Az étrendi vas-kelátképző bioaktív vegyületek hatása az oxidatív stressz által kiváltott sejtöregedés molekuláris mechanizmusaiban 2. rész

Kérlek keress feloscar.xiao@wecistanche.comtovábbi információért

3.2. Sejtes öregedés

A sejtek öregedése a szervezet öregedésének egyik gyakori markere. Ennek az alapvető sejtfolyamatnak a legszembetűnőbb jellemzője a sejtciklus tartós leállása, amely a sérült makromolekulák intracelluláris felhalmozódásával, valamint szekréciós fenotípussal és megváltozott metabolizmussal jár [55,56]. Az emlőssejtekben a sejtöregedés két típusát ismerték fel; ezeket „replikatív öregedésnek” és „stressz által kiváltott sejtöregedésnek” nevezik[56]. Az első általában bizonyos számú osztódás után következik be különböző típusú sejtekben. Több évtizeddel ezelőtt leírták tenyésztett humán fibroblasztokban [57]. Ezt a jelenséget később a telomerek kopásának tulajdonították, vagyis a kromoszómák lineáris végeinek fokozatos lerövidülését minden DNS-replikáció során [58]. Másrészt a stressz által kiváltott sejtöregedés nagymértékben független a telomerek hosszától, és akut választ jelent számos stresszorra, beleértve az oxidatív stresszt, a genotoxikus stresszt, a mitokondriális leromlást, a hipoxiát, a tápanyaghiányt és az onkogének aberráns aktiválódását |56,{ {8}}. Érdekes módon az oxidatív stressz közös nevező ezekben az esetekben, mert részt vehet az összes fent említett stresszes jelben [62-65].

A sejtek öregedése kétségtelenül összefügg a szervezet öregedésével [55,56].cynomorium előnyei,Az öregedő sejteket azonban nem kizárólag az öregedő szövetekben mutatják ki; bármely életszakaszban kimutathatók, és jótékony szerepet játszhatnak az emberi fiziológiai és patológiás folyamatok széles spektrumában, beleértve az embriogenezist, a sebgyógyulást és a tumorszuppressziót [56,61]. Az öregedő sejtek életkor előrehaladtával történő folyamatos felhalmozódása azonban káros hatásokkal jár, és összefüggésbe hozható az öregedéssel összefüggő betegségekkel és morbiditással [56,59,66-69].

További információért kattintson ide

Morfológiájukat tekintve az öregedő sejtek közös jegyeket mutatnak, beleértve a megnagyobbodott, lapított és szabálytalan alakú sejttesteket; a plazmamembrán megváltozott összetétele; a nukleáris kondenzáció elvesztése; valamint az öregedéssel összefüggő béta-galaktozidáz (SA- -gal)J70,71 megnövekedett lizoszómális tartalma. Emellett drámai változásokat mutatnak ki szekréciós profiljukban, fokozott gyulladást elősegítő citokinek és kemokinek, növekedési faktorok, extracelluláris mátrix komponensek (mátrix metalloproteinázok, szerin proteázok) és ROS expresszióját és szekrécióját mutatják [59]. Mindezeket a változásokat egy biológiailag nem lebontható "hulladék" progresszív intracelluláris felhalmozódása is kíséri, amelyet hagyományosan "lipofuscinnak" vagy "ceroidnak" vagy akár "kor pigmentnek" [72-74] is neveznek.

A következő szakaszok leírják a lipofuscin képződésének mechanikai vonatkozásait, és javaslatot tesznek a felhalmozódás akadályozására vagy megelőzésére szolgáló lehetséges eszközökre.

3.3. Lipofuscin képződése és felhalmozódása öregedő sejtekben

A ma "lipofuscin" néven ismert pigmentet 1842-ben fedezte fel és jelentette be Hannover holland hisztológus [75]. A lipofuscin kifejezést kezdetben Borst használta előadásaiban, de Hueck adta ki először 1912-ben [76,77]. A név a görög lipo szóból (ami kövér) és a latin fuscus szóból (ami sötétet vagy sötétséget jelent) származik. A lipofuscin képződése és felhalmozódása jellegzetes változások, amelyek egyetemes megnyilvánulása az elöregedő sejtekben [78-80], és mélyebb a hosszú életű posztmitózisos sejtekben, például neuronokban, szívizomsejtekben, vázizomsejtekben és retina pigment epiteliális (RPE) sejtekben [ 74,81]. Ezek a sejtek szaporodásuk leállása után még sokáig normálisan élnek, de fokozatosan növekvő mennyiségű lipofuscint halmoznak fel, amely nem bontható le vagy exocitizálható.

A Cistanche öregedésgátló hatású

Különböző technikák alkalmazásával az öregedő sejtek kimutatására megfigyelték, hogy a lipofuscin felhalmozódásának sebessége különböző organizmusok hasonló típusú posztmitózisos sejtjeiben fordítottan arányos azok élettartamával [82]. Különösen gyors volt az arány a rövid életű fajoknál, és lassú a hosszú életűeknél, ami azt jelzi, hogy a lipofuscin felhalmozódása valószínűleg káros hatással van a sejtfunkciókra, és összefüggésben áll az élőlények élettartamának lerövidítésével [80, 83, 84]. . Ennek az összefüggésnek a jelentős jelentősége ellenére a lipofuscin felhalmozódásának hátterében álló pontos biokémiai mechanizmusok, valamint annak sejtfunkciókra gyakorolt ​​hatása továbbra is kevéssé ismert.

A lipofuscint főleg a lizoszómákban találták meg, de kisebb mennyiségben az elöregedett sejtek citoszoljában is [85,86]. Az autofluoreszcencia széles spektrumát mutatja sárgásbarnás színnel [80,87], de szerkezete és összetétele továbbra is rosszul meghatározott. Bár összetétele a különböző sejttípusokban eltérő, kimutatták, hogy főként oxidált fehérjékből és lipidekből (mint például trigliceridekből, szabad zsírsavakból, koleszterinből és lipoproteinekből), valamint kis számú szénhidrátból és nukleotid-fragmensekből áll, amelyek egymáshoz kapcsolódnak. különböző típusú kovalens kötések [84].sivatagi jácintA vas felületén való megkötése szintén a lipofuscin közös jellemzője [88,89].

Bár a lipofuscin felhalmozódásának a sejtfunkciókra gyakorolt ​​végső hatásai továbbra is tisztázatlanok, kimutatták, hogy képes gátolni mind a proteaszómális, mind a lizoszómális fehérjebontó rendszerek aktivitását. Ezen túlmenően kísérleti bizonyítékok támasztják alá, hogy katalizálhatja a reaktív szabad gyökök további képződését a felületéhez kapcsolódó redox-aktív vasionokon (labilis vason) keresztül [89].

3.4. Lipofuscin mint túloxidált anyag az oxidatív stressznek kitett sejtekben

Mivel a lipofuscin erősen oxidált aggregátumot tartalmaz, amely főként kovalensen térhálósított fehérjékből és lipidekből áll |90], ésszerű feltételezés, hogy a labilis vas – képes katalizálni rendkívül reaktív szabad gyökök képződését – részt vesz a kialakulásának útjában. [91]. A főként kísérleti rendszerekből származó bizonyítékok azt mutatják, hogy a sejtek fokozott oxidatív stressznek való kitettsége mindig egy erős öregedés-fenotípus kialakulásához vezet a különböző sejttípusokban, a lipofuscinszerű anyagok intracelluláris képződésének és felhalmozódásának párhuzamos felgyorsulásával. [87,89,92,93]. A lipofuscin képződéséhez vezető egymást követő lépések a 2. ábrán láthatók.

Mint fentebb tárgyaltuk, a labilis vas jelenléte szükséges a nagyon reaktív ROS (HO fok és RO*) előállításához, amelyek felelősek a sejt makromolekulák oxidációjáért és túloxidációjáért (2A, B ábra). Ezenkívül az oxidatívan módosított makromolekulák gátolhatják a fehérje lebomlását és a sejtjavító rendszereket, így megkönnyítve az oxidációs sebesség növelésének hiábavaló ciklusait (2C. ábra). A túloxidált, nem lebontható sejtkomponensek sejtekbe történő fokozatos felhalmozódása lipofuscin képződéshez vezet (2D. ábra), amely a feltételezések szerint hozzájárul a sejtek öregedési folyamatához (2E. ábra).

2. ábra. A lipofuscin képződéshez vezető és a sejtek öregedéséhez vezető egymást követő lépések sematikus ábrázolása. Megjegyzendő, hogy Fe2 plus szükséges a nagyon reaktív ROS (HO és RO) előállításához, amelyek felelősek a celluláris makromolekulák oxidációjáért és túloxidációjáért (A, B). A túloxidált makromolekulák gátolhatják a sejtjavító rendszereket (különösen a 20S proteaszómát), így elősegítik a fokozatosan növekvő oxidációs ráta (C) hiábavaló ciklusait. Az oxidatívan módosított, nem lebontható sejtkomponensek fokozatosan felhalmozódnak a sejtekbe kovalensen összekapcsolt aggregátumok formájában lipofuscin(D) formájában, ami a feltételezések szerint befolyásolja a sejtöregedés folyamatát (E). A nyílhegyek és a laposfejek a folyamatok indukcióját, illetve gátlását jelzik.flavonoid extrakciós módszer pdfÉrdekes módon Marzabadi és társai.[94] megfigyelték, hogy a lipofuscin felhalmozódását megakadályozta a vashiányos sejtekben a vaskelátképző gyógyszer, a dezferrioxamin, ami azt jelzi, hogy a lipofuscin képződéséhez nagyon reaktív szabad gyökökre van szükség, például HO fokra és RO fokra (2. ábra). Nyilvánvalóan ezek a reaktív gyökök olyan láncreakciókat indíthatnak el, amelyek lipid-peroxidációs bomlástermékekhez vezetnek, amelyek a sejtkomponensek nem lebontható, nem specifikus térhálósodásának kialakulását idézik elő.

Összességében a fenti eredmények azt mutatják, hogy az intracelluláris peroxidszint és a rendelkezésre álló labilis vas közötti érzékeny egyensúly meghatározza a különböző toxikus hatások kiváltását, amelyek a lipofuscin felhalmozódásával tetőznek, valamint a sejtek öregedésének és sejthalálának indukálását bármelyik apoptózissal. vagy nekrózis [29,95].

A celluláris öregedés peroxidokkal történő indukálása különböző utakon is elérhető. Például a H, O, sejtek köztes sebessége közvetlenül indukálhatja a specifikus MAP kinázok aktiválódását és az öregedési jelek transzdukcióját, ami kiváltja a p16INK4aINK4A tengely aktiválódását, és a sejt öregedésének indukcióját eredményezi [64,65,92 ,96]. Másrészt, a magasabb HO koncentráció, mint az erősen gyulladt területeken, amelyek vonzzák az aktivált fagocitákat, közvetlen vas-katalizált oxidációt indukálhatnak a DNS-en, amely ezt követően az öregedés jelátviteli útvonalait indítja el. Mindkét esetben az oxidatívan módosított sejtmakromolekulák párhuzamos kialakulása és felhalmozódása nyilvánvaló következményekkel jár. Meg kell azonban jegyezni, hogy továbbra is központi, de lezáratlan kérdés marad az a kérdés, hogy a lipofuscin felhalmozódás a sejtek öregedésének okozati tényezője vagy annak következménye.

3.5. Intracelluláris vas homeosztázis és lipofuscin képződés

Amint fentebb tárgyaltuk, a vas az élő sejtek és organizmusok nélkülözhetetlen eleme, mivel különböző biokémiai reakciókban vesz részt, amelyek támogatják az olyan alapvető funkciókat, mint az oxigénszállítás, a sejtlégzés, valamint a DNS-szintézis és -javítás. A vas azonban olyan reakciókban is részt vehet, amelyek káros szabad gyökök képződéséhez vezetnek, amelyeket Fenton-típusú reakcióknak neveznek. A vas toxicitásának minimalizálása érdekében az emlősök kifinomult mechanizmusokat fejlesztettek ki, amelyek szabályozzák a vas elérhetőségét35,37I. Ennek ellenére a redox-aktív vas egy kis és finoman beállított része, amelyet általában "labilis vasnak" neveznek, mindig jelen van, és feltehetően a vas tényleges mozgását jelenti a különböző sejtkompartmentek között [6,38]. A labilis vas tehát egy olyan dinamikus sejtparaméter, amely szintjét változtatva képes reagálni a legkülönbözőbb ingerekre, a sejtkárosodás megelőzésének és a garantált sejtigények egyensúlyának megteremtése érdekében.

Átmenetileg megemelkedett peroxidkoncentráció (hagyományos nevén oxidatív stressz) körülményei között a labilis vas a következő eseményeket közvetítheti: (a) lipidperoxidációs láncreakciók beindítása és továbbterjedése, (b) fehérjék oxidációja és térhálósodása, (c) DNS-károsodások indukálása, például egy- és kétszálú szakadások, és (d) számos komplex redox jelátviteli útvonal kiváltása [10,29,43]. Mindezek a vas-katalizált hatások a sejtek öregedéséhez vezethetnek, amelyet lipofuscin képződése és felhalmozódása kísér.

Itt érdemes hangsúlyozni, hogy számos publikációban már bizonyítottuk a H2O2-indukált DNS-károsodás és apoptózis megelőzését olyan sejtekben, amelyekben kimerült a la-epe vas szintje, különféle vaskelátképző szerek alkalmazásával [11]. ,29,42,43,97]. Ezekben a vizsgálatokban egy in vitro sejttenyészeten alapuló kísérleti rendszert alkalmaztunk, amelyben különböző típusú emberi sejteket oxidatív stressznek tettek ki H és O formájában, és kvantitatív módon becsültük meg a sejtmagi DNS károsodását üstökös vizsgálattal. érzékeny módszer, amely detektálja az egyszálú DNS-törés kialakulását az egyes sejtekben. Érdekes módon a sejtek előinkubálása ismert erős antioxidánsok sorozatával, például aszkorbinsavval, o-tokoferollal, troloxszal, N-acetil-ciszteinnel és o-liponsavval a H, O-nak való kitétel előtt nem nyújtott védelmet [7] ]. Mivel ezeknek a szereknek a szabad gyökök elleni képességét számos in vitro vizsgálatban megállapították, a fent említett negatív eredményeket annak tulajdonították, hogy ezek a szerek nem képesek hatékonyan megkötni a sejtekben keletkező reaktív szabad gyököket.

A vaskatalizált térhálósítás fontos paramétere lehet az oxidált oldható sejtkomponensek biológiai membránokhoz való kovalens kötődésének elősegítése. Egy ilyen esemény gátolja a membránhoz tapadt anyagok exocitózisát, ami tartós intracelluláris felhalmozódásához vezet. Indokolt a feltételezés, hogy ebben az esetben a lizoszómális membránok kellenek az elsődleges célpontok, mivel közel vannak a lipofuscin képződés helyéhez. Valójában a lipofuscint gyakran kimutatták a lizoszómális membránszegmensek által körülölelt sejtekben [98].

Tekintettel a rendelkezésre álló labilis vas fontosságára a lipofuscin képződésében és felhalmozódásában, az intracelluláris homeosztázis szabályozása rendkívül fontosnak tűnik az öregedési folyamat szempontjából. A labilis vas hozzáférhetőségének mint kulcsfontosságú tényezőnek a felismerése, amely meghatározza a sejtkomponensek oxidációját és túloxidációját, valamint a lipofuscin sejtekben történő felhalmozódását, utat nyithat olyan új stratégiák kidolgozása előtt, amelyek célja a sejtek biológiai órájának zavarása és modulálása. öregedési folyamat.

3.6. Javítórendszerek inaktiválása túloxidált sejtkomponensek által

A különböző oxidált sejtkomponensek helyreállítására szolgáló sejtstratégiák széles körben változnak, az adott komponensek természetétől függően. Például az oxidált DNS-nukleotidokat eltávolítják, és normálisakkal helyettesítik a "nukleotid-kivágás javításának" nevezett eljárással, míg az oxidált fehérjéket egyetlen aminosavra bontják le, amelyeket aztán újra felhasználhatnak új fehérjeszintézishez.

Számos különböző fehérjebontó rendszer létezik: a sejtekben lizoszómális enzimek vannak; a citoszolban proteaszómák és kalpainok vannak; a mitokondriális mátrixban vannak a Lon proteázok (ATP-függő proteázok); a mitokondriális membránban pedig a tripla-A proteázok [78,98-100]. Ezenkívül az oxidatívan módosított fehérjék mellett a lizoszómák még az erősen sérült organellumokat is felvehetik és lebonthatják, például a mitokondriumokat vagy a citoplazma egy részét a chaperon által közvetített autofágiának, makroautofágiának és mikroautofágiának nevezett folyamatokban [82,101].

Annak ellenére, hogy a legtöbb oxidatív módon módosított biomolekula és organellum hatékonyan javítható vagy lebontható a sejtek által, megfigyelték, hogy néhányuk felhalmozódik az életkor előrehaladtával, ami arra utal, hogy a sejtek forgalmi mechanizmusai nem megfelelőek.flavonoidokKimutatták, hogy a már oxidált sejtkomponensek további oxidatív módosulásokon eshetnek át, ami olyan termékek képződéséhez vezet, amelyekkel a sejtlebontó rendszerek nem képesek megbirkózni [34,84]. Az ilyen nem lebontható konglomerátumok felhalmozódása viszont akadályozhatja a degradációs rendszerek működését, ezáltal súlyosbíthatja a hatásokat és ördögi körhöz vezethet, amint azt a 2. ábra sematikusan szemlélteti.

Fokozott és hosszan tartó oxidatív stressz esetén a sejtek javítóképessége általában, és különösen a fehérje lebontó képessége elérheti a telítési szintet, ami az oxidált komponensek tartós jelenlétéhez vezethet. Ez a helyzet növeli a már oxidált komponensek további oxidációjának valószínűségét, valamint további és mélyrehatóbb oxidatív módosulások kialakulását, beleértve az intra- és intermolekuláris kovalens kötések kialakulását. A kialakult kémiai struktúrák általános összetettsége meghaladja a sejtes proteolitikus rendszerek (különösen a 20S proteaszóma) lebontó képességét, ami a túloxidált, lebonthatatlan "szemét" anyagok fokozatos felhalmozódásához vezet a sejteken belül, főként lizoszómákba [82,102].

Összességében elmondható, hogy a túloxidált anyagok sejten belüli felhalmozódása növeli a már oxidált sejtkomponensek további oxidációjának valószínűségét az idő múlásával, ezáltal elősegítve az oxidáció, a túloxidáció és a felhalmozódás ördögi körének beindítását; mindezek végső soron a sejtfunkciók fokozatos károsodásához vezetnek, amint az az öregedésben és az öregedésben is látható.

3.7. A lizoszómák mint a lipofuscin képződés fő helyei

A normál autofág degradáció eredményeként a lizoszómális kompartment rendkívül gazdag labilis vasban, mivel sok autofagocitált makromolekula és organellum tartalmaz vasat. A redox-aktív vas és a lizoszómák alacsony pH-értéke együttes jelenléte elősegíti a rendkívül reaktív gyökök képződését a viszonylag nem reakcióképes peroxidokból a Fenton-reakció révén. Ezért ez az organellum különösen érzékeny az enyhe oxidatív stresszre, amelyet a sejtek természetesen tapasztalnak az intracelluláris H, O, steady-state átmeneti fluktuációja során. A keletkezett HO·k azonnal indukálják a lizoszómális komponensek, például fehérjék és membránlipidek láncoxidációját, ami lipofuscin-szerű anyagok képződéséhez vezet, amelyekről kimutatták, hogy felhalmozódnak a lizoszómákban.

Intenzív és hosszan tartó oxidatív stressz esetén a H2O2 és a labilis vas egyidejű jelenléte további oxidációt indukál a már oxidált au-fagocitált biomolekulák tetején, ami túloxidált termékekhez vezet, amelyek többszörös kovalens kötéssel térhálósodnak. .heszperidint használEz az anyag amellett, hogy ellenáll a lebomlásnak, gátolhatja a sejtreparációs rendszereket, amint azt a proteaszómák is bebizonyították [85,102]. Ezt a javaslatot erősen alátámasztja az a megfigyelés, hogy az oxidatív stressz és a lizoszómális proteázok gátlásának kombinációja késleltette az autofagocitált makromolekulák lebomlását, és több időt biztosított oxidációjukra, drámaian felgyorsítva a lipofuscin képződést a tenyésztett sejtekben [7]. Maga a lipofuscin különböző típusú auto- vagy heterofagocitált anyagokból származhat. Sok sejtben, különösen az erősen aerob sejtekben, mint például a szívizomsejtekben és a neuronokban, az autofagocitált mitokondriumok alkotják a lizoszómán belüli lebonthatatlan anyag nagy részét. A lipofuscin test jelentős részének mitokondriális eredetére vonatkozó erős bizonyíték az a megfigyelés, hogy bőséges ATP szintáz alegységek vannak jelen a lipofuscinnel töltött sejtekben [103]. Aktív fagocitózissal rendelkező professzionális scavenger sejtekben, például makrofágokban, mikrogliasejtekben és retina pigment epiteliális sejtekben azonban lipofuscin tartalmuk jelentős része is származhat.

3.8. Az öregedő sejtek kimutatása

Az öregedő sejtek felismerése kritikus kérdés, tekintettel arra, hogy egyre több bizonyíték van arra, hogy az öregedés szerepet játszik az emberi patológiákban [56,104]. Ezenkívül a kemoterápiás szerek gyorsan bővülő területe megköveteli az öregedő sejtek pontos kimutatását [105]. A celluláris öregedés érzékelőit detektáló különböző markerek az 1. táblázatban láthatók. A legújabb eredmények azt mutatják, hogy az öregedés COVID-ban-19, ami indokolja a kemoterápiás szerek alkalmazását a COVID{5}} betegek kezelésére vagy megelőzésére [106.

Az újonnan képződött lipofuscin felhalmozódása elektron-, konfokális és fluoreszcens mikroszkóppal, valamint áramlási citometriával detektálható és számszerűsíthető [108,109]. Ezenkívül a lipofuscin autofluoreszcenciája alapján kimutatható számos hisztokémiai és citokémiai technikával kombinálva [68,87,110,111]. Különösen a GL13, egy biotinilezett Sudan Black-B(SBB) kémiai analóg, amely a kereskedelemben "SenTraGorTM" néven kapható, kölcsönhatásba lép a lipofuscinnel, és lehetővé teszi az öregedő sejtek pontos azonosítását in vitro és ex vivo antitest-közvetített kimutatási módszer alkalmazásával. 56,107,110]. Ezzel a vizsgálattal az oldható vagy extrahált lipofuscin szintjének kvantitatív meghatározása is elérhető sejttenyészet felülúszókban, testnedvekben és szövethomogenizátumokban [112]. Az öregedés során a lipofuscin felhalmozódásához vezető események sorozatát és lipofuscinnal való kölcsönhatását a 3A. ábra sematikusan mutatja be. A SenlraGorral festett Li-Fraumeni-p21WAF1/Cip1 Tet-OFF és ON (öregedés) sejtek reprezentatív képei a 3B. ábrán láthatók. Erős barna citoplazmatikus jel látható az öregedő sejtekben (jobb oldali kép), míg egyetlen indukált sejt sem negatív (bal oldali kép).

A nanotechnológián alapuló terápiás alkalmazások fejlesztése lehetővé teheti az öregedő sejtek pontos megcélzását [113-115]. Az öregedő sejtek in vivo feltérképezése továbbra is nagy kihívást jelent. Ebben az összefüggésben az új GL13 vegyület gazdagítható kvantumpontok vagy más megfelelő nanohordozók beépítésével, valamint egy hidrofil burokkal, amelyek az egész rendszert kapszulázzák, így a GL13 ígéretes jelölt az in vivo molekuláris képalkotáshoz [114].

3. ábra. (A)SenTraGorTM specifikusan reagál a lipofuscinra, a sejtek öregedésének nem lebontható melléktermékére, lehetővé téve az öregedő sejtek pontos azonosítását in vitro és ex vivo antitest-közvetített kimutatási módszer alkalmazásával. (B) SenTraGor festés Li-Fraumeni-p21WAF1/Cip1 Tet-OFF (bal oldali kép) és ON sejteken (jobb oldali kép); eredeti nagyítás: × 200. 4. Diétás bioaktív vegyületek és oxidatív stressz

Számos epidemiológiai tanulmány, amelyet főként az előző század második felében végeztek, összefüggésbe hozta a hagyományos mediterrán étrendet (a Földközi-tenger medencéjének északi partjain uralkodó étrendet) bizonyos krónikus betegségek alacsonyabb előfordulási gyakoriságával, valamint a morbiditási és mortalitási kockázatok csökkenésével [{{0 }}]. Ezért intenzív kutatási erőfeszítések folytak azon mediterrán diétás szerek azonosítására, amelyek képesek megakadályozni vagy enyhíteni az oxidatív stressz káros hatásait, és meghatározni molekuláris hatásmódjukat.

4.1.Étrendi bioaktív vegyületek: szabadgyökfogó antioxidánsok vagy gyenge vaskelátképzők?

A hagyományos mediterrán étrendet az olívaolaj és a növényi élelmiszerek, például gyümölcsök, zöldségek, finomítatlan gabonafélék és hüvelyesek magas fogyasztása jellemzi; hal, tejtermékek és bor mérsékelt fogyasztása; és a húskészítmények alacsony fogyasztása [119]. Egészségügyi előnyeit gyakran a szabad gyökfogó típusú antioxidánsok nagy mennyiségének tulajdonítják, amelyek nagyrészt jelen vannak az ilyen diéta tipikus élelmiszereiben. Általában azt feltételezték, hogy az ilyen szabadgyökfogók kölcsönhatásba léphetnek a szabad gyökökkel, és semlegesíthetik azokat, így felveszik a harcot a szervezetben az oxidáció ellen, következésképpen késleltetik vagy akár megakadályozzák a különféle krónikus betegségek, köztük az öregedési folyamatok előfordulását [120-123].

Az antioxidáns-kiegészítéssel kapcsolatos eddigi legnagyobb klinikai vizsgálatok eredményei azonban nem mutattak jelentős védelmet a krónikus betegségek kialakulásával szemben [124-137]. Ezenkívül aggályok merültek fel az antioxidánsok nagy dózisú kiegészítésének biztonságosságával kapcsolatban, mivel egyes esetekben egészségügyi kockázatokkal való összefüggést figyeltek meg [138, 139]. Ez a kudarc azzal magyarázható, hogy a szabad gyökök, mint a HO fok és az RO fok rendkívül reaktívak, azonnal és nem specifikusan megtámadnak és oxidálnak minden, a keletkezésük közelében jelen lévő kémiai csoportot[140]. Így a sejteken belül keletkezve gyakorlatilag lehetetlen, hogy bármely kívülről származó szabad gyökfogó semlegesítse azokat. Itt kell hangsúlyozni, hogy az egyetlen lehetőség a sejtalkotók oxidatív stressz körülményei közötti oxidációtól és károsodástól való védelmére, ha megakadályozzuk az ilyen erősen reaktív szabad gyökök képződését. Egy másik lehetséges stratégia a kritikus biológiai makromolekulák, például a DNS és a fehérjék oxidációjának elkerülésére ilyen körülmények között az lehet, hogy vas-kelátképző szerek alkalmazásával manipulálják a képződésük helyét. Amint azt alább tárgyaljuk, a diéta általában és különösen a mediterrán étrend rengeteg olyan gyenge vaskelátképzőt tartalmaz (4. ábra), amelyek átjutva a sejtmembránon képesek leválasztani a gyengén kötött labilis vasat a fontos makromolekulákról. így megvédi őket a nemkívánatos oxidációtól függetlenül attól, hogy gátolják-e a Fenton-reakciót vagy sem

A 4. ábra sematikus bemutatása azt mutatja, hogy a mediterrán étrend növényi eredetű élelmiszerei egyre nagyobb mennyiségben tartalmaznak vasmegkötő vegyületeket, amelyek képesek kelátot képezni az intracelluláris labilis vasban, és megakadályozzák a rendkívül reaktív szabad gyökök képződését, amelyek felelősek a sejtalkotók szabályozatlan oxidációjáért. A mediterrán étrend tipikus élelmiszerei számos vegyületet tartalmaznak, beleértve a fenolos alkoholokat, fenolsavakat és flavonoidokat, amelyekről már többször felvetették, hogy szabad gyökfogó antioxidánsként működnek. Kutatócsoportunk számos ilyen vegyületet vizsgált meg, és szoros kapcsolatot figyeltünk meg az egyes vegyületek védőképessége és az intracelluláris labilis vas kelátképző képessége között, de nem az in vitro szabad gyökök megkötő képessége között [8,9, 12]. Ezeknek a vegyületeknek egy további szükséges tulajdonsága, amelyre szükség volt védőképességük kifejtéséhez, az volt, hogy diffúzióval vagy bármilyen más transzporttal a plazmamembránon keresztül eljutottak a sejt belsejébe [11,42,141]. Ezen megfigyelések alapján azt javasoltuk, hogy a mediterrán étrendben mindenütt jelenlévő bioaktív vegyületek citoprotektív hatásukat az intracelluláris labilis vas leválasztásával a kritikus sejtösszetevőkről nyújtsák, ezáltal csökkentve a nemkívánatos oxidációjukat.

4.2. Megakadályozzák-e az étrendi vaskelátképző szerek a lipofuscin képződését?

A fenti megfontolások alapján indokolt feltételezni, hogy a mediterrán étrendben jelenlévő bioaktív vaskelátképző szerek olyan kulcstényezők lehetnek, amelyek felelősek a lipofuscin képződés, és ebből következően az öregedési folyamatok megelőzésében. Tudomásunk szerint még nem történtek szisztematikus erőfeszítések ennek a fontos hipotézisnek a kísérleti tesztelésére.

A tipikus mediterrán étrend számos, eltérő kémiai szerkezetű és tulajdonságú vaskelátképző molekulát tartalmaz. Például alaposan tanulmányoztuk a számos polifenolt tartalmazó növényi kivonatokat, és megállapítottuk, hogy az orto-dihidroxilcsoportot tartalmazó fenolos vegyületek védelmet nyújtanak az oxidatív stressz ellen, míg azok, amelyekből hiányzik egy hidroxilcsoport, vagy amelyek meta- vagy para-helyzetben vannak, teljesen hatástalanok. [8, 10-12]. Ezek a megfigyelések további kérdést vetettek fel, hogy az élelmiszerekben található vaskelátképző szerek képesek-e áthatolni több gáton, hogy elérjék a célsejtek belsejét. Ebben az esetben az adott étrendi ágensek "közvetett antioxidánsoknak" tekinthetők, mivel inkább megakadályozzák a reaktív szabad gyökök képződését, mintsem méregtelenítik őket intracelluláris termelésük után.

Egyes esetekben az intracelluláris labilis vasionok nem teljesen koordinálhatók az étrendből származó szerekkel, mivel alacsony a felvételük és jelentős mértékben hígulnak a szervezetben, így lehetővé válik a vas bevonása a redox reakciókban. Mindazonáltal ugyanazok a szerek általában kettős funkciót töltenek be, mivel vasmegkötő és szabadgyök-megkötő tulajdonságokkal is rendelkezhetnek ugyanabban a molekulában. Ezért az étrendből származó vaskelátképzők kettős módon működhetnek: vagy mérsékelhetik az oxidatív stressz okozta sejtkárosodást a lazán megkötött labilis vas eltávolításával a sérülékeny sejtmakromolekulákból és teljesen inaktiválva, vagy pedig a vas tökéletlen koordinációjával, ami azt eredményezi, hogy eltávolítják a sejtekből. eredeti helyzetében, de lehetővé teszi, hogy redox-aktív maradjon, és képes legyen oxidálni a megfelelő étrendből származó vaskelátorokat.

5. Következtetések

Az öregedés területén napjainkban az egyik legkiemelkedőbb koncepció az úgynevezett "öregedés szabad gyökök elmélete". Ez az elmélet szerint a szervezet öregedését a rendkívül reaktív szabad gyökök által okozott kumulatív oxidatív károsodás okozza, amely elsősorban ennek következménye. Az aerob anyagcsere. Az ilyen rendkívül reaktív gyökök folyamatos keletkezése a sérült sejtalkotórészek nem javítható aggregátumainak fokozatos képződését és felhalmozódását okozza. Ezt a kémiailag meghatározatlan anyagot, amely főként fehérjékből és lipidekből áll, és sárgásbarna fluoreszcenciát fejt ki, „lipofuscin”, ceroid” vagy „öregedési pigment” néven ismert, és a sejtek öregedésének jellemzője.

A lipofuscin főként a sejtmakromolekulák ellenőrizetlen és nem specifikus oxidatív módosulásai révén jön létre. A sejtek sokoldalú védelmi rendszerekkel vannak felszerelve az oxidált makromolekulák megfigyelésére és javítására. Ha azonban az intenzív oxidatív stressz hosszabb ideig fennáll, az mindig rendkívül reaktív szabad gyökök képződését és a már oxidált anyagok túlzott oxidációját eredményezi, így olyan termékek jönnek létre, amelyek nem javíthatók, lebonthatók vagy akár exocitizálhatók. a megfelelő sejtrendszerek által. Ezen túlmenően kimutatták, hogy a túloxidált anyagok a sejtvédelmi és helyreállító rendszerek fokozatos inaktiválódását idézhetik elő, és ezáltal a lipofuscin fokozott felhalmozódásának hiábavaló ciklusait serkenthetik.

Mivel a vas által katalizált oxidációs folyamatokban (Fenton-reakció) rendkívül reaktív szabad gyökök keletkezhetnek, a labilis vas rendelkezésre állása szükséges előfeltétele a lipofuscin képződésének és sejten belüli felhalmozódásának. Ezen megfontolások alapján valószínűsíthető, hogy a celluláris vas homeosztázisának finom szabályozása az általános és labilis vas eloszlásban különösen eddig nem értékelt módot jelenthet az intracelluláris lipofuscin képződés és az ebből következő sejtöregedés (öregedés) késleltetésére. Korábban kimutattuk, hogy a mediterrán típusú étrendben található számos vaskelátképző fitonutriens képes áthatolni a biológiai membránokon és eljutni a sejtek belsejébe [8,9,11,12]. Ezek a szerek kelátot képeznek az intracelluláris labilis vasból (nem feltétlenül nagy affinitással), és így meghatározzák annak eloszlását, és ennek következtében az oxidatív stressz által kiváltott oxidáció helyét. A javasolt mechanizmus szerint az étrendből származó fitokemikáliáknak a következő jellemzőket kell egyesíteniük szerkezetükben, hogy képesek legyenek megvédeni a sejteket oxidatív stressz körülményei között: képesnek kell lenniük(a) áthatolni a sejtmembránokon;b)kelátot képezniük a sejtekben. labilis vas; és (c) a megkötött vas peroxidokkal való kölcsönhatása esetén (koordinációs helyeinek hiányos elfoglalása), a képződött reaktív gyök megtisztítására.

Összegezve a fenti előadás következtetéseit, a következő megállapítások tehetők:(a) a labilis vas a fő anyag, amely felelős a nagyon reaktív szabad gyökök képződéséért, amelyek oxidatív stressz körülmények között képesek oxidálni a sejtösszetevőket,(b )oxidált és különösen túloxidált sejtkomponensek alkotják a lipofuscin fő testét, amely ilyen körülmények között képződik és felhalmozódik a sejtekben, (c) az intracelluláris labilis vas vaskelátképző szerek általi kiürítése megakadályozza a sejtkomponensek oxidációját, és d) étrendünk és különösen a mediterrán típusú étrend rengeteg olyan vegyületet tartalmaz, amely képes módosítani a sejten belüli vas eloszlását.

A fenti megfontolásokat együttesen figyelembe véve, joggal feltételezhető, hogy a hozzárendelt tulajdonságokkal rendelkező bioaktív tápanyagok azonosítása lehetővé teheti a sejtek, szövetek és egész szervezet fokozott oxidatív stresszének körülményei között konkrét védőhatások farmakológiai eszközként történő alkalmazását. Ez a javaslat új utakat nyithat az életkorral összefüggő betegségek megjelenésének és kialakulásának lassítását célzó stratégiák kidolgozása előtt.

Ez a cikk az Antioxidants 2021, 10, 491-ből származik. https://doi.org/10.3390/antiox10030491 https://www.mdpi.com/journal/antioxidants