L'espermidina alleuja la descendència induïda per la hipòxia intrauterina el dany mitocondrial del miocardi del nounat en rates mitjançant la inhibició de l'estrès oxidatiu i la regulació del control de qualitat mitocondrial Part 2

4.4. Efectes de l'espermidina sobre l'activitat antioxidant del miocardi i l'apoptosi en la descendència nounat exposada a la hipòxia intrauterina

El glicòsid de cistanche també pot augmentar l'activitat de la SOD en els teixits del cor i del fetge, i reduir significativament el contingut de lipofuscina i MDA a cada teixit, eliminant eficaçment diversos radicals reactius d'oxigen (OH-, H₂O₂, etc.) i protegint contra els danys de l'ADN causats. per radicals OH. Els glucòsids feniletanoides de Cistanche tenen una robusta capacitat d'eliminació dels radicals lliures, una capacitat reductora superior a la de la vitamina C, milloren l'activitat de SOD en la suspensió d'esperma, redueixen el contingut de MDA i tenen un cert efecte protector sobre la funció de la membrana espermàtica. Els polisacàrids de Cistanche poden millorar l'activitat de SOD i GSH-Px en eritròcits i teixits pulmonars de ratolins senescents experimentalment causats per D-galactosa, així com reduir el contingut de MDA i col·lagen al pulmó i el plasma, i augmentar el contingut d'elastina. un bon efecte d'eliminació de DPPH, allarga el temps d'hipòxia en ratolins senescents, millora l'activitat de SOD al sèrum i retarda la degeneració fisiològica del pulmó en ratolins senescents experimentalment Amb la degeneració morfològica cel·lular, els experiments han demostrat que Cistanche té la bona capacitat antioxidant. i té el potencial de ser un fàrmac per prevenir i tractar malalties de l'envelliment de la pell. Al mateix temps, l'echinacòsid a Cistanche té una capacitat significativa per eliminar els radicals lliures DPPH i pot eliminar espècies reactives d'oxigen, prevenir la degradació del col·lagen induïda pels radicals lliures i també té un bon efecte reparador sobre el dany dels anions dels radicals lliures de timina.

Feu clic a Com utilitzar Cistanche Tubulosa

【Per a més informació:george.deng@wecistanche.com/WhatApp:86 13632399501】

Hem mesurat les activitats dels enzims antioxidants SOD i CAT al miocardi mitjançant colorimetria (figures 4A i B). Es va trobar que les activitats de SOD i CAT al grup IUH eren significativament inferiors a les del grup control (P <0.05); En comparació amb el grup IUH, les activitats de SOD i CAT al grup SPD van augmentar significativament (P <0.05) i DFMO va abolir l'efecte de SPD (P <0. 05). Posteriorment, es va avaluar l'apoptosi cel·lular detectant nuclis positius per a TUNEL (figura 4CandD) i l'expressió de la proteïna pro-apoptosi BAX i anti-apoptosi BCl-2 (figures 4E i F). Ens vam adonar que el nombre de cardiomiòcits TUNELpositius i la relació d'expressió de proteïnes BAX/BCL2 eren substancialment més alts al grup IUH que als del grup control (P <0, 05). En canvi, la proporció de cèl·lules positives TUNEL i la relació d'expressió de proteïnes BAX/BCL2 eren més baixes en el miocardi de rates tractades amb SPD que en el grup IUH (P <0, 05). DFMO va eliminar l'efecte de SPD (P <0, 05). En resum, el SPD administrat in utero pot revertir la disminució de les activitats enzimàtiques antioxidants i l'augment de l'apoptosi cel·lular en cors de descendència induït per IUH.

4.5. Efectes de l'espermidina en la producció d'espècies reactives d'oxigen, potencial de membrana mitocondrial i mitofàgia en cardiomiòcits exposats a hipòxia

La disfunció mitocondrial es manifesta principalment com un augment de la producció de ROS, una disminució de la síntesi d'ATP i l'acumulació de mitocondris disfuncionals. El potencial de membrana mitocondrial (∆Ψm) és el gradient electroquímic de protons (H més gradient de concentració i diferència de potencial transmembrana) a través de la membrana interna mitocondrial, que es forma durant la transferència d'electrons de la cadena respiratòria oxidativa mitocondrial, en la qual hi ha un petit nombre de ROS. produït. En conseqüència, el nivell de ROS i els canvis ∆Ψm són els principals indicadors de la funció mitocondrial. La producció excessiva de ROS provoca l'acumulació de mitocondris disfuncionals; els mitocondrials danyats s'eliminen principalment per mitofagia. Per investigar si l'SPD exògena podria afectar la integritat de la funció mitocondrial en els cardiomiòcits en condicions d'hipòxia, primer vam examinar els nivells de ROS mitjançant una sonda de fluorescència DHE (figura 5A). Vam observar que la producció de ROS va augmentar després que els cardiomiòcits estiguessin exposats a la hipòxia durant 24 h (P <{2}}.05) i que l'SPD va inhibir la producció de ROS induïda per la hipòxia (P <0 .05); tanmateix, DFMO va abolir la disminució de la producció de ROS mediada per SPD quan es va subministrar DFMO als cardiomiòcits tractats per SPD (P <0.05) (figura 5C). A més, es va detectar ∆Ψm mitjançant la sonda fluorescent TMRE (figura 5B). Com més forta sigui la intensitat de la fluorescència vermella, més gran serà el potencial mitocondrial (P <0.05). Hem observat que la intensitat de la fluorescència vermella era significativament menor en el grup IUH que en el grup control (P <0.05). En comparació amb el grup IUH, la intensitat de fluorescència vermella va ser més alta en el tractament SPD (P <0, 05) i DFMO va abolir els efectes de SPD una vegada més (P < 0, 05) (Figura 5D). A continuació, vam estimar la colocalització dels mitocondris (etiquetats amb verd MitoTracker) amb els lisosomes (etiquetats amb Lyso-Tracker vermell), cosa que ens va permetre mesurar la degradació autofàgica dels mitocondris (figura 5E). Tal com s'indica a la figura 5F, en comparació amb el control, la hipòxia va disminuir la colocalització de Mito-Tracker Green i Lyso-Tracker Red en cardiomiòcits (P <0, 05). Tanmateix, en comparació amb el grup d'hipòxia, el percentatge de mitocondris i lisosomes colocalitzats va ser més alt en el grup de tractament SPD (P <0, 05) i DFMO va abolir l'efecte de SPD (P <0, 05). Aquests resultats suggereixen que la hipòxia augmenta la producció de ROS i disminueix ∆Ψm i la mitofagia; SPD pot alleujar el dany mitocondrial induït per la hipòxia estimulant la mitofagia i inhibint l'estrès oxidatiu.

4.6. Efectes de l'SPD sobre el sistema MQC miocàrdic en els nadons exposats a la IUH

El control de qualitat mitocondrial (MQC), inclosos els processos d'autofàgia mitocondrial, biosíntesi mitocondrial i fusió i fissió mitocondrials, és fonamental per mantenir la morfologia, la quantitat i la funció normals dels mitocondris i garantir la funció i el metabolisme normals de les cèl·lules. La mitofagia regula la MQC i media la degradació autofàgica extensiva dels mitocondris en resposta a l'alteració fisiològica i la ruta. Primer vam avaluar la mitofagia observant la formació de mitofagosoma amb TEM (Figura 6A - C). Segons els resultats, algunes estructures anormals o mitocondris de fragmentació estaven tancats dins d'una membrana autofàgica de doble membrana, que eren mitofagosomes, i van indicar que la mitofagia estava activa en el grup control. Tanmateix, el nombre de mitofagosomes va disminuir molt al miocardi del grup IUH. Curiosament, el miocardi del grup SDP va mostrar fenotips de mitofagia gairebé idèntics al del grup control, mentre que DFMO va abolir els efectes induïts per SPD. Els mitocondris són orgànuls altament dinàmics, que pateixen constants esdeveniments de fissió i fusió associats a la seva funció. A continuació, vam examinar la fragmentació mitocondrial mitjançant TEM (figura 6A). Vam trobar que el nombre de mitocondris petits i fragmentats va augmentar significativament per IUH, en comparació amb el control (P <0.05), cosa que indica que la fissió mitocondrial va augmentar àmpliament. Aquesta alteració es va limitar pel tractament SPD i DFMO també va abolir el paper de SPD una vegada més (figura 6D). A més, es van detectar DRP1 i MFN2 (proteïnes reguladores de la dinàmica mitocondrial) (Figura 6E - G). MFN2 va disminuir significativament, mentre que DRP1 va augmentar i es va observar al grup IUH en comparació amb el grup control (P <0.05). Mentre que DRP1 es va regular a la baixa i MFN2 es va regular a l'alça amb el tractament de l'SPD exògen (P <0.05), DFMO va abolir els efectes induïts per SPD. La biosíntesi mitocondrial es coordina amb la mitofàgia per eliminar els mitocondris danyats o en excés, generar nous mitocondris i mantenir l'homeòstasi de MQC en condicions d'estrès. Finalment, vam avaluar l'expressió de proteïnes relacionades amb la biosíntesi mitocondrial, incloses SIRT-1, PGC-1, NRF-2 i TFAM, mitjançant l'anàlisi d'immunoblot (figura 6H - L). En comparació amb el grup control, l'expressió de SIRT-1, PGC-1, NRF-2 i TFAM va disminuir significativament al miocardi del grup IHU (P <0, 05). En comparació amb el grup IUH, les expressions de proteïnes de SIRT-1, PGC-1, NRF-2 i TFAM al grup SPD van augmentar significativament (P <0, 05). DFMO va abolir l'efecte de SPD (P <0, 05). En resum, aquests resultats indiquen que la IUH condueix a una disfunció de MQC en el miocardi de la descendència d'un dia i que el tractament SPD inhibeix significativament el desequilibri del sistema MQC en la descendència neonatal exposada a la IUH.

5. Discussió

Les malalties del cor són un repte de salut important a tot el món. S'ha demostrat que la hipòxia fetal crònica pot desencadenar un origen fetal de disfunció cardíaca i programar un augment del risc de malaltia cardíaca en la descendència adulta. El cor té una taxa metabòlica elevada i la seva dependència de la funció mitocondrial per a la producció d'energia és fonamental per a la funció cardíaca normal. Tot i això, encara es desconeix l'efecte de la IUH sobre la funció mitocondrial cardíaca i el seu mecanisme relacionat i el focus de l'estratègia preventiva de cardioprotecció en els mitocondris en la descendència nounat. En el present estudi, vam trobar que les rates de primavera d'un dia exposades a IUH presenten anomalies significatives en el creixement i el desenvolupament, la maduració dels cardiomiòcits, especialment en l'estructura i la funció mitocondrial del miocardi, i la suplementació SPD exògena in utero pot alleujar aquesta IUH induïda per IUH. canvien inhibint l'estrès oxidatiu del miocardi i reduint l'apoptosi. És important destacar que ens vam adonar que el tractament prenatal SPD pot revertir significativament les anomalies de la mitofagia i la biogènesi i la fragmentació mitocondrial al miocardi de rates de descendència nounat induïda per IUH. Segons el que sabem, aquesta investigació va ser el primer informe sobre l'efecte protector de l'SPD sobre el dany cardíac de la descendència nounat induïda per IUH mitjançant la regulació del mecanisme MQC i després la millora de la funció mitocondrial.

Hi ha proves suficients que suggereixen que la restricció del creixement intrauterí interfereix amb la trajectòria de desenvolupament dels sistemes fetals, la qual cosa pot perjudicar la funció cardíaca més tard a la vida (5, 7, 37). En el nostre estudi, IUH va causar retard del creixement i danys cardíacs en rates de descendència neonatal, ja que les rates nounats d'un dia exposades a IUH van mostrar una disminució significativa de BW i HW i un augment de la relació HW/BW. A més, es va alterar la disposició de les fibres del miocardi, es van trencar els miofilaments, es va notar una infiltració de cèl·lules inflamatòries entre els miofilaments i es va augmentar la deposició de col·lagen del miocardi. Aquestes troballes són coherents amb les troballes informades per Ducsay et al. (2) i Thompson et al. (7). En diversos models animals, els cors fetals exposats a la hipòxia crònica presenten una maduració i proliferació de cardiomiòcits reduïdes i una disminució de la dotació de cardiomiòcits (38, 39). De la mateixa manera, la nostra investigació també va demostrar que la proporció de cardiomiòcits binucleats va augmentar i l'expressió de Ki67 va disminuir en el grup IUH. El moment en què els cardiomiòcits es converteixen en bi/multinucleats coincideix amb el moment en què els mamífers perden el seu potencial regeneratiu (40). La maduració del cor fetal és important per a la salut cardíaca de la descendència. En conseqüència, la IUH fa que els cardiomiòcits es retirin del cicle cel·lular abans del temps, i el trastorn de la maduració dels cardiomiòcits condueix a una plasticitat deteriorada del creixement cardíac postnatal.

No cal tenir en compte que els mitocondris són els principals orgànuls cel·lulars implicats en la producció de ROS; els mitocondris disfuncionals no només es produeixen en resposta a la disminució de la producció d'ATP, sinó també a l'augment de l'estrès oxidatiu i l'apoptosi (41). En aquest estudi, IUH va disminuir significativament l'activitat dels enzims antioxidants SOD i CAT, va disminuir la funció respiratòria mitocondrial i els nivells d'ATP, va augmentar l'expressió de BAX/BCL2 i va deteriorar l'estructura mitocondrial al miocardi de rates de descendència d'un dia. Aquestes troballes estan recolzades per altres investigadors (11), que van documentar que l'exposició a la hipòxia crònica materna durant l'embaràs podria disminuir l'activitat del complex mitocondrial IV i induir l'apoptosi en el cor de rates fetals a curt termini. Vam argumentar que el compromís mitocondrial podria apuntalar l'estrès oxidatiu i la fallada energètica durant el desenvolupament fetal que culmina amb una lesió cardíaca perinatal. Aquesta pot ser la principal raó de l'augment del risc cardiovascular en la descendència d'embarassos complicats per hipòxia fetal crònica. En conseqüència, és implementable prendre els mitocondrials com a objectiu de la intervenció terapèutica per protegir la funció cardíaca en la descendència. Aljunaidy et al. va informar que el tractament matern amb antioxidant mitocondrial MitoQ va prevenir l'estrès oxidatiu placentari, va rescatar el creixement fetal i va millorar la funció cardíaca en la descendència exposada a IUH (42).

L'espermidina és una poliamina amb una varietat de funcions biològiques. Com hem esmentat, SPD pot inhibir l'acumulació de ROS induïda per H2O2- i prevenir la disminució del potencial de membrana mitocondrial (MMP) i dels nivells d'ATP en cardiomiòcits i cèl·lules H9C2 de rates neonatals cultivades. A més, SPD pot promoure la biogènesi mitocondrial i millorar la funció mitocondrial en el cor envellit (43). Les poliamines espermina i espermidina poden afectar el proteoma mitocondrial dinàmic, evitant així els canvis relacionats amb l'edat en les funcions cardíaques i l'envelliment cardíac (36). Altres estudis també han demostrat que la suplementació SPD retarda l'envelliment cardíac millorant la mitofagia i promovent la respiració mitocondrial en ratolins (44). L'ODC és un enzim clau de la síntesi de poliamines, i s'informa que la derrota in vivo de l'ODC o l'aplicació de DFMO, un inhibidor irreversible de l'ODC, provoca una interrupció del desenvolupament del concepte i un retard del creixement fetal a causa de la disponibilitat insuficient de poliamines (45, 46). El nostre estudi actual indica que el tractament amb 5 mg/kg/d de SPD en rates exposades a IUH prevé el retard del creixement i l'alteració de l'estructura morfològica cardíaca i la maduració en la descendència dels nounats. A més, la millora de l'estrès oxidatiu cardíac induïda per IUH, l'augment de l'apoptosi i la disminució respiratòria mitocondrial de la descendència neonatal també es van prevenir per SPD, mentre que el DFMO donat a la mare va abolir la protecció mediada per SPD per al cor neonatal. Està ben documentat que les poliamines participen en l'angiogènesi i l'embriogènesi de la placenta, així com en el creixement i desenvolupament embrionari i fetal (47). Zhu et al. va informar que els nivells de poliamines eren més baixos al plasma de la vena umbilical dels fetus porcins amb restricció del creixement intrauterí (IUGR) i la SPD suplementària a la mare pot prevenir la RCIU (48). L'espermidina és un compost amb una seguretat raonable i una menor toxicitat (49). El nombre creixent d'estudis preclínics i clínics han indicat que el SPD dietètic té efectes sobre la salut com ara antienvelliment, protecció cardiovascular, neuromodulació i funcions antiinflamatòries, com la injecció intraperitoneal de SPD (50 mg/kg) en ratolins que protegeix contra el col·lagen induït. artritis mitjançant la inhibició de la polarització dels macròfags M1 al teixit sinovial (50). La suplementació amb 10 mg/kg/d de SPD va revertir el deteriorament cardíac relacionat amb l'edat a les rates (36). Més important encara, la mare va ser una intervenció amb 5 mg/kg/d de SPD durant l'embaràs tardà per millorar la disminució de la funció cognitiva i neuronal induïda per la IU (51) i el dany de l'estrès oxidatiu cardíac en la descendència de rates (32). En conseqüència, vam utilitzar la mateixa dosi de SPD (5 mg/kg/d) per a la rata embarassada exposada a IUH que en el nostre estudi anterior. Vam sospitar que la suplementació de SPD materna durant l'embaràs hipòxic podria augmentar els nivells de SPD a la circulació fetal, cosa que podria haver estat relacionada amb la protecció contra l'estrès oxidatiu que resulta en la placenta, que protegirà els mitocondris del cor en desenvolupament de la programació per IUH, l'acció de SPD es pot aconseguir pel seu poderós mecanisme antioxidant, anti-apoptosi i promotor de la proliferació.

Els mecanismes de control de qualitat mitocondrial són essencials per mantenir la morfologia, el nombre i la funció normals dels mitocondris i garantir la funció i el metabolisme normals de les cèl·lules (16). L'evidència recent ha revelat que els mecanismes de MQC tenen un paper decisiu en la maduració mitocondrial del miocardi perinatal i el desenvolupament del cor (14). Gong et al. va informar per primera vegada que els mitocondris semblants al fetus immadurs es degraden directament per la mitofagia mediada per Parkin durant el període postnatal primerenc (19). Mentrestant, la biogènesi mitocondrial augmenta dràsticament (52), i els factors de fusió i fissió mitocondrials estan regulats de manera transcripcional al cor després del naixement (20, 21). Tanmateix, se sap molt menys sobre l'efecte de la IUH sobre la MCQ en el miocardi de la descendència neonatal. En aquest estudi, primer vam observar que el nombre de mitofagosoma va disminuir significativament al miocardi del grup IUH, cosa que indica que IUH va deteriorar la mitofàgia miocàrdica de rates de descendència nounat. A continuació, vam observar una expressió significativament disminuïda de PGC-1 (un regulador clau de la biogènesi mitocondrial) i l'expressió de les seves molècules de senyalització aigües amunt i aigües avall, incloses SIRT-1, TFAM i NRF{{10} } al miocardi del grup IUH. A més, vam trobar que l'exposició a IUH feia mitocondris més petits o fragmentats i l'expressió de DRP1 augmentava; tanmateix, l'expressió de MFN2 va disminuir al miocardi de la rata descendent nounat, cosa que suggereix que la fissió mitocondrial estava regulada a l'alça i la fusió es va regular a la baixa. Aquestes troballes reflectien la relació causa-efecte entre el desequilibri del mecanisme MQC i el dany del miocardi induït per IUH en la descendència nounat. Aquests complexos processos MQC funcionen conjuntament entre si per eliminar els mitocondris disfuncionals d'una manera específica i dirigida i coordinar la biogènesi de nous orgànuls, que és essencial per a l'homeòstasi cardiovascular. Molts senyals intracel·lulars i extracel·lulars poden regular els esdeveniments MQC, inclòs l'estrès oxidatiu, el potencial col·lapse de la membrana, l'apoptosi i altres. Aquí, el desequilibri del MQC mitocondrial es pot atribuir a un estrès oxidatiu millorat i a un augment de l'apoptosi al cor de les rates descendents exposades a IUH. En conseqüència, és essencial mantenir un mecanisme MQC adequat per garantir una xarxa mitocondrial sana al cor de la descendència nounat exposada a IUH.

Atès que els nivells de SPD placentari estan fortament associats amb la restricció del creixement fetal (53), SPD pot regular la MQC en un model animal diferent. Per exemple, l'SPD és un inductor potent i específic de l'autofàgia per ampliar la vida útil, que pot protegir el procés d'envelliment de diversos teixits, inclosos el cor, el cervell i el múscul esquelètic (44, 54, 55). L'espermidina pot alleujar l'envelliment cardíac millorant la biogènesi mitocondrial (43). En aquest estudi, vam aplicar SPD a ratolins materns i vam trobar que SPD podria normalitzar el desequilibri del MQC del miocardi en la descendència exposada a IUH. Tanmateix, el tractament matern amb inhibidor de l'ODC DFMO va abolir els efectes de l'SPD, cosa que indica que la intervenció de l'SPD podria prevenir el MQC anormal al miocardi de rates descendents d'un dia exposades a IUH. En resum, l'excel·lent treball de MQC en el miocardi de la descendència nounat podria millorar l'estructura, la funció i la maduració mitocondrial, aconseguint així la transformació de la capacitat de glucòlisi intrauterina al subministrament d'energia d'oxidació d'àcids grassos postnatal i satisfer la càrrega cardíaca creixent després del naixement. . A més, el nostre experiment amb cardiomiòcits suggereix que SPD pot inhibir l'augment de la producció de ROS induïda per la hipòxia, la disminució de ∆Ψm i la degradació autofàgica deteriorada dels mitocondris. Vam deduir que els efectes beneficiosos de l'SPD es podrien atribuir a l'augment dels nivells de SPD a la placenta i la circulació mitjançant l'aplicació de SPD materna, protegint així la descendència mitocondrial del miocardi de la programació del desenvolupament per part d'IUH.

5.1. Conclusió

El present estudi destaca que la teràpia SPD in utero pot protegir el miocardi d'un dia: el cor de la descendència dels efectes adversos de la hipòxia prenatal. Aquests canvis postnatals causats per SPD es poden aconseguir mitjançant l'antioxidació i l'anti-apoptosi i mitjançant la regulació de les vies MQC, disminuint així el desenvolupament mitocondrial programat al cor exposat a IUH. Aquest estudi té algunes limitacions. No vam realitzar experiments farmacocinètics amb SPD i, per tant, no podem determinar els nivells exactes de SPD a la circulació fetal quan la mare va ser administrada amb SPD. En els nostres estudis futurs, investigarem més la concentració sanguínia efectiva de SPD utilitzant la placenta del fetus. Les troballes actuals proporcionen un nou marc per a futurs estudis per definir els papers de l'SPD en la prevenció dels mitocondris miocàrdics de la descendència neonatal d'IUH.

【Per a més informació:george.deng@wecistanche.com/WhatApp:86 13632399501】