SIRT5-Kertsetiinin aiheuttamaa suojaa sydämen vajaatoimintaa vastaan

Ota yhteyttäoscar.xiao@wecistanche.comLisätietoja

3.6. Kvertsetiini vähentää korkean glukoosin aiheuttamaa HL-1 -tulehdusvauriota säätelemällä mitokondrioiden laadunvalvontaa.

Mitokondriot voivat muuttaa muotoaan ja kokoaan laadunvalvontamekanismien avulla ja luoda uusia mitokondrioita biosynteesin kautta; siten mitokondriopooli täydentyy ja tarvitsee energia-aineenvaihduntaa

KUVA 4: Kvertetiini(Que) vähentää korkean glukoosin (HG-) aiheuttamaa HL:ää-1tulehdusvammoja edistämällä SIRT-{0}}sukkinylaatiota. a) IDH2:n immunoblottaus ja sukkinylaatio. RT-PCR:ää käytettiin (b)SIRT5- ja (c) IDH2-mRNA-ekspression havaitsemiseen. (d) IDH2-sukkinylaatio. (esim.) Mitokondrioiden hengityskompleksien I/III ja IV aktiivisuudet havaittiin ELISA:lla. Keskiarvo±SD;*P<>

Napsauta tätä saadaksesi lisätietoja

solut eri olosuhteissa täyttyvät. Mitokondrioiden laadunvalvonta on kriittinen sytoprotektiiviselle säätelylle sydämen vajaatoiminnan ja sydänlihasfibroosin aikana [36]. Tutkiaksemme kversetiinin säätelymekanismia mitokondrioiden laadunvalvonnassa arvioimme Drpl/Fill- ja Mfn1/Mfn2-mRNA-tasot 24 tunnin korkean glukoosipitoisuuden stimulaation jälkeen. Geeniekspressioanalyysi osoitti, että korkean glukoosipitoisuuden stimulaatio nosti Drpl- ja Fill-säätelyä ja vähensi Mfnl- ja Mfin2-säätelyä mitokondrioissa (kuviot 6(a)-6(d)); lisäksi kversetiini kumosi nämä vaikutukset (kuvat 6(a)-6(d)). Arvioimme myös mitokondrioiden biogeneesiä. qPCR-analyysitulokset osoittivat, että korkean glukoosisen stimulaation jälkeen Tfamin ja PGCa:n ekspressio väheni voimakkaasti. Kversetiini puolestaan ​​lisäsi Tfam- ja PGCla-tasoja ja tehosti mitokondrioiden biogeneesiä (kuvat 6(e) ja 6(f)). On syytä huomata, että mitokondrioiden fissio lisääntyi merkittävästi si-SIRT5-hoidon jälkeen, kun taas mitokondrioiden biosynteesi väheni (kuvat 6(e) ja 6(). Siten kversetiinin kyky säädellä mitokondrioiden laadunvalvontaa voi olla läheistä sukua SIRT5:lle.

Tulokset osoittivat, että kversetiinin suojaava vaikutus HL-1-soluihin liittyi läheisesti sen säätelyyn.

KUVA 5: Kvertsetiini(Que) vähentää korkean glukoosin (HG-) aiheuttamaa HL-1 -tulehdusvauriota säätelemällä mitokondrioiden energia-aineenvaihduntaa ja NLRP3-tasoja. (a) mPTP:n avautumisnopeuden havaitseminen. (be) Mitokondrioiden energia-aineenvaihdunnan havaitseminen. (f, g) NLRP3-tasojen immunofluoresenssidetektio. Keskiarvo±SD;*P<>

mitokondrioiden laadunvalvonta. Kvertsetiini voi edistää IDH2:n desukkinylaatiota SIRT5:n kautta, mikä ylläpitäämitokondriaalinenhengitysketjun toiminta ja mitokondrioiden homeostaasi, mikä parantaa solujen aktiivisuutta.

4. Keskustelu

Sydänfibroosi liittyy läheisesti sydämen vajaatoimintaan, ja sille on ominaista epäsäännelty solunulkoisen matriisin aineenvaihdunta ja kollageenikomponenttien suhde. Se johtuu oksidatiivisesta stressivauriosta ja sydämen vajaatoiminnan aiheuttamasta tulehduksesta [37].Hapettavastressi ja tulehdukselliset sytokiinit voivat aiheuttaa mitokondrioiden homeostaasin häiriöitä, vaikuttaa läheisten proteiinien translaation jälkeiseen modifikaatioon, vahingoittaa sydänlihassolujen supistumistoimintoa ja indusoida kardiomyosyyttifibroosia, mikä johtaa sydämen vajaatoimintaan [38]. Näin ollen parempi ymmärrys mitokondrioiden toiminnan ja proteiinien translaation jälkeisen muuntamisen roolistasydänlihaksen fibroosivamma antaa näkemyksiä sydänlihaksen uusiutumisesta mitokondrioiden laadunvalvonnan ja oksidatiivisen stressin näkökulmasta, samalla kun se tarjoaa uusia strategioita sydämen vajaatoiminnan ennusteen ja hoidon parantamiseksi. Erityisesti kohdennettuja lääkkeitä mitokondrioiden laadunvalvontaan tarvitaan kiireesti

FrcuRE 6:Kvertetiini (Que) vähentää korkean glukoosin (HG-) aiheuttamaa HL-1 -tulehdusvauriota säätelemällä mitokondrioiden laadunvalvontaa.(ad) Drp1/Fis1:n ja Mfnl/Mfn2:n ilmentyminen määritettynä qPCR:llä.(e) , f) Mitokondrioiden DNA-synteesimarkkerien PGCla ja Tfam transkriptiotasot määritettiin käyttämällä qPCR:ää. Keskiarvo±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="">sydänlihakseenkudosta, lisää SIRT5:n ilmentymistä kardiomyosyyteissä ja edistää IDH2:n desukkinylaatiota.

Diabeettisten potilaiden ensisijainen kuolinsyy on sydän- ja verisuonisairaus; sydämen vajaatoiminnan merkitystä diabeetikoilla ei kuitenkaan vielä täysin ymmärretä. Lisäksi näiden kahden sairauden välinen suhde ei ole pelkästään liitännäissairauksien tasolla, vaan on olemassa monimutkainen suhde, joka johtaa niiden vastavuoroiseen edistämiseen tai tukahduttamiseen [40]. Lisäksi insuliiniresistenssiä heijastavat indikaattorit, mukaan lukien glykosyloitu hemoglobiini (HbAlc), paastoveren glukoosipitoisuus ja insuliinitasot, liittyvät sydämen vajaatoiminnan riskiin. Lisäksi joukko fysiologisia tai metabolisia poikkeavuuksia, mukaan lukien autonomisetneuropatia, mikroverenkiertohäiriöt, aineenvaihdunnan tai energian muutokset ja kehittyneiden lisääntynyt kertyminenglykaatiolopputuotteet, voivat aiheuttaa insuliiniresistenssiä tai kardiomyopatiaa diabeetikoilla [41].

Cistanche voi parantaa immuniteettia

Lisäksi sydämen vajaatoiminta voi lisätä insuliiniresistenssin, heikentyneen glukoositoleranssin ja diabeteksen riskiä. Pitkäaikainen epänormaali hiilihydraatti- ja rasva-aineenvaihdunta tai lisääntynyt rasvahappojen aineenvaihdunta ja lisääntynyt hapenkulutus aiheuttavat edelleen sydänlihassolujen mitokondrioiden hengitysketjun toimintahäiriöitä, mikä johtaa mitokondrioiden energia-aineenvaihdunnan voimakkaaseen heikkenemiseen, mikä johtaa epäsuorasti epätasapainoiseen redox-homeostaasiin ja yli-ilmentymiseen. tulehdustekijöistä [42]. Tarkemmin sanottuna diabeettinen kardiomyopatia on diabeteksen tyyppi, jota monimutkaistaa verisuonisairaus. Sydänsolujen glukoosiaineenvaihdunnan hyödyntäminen vähenee potilailla, joilla on diabetes ja sydämen vajaatoiminta, johon liittyy sydänlihaksen iskemia ja hypoksia [43,44]. Tämän tutkimuksen tulokset osoittivat myös epäsuorasti, että korkea glukoosipitoisuus voi epäsuorasti johtaa mitokondrioiden laadunvalvontaan.

Oksidatiivisessa stressiympäristössä sydänlihassolujen happi- ja verenkierto vähenee merkittävästi, mikä johtaa suuren määrän happivapaita radikaaleja ja erilaisia ​​väliaineenvaihduntatuotteita tuottamaan. Se voi myös aiheuttaa aineenvaihdunnan epätasapainoa kehossa, vahingoittaa sydänlihaksen solukalvoa ja häiritä solunulkoisen hajoamisen ja synteesin välistä tasapainoa [45,46]. Sydänlihaksen fibroblastien lisääntyminen johtaa sydänlihaksen fibroosiin, mikä puolestaan ​​aiheuttaa suuren määrän solujen välistä kollageenia kerääntymistä ja solurakenteen häiriintymistä, mikä häiritsee tehokkaasti erityyppisten kollageenien välistä tasapainoa. Siksi vakavan sydänlihaksen fibroosin on osoitettu johtavan lopulta sydämen vajaatoimintaan. Vaikka useimmat aiemmat tutkimukset ovat keskittyneet kversetiinin rooliin oksidatiivisessa stressissä ja tulehdusvaurioissa [47], se voi myös säädellä mitokondrioiden homeostaasia, läheisten proteiinien ilmentymistä ja translaation jälkeisiä modifikaatioita [48]. Tuloksemme laajentavat näitä aikaisempia havaintoja, jotka viittaavat kversetiinin toimintaan SIRT5:n kautta edistäen IDH2:n desukkinylaatiota, mikä säätelee mitokondrioiden homeostaasia, suojaa sydänlihassolujen toimintaa ja parantaa sydänlihasfibroosiin liittyviä vaurioita. Siten kversetiini voi edustaa uutta terapeuttista lähestymistapaa sydämen vajaatoiminnan hoitoon.

Hiirillä mitokondrioiden homeostaasin häiriöt tai toimintahäiriöt johtuvat ensisijaisesti ROS:n ylituotannosta ja riittämättömästä ATP-synteesistä, mikä vaikuttaa haitallisesti sydämen rakenteeseen ja toimintaan, mikä johtaa myöhempään sydämen vajaatoimintaan 49]. Oksidatiivisen stressin ja tulehduksen olosuhteissa liiallinen ROS:n tuotanto voi aiheuttaa oksidatiivisia vaurioita solun proteiineille, lipideille ja mitokondrioiden DNA:lle sekä aiheuttaa soluvaurioita ja apoptoosia [50]. Tämä johtuu suurelta osin mitokondrioiden homeostaasin epätasapainosta, joka johtuu tulehdukseen liittyvästä redox-homeostaasin häiriöstä. Tällä hetkellä monet tutkimukset ovat osoittaneet, että sydämen vajaatoiminnan ilmaantuessa ilmenevä tulehdusvaste liittyy läheisesti oksidatiiviseen stressiin [51]. Sydämen vajaatoiminnan alkamiseen liittyy vakava sydänlihaksen hypertrofia ja sydänlihasfibroosi. Mitä tulee sydämen vajaatoiminnan patologiseen mekanismiin, sydäninfarktin sattuessa sellaiset tekijät kuin sydänlihasiskemia, hypoksia, heikentynyt mitokondrioiden toiminta sekä neutrofiilien ja tulehdustekijöiden aktivaatio aiheuttavat räjähdysmäisen ROS:n lisääntymisen. Tähän redox-homeostaasin epätasapainon aiheuttamaan ROS-ylituotantoon liittyy sitten NF-xB-aktivaatio ja sitä seuraava proinflammatoristen geenipromoottorien aktivaatio monosyyteissä. Tämän seurauksena tulehdustekijän transkriptio lisääntyy, ja NADPH-oksidaasikompleksi hapettuu solukalvolla ROS:n muodostamiseksi, mikä estää antioksidanttientsyymien toimintaa ja stimuloi edelleen tulehdusreaktioiden esiintymistä [52]. Tämä noidankehä on indusoiva tekijä sydänlihaksen liikakasvun ja fibroosin progressiiviselle pahenemiselle. ROS voi myös vahingoittaa aktiinia ja eksitatorisia-supistuvia kytkentäproteiineja, mikä johtaa sydänlihaksen systoliseen/diastoliseen toimintahäiriöön. Lisäksi riittämätön ATP-synteesi johtaa kardiomyosyyttien energiahuollon puutteeseen, millä on vakavia haitallisia vaikutuksia kardiomyosyyttien eloonjäämiseen ja sydämen ejektiotoimintoon [53].

Lisäksi vakavaan diabeettiseen kardiomyopatiaan, johon liittyy sydämen vajaatoiminta, liittyy sydänlihaksen liikakasvu, osittainen sydänlihasiskemia ja hypoksia [36, 53]. Sydänlihassolujen energia-aineenvaihdunta muuttuu rasvahappojen hapettumisesta glykolyysiksi sopeutuakseen hypoksiaan itsesuojamekanismina. Tähän konversioon liittyy kuitenkin desukkinylaatiomodifikaatio. Tässä tutkimuksessa havaitsimme, että korkean glukoosin stimulaatio voi johtaa apoptoosiin tai kuolemaan, mikä voi johtua oksidatiivisen stressin ja tulehdusreaktion välisestä vuorovaikutuksesta. Tähän reaktioon liittyy myös epätasapaino mitokondrioiden energia-aineenvaihdunnassa ja mitokondrioiden laadunvalvonnassa. Samoin kuin hypoksia/iskemia, korkea glukoosipitoisuus voi aiheuttaa liiallista ROS-tuotantoa, mikä johtaa oksidatiiviseen stressiin ja mitokondriomassan epätasapainoon. Näin ollen glukoosiaineenvaihduntahäiriöt pahentavat entisestään primaarista sydän- ja verisuonisairauksia tai mikroverenkiertovaurioita, jotka voivat edustaa avainmekanismia, joka liittyy sydämen vajaatoiminnalla komplisoituvaan diabetes mellitukseen.

IDH2 osallistuu trikarboksyylihapposykliin katalysoimalla isositraatin muuttumista -ketoglutaraatiksi ja NADPt:n muuttumista NADPH:ksi. Tutkimukset ovat raportoineet, että IDH2:n poistaminen hiiristä voi johtaa NADPH:n redox-tilan ja tioredoksiinireduktaasiaktiivisuuden vähenemiseen mitokondrioissa. Se voi myös johtaa vähentyneeseen solujen aktiivisuuteen ja mitokondrioiden hapenkulutukseen [54]. Lisäksi IDH2:n poistaminen alentaa NADPH-tasoja ja mitokondrioiden GPX-aktiivisuutta hiirillä, joilla on maksan iskemia-reperfuusiovaurio, mikä johtaa mitokondrioiden risteytysten katoamiseen, mitokondrioiden fragmentoitumiseen, mitokondrioiden halkeaman siirtymiseen, sytokromi c:n vapautumiseen ja solukuolemaan [55]. IDH2:n puute voi myös johtaa lisääntyneeseen mitokondrioiden ROS:iin, estyneeseen histonideasetylaasiaktiivisuuteen ja lisääntyneeseen NF-B:n aktivaatioon asetylaation kautta, mikä johtaa tulehduksen ja apoptoosin lisääntymiseen [56]. IDH2-puutteellisilla hiirillä on todellakin kiihtynyt sydämen vajaatoiminta, lisääntynyt apoptoosi ja hypertrofia sekä mitokondrioiden toimintahäiriö, joka liittyy redox-homeostaasin epätasapainoon [57]. Tuloksemme ovat yhdenmukaisia ​​aiempien tutkimusten kanssa, mikä osoittaa, että mitokondrioiden homeostaasi ja hiiren sydänlihassolujen laadunvalvontahäiriöt liittyvät IDH2:n sukkinylaatioon.

Lysiinin sukkinylaatio on äskettäin löydetty proteiinin posttranslationaalinen modifikaatio, jossa proteiinin lysiini(K)-tähde muunnetaan sukkinyyliryhmästä sukkinyylikoentsyymi A:lla [58, 59]. Aiheeseen liittyvät in vitro ja in vivo -tutkimukset ovat osoittaneet, että kversetiini voi merkittävästi vähentää AnglI-indusoitua sydänlihaksen supistumiskykyä, fibroosia, tulehdusta ja sydänlihaksen hypertrofiaa samalla kun se estää tyypin I ja tyypin II kollageenin fibroblastien erilaistumismarkkerien ilmentymistä [28]. Kversetiini myös kääntää isoproterenolin aiheuttaman sydämen hypertrofian palauttamalla solujen redox-tasapainon ja suojaamalla mitokondrioita [38]. Tuloksemme osoittavat, että kversetiini edistää IDH2:n desukkinylaatiota SIRT5:n kautta, säätelee redox-tasapainoa, ylläpitää mitokondrioiden homeostaasia, estää tulehdusta, suojaa sydänlihassoluja, vähentää sydänlihasfibroosivaurioiden tasoa ja palauttaa sydämen toiminnan. Nämä havainnot ovat yhdenmukaisia ​​aiempien tutkimusten kanssa; eli korkean glukoosipitoisuuden stimulaatio aiheuttaa epätasapainon redox-tasoissa, aiheuttaa tulehdusta ja aktivoi mitokondrioiden laadunvalvontaa ja homeostaasia sekä mitokondrioiden apoptoosin reittiä. Lisäksi osoitamme, että SIRT5 edistää IDH2:n desukkinylaatiota, lisää solujen herkkyyttä oksidatiiviselle stressille ja vähentää kardiomyosyyttien oksidatiivisen stressin vaurioita, joita on myös havaittu aiemmin [60].

Tutkimuksemme sisälsi kolme päärajoitusta. Ensinnäkin, vaikka suoritimme in vivo -tutkimuksia sydämen vajaatoiminnan ja sydänlihaksen fibroosin eläinmalleilla varmistaaksemme kversetiinin säätelyvaikutuksen, emme suorittaneet kohdennettua varmennusta käyttämällä geenipoistoeläimiä. Toiseksi arvioitiin vain mitokondrioiden homeostaasia, ei endoplasmisen retikulumin toimintaa. Sydänfibroosin patologinen mekanismi liittyy ensisijaisesti kalsiumin homeostaasiin. Endoplasminen verkkokalvo on tärkeä solunsisäinen kalsiumin varasto. Liialliset tai alhaiset kalsiumtasot endoplasmisessa retikulumissa voivat aiheuttaa kalsiumin signalointihäiriöitä, jotka johtavat epänormaaleihin fysiologisiin toimintoihin sydänlihassoluissa ja sydänlihaksen fibroosin esiintymiseen. Kolmanneksi endoplasmisen retikulumin stressin ja mitokondrioiden homeostaasin välistä vuorovaikutusta ei ole selkeästi selvitetty sydämen vajaatoiminnalla komplisoivan diabetes mellituksen patogeneesissä; sydänlihasfibroosia ei kuitenkaan tutkittu. Näistä rajoituksista huolimatta tutkimuksemme osoittaa, että kversetiini voi edistää IDH2:n desukkinylaatiota SIRT5:n kautta. Kvertsetiini ylläpitää mitokondrioiden homeostaasin ja redox-tasapainon säätelyä, estää tulehdusta ja alentaa sydänlihassolujen apoptoositasoa sekä lihasfibroosin tasoa ja sydämen ejektiotoiminnan palautumista.

5. Johtopäätökset

Tuloksemme antavat näkemyksiä sydänlihasfibroosin ja sydämen vajaatoiminnan patologisesta mekanismista ja kliinisestä hoidosta. Sydämen vajaatoiminta on yksi vakavimmista sydän- ja verisuonikomplikaatioista diabeetikoilla; Tällä hetkellä on kuitenkin vain vähän lääkkeitä, jotka pystyvät hallitsemaan verensokeria ja parantamaan sydänlihasvaurioita, ja hoito ja patologiset mekanismit ovat edelleen epäselviä. Tässä tutkimuksessa havaittiin in vivo -kokeellisilla tutkimuksilla, että kversetiini voi tehokkaasti parantaa sydämen vajaatoiminnan patologista vastetta hiirillä TAC:n jälkeen, parantaa sydämen toimintaa, estää tulehdustekijöiden ilmentymistä ja sydänlihasfibroosin tasoa sekä suojata sydänlihasta. . Lisäksi osoitimme, että kversetiini voi säädellä hiiren sydänlihassolujen redox-tasapainoa korkean glukoosin olosuhteissa, estää NLRP3-tulehdusten vapautumista, säädellä mitokondrioiden laadunvalvontaa, ylläpitää mitokondrioiden homeostaasia ja estää sydänlihassolujen apoptoosia tai kuolemaa korkean glukoosipitoisuuksien olosuhteissa. Lisäksi vaikuttava aine kversetiini luonnonlääkkeenä vaikuttaa SIRT5-säätelymekanismiin edistämällä desukkinylaatiota. Kversetiini voi säädellä SIRT5:n sukkinylaatiota, mikä voi parantaa mitokondrioiden sietokykyä oksidatiiviselle stressille ja tulehdukselle. Päättelemme, että kversetiini, jolla on antioksidanttisia stressivaikutuksia, voi säädellä mitokondrioiden laadunvalvontaa "tulehdus-hapetusstressi" -reitin kautta. Vaikka "tulehdus-oksidatiivisen stressin ja mitokondrioiden toimintahäiriön" patologisen mekanismin tulkitsemisessa on tapahtunut suurta edistystä, siihen liittyvää ylikuulumismekanismia ei ole vielä täysin selvitetty. Tämän tutkimuksen tulokset viittaavat siihen, että kversetiinistä voi tulla täydentävä vaihtoehtoinen lääke tai päivittäinen terveyslisä potilaille, joilla on diabetes ja sydämen vajaatoiminta; kuitenkin tarvitaan laajamittaisia ​​monikeskustutkimuksia sen tehokkuuden ja turvallisuuden varmistamiseksi.

Tämä artikkeli on poimittu julkaisusta Hindawi Oxidative Medicine and Cellular Longevity Volume 2021, artikkelin tunnus 5876841, 17 sivua https://doi.org/10.1155/2021/5876841