D-갈락토스로 유발된 노화 쥐의 기억 기능, 미토콘드리아 역학, 산화 스트레스 및 신경 염증에 대한 운동 및 MitoQ의 신경 보호 이점 1부
Aug 30, 2024
추상적인:
운동과 항산화제는 인지 장애를 개선하고 시너지 효과를 발휘할 수 있는 건강상 이점을 제공합니다. 본 연구에서는 트레드밀 운동(TE)과 미토콘드리아 표적 항산화제 메나퀴논(MitoQ)이 개별적으로 또는 복합적으로 D- 해마의 학습 및 기억, 미토콘드리아 역학, NADPH 산화효소 활성, 신경염증 및 항산화 활성에 미치는 영향을 조사했습니다. 갈락토오스로 인한 노화 쥐.
항산화제는 활성 산소와 싸우는 물질입니다. 그들은 신체가 세포 산화를 방지하도록 돕습니다. 세포 산화는 알츠하이머병을 비롯한 다양한 질병을 유발할 수 있습니다.
인구 고령화 추세가 심화되면서 알츠하이머병 치료 방법에 관심을 갖는 사람들이 늘어나고 있습니다. 현대 의학 연구에 따르면 항산화제는 사람들이 좋은 기억력을 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다.
연구에 따르면 딸기, 블루베리, 올리브 오일 등과 같은 항산화제가 함유된 식품을 정기적으로 섭취하면 알츠하이머병의 위험을 효과적으로 줄일 수 있는 것으로 나타났습니다. 동시에 적절한 운동, 규칙적인 생활, 균형 잡힌 식단을 통해 신체의 항산화 시스템을 강화할 수 있으며, 이는 우리의 뇌를 효과적으로 보호할 수도 있습니다.
항산화제는 기억력 유지에 도움이 되는 것 외에도 많은 다른 이점을 가지고 있습니다. 예를 들어 피부 상태를 개선하고 심혈관 질환의 위험을 줄이는 등의 효과가 있습니다. 그러므로 항산화제가 함유된 음식을 적절히 섭취하고 건강한 생활 방식을 유지하는 것은 우리 몸과 뇌에 도움이 됩니다.
즉, 항산화제는 기억과 분리될 수 없습니다. 식습관과 생활습관에 주의를 기울이면 신체적, 정신적 건강을 유지하면서 알츠하이머병을 효과적으로 예방할 수 있습니다. 기억력 향상이 필요하다는 것을 알 수 있는데, 시스탄체는 기억력과 학습에 매우 중요한 아세틸콜린과 성장인자의 수치를 높이는 등 신경전달물질의 균형도 조절할 수 있기 때문에 기억력을 크게 향상시킬 수 있습니다. 또한 Cistanche는 혈류를 개선하고 산소 전달을 촉진하여 뇌가 충분한 영양과 에너지를 얻을 수 있도록 하여 뇌 활력과 지구력을 향상시킬 수 있습니다.
TE 단독 및 MitoQ 노화 쥐와 결합된 TE는 미토콘드리아 핵분열 인자(Drp1, Fis1)를 감소시키고 미토콘드리아 융합 인자(Mfn1, Mfn2, Opa1)를 증가시켰습니다.
이들 그룹은 또한 향상된 NADPH 산화효소 활성과 항산화 활성(SOD{0}}, 카탈라아제)을 나타냈습니다. TE 또는 MitoQ 단독으로는 신경염증 반응(COX-2, TNF- )을 감소시켰으나, 이들의 조합으로 억제 효과가 더 컸다.
또한 노화로 인해 증가된 치아이랑의 신경염증은 TE에서는 감소되었으나 MitoQ 처리에서는 감소하지 않았다.
학습 및 기억 테스트에서는 반대로 MitoQ만으로는 TE와 유사한 효과를 나타내었지만 확실한 개선은 아닌 것으로 나타났습니다.
결론적으로, 이 연구는 MitoQ가 단독 치료법으로 사용될 때 노화에 어느 정도 긍정적인 효과를 발휘했지만 TE는 인지 장애, 산화 스트레스, 염증 및 미토콘드리아 기능 장애에 더 효과적인 역할을 한다는 것을 보여주었습니다.
우리의 연구 결과는 TE와 MitoQ의 조합이 시너지 효과를 발휘하지 않았으며 규칙적인 운동이 연령 관련 인지 저하의 신경 보호에 우선순위가 되어야 함을 시사합니다.
키워드: 노화; 런닝머신 운동; 미토Q; NADPH 산화효소; 미토콘드리아 역학; 신경 염증.
1. 소개
노화는 기억력, 공간능력 저하 등 인지능력의 점진적인 저하를 포함하여 신체적, 기능적 쇠퇴가 일어나는 피할 수 없는 과정이다[1].
연령과 관련된 뇌의 변화는 다양한 질병에 대한 취약성을 증가시키고 궁극적으로 삶의 질을 저하시킵니다. 성공적인 노화란 일반적으로 질병이나 손상이 없고, 신체적, 인지적 기능이 보존되고, 사회적, 생산적 활동에 지속적으로 참여하는 것을 의미합니다[2]. 노화 과정에서도 인간으로서의 존엄성과 가치를 유지하는 것은 매우 중요합니다.
노화로 인한 인지 저하를 예방하기 위해 확인된 몇 가지 생활 방식 변화 중에서 최근 관심은 약리학적 효과가 부족하고 기존 의학의 비용 상승으로 인해 신체 활동 및 식이 보충제와 같은 비약리학적 치료로 전환되었습니다. 실제로, 에피카테킨 및 아스타잔틴과 같은 항산화 보충제와 운동 및 식이요법을 결합하면 해마 의존 기능에 시너지 효과를 유도하는 것으로 나타났습니다[3,4].
반대로, 여러 연구에서는 식이 변화와 결합하지 않고 운동 단독이 학습 및 기억 기능을 향상시키는 것으로 나타났으며[5,6], 결합된 중재가 운동 단독보다 인지 기능에 더 큰 영향을 미칠 수 있는지에 대한 의문이 제기됩니다.
운동 및/또는 항산화 치료 해마 기능의 기초가 되는 가능한 메커니즘은 신경 가소성과 신경성 인자와 관련된 분자 수준을 포함하지만[4,7], 미토콘드리아 역학 및 신경 면역 체계와 같은 메커니즘은 완전히 이해되지 않았습니다.
미토콘드리아는 대부분의 진핵 세포에서 생물학적 산화를 담당하는 역동적인 세포 소기관으로, 그 역학은 융합(미토콘드리아의 신장)과 핵분열(미토콘드리아의 단편화)의 반복 과정에 의해 조절됩니다[8,9].
몇몇 융합 및 핵분열 관련 단백질은 정상적인 미토콘드리아 기능을 유지하는 데 필수적인 미토콘드리아 역학에 관여합니다[10,11].
그러나 단백질의 불규칙한 발현은 미토콘드리아의 비정상적인 변화를 초래할 수 있습니다. 특히, 미토콘드리아 기능 장애는 노화의 특징이며[12], 지속적인 염증, 산화 스트레스, 미토콘드리아 기능 장애는 뇌 노화를 촉진시켜 뇌 기능 저하에 기여합니다[13,14].
또한, 노화는 면역체계 및 중추신경계(CNS)의 낮은 수준의 만성 염증을 동반하며, 이는 많은 노화 관련 질병의 원인이 되는 것으로 알려져 있습니다[15,16].
CNS의 신경염증은 미세아교세포 및 성상교세포와 같은 교세포가 산화 스트레스에 반응하여 지속적으로 활성화될 때 진행됩니다[17].
활성산소종(ROS)은 막 결합 효소 복합체인 NADPH 산화효소(NOX)에 의해 생성됩니다. NOX에는 여러 하위 유형이 있으며, 그 중 NOX2는 뉴런과 내피 세포를 포함한 다양한 세포 유형에서 발현되며, 면역 반응 및 염증에 관여하는 소교세포에서 높은 수준으로 발현됩니다[18-20].
NOX2는 막(gp91phox, p22phox)과 세포질(p47phox, p67phox) 하위 단위를 모두 포함합니다. NOX 활동으로 인한 ROS 수준의 상승은 염증을 촉진하고 교세포를 활성화시키며, 이는 결국 전염증성 사이토카인의 분비, 산화 스트레스 및 자유 라디칼 손상을 더욱 강화하여 궁극적으로 신경 세포 사멸을 초래합니다[21-23].
뇌 노화는 인지 장애에서 중요한 역할을 하며, 색조신경퇴행성 장애와 밀접하게 관련되어 있습니다. 자연적인 노화로 인해 발생하는 전반적인 뇌 기능 저하를 예방하는 것은 불가능하지만 신체 활동과 항산화제 섭취는 뇌 기능, 특히 인지 기능을 유지하기 위한 비침습적 방법으로 유용합니다.
특히, 운동은 신경가소성 촉진, 대사 효율 향상, 산화 스트레스에 대한 내성 증가 등을 통해 뇌 기능 장애를 개선한다고 합니다[24,25].
그러나 인지 기능을 강화하거나 인지 기능 저하를 예방하는 역할을 하는 분자 메커니즘은 아직 알려지지 않았습니다. 항산화제의 경우, 미토콘드리아 표적 항산화제 미토퀴논(MitoQ)은 다른 항산화제와 달리 미토콘드리아 내막을 통과하여 미토콘드리아 내에 축적되어 미토콘드리아에서 생성된 ROS 수준을 직접 감소시키는 것으로 알려져 있습니다[26].
MitoQ에 대한 연구는 거의 수행되지 않았지만 항산화 효과에 대한 다양한 보고서가 설명되어 있습니다. Gioscia-Ryan 등의 연구. [27] 및 Rossman et al. [28] MitoQ는 노화된 혈관의 미토콘드리아에서 ROS 수준을 감소시키고 NO 생성을 증가시키는 것으로 나타났습니다.
Vergeadeet al. [29] 및 Braakhuis et al. [30]은 MitoQ가 노화 과정에서 SOD{2}}, 카탈라아제, GPx와 같은 항산화 효소의 활성을 유지한다고 보고했습니다.
뇌 노화와 관련하여 운동과 MitoQ가 뇌 기능 저하에 미치는 긍정적인 영향을 담당하는 분자 메커니즘을 밝히기 위한 추가 연구가 필요합니다.
지금까지 여러 동물 모델을 이용한 노화 연구에서는 뇌 노화의 근본적인 메커니즘을 조사해 왔습니다. 특히, D-갈락토오스(D-gal) 투여는 기억 상실, 신경변성, 산화 스트레스의 생화학적 지표 변화, 면역 활성 감소, 유전자 발현의 비정상적인 조절 등 인간의 노화와 유사한 동물의 노화를 유발하는 것으로 보고되었습니다[31].
D-gal을 투여한 설치류는 학습 및 기억력의 점진적인 감소, 뇌의 자유 라디칼 생성 증가, 칼슘 항상성 손상 및 미토콘드리아 기능 장애[32,33]를 보여 뇌 노화의 동물 모델을 제공합니다[34].
따라서 우리는 D-갈락토오스로 유발된 노화 쥐 모델을 사용하여 독립 또는 결합 치료법인 트레드밀 운동(TE)과 MitoQ가 미토콘드리아 분열 및 융합, 염증 및 항산화 활성뿐만 아니라 해마 의존성 인지에 미치는 영향을 조사했습니다.
우리는 D-갈락토오스를 처리한 쥐에게 8-주간 런닝머신 운동과 MitoQ를 병행하면 학습 및 기억 기능 저하를 추가로 또는 시너지적으로 개선하고 해마 신경 보호와 관련된 단백질 수준의 유익한 변화를 유도할 것이라는 가설을 세웠습니다.
2. 재료 및 방법
2.1. 실험동물
6주된 수컷 Sprague-Dawley (SD) 쥐를 JA Bio(경기도, 한국)에서 구입하였다. 쥐는 한국체육대학교 동물실험실(22±2oC, 습도 50%±5%, 명암 주기 12/12시간)에서 사육되었다.
음식과 식수는 자유롭게 제공되었습니다. 쥐를 젊은 대조군(Y-CON, n=12), D-갈락토스 그룹(D-CON, n=12), D-갈락토스 + TE 그룹(D-)의 5개 그룹으로 나누었습니다. TE,n=12), D-갈락토오스 + MitoQ 그룹(D-MI, n=12), D-갈락토오스 + TE 및 MitoQ그룹(D-COMBI, n=12). 안락사 챔버를 사용하여 CO2 흡입에 의한 8주간의 TE 및 기억 행동 테스트를 완료한 후 쥐를 안락사시켰습니다.
연구 프로토콜은 한국체육대학교 동물관리 및 이용위원회(KNSU-IACUC-2018-05)로부터 승인을 받았습니다.
2.2. 의약품 관리
Lei et al. [31]은 실험동물의 노화를 유도하기 위해 사용되었다. 구체적으로 D-gal(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)을 생리식염수에 녹여 10주 동안 주 1회 복강내(IP) 주사로 100 mg/kg을 투여하였다.
이 실험에서는 Smith와 Murphy가 제안한 급식 방법을 MitoQ 투여에 적용했습니다.
MitoQ는 0.1mM/mL의 최종 희석을 위해 멸균 식염수와 혼합되었습니다. D-갈락토스로 유발된 노화 쥐에게 8주 동안 100 μM/kg MitoQ(주 2회)를 복강 주사했습니다.
2.3. 런닝머신 운동(TE)
D-TE 및 D-COMBI 그룹은 설치류 트레드밀(8 Lanes, 대명과학(주), 서울, 한국)을 사용하여 점진적인 부하 운동 프로그램을 실시했습니다.
동물은 먼저 1주 동안 순응 훈련을 수행했습니다(처음 5분 동안 2m/분, 다음 5분 동안 5m/분, 마지막 20분 동안 8m/분).
주요 운동 프로그램은 다음 8주에 걸쳐 주 5일씩 수행되었습니다. 본 프로그램은 Hong et al.이 제안한 점진적인 운동 프로그램을 바탕으로 다음과 같이 설계되었다. [35]:10-1주차에 10분 동안 12m/분; 2주차에는 20분 동안 10~12m/분; 3주차에는 20분 동안 18~20m/분; 4주차에는 30분 동안 18~20m/분; 5~8주차에는 50분 동안 18~20m/분. 런닝머신의 경사도는 0%로 고정되었습니다.
2.4. 수동적 회피 작업
수동적 회피 과제는 작은 실험실 동물의 작업 기억 능력을 측정하는 데 사용되는 두려움에 기반한 테스트입니다. 본 연구에서는 수동적 회피과제를 TE 프로그램 종료 3일 전에 수행하였다.
수동적 회피 작업을 위한 장치는 두 개의 챔버로 구성되었습니다. 전면 챔버는 조명이 밝고 밝은 흰색 상자(18 × 18 × 25 cm3)였으며 어두운 검정색 상자(18 × 18 × 25 cm3)인 후면 챔버에 연결되었습니다. cm3).
뒤쪽 방에는 전기 충격을 전달할 수 있는 스테인리스 스틸 바닥이 있었습니다. 두 방 사이의 벽에는 열고 닫을 수 있는 단두대 스타일의 문이 있었습니다.
동물이 앞방을 거쳐 뒷방으로 들어가는 시간(초기 잠복시간)을 측정한 후 2초간 전기충격(0.5 mA)을 가하였다.
5초 후에 동물을 꺼내어 사육 케이지로 돌려보냈습니다. 동일한 방법을 사용하여 72시간 후에 작업을 반복했고, 동물이 앞방을 통해 뒷방에 들어가는 시간(유지 대기 시간)을 최대 300초까지 기록했습니다.
2.5. 모리스 수중 미로 테스트
모리스 수중 미로 테스트는 설치류의 공간 학습과 기억을 평가하는 데 사용됩니다. 테스트는 온도(21~23°C), 습도(50~60%), 조명이 조절된 실내에서 물(20~24°C)이 채워진 원형 물탱크(직경 120cm × 높이 15cm)를 사용하여 수행되었습니다. ).
탈출 플랫폼(직경 10cm)을 가리기 위해 탈지분유를 물에 첨가했는데, 이 탈출 플랫폼은 수면에서 약 1cm 아래 탱크 바닥에 배치되었습니다.
EthoVision XT8 비디오 추적 소프트웨어(Noldus, Wageningen, The Holland)와 카메라를 사용하여 TE 프로그램 전후에 플랫폼에 도달하기 전에 동물이 이동한 거리(탈출 거리)와 플랫폼에 도달하는 데 걸린 시간(탈출 대기 시간)을 측정했습니다. 탱크 중앙 위의 천장에 설치됩니다. 물 탱크는 구역 1~4로 표시된 구역으로 나뉘었고 플랫폼은 구역 1에 배치되었습니다.
각 처리군에 대해 물 미로 테스트를 주 5일 실시하였다. 쥐는 항상 같은 위치에서 시작했고 항상 같은 위치에 있던 플랫폼에 도달하기 위해 두 번의 60- 연습 시도가 허용되었습니다.
48시간의 휴식 후, 플랫폼은 7일째 제거되었습니다. 탈출 거리와 탈출 지연 시간은 쥐가 같은 위치에서 출발하여 60초 동안 측정되었습니다.
For more information:1950477648nn@gmail.com
