Нажмите "Enter", чтобы перейти к контенту

Хроническая диетическая добавка 4% на изменение оксидативного стресса при трансгенной мышиной модели болезни Альцгеймера

Chronic Dietary Supplementation of 4% Figs on the Modification of Oxidative Stress in Alzheimer's Disease Transgenic Mouse Model
Источник: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4090508/

Академический редактор: Я должен Чжан

Мы оценили изменения в плазме Aβ, окислительном стрессе / антиоксидантах и ​​мембранных связанных ферментах в коре головного мозга и гиппокампе трансгенных мышей болезни Альцгеймера (AD) (Tg2576) после диетических добавок фруктов инжира Омана в течение 15 месяцев вместе с пространственной памятью и учебный тест. Мыши AD Tg на контрольной диете без инжира показали значительное ухудшение способности к пространственному обучению по сравнению с мышами дикого типа на одной и той же диете, а также фигами, питавшими мышей Tg. Значительное увеличение окислительного стресса и снижение антиоксидантного статуса наблюдалось у мышей AD Tg. 4% обработанных инжиром мышей AD Tg значительно ослабляли окислительное повреждение, о чем свидетельствует снижение перекисного окисления липидов и карбонилов белков и восстановление статуса антиоксидантов. Изменена активность мембранных связанных ферментов (Na + K + АТФаза и ацетилхолинэстеразы (AChE)) в областях головного мозга мышей AD Tg и была восстановлена ​​обработкой инжиром. Кроме того, добавление фигов могло бы значительно снизить уровни Aβ (1-40, 1-42) в плазме у мышей Tg, предполагая предполагаемую задержку в образовании бляшек, что может быть связано с наличием высоких природных антиоксидантов в инжире , Но это исследование требует дальнейшего обширного исследования, чтобы найти новое лидерство для терапевтической цели для AD из инжира.

Болезнь Альцгеймера (AD) является прогрессирующим нейродегенеративным расстройством со сложными многофакторными патологическими изменениями в головном мозге. Это наиболее распространенная форма деменции, характеризующаяся прогрессирующим нарушением памяти, когнитивными функциями и поведением у пожилых людей [1]. Он затрагивает миллионы людей и стал основным медицинским и социальным бременем в развитых и развивающихся странах [2]. Сообщается, что это заболевание является шестым по значимости причиной смерти. Невропатология AD характеризуется первоначально осаждением старческих бляшек, в основном состоящих из амилоидного бета-белка (Aβ) и нейрофибриллярных клубок, содержащих гиперфосфорилированный тау-белок в головном мозге, а затем потери нейронов и их процессов [3, 4]. Когнитивные нарушения, по-видимому, наиболее тесно коррелируют во времени с потерей нейронов и нейронных процессов [5]. Накопление Aβ-пептида может привести к увеличению внутриклеточных реактивных видов кислорода (ROS) и свободных радикалов. Считается, что генерация ROS и относительный окислительный ущерб связаны с патогенезом AD. ROS может вызвать функциональное и структурное повреждение клеточных мембран посредством перекисного окисления липидов и карбонильной модификации белка, которые могут быть вовлечены в патогенез AD [6]. Другими характерными трансформациями, которые происходят в AD, являются приращение ацетилхолинэстеразы (AChE) [7] вокруг амилоидных бляшек. Отношения между осаждением бляшек / клубок и дегенерацией нейронов четко не поняты. Однако большинство случаев AD происходят спорадически, что обусловлено влиянием различных негенных факторов окружающей среды. Механизмы, лежащие в основе AD, по-видимому, разнообразны, а также потенциальные терапевтические методы лечения AD.

В настоящее время интерес к роли диетических антиоксидантов в здоровье человека был вызван в области исследований нейродегенеративных заболеваний. Фрукты — хорошие источники биоактивных веществ, и есть ряд коммерческих богатых полифенолом напитков, которые основывают свои маркетинговые стратегии на антиоксидантной активности. С прошлого десятилетия антиоксидант получил особое внимание в качестве пищевых добавок, а в нескольких исследованиях показано ингибирование образования бляшек A б in vitro и in vivo природными соединениями [8-13]. Сообщалось, что экстракт куркумина и гинкго билоба оказывает защитное действие против прогрессирования AD-патологии в мышиных моделях AD [14, 15].

Фиг (Ficus carica L.) — классическое фруктовое дерево, связанное с началом садоводства в Средиземноморском бассейне [16, 17]. С древних времен Средиземноморский регион и страны Ближнего Востока были наиболее важными культивирующими центрами инжира [18]. По сравнению с другими распространенными фруктами и напитками, инжир является отличным источником минералов, витаминов и пищевых волокон; они свободны от жира и холестерина и содержат обильные аминокислоты [19-22]; он содержит самые высокие концентрации полифенолов [23]. Фиговый плод хорошо известен своим привлекательным вкусом и питательной ценностью благодаря своим антиоксидантным свойствам, и он потребляется свежим или сухим во всем мире [21, 24-26]. Листья традиционно используются при лечении желтухи [27]. Фигуры являются прекрасным источником фенольных соединений, таких как проантоцианидины [23]. На самом деле, красное вино и чай, два хорошо освещенных источника фенольных соединений, содержат более низкое количество фенолов, чем инжир [28]. Сообщалось, что у них были отличные действия по очистке радикалов и антиоксидантов [21]. Эффект плодов инжира на экспериментальном AD еще недостаточно изучен. Чтобы решить эту проблему, мы провели ряд экспериментов по модели трансгенной мыши AD с добавлением инжира в течение 15 месяцев с акцентом на Aβ и окислительным стрессом.

Свежие фрукты инжира были собраны из ферм Аль-Джабал Аль-Ахдар, Оман. Плоду изолировали вручную, промывали водой, сушили в течение 18 ч в сушильном шкафу при 40 ° С и хранили при комнатной температуре. Высушенные плоды будут измельчены и экстрагированы ацетоном (соотношение 1: 1, масса по объему) при перемешивании при комнатной температуре. Через 48 ч экстракт затем фильтруют и фильтрат выпаривают досуха в сушильном шкафу при 40 ° С и сохраняют. После этого образцы измельчали ​​в мелкий порошок, используя кофемолку.

Наземные фиги были отправлены в США для подготовки диеты для мышей. Диета была приготовлена ​​путем смешивания инжира (4%) с обычной диетой в соответствии с Национальными институтами здравоохранения, США, протокол Research Diet Inc., Нью-Джерси, США.

Использовали 12 трансгенных женщин (APPsw / Tg 2576) и 6 диких контрольных (нетрансгенных) мышей (Taconic form, NY, USA). Животных помещали в карантин в течение 7 дней после отгрузки и отдельно размещали в пластмассовых клетках в животной комнате, которая поддерживалась при температуре 22 ± 2 ° C, относительной влажности 50 ± 10% и 12-часовом светло-темном автоматическом свете цикл (свет: 0800-2000 ч). Все эти животные свободны от патогенов и вирусов. Экспериментальный период начался в возрасте 4 месяцев. Животные были разделены на три группы: группа 1: дикий тип (нетрансгенный) контроль над мышами APPsw, которым кормили регулярным рационом, группа 2: трансгенные мыши AD также получали регулярную диету, а группа 3: мыши AD, получавшие 4% инжира фруктовая диета. Влияние смоляной диеты на когнитивное поведение через 15 месяцев оценивали с помощью теста на водный лабиринт Морриса (для пространственной памяти и способности к обучению). После оценки поведения наблюдались окислительный стресс, антиоксиданты и связанные с мембраной ферменты у экспериментальных и контрольных мышей. Все эксперименты на животных в настоящем исследовании были выполнены Комитетом по уходу и использованию животных Университета Султана Кабуса, Оман (SQU / AEC / 2010-11 / 3).

На следующий день после завершения поведенческих испытаний образцы крови собирали из всех групп для разделения плазмы, и все образцы хранили при -80 ° С до тех пор, пока их не использовали. Затем животных обезглавливали, после чего головку переносили на сухой лед, а затем быстро рассекали гиппокамп и кору головного мозга, гомогенизировали в 9 объемах (1: 9 мас. / Об.) Холодного солевого раствора для приготовления 10% гомогената головного мозга в ледяной бане и центрифугировании для сбора супернатантов. Весь мозг быстро удаляли одновременно и охлаждали в ледяном солевом растворе. Образцы тканей хранили при -80 ° С до анализа.

Водный лабиринт состоял из металлического бассейна (170 см в диаметре × 58 см в высоту), заполненного водопроводной водой (25 ° C, глубиной 40 см), разделенной на четыре квадранта. В центре одного квадранта была съемная платформа для бега ниже уровня воды, покрытого нетоксичным молочным порошком. Бассейн был разделен на четыре квадранта (NE, NW, SE и SW) двумя воображаемыми линиями, пересекающими центр бассейна. Для каждого животного местоположение невидимой платформы было размещено в центре одного квадранта и оставалось там на протяжении всего обучения. Мышам необходимо запомнить местоположение платформы по отношению к различным экологическим сигналам, и не было ничего, что напрямую указывало бы на местоположение спасательной платформы в бассейне и за его пределами. Поэтому размещение резервуара и платформы для воды было одинаковым во всех испытаниях на приобретение. Каждая мышь осторожно помещалась в воду, обращенную к стенке бассейна, из одной из четырех исходных точек (N, E, S или W) по периметру бассейна, и животному разрешалось плавать, пока оно не нашло и не залезло на платформу. Во время тренировки субъект мышей осторожно размещался на платформе у опытного исследователя, когда он не мог добраться до платформы за 60 с. В любом случае предмет был оставлен на платформе в течение 15 секунд и удален из пула. Время, когда животные поднимались на скрытую платформу, регистрировалось как время ожидания лазера или время захвата. Чтобы определить способность животных извлекать и сохранять информацию, платформа была удалена через 24 часа, а мыши были выпущены в квадрант по диагонали, противоположный тому, который содержал платформу. Время, проведенное в регионе, которое ранее содержало платформу, записывалось как время удерживания. В каждом испытании животное быстро высушивали полотенцем перед возвращением в клетку [29]. Все тесты проводились в конце экспериментального периода после 4% диетических добавок с фруктами. Было использовано программное обеспечение ANY-maze от Ugo Basile, Италия.

Плазму Aβ1-40 и Aβ1-42 измеряли коммерчески доступными наборами ELISA (Araclon Biotech Ltd., Сарагоса, Испания).

Маркеры окислительного стресса, такие как малондиальдегид (MDA) [30] и общее содержание карбонилов белка [31-33], анализировали в гиппокампе и коре головного мозга. Активность ферментативных антиоксидантов, супероксиддисмутазы (SOD) [34], CAT [35], глутатионпероксидазы (GPx) [36, 37], активности глутатионредуктазы (GR) [38] и уровней восстановленного глутатиона (GSH) [39] были также проанализированы в гиппокампе и коре головного мозга. Более того, активность мембранных связанных ферментов, таких как активность ацетилхолинэстеразы (AChE) [40] и Na + K + АТФаза [41, 42], также анализировалась в гиппокампе и коре головного мозга. Оценка белка проводилась в соответствии с Lowry et al. [43].

Статистический анализ был выполнен с использованием программного обеспечения SPSS версии 16.0. Результаты были выражены как среднее ± SEM. Все данные были статистически проанализированы односторонним анализом дисперсии (ANOVA), а затем t-критерием Даннета. Значительную разницу определяли при P <0,05.

Когнитивную способность мышей Tg оценивали с помощью теста лабиринта Морриса. Контрольным мышам дикого типа через 15 месяцев была поставлена ​​задача научиться находить скрытую платформу в водном лабиринте Морриса, и их работа, как оказалось, улучшалась в зависимости от опыта. Напротив, мыши Tg через 15 месяцев показали значительно задержанную задержку для поиска скрытой платформы по сравнению с мышами с диким контролем (фиг.1 (a) и 1 (b)). Добавка Figs к мышам Tg в течение 15 месяцев значительно улучшала латентность побега, чтобы найти платформу, чем мышей Tg, на контрольной диете (рис. 1 (a) и 1 (b)), что указывает на то, что инжир может улучшить пространственную память у мышей Tg ,

Уровни плазмы как Aβ1-40, так и Aβ1-42 были значительно выше у мышей Tg при нормальном рационе, чем у мышей дикого типа, на одной и той же диете, и добавка к фигам значительно улучшала эти уровни (таблица 1), чем мышей Tg при нормальном рационе.

APPsw (Tg2576) Мышей AD продемонстрировали значительное увеличение уровней LPO в обеих исследуемых областях мозга (коры и гиппокампа) по сравнению с диким типом (таблица 2). Тем не менее, 4% ингридиентов с добавлением диетических добавок AD в течение 15 месяцев уменьшали увеличение LPO, сравнимое с дикими контрольными значениями. В таблице 1 представлены значительно повышенные уровни белковых карбонилов у мышей с контролем APPsw (Tg2576) у мышей по сравнению с диким типом (коры головного мозга и гиппокампа) и 4% -ными диетическими добавками, что значительно снижает уровень карбонилов белка у мышей AD.

Значительно уменьшенные активности SOD, GPX, GR и CAT в коре головного мозга и гиппокампе были обнаружены у мышей AD по сравнению с дикими мышами (таблицы 3 и 4). Тем не менее, вся активность антиоксидантных ферментов значительно повышалась при добавлении 4% фиговых пищевых добавок в коре головного мозга и гиппокампе мышей APPsw (Tg2576) AD.

Активность GSH в областях головного мозга пациентов с болезнью APPsw (Tg2576) мышей значительно снижалась в коре и гиппокампе по сравнению с мышами дикого типа (таблица 3). Тем не менее, 4% фиговых диетических добавок мышей восстановили активность GSH до почти нормальных уровней в коре и гиппокампе.

Активность AChE значительно увеличивалась в коре и гиппокампе контрольных мышей APPsw (Tg2576). Диетическое добавление 4% инжира в течение 15 месяцев уменьшало активность AChE в коре головного мозга и гиппокампе мышей AD. Контролирующие мышей APPsw (Tg2576) показали значительное ингибирование активности Na + K + АТФазы в коре и гиппокампе, а диетическое добавление смолы могло бы оказать значительное улучшение активности мембранных связанных ферментов (таблица 5).

Насколько нам известно, это исследование впервые исследует способность инжира ослаблять окислительный стресс у трансгенных мышей AD. Наши текущие результаты наглядно продемонстрировали, что диетические добавки инжира могут значительно улучшить дефицит обучения и памяти у трансгенных мышей AD. Рис кормящих мышей тратят больше времени в целевом квадранте и совершают больше пересадок в кольцевом пространстве, чем животные, которых кормят контрольной диетой во время пробного теста [44].

Предыдущие исследования предложили модель нейродегенерации в мозге AD на основе свободных радикалов / окислительного стресса, связанных с Aβ (1-40 и 1-42) [45, 46]. Повышенные уровни плазмы Aβ в AD также были ранее зарегистрированы [47, 48]. Было обнаружено, что AD-трансгенные мыши могут выделять больше Aβ1-42 и Aβ1-40, чем их дикие контрольные однопометники на протяжении всей их жизни [49, 50], что совпадает с нашими результатами. Но влияние диеты на основе смолы на снижение уровней Aβ (1-40 и 1-42) в плазме у мышей Tg показывает, что инжир может оказывать полезный эффект перед образованием бляшек Aβ.

ROS может повредить существенные клеточные компоненты, такие как липиды и белки, которые могут быть измерены путем идентификации их побочных продуктов MDA и белка карбонила соответственно [51]. Мы наблюдали увеличение MDA и продуцирование и карбонилирование белка в коре головного мозга и гиппокампе мышей AD Tg, что указывает на то, что окислительный стресс возникает вследствие AD, тем самым способствуя повреждению головного мозга. Диетическое добавление инжира заметно ингибировало накопление MDA и белковых карбонильных уровней в коре и гиппокампе у мышей Tg, которое является окисленным побочным продуктом перекисного окисления липидов. Этот контекст был подтвержден предыдущими исследованиями, что листья инжира и инжира могут снизить уровень MDA, индекс перекисного окисления липидов [27] на крысах, индуцированных тетрахлоридом углерода [52].

GSH предлагает первичную защиту в нейронах от окислительного стресса и поддерживает клеточный редокс-гомеостаз [53]. В нашем эксперименте мы наблюдали значительное снижение уровней GSH в головном мозге мышей AD Tg по сравнению с диким контролем. Известно, что истощение GSH является первым показателем окислительного стресса при нейродегенеративных заболеваниях [54]. Фигура, добавленная к мышам AD Tg, способна обратить вспять снижение уровней GSH. Азиз [55] сообщил, что инжир может иметь возможность отменить уровни GSH в ацетате свинца и четыреххлористом углероде, индуцированную гепатотоксичность [52] у крыс, что указывает на эффективность инжира в предотвращении окислительного повреждения и связанных с ним изменений.

SOD отвечает за каталитическое превращение супероксидных анионов в пероксид водорода [56, 57], который далее разлагается на воду и кислород с помощью CAT [58]. Было обнаружено, что активность SOD и CAT значительно снижается в коре и гиппокампе мышей AD Tg. Добавление фишек в диету к мышам AD Tg предотвращало снижение активности SOD и CAT. Исследования показали, что инжир может напрямую ингибировать образование супероксидных анионов, что может способствовать восстановлению SOD и CAT, и наш результат свидетельствует о том, что нейропротективные эффекты инжира могут быть связаны с их антиоксидантной активностью [52, 55, 59].

GPx и GR представляют собой критическую защитную систему для защиты клеток от ROS [60]. Активность GPx и GR значительно снижалась в областях мозга. Isharat et al. [61] сообщили о значительном снижении этих ферментов при экспериментальной деменции. С другой стороны, Fan et al. [62] сообщили о снижении активности GPx и GR в результате окислительного стресса в амбузии, вызванной скополамином, в гиппокампе и коре головного мозга. Фигура значительно уменьшала повышенные уровни GPx и GR в областях мозга. Показаны результаты успешной активации активности ферментов GPx и GR у крыс с окислительным повреждением, вызванным метанолом [59].

AChE представляет собой фермент, гидролизующий ацетилхолин, который ответственен за прекращение холинергического ответа [63]. Было обнаружено, что активность AChE заметно повышается в областях мозга головного мозга Tg. Это наблюдение совпадает с предыдущими сообщениями, в соответствии с которыми I.C.V. Показано, что введение стрептозотоцина в субдиабетогеновой дозе вызывает дефицит памяти наряду с увеличением окислительного стресса и AChE-активности [64, 65]. Активность AChE была значительно увеличена в гиппокампе в модели сосудистой деменции, индуцированной L-метионином [66], и активность AChE во многом зависит от характеристик мембраны, поскольку фермент связан с мембраной. Barbosa et al. [67] предположил, что амилоидные бета-пептиды индуцируют приток Ca2 +, что приводит к повышенной активности AChE, что объясняется опосредованным Са2 + окислительным стрессом. В нашем исследовании диетические добавки инжира могли бы ингибировать активность AChE, что подтверждается предыдущим исследованием, предполагающим, что лиственные экстракты смолы могут оказывать ингибирующую активность AChE и антиоксидантные эффекты [68]. Но механизм снижения активности антихолинэстеразы фишками представляется сложным и нуждается в дальнейших подробных исследованиях.

Модификация активности Na + K + АТФазы может индуцировать гибель нейронов с особенностями как апоптоза, так и некроза [69]. В текущем исследовании активность Na + K + АТФазы была обнаружена у мышей AD Tg, что соответствует другим исследованиям, сообщающим о снижении активности фермента во время старения [70, 71]. Известно, что Na + K + АТФаза очень восприимчива к изменениям мембранных липидов, что может быть дополнительно связано с прогрессирующим увеличением перекисного окисления липидов [72, 73]. Перепроизводство ROS ингибирует активность АТФазы через тиол- и липид-зависимые механизмы [74]. Было продемонстрировано, что снижение активности Na + K + АТФазы, вызванное окислительным стрессом, не может стимулировать ионные насосы для поддержания деполяризации нейронов и, таким образом, может стать летальным для нейронов [74]. Механизм действия повышающих действие Na + K + АТФазы на фиг не определен, поскольку его многочисленные активные соединения, такие как антоцианины, кумарины, каффеилоидоновые кислоты, феруловая кислота, кверцетин, фумаровые кислоты, алкалоиды и флавоноиды, обладают многофункциональным действием, что делает его сложным в фармакологическое действие. Недавно мы сообщили, что плоды дат могут обеспечить защиту от окислительного повреждения у мышей AD [75]. Дальнейшее ингибирование перекисного окисления липидов и усиление антиоксидантных ферментов в различных болезненных состояниях с помощью инжира уже сообщается, также подтверждают наши результаты [21, 22, 76].

В заключение, инжир мог улучшить поведенческие дефициты, связанные с памятью, уменьшив Aβ и окислительный ущерб и усилив антиоксидантную систему у трансгенных мышей AD. Защита от опосредованного Аβ окислительного повреждения головного мозга потенциально может рассматриваться как перспективная стратегия терапевтического вмешательства в AD. Наши результаты позволяют сделать вывод о том, что диета с фигами, по-видимому, является эффективной модификацией терапевтической стратегии для AD. Дальнейшие обширные эксперименты должны быть проведены для выяснения молекулярных механизмов, посредством которых диета с фигами может опосредовать ее положительное влияние на AD, как состояние нейродегенеративного заболевания.

Проект, который был поддержан Исследовательским советом, Оман (грант № RC / AGR / FOOD / 11/01), М. М. Эссе с благодарностью признал. Также признается помощь, оказанная для проведения исследований на животных г-ном Султаном Аль-Маскари и г-ном Сейадом Фаруком из небольшого животного дома. Университет Султана Кабуса высоко ценен. Кроме того, с благодарностью признана постдокторская стипендия, предлагаемая Сельварашу Субашу из Исследовательского совета, Оман (RC / AGR / FOOD / 11/01).

Авторы заявляют, что не существует конфликта интересов в отношении публикации этого документа.

Дополнение с 4% фигами улучшало снижение пространственной памяти и способность к обучению Tg-мышей. (а) Время удерживания в тесте на водный лабиринт Морриса в возрасте 4 месяцев. (б) Время удержания в тесте на водный лабиринт Морриса после лечения диеты с фигами в течение 15 месяцев. Данные представлены как среднее ± SD и n = 6 / группа. * P <0,05 по сравнению с мышами дикого типа.

Влияние диеты на уровни Aβ (1-40, 1-42) в плазме у мышей Tg.

Данные представлены как среднее ± SD и n = 6 / группа.

Значения, не разделяющие общие верхние индексы (a, b и c), значительно различаются при P <0,05 (DMRT).

Влияние инжира на перекисное окисление липидов и содержание карбонилов белка в головном мозге мышей Tg.

Данные представлены как среднее ± SD и n = 6 / группа.

Значения, не разделяющие общие верхние индексы (a, b и c), значительно различаются при P <0,05 (DMRT).

Влияние инжира на супероксиддисмутазу и активность каталазы в коре и гиппокампе у мышей Tg.

Данные представлены как среднее ± SD и n = 6 / группа.

Значения, не разделяющие общие верхние индексы (a, b и c), значительно различаются при P <0,05 (DMRT).

Влияние добавления диетических добавок на глутатион-зависимые антиоксидантные ферменты в мозге мышей Tg.

Данные представлены как среднее ± SD, n = 6 / группа.

Значения, не разделяющие общие верхние индексы (a, b и c), значительно различаются при P <0,05 (DMRT).

Влияние диетических добавок инжира на активность AChE и Na + K + АТФазы в коре и гиппокампе у мышей Tg.

Данные представлены как среднее ± SD и n = 6 / группа.

Значения, не разделяющие общие верхние индексы (a, b и c), значительно различаются при P <0,05 (DMRT).

Комментариев нет.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *