląstelėse tokiomis sąlygomis, c) geležies kompleksonų sukeltos intraląstelinės labilios geležies išeikvojimas neleidžia oksiduotis ląstelių komponentams ir d) mūsų mityboje ir ypač Viduržemio jūros tipo dietoje yra daugybė junginių, galinčių moduliuoti geležies pasiskirstymą ląstelėse.

Atsižvelgiant į tai, kas išdėstyta kartu, galima pagrįstai tikėtis, kad bioaktyvių maistinių junginių, turinčių priskirtas savybes, nustatymas gali leisti juos naudoti kaip farmakologines priemones konkretiems apsauginiams veiksmams, esant padidėjusiam oksidaciniam stresui ląstelėse, audiniuose ir visuose organizmuose. Šis pasiūlymas gali atverti naujus kelius plėtoti strategijas, skirtas sulėtinti su amžiumi susijusių ligų atsiradimo ir vystymosi tempus.

Šis straipsnis ištrauktas iš Antioxidants 2021, 10, 491. https://doi.org/10.3390/antiox10030491 https://www.mdpi.com/journal/antioxidants