케르세틴은 제2형 당뇨병이 있는 쥐의 심근 산화환원 상태를 개선합니다

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목적. 새로운 데이터는 다음을 나타냅니다.산화 스트레스제2형 당뇨병(T2DM)에서 심혈관 질환의 발병기전과 밀접한 관련이 있습니다. 본 연구는 인간의 식단에서 가장 풍부한 플라보노이드의 효과를 평가하는 것을 목표로 했습니다.케르세틴(Q) T2DM이 있는 쥐의 심근 산화환원 상태.

행동 양식. T2DM은 수컷 Wistar 쥐에게 고칼로리 식단(14주 동안)과 2주 동안 일주일에 한 번 식단의 4주 동안 2번의 스트렙토조토신(25 mg/kg bw) 주사로 유도되었습니다. Q는 마지막 streptozotocin 주사 후 8일째부터 8주간 체중 kg당 10 또는 50 mg을 위관영양법으로 위내 투여하였다. 대조군 쥐는 구연산염 완충액을 받았고 마지막 STZ 주사 7일 후에 모든 동물에서 기초 포도당 수준을 측정했습니다.

결과. Q의 투여는 50 mg/kg bw의 용량에서 더 두드러진 효과와 함께 당뇨병 쥐의 인슐린 감수성을 증가시켰습니다. 또한 Q는 당뇨병 동물의 심장 미토콘드리아에서 자유 라디칼 산화를 감소시켜, 투여량에서 진행성 산화 단백질 생성물의 형성을 제한했습니다. 사용된 용량과 무관하게 심장 미토콘드리아에서 항산화 효소(과산화물 디스뮤타제, 글루타티온 과산화효소, 글루타티온 환원효소)의 활성을 의존적 방식으로 정상화했습니다. 또한 두 용량 모두에서 Q는 T2DM 쥐의 산화 스트레스 발생을 예방했습니다.심근세포NADPH oxidase와 xanthine oxidase 활성을 감소시킴.

결론. 이 발견은 10mg/kg 및 50mg/kg의 두 용량 모두에서 Q가 당뇨병 쥐의 심근세포에서 산화 스트레스의 발생을 예방할 수 있음을 보여줍니다. 현재 데이터는 Q의 사용이 제2형 당뇨병 환자의 심혈관 위험 개선에 기여할 수 있음을 나타냅니다.

키워드: 케르세틴, 제2형 당뇨병, 심근세포, 산화스트레스

당뇨병진성(DM)은 21* 세기에 가장 빠르게 성장하는 글로벌 보건 비상 사태 중 하나입니다. 국제 당뇨병 연맹(International Diabetes Federation)에 따르면 2019년에 전 세계적으로 4억 6,300만 명이 당뇨병을 앓고 있었고 이 숫자는 2045년까지 7억 명에 이를 것으로 가정합니다. 당뇨병은 심혈관계 사망 위험을 집합적으로 132 증가시키는 광범위한 심혈관 질환과 관련이 있습니다. 당뇨병이 없는 개인과 비교한 당뇨병 환자의 비율(IDF Diabetes Atlas 2019).

DM은 관상 동맥 질환 또는 고혈압과 무관하게 심근 구조 및 기능에 특정한 변화를 일으키는 것으로 알려져 있습니다. 일반적으로 당뇨병성 심근병증(DCM)으로 정의됩니다. (Liu et al.2014). 또한 DCM에서 심근세포의 대사 장애(비대, 염증, 세포자멸사, 섬유증)가 산화 스트레스의 발생과 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져 있습니다(Kayama et al.2015).

슈퍼옥사이드 음이온, 하이드록실 라디칼 및 과산화수소를 포함한 반응성 산소종(ROS)은 심장 생리학 및 질병 모두에서 중요한 역할을 하는 중요한 신호 분자입니다. NADPH 산화효소(NOX), 크산틴 산화효소(XO), 사이클로옥시게나제, 시토크롬 P450 효소를 포함한 두 세포질 공급원과 호흡 사슬 및 모노아민 산화효소와 같은 미토콘드리아 공급원은 세포내 ROS 풀에 기여합니다. 생리학적 조건에서 심장 ROS 신호는 심장 발달 및 심근세포 성숙, 심장 칼슘 처리, 흥분-수축 커플링 및 혈관 긴장도를 조절합니다. 그러나 조절되지 않은 ROS 생산의 병리학적 상태는 ROS 수준을 상승시켜 다음과 같은 결과를 초래할 수 있습니다.산화 스트레스DNA, 단백질 및 지질의 산화적 손상, 미토콘드리아 기능 장애 및 세포 사멸을 통해 발생합니다(Peoples et al. 2019). 실제로 조절되지 않은 ROS 생성과 산화 스트레스는 당뇨병성 심근병증을 비롯한 많은 심장 질환과 관련이 있습니다(Ritchie and Abel 2020).

미토콘드리아에 의한 과도한 ROS 생성은 흥분-이완 주기의 조절에 참여하는 효소 및 이온 채널의 산화적 변형에 의해 심근의 수축 기능에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다(Brown and Griendling 2015; Bai et al. 2016). 또한, ROS는 심근세포의 증식을 자극하고 섬유아세포와 기질 금속단백분해효소를 활성화하여 심근의 비대와 리모델링을 일으켜 심부전을 유발합니다(DOria et al.2020). 따라서 ROS 과잉 생산을 감소시키기 위한 약리학적 작용이 당뇨병성 심혈관 합병증의 예방 및 교정에 효과적일 수 있음을 시사한다.

현재, 천연 폴리페놀, 특히 플라보노이드의 식이 섭취는 당뇨병 및 심혈관 질환의 위험을 감소시킬 수 있으며 보호 메커니즘은 플라보노이드의 항산화 및 항염증 효과에 의존할 뿐만 아니라 다음을 포함할 수 있다는 것이 확립되었습니다. 혈당, 포도당 이용 및 인슐린 분비에 영향을 미치는 특성(Ghorbaniet al.2019; Lutz et al.2019).

케르세틴(Q;3,5,7,{3}}pentahydroxy flavon)은 인간의 식단에서 가장 풍부한 플라보노이드입니다. 염증, 당뇨병 및 심혈관 질환과 관련된 경로에 대한 영향을 포함하여 Q의 광범위한 생물학적 기능이 있습니다(Zahedi et al. 2013). 다음을 포함한 여러 연구에서 Q의 항당뇨병 효과 메커니즘이 입증되었습니다.

지질 과산화 감소, 항산화 효소 활성 증가(예: 슈퍼옥사이드 디스뮤타제, SOD, 글루타티온 퍼옥시다제, GPX, 카탈라제, CAT), 운반체 GLUT2 및 기타 비활성화로 인한 장내 포도당 흡수 감소(Shi et al.2019; Salehi et al.2020). 차별화된 Q의 심장 보호 효과심근세포, 미토겐 활성화 단백질 키나아제 및 단백질 키나아제 B 신호 전달 경로의 비활성화로 인해 또한 표시되었습니다(Daubney et al.2015).

당뇨병의 심장 보호 작용 메커니즘을 이해하는 데 전념하는 향후 연구는 당뇨병 관리 개선에 기여할 수 있습니다.

본 연구의 목적은 제2형 당뇨병(T2DM)이 있는 쥐에서 심근세포의 산화환원 상태에 대한 케르세틴의 효과를 연구하는 것이었습니다.

재료 및 방법

화학. 사용된 모든 화학 물질은 분석 시약 등급의 품질을 갖고 Sigma Chemical Co.(St.Louis, MO, USA)에서 구입했습니다. 케르세틴은 PJSCSICBorshchahivskiy Chemical-Pharmaceutical Plant(Kyiv, Ukraine)에서 제공했으며 활성 물질의 최소 96.5%를 함유했습니다.

실험적 설계. 본 연구는 "V. Dani-levsky Institute for Endocrine Pathology Problems of National Academy of Medical Sciences of Ukraine"(Kharkiv, Ukraine)의 생명윤리 위원회의 승인을 받았으며 척추 동물 보호를 위한 유럽 협약에 따라 수행되었습니다. 실험 및 기타 과학적 목적으로 사용(Strasbourg, 1986).

실험은 32마리의 수컷 Wistar 쥐(12-주령, 200-230 g 체중, bw)를 대상으로 하여 22±1의 온도에서 Plexiglas 케이지(케이지당 3마리)에 수용했습니다. 일정한 12-시간의 명암 주기로 C도.

다중 저용량 스트렙토조토신(STZ) 주사와 결합된 고칼로리 식이에 의해 유도된 T2DM의 동물 모델이 사용되었습니다. 이 모델은 T2DM의 두 가지 주요 기능의 개발을 제공합니다. 고열량 식단은 인슐린 저항성을 시작하고 저용량 STZ는 인슐린 분비의 경미한 손상을 유도합니다. 따라서 이 모델은 인간 T2DM의 대사 특성뿐만 아니라 질병 사건(인슐린 저항성에서 -세포 기능 장애까지)의 자연사를 모방합니다(Skovso 2014).

대조군 랫트(n{0}})는 14주 동안 표준 식이를 먹였습니다. 실험용 쥐(n=24)에게 15% 라드, 25% 자당, 1% 담즙염, 59% 표준 사료를 포함하는 고칼로리 식이를 14주 동안 먹였습니다. 동물들은 물에 자유롭게 접근할 수 있었습니다. 4주 후, 실험 쥐에게 2주 동안 일주일에 한 번 STZ(25 mg/kg bw)를 복강 내(.p.주사)(Lin et al. 2010). 대조군 쥐에게는 동일한 계획에 따라 시트르산 완충액을 투여했습니다. 7일 후 마지막 STZ 주사에서 모든 동물에서 기초 포도당을 측정했으며 실험용 쥐를 3개의 그룹으로 나누었습니다. 치료하지 않은 당뇨병 쥐(당뇨병, n{11}})와 Qin 투여량 10 mg/kg bw(당뇨병)을 투여한 당뇨병 쥐 + Q10,n{14}}) 또는 50 mg/kg bw(당뇨병 + Q50, n{17}})당뇨병 유도 후 8주 동안 위관 영양법을 통해 하루에 한 번. .

동물은 윤리 위원회의 프로토콜에 따라 희생되었습니다.

포도당 항상성 측정. 복강 내 인슐린 내성 테스트(IPITT)는 밤새 금식한 쥐에서 수행되었습니다. 혈당 농도는 기본 조건({{0}} min)에서 초기에 측정한 다음 동물에게 ani를 제공했습니다. 피. 인슐린 0.25U/kg bw(Actrapid, Novo Nordisk, Agsvaerd, Denmark) 주입 후 포도당(2g/kg)을 복강내 주입합니다(Bowe et al.2014). 이어서, 혈당 부하 후 15, 30, 60, 90 및 120분에 혈당 분석기 Eksan-G(Analita Firm Joint Stock Company Ltd., Vilnius, Republic of Lithuania)를 사용하여 꼬리 혈당 수준을 측정하였다.

미토콘드리아의 분리. 미토콘드리아는 전통적인 절차에 의해 분리되었습니다. 갓 절제한 쥐 심장을 {{0}}.18M KCl, 10mM EDTA, 0.5% 소 혈청 알부민(BSA), 10mM HEPES, pH7.4를 포함하는 배지에서 균질화했습니다. 500g에서 2회 원심분리(4도에서 10분)하여 핵. 미토콘드리아를 10000g(4도에서 15분)의 상청액으로부터 펠릿화하고 분리 완충액에 재현탁시켰다.

미토콘드리아 후 상층액 분획을 XO 및 NOX 활성 측정에 사용했습니다. EDTA 및 알부민을 제거하기 위해 미토콘드리아 펠릿을 1{3}}000g(15분,4도)에서 원심분리하고 0.18M KCl 및 10mM HEPES(pH7.4)를 포함하는 세척 완충액에 두 번 재현탁했습니다(DiLisa et al.1994). .

분광광도법. 모든 분광 광도계는 이중 빔 UV-VIS 분광 광도계 Shimadzu UV{2}}(Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan)를 사용하여 수행되었습니다.

고급 산화 단백질 제품(AOPP) 측정. AOPP 수준의 결정은 Witko-Sarsat와 동료들의 수정된 방법에 의해 수행되었습니다(Sagor et al.2015). 심장 미토콘드리아(0.2 mg 단백질)를 0.1% Triton-X100으로 처리하고 PBS(pH7.4) 용액에 희석했습니다. KI(1.16 M)를 분석 배지에 첨가한 후 2분 후에 빙초산을 첨가하여 반응 혼합물의 흡광도는 블랭크에 대해 340 nm에서 즉시 판독되었습니다. AOPP 농도는 nmol-등가 클로라민 T/mg 단백질로 표시되었습니다.

효소 활성 측정. NOX 활성은 SOD 억제 페리시토크롬 c 환원을 사용하여 미토콘드리아 후 상층액 분획에 의한 NADPH 의존성 O2 생산으로 조사되었습니다(Li et al. 2002). 심장 균질물(1mg 단백질)의 미토콘드리아 후 분획에 10mM Tris-HCl(pH7.8), 500μM 사이토크롬 c, 100μM NADPH를 보충하고 200U/ml SOD 유무에 관계없이 37℃에서 30분 동안 배양했습니다. 사이토크롬 감소는 550 nm({15}}mM{16}} cm-)에서 흡광도를 판독하여 측정했습니다.

XO 활성은 xanthine(최종 농도 360μM)을 첨가한 후 37도에서 심장 균질액(1mg 단백질)의 포스트미토콘드리아 분획을 포함하는 공기 평형 PBS(pH7.4) 용액에서 변화로부터의 요산 생성을 측정하여 분석했습니다. 295nm에서의 흡광도(e=9500M-'cm-')(Lee et al.2014).

미토콘드리아 현탁액에서 Mn-SOD 활성은 O2 발생제인 xanthine-XO 시스템에 의한 NBT(nitroblue tetrazolium) 환원 억제에 의해 검출되었으며 흡광도는 최종적으로 560 nm에서 결정되었습니다. 반응 혼합물은 심장 미토콘드리아(0.{11}}2mg 단백질),{13}}.05M 탄산 완충액(pH10.2), 0.1mM EDTA, 0.1mM 크산틴, 25μM NBT,1를 포함했습니다. mU/ml XO. 결과는 mg 단백질당 SOD 활성의 임의 단위(au)로 표시되었습니다. 하나는 NBT 감소율을 50% 억제하는 효소의 양을 의미합니다(Wang et al. 2018).

글루타티온 환원효소(GR) 활성은 산화 글루타티온(GSSG) 환원 반응에서 340 nm에서 NADPH의 산화를 추적하여 측정했습니다. 반응을 수행하기 위해 심장의 미토콘드리아(0.1 mg 단백질)를 20 mM Tris-HCl(pH7.4), 0.25를 포함하는 분석 완충액에서 37도에서 1{13}} 인큐베이션했습니다. mM EDTA, 10μM FAD, 3mM GSSG 및 0.1mM NADPH(Raza and John 2004).

GPX 활성의 추정은 환원된 글루타티온(GSH)을 기질로 사용하여 tertbutyl hydroperoxide 분해를 촉매하는 효소의 능력을 기반으로 이루어졌습니다. 반응 혼합물(pH7.0)은 심장 미토콘드리아(0.1 mg 단백질), 0.56mM NADPH,1.0 U/ml GR,7.5mM 나트륨을 함유했습니다. 아지드, 5mM GSH, 5mM EDTA 및 0.05M 인산 완충액. tert-부틸 하이드로퍼옥사이드(23mM)를 첨가하여 반응을 개시하였다. GSSG 형성 속도는 340 nm에서 프로브의 흡광도 감소로부터 GR 반응에 의해 결정되었습니다(Antunes et al.2002).

샘플의 단백질 함량 측정. 미토콘드리아 단백질은 BSA를 표준으로 하여 Miller에 의해 변형된 Lowry 방법에 의해 결정되었습니다(Lowry et al.1951; Miller 1959).

통계 분석. 데이터는 평균±평균의 표준 오차(SEM)로 표시됩니다. Shapiro-Wilk 테스트는 데이터 분포의 정규성을 테스트하는 데 사용되었습니다. 정규 분포와 데이터의 다중 비교를 위해 매개변수 일원 분산 분석(ANOVA)이 수행되었고 평균 차이를 테스트하기 위해 Student-Newman-Keuls 방법이 사용되었습니다. 값은 p에서 통계적으로 유의한 것으로 간주되었습니다.<>

결과

우리는 고칼로리 식이를 공급하고 STZ를 주사한 쥐의 기초 포도당 수준이 대조군보다 유의하게 높았다는 것을 밝혔습니다(표 1). 또한 IPITT 동안 얻은 혈당 곡선(AUC) 아래 면적은 거의 대조군에 비해 당뇨병 동물에서 3배 더 큰(표 1, 그림 1) 이 데이터는 실험 쥐에서 상대적인 인슐린 결핍과 인슐린 저항성의 발달을 확인합니다.

Q 투여는 당뇨병 동물의 기저 고혈당증에 유의한 영향을 미치지 않았습니다. 그러나 Q는 용량 의존적 방식으로 T2DM을 가진 쥐의 인슐린 감수성에 영향을 미쳐 IPITT AUC를 10mg/kg의 약물을 투여받은 실험군에서 27%까지 감소시켰고 50mg/kg의 Q를 투여받은 군에서 41%까지 감소시켰습니다. 비히클을 받는 동물에게(표 1, 그림 1).

실험 쥐의 심장 미토콘드리아에서 AOPP 수준이 66% 증가하여 T2DM에서 산화 스트레스의 발달을 확인했습니다(그림 2). 투여에 따라 당뇨병 동물의 심장에서 AOPP 축적이 감소되었습니다.약물의 복용량에. 50 mg/kg의 Q를 투여한 실험군에서는 AOPP의 농도가 대조군 수준으로 감소하여 Q의 항산화 특성을 시사하였다(Figure 2).

그림 3에서 볼 수 있듯이, T2DM을 가진 쥐의 심장 미토콘드리아에서 산화 스트레스는 항산화 효소인 Mn-SOD, GPO, GR의 유도된 활성을 동반했습니다. 두 용량 모두에서 Q 투여는 당뇨병 동물에서 연구된 항산화 효소의 활성을 대조군 수준으로 정상화했습니다(그림 3).

T2DM은 실험용 쥐의 심장 균질액의 미토콘드리아 후 분획에서 심근세포에서 O2의 두 가지 주요 세포질 공급원인 NOX 및 XO 활성의 각각 65% 및 52% 증가와 관련이 있는 것으로 나타났습니다(그림 4). Q의 사용은 용량과 무관하게 당뇨병 동물의 심장에서 NOX 및 XO 활성의 정상화로 이어졌습니다(그림 4).

논의

현재 활성산소의 생산과 활용의 불균형으로 인한 활성산소의 지속적인 증가로 정의되는 산화 스트레스는 당뇨병성 심혈관 합병증의 다양한 병인 경로를 결합하는 보편적인 기전으로 생각되고 있다(Huynh et al.2014).

고혈당에 의해 유도된 산화 스트레스는 T2DM의 발병기전에 주도적인 역할을 합니다(Shah and Brownlee 2016). T2DM의 주요 병리학적 특징은 인슐린 분비 감소와 말초 조직에서 호르몬에 대한 감수성 감소입니다. 우리 연구의 첫 번째 단계에서 인슐린 저항성은 고칼로리 식단을 사용하는 쥐에서 모델링되었습니다. 4주 동안 고칼로리 식이를 섭취한 쥐가 있었습니다. 피. STZ를 주사하면 상대적인 인슐린 결핍을 재현합니다. IPITT에서 기저 혈당의 상승된 수준 및 증가된 AUC는 모델 동물에서 인슐린 결핍 및 인슐린 저항성의 발달을 나타냅니다.

Q 투여는 당뇨병 쥐의 기저 고혈당 수준에 영향을 미치지 않았지만 용량 의존적으로 인슐린 감수성을 개선했습니다. 결과는 Q의 인슐린 저항성 감소 능력에 대한 다른 연구의 데이터와 일치합니다(Shi et al. 2019). Q는 말초 조직에서 포도당 이용을 증가시키고 간 포도당 생산을 감소시킵니다. 플라보노이드는 AMP 의존성 단백질 키나아제와 관련된 인슐린 비의존적 기전을 활성화하는 것으로 보고되었으며, 이는 글루코스 수송체 GLUT4를 골격근의 원형질막으로 이동시키고 간에서 주요 글루코오스 신생합성 효소(포스포에놀-피루베이트 카르복시키나아제 및 글루코오스 {{ 6}}포스파타제)(Eid and Haddad 2017). Q에 의한 인슐린 감수성의 개선은 또한 퍼옥시솜 증식제 활성화 수용체의 발현과 독립적으로 백색 지방 조직에서 아디포넥틴 발현을 증가시키는 능력 때문일 수 있습니다(Wein et al. 2010).

Q의 항당뇨 효과는 포도당 수송체 GLUT2의 비활성화(Gaueret al.2018)와 장내 글루코시다아제 활성 억제(Pereira et al. 2011)를 통해 장에서 포도당 흡수를 감소시켜 실현할 수도 있습니다. 또한 Q는 간, 지방 조직 및 췌장에서 글루코코르티코이드 호르몬의 작용에 영향을 미쳐 비만 및 T2DM의 발병에 중요한 역할을 하는 효소 1l-하이드록시스테로이드 탈수소효소-1를 억제하는 것으로 나타났습니다. -세포(Torres-Piedra et al.2010).

당뇨병 합병증의 발병과 진행은 모두 ROS 생성의 증가로 인한 것으로 추정됩니다(Kayama et al. 2015). 심근세포에서 ROS는 미토콘드리아 전자 수송 사슬(ETC), NOX 및 XO(Ttsutsui)에 의해 생성됩니다. et al.2011). 미토콘드리아가 T2DM의 주요 산화 스트레스 요인이라고 주장할 수 있습니다(Shah and Brownlee 2016). 미토콘드리아에서 산화 스트레스의 발달은 산화환원에 민감한 신호 전달 경로의 파괴, 산화적 인산화 및 ATP 생산 감소, 미토콘드리아 DNA 손상, 결과적으로 ROS 생산의 추가 증가를 동반합니다. 결과적으로, 스스로 증폭하는 분자 사건의 병원성 캐스케이드(cascade)는 세포자멸사 신호 전달 경로와 세포 사멸의 시작으로 이어집니다. 세포 대사에서 미토콘드리아의 중요성을 감안할 때, 미토콘드리아의 기능 장애는 심혈관 병리를 비롯한 다양한 질병으로 이어질 수 있습니다. 미토콘드리아 기능 장애는 관상 동맥 심장 질환, 심근병증, 심부전, 뇌졸중 및 T2DM 환자에서 발생합니다(Bai et al.2016).

우리 연구에서 당뇨병 쥐의 심장 미토콘드리아에서 산화 스트레스의 발달은 AOPP의 축적에 의해 입증됩니다. AOPP의 농도는 세포와 조직에서 단백질의 전반적인 산화 환원 상태를 반영하는 비교적 새로운 산화 스트레스 마커입니다. AOPP는 당뇨병, 심혈관 질환, 고혈압, 죽상동맥경화증 환자에서 증가하는 것으로 보고되고(Conti et al.2019), 이 수치는 인슐린 저항성 및 심각한 당뇨병 합병증의 존재와 상관관계가 있습니다(Gradinaru et al. 2013; Taylor et al. 2015). 산화 단백질 변형은 당뇨병성 심근 기능 장애의 발병에 중요한 역할을 합니다. 단백질 구조의 산화환원 변화는 효소의 촉매 소단위의 해리, 수축, 흥분-수축 커플링, 단백질 접힘, 항산화 방어, 대사 및 당뇨병 심장에서의 Ca2* 처리에 관여하는 단백질의 전개, 응집 또는 단편화를 초래할 수 있습니다. 외 2015). 또한 AOPP가 심근세포에서 세포자멸사 신호전달을 유도하여 DCM의 발달을 유도하는 것으로 밝혀졌습니다(Zhang et al.2016).

10mg/kg의 용량으로 Q를 처리한 동물에서 심장 미토콘드리아에서 AOPP의 상당한 감소가 관찰된 반면, 50mg/kg의 Q 용량은 비히클을 받은 쥐와 비교하여 이 마커를 완전히 정상화했습니다.

미토콘드리아에서 Q의 항산화 효과는 몇 가지 주요 메커니즘을 포함할 수 있습니다. 플라보노이드는 구조에서 B-고리의 하이드록실 구성으로 인해 ROS를 제거하는 능력이 있습니다(Kumar and Pandey 2013). 격리된 쥐 심장 미토콘드리아에서 ETC의 미토콘드리아 복합체 II에서 생성된 O의 직접적인 소거는 Q에 대해 표시되었습니다(Dudy-lina et al. 2019). 게다가, 플라보노이드는 ETC의 복합체 I 및 III의 억제를 통해 미토콘드리아에서 ROS의 형성을 약화시킬 수 있습니다. 복합 I 활성의 Q 억제는 분리된 쥐 심장 미토콘드리아에서 생성되는 H2O2를 유의하게 감소시켰습니다(Lagoa et al.2011). 또한, 플라보노이드에 의한 미토콘드리아 ROS 생성의 감소는 특히 심장 미토콘드리아에서 부분적 분리 특성과 관련이 있는 것으로 밝혀졌습니다(Bernatoniene et al.2014). 또한, 플라보노이드는 전사 공동 활성화제 PGC-1a 및 이의 상류 조절인자 SIRT1의 유도를 통해 미토콘드리아 생물 생성을 자극하는 것으로 나타났습니다. 후자는 미토콘드리아의 에너지 대사 조절 및 항상성 보존에 관여하는 일련의 전사 인자(NRF1, NRF2 및 에스트로겐 관련-a)를 자극합니다(Kicinska and Jarmuszkiewicz 2020).

실험 결과, 당뇨병 쥐의 심장 미토콘드리아에서 산화 스트레스의 증가는 항산화 효소인 Mn-SOD, GPO 및 GR의 활성 유도를 동반했습니다. 산화 스트레스에 대한 세포 방어의 주요 기전은 Keapl/Nrf{2}}의존적 신호 전달 경로의 활성화이며, 이는 단백질 산물이 해독 및 제거에 관여하는 유전자의 발현을 제어한다는 사실이 잘 알려져 있습니다. 반응성 산화제(Nguyen et al. 2009). 이와 관련하여 실험 동물의 심장에서 관찰된 항산화 효소의 유도는 산화 환원 항상성을 유지하기 위한 음성 피드백의 구현입니다.

두 용량 모두에서 Q를 투여하면 실험 동물의 심장 미토콘드리아에서 Mn-SOD, GPO 및 GR의 활성이 대조군과 통계적으로 무관한 값으로 감소했습니다. Q가 위 효소의 활성을 유도하는 것으로 알려져 있지만(Shi et al.2019), 우리의 결과는 T2DM의 심근세포에서 Q의 항산화 효과가 ROS의 과잉 생산을 방지하는 능력과 그 결과 항산화 방어 시스템의 자극에 의한 것보다 미토콘드리아 기능 장애. 이전에 Q 사용은 미토콘드리아 산화 능력과 T2DM이 있는 쥐의 심장에서 Krebs 주기의 일부 효소의 활성을 증가시키는 것으로 나타났습니다(Gorbenko et al.2019).

위에서 언급했듯이 미토콘드리아는 일차적이지만 심근세포에서 ROS의 유일한 공급원은 아닙니다. 당뇨병성 심장에서 산화 스트레스의 발달에 있어 두 번째로 중요한 인자는 NOX이며, NOX2와 NOX4는 주요 심근 동형체입니다. NOX의 주요 기능은 ROS를 생성하는 것입니다. NOX2는 원형질막에 위치하며 안지오텐신 II 수용체 등의 세포내 산화환원 신호전달에 참여하는 반면, NOX4는 특히 미토콘드리아 국소화 신호를 갖고 구성 활성을 나타낸다(Cave et al. 2005). 초기 당화 단백질과 함께 쥐의 심근세포를 배양하면 NOX2의 단백질 키나제 C(PKC) 의존적 활성화를 통해 ROS 생성이 자극된다는 것이 입증되었습니다(Zhang et al. 2006). 또한 심장 비대, 섬유증 및 세포 사멸은 1형 및 2형 DM을 가진 마우스의 심장에서 상향 조절된 NOX2와 관련이 있는 것으로 밝혀졌습니다(Ritchie et al.2007; Huynh et al.2013). 심근세포에서 ROS의 추가 공급원은 XO이며, 이는 전자 수용체로서 O를 사용하고 이 과정에서 O 및 H2O2를 생성하는 하이포크산틴과 크산틴의 요산으로의 산화를 촉매합니다. 당뇨병에서 산화 스트레스의 발달에 대한 XO 반응의 기여는 충분히 연구되지 않았지만 XO 억제제는 페이싱 유발 심부전 모델에서 심혈관 기능 장애를 개선하는 것으로 나타났습니다(Amado et al. 2005). 우리의 연구에서 T2DM은 실험 쥐의 심장에서 NOX와 XO 활동을 크게 증가시켰습니다. 동시에, Q 투여는 효소의 활성을 용량-정규화와 무관하게 독립적으로 투여하였다. 현재까지 여러 연구에서 Q가 서브유닛의 발현을 감소시키고 세포외 자극을 통한 활성화를 방지함으로써 NOX 활성을 억제하는 능력을 보여주었습니다. 두 번째 메커니즘은 PKC에 대한 플라보노이드의 억제 효과로 인해 조절 소단위 p47phox의 인산화를 감소시킴으로써 실현될 수 있습니다(Redondo et al.2012; Jimenez et al. 2015). 게다가, O와 그 대사 산물은 활성 부위와 결합된 3-고리 구조를 형성하고 효소의 촉매적으로 관련된 잔기와 특정 수소 결합 상호 작용을 형성하여 선택적인 방식으로 XO의 활성을 억제하는 것으로 알려져 있습니다(Taka-Hama et al. 201l; Cao et al.2014).

요약하면, 우리의 연구는 Q가 용량 의존적 방식으로 T2DM을 가진 쥐의 심근 미토콘드리아에서 자유 라디칼 산화를 감소시켜 AOPP 형성을 제한한다는 것을 보여주었습니다. 또한, 10 mg/kg 및 50 mg/kg의 용량에서 Q는 NOX 및 XO 활성을 감소시키는 당뇨병 쥐의 심장에서 산화 스트레스의 발생을 방지했습니다. 얻어진 데이터는 Q의 사용이 T2DM에서 심혈관 위험의 개선에 기여할 수 있음을 시사합니다.