Implikasi Sebatian Bioaktif Pengkelat Besi Pemakanan dalam Mekanisme Molekul Penuaan Sel Berpunca Tekanan Oksidatif Bahagian 2

Sila hubungioscar.xiao@wecistanche.comuntuk maklumat lanjut

3.2. Senescence Selular

Penuaan selular adalah salah satu penanda biasa penuaan organisma. Ciri yang paling menonjol dalam proses selular asas ini ialah penangkapan kekal kitaran sel, yang disertai dengan pengumpulan intraselular makromolekul yang rosak, serta fenotip rembesan dan metabolisme yang diubah [55,56]. Dua jenis penuaan selular telah diiktiraf dalam sel mamalia; ini dirujuk sebagai "penuaan replikatif" dan "penuaan selular yang disebabkan oleh tekanan"[56]. Yang pertama biasanya berlaku selepas beberapa pembahagian dalam jenis sel yang berbeza. Ia telah diterangkan beberapa dekad yang lalu dalam fibroblas manusia berbudaya [57]. Fenomena ini kemudiannya dikaitkan dengan pergeseran telomere, pemendekan secara beransur-ansur hujung linear kromosom pada setiap replikasi DNA [58]. Sebaliknya, penuaan selular yang disebabkan oleh tekanan sebahagian besarnya tidak bergantung pada panjang telomer dan mewakili tindak balas akut kepada pelbagai tekanan termasuk tekanan oksidatif, tekanan genotoksik, kemerosotan mitokondria, hipoksia, kekurangan nutrien, dan pengaktifan onkogen yang menyimpang |56,{ {8}}. Menariknya, tegasan oksidatif ialah penyebut biasa untuk semua kes ini kerana ia mungkin terlibat dalam semua isyarat tekanan yang dinyatakan di atas [62-65].

Penuaan selular sudah pasti dikaitkan dengan penuaan organisma [55,56].faedah cynomorium,Walau bagaimanapun, sel senescent tidak dikesan secara eksklusif dalam tisu penuaan; ia boleh dikesan dalam mana-mana peringkat kehidupan dan mungkin memainkan peranan yang bermanfaat dalam spektrum luas proses fisiologi dan patologi manusia termasuk embriogenesis, penyembuhan luka, dan penindasan tumor [56,61]. Walau bagaimanapun, pengumpulan stabil sel senescent dengan usia mempunyai kesan buruk dan telah dikaitkan dengan penyakit dan morbiditi berkaitan penuaan [56,59,66-69].

Sila klik di sini untuk mengetahui lebih lanjut

Mengenai morfologinya, sel senescent menunjukkan tanda biasa termasuk badan sel yang membesar, diratakan dan berbentuk tidak sekata; komposisi membran plasma yang diubah; kehilangan pemeluwapan nuklear; dan peningkatan kandungan lisosom beta-galactosidase (SA- -}gal) J70,71 yang berkaitan dengan penuaan. Mereka juga menunjukkan perubahan dramatik dalam profil rembesan mereka, menunjukkan peningkatan ekspresi dan rembesan sitokin dan kemokin pro-radang, faktor pertumbuhan, komponen matriks ekstraselular (matriks metalloproteinase, protease serin), dan ROS [59]. Semua perubahan ini juga disertai dengan pengumpulan intraselular progresif "bahan buangan" biologi yang tidak boleh terurai secara konvensional yang dipanggil "lipofuscin" atau "ceroid" atau pun "pigmen umur"[72-74].

Bahagian seterusnya menerangkan aspek mekanistik pembentukan lipofuscin dan mencadangkan cara yang mungkin untuk menghalang atau mencegah pengumpulannya.

3.3. Pembentukan dan Pengumpulan Lipofuscin dalam Sel Senescent

Pigmen dikenali hari ini sebagai "lipofuscin" ditemui dan dilaporkan pada tahun 1842 oleh ahli histologi Belanda Hannover [75]. Istilah lipofuscin pada mulanya digunakan oleh Borst dalam kuliahnya tetapi diterbitkan buat kali pertama oleh Hueck pada tahun 1912 [76,77]. Nama itu berasal daripada perkataan Yunani lipo (yang bermaksud lemak) dan perkataan Latin fuscus (yang bermaksud gelap atau gelap). Pembentukan dan pengumpulan lipofuscin ialah perubahan ciri dengan manifestasi universal dalam sel senescent[78-80] dan lebih mendalam dalam sel postmitotik yang berumur panjang, seperti neuron, kardiomiosit, sel otot rangka dan sel epitelium pigmen retina (RPE) [ 74,81]. Sel-sel ini terus hidup secara normal untuk masa yang lama selepas pemberhentian percambahannya, tetapi ia mengumpul jumlah lipofuscin yang semakin meningkat secara beransur-ansur yang tidak boleh didegradasi atau dieksositosis.

Cistanche boleh anti-penuaan

Dengan menggunakan pelbagai teknik untuk mengesan sel senescent, diperhatikan bahawa kadar pengumpulan lipofuscin dalam jenis sel postmitotik yang serupa bagi organisma yang berbeza adalah berkait songsang dengan jangka hayat mereka [82]. Khususnya, kadarnya adalah cepat dalam spesies yang berumur pendek dan perlahan dalam yang berumur panjang, menunjukkan bahawa pengumpulan lipofuscin kemungkinan besar mempunyai kesan yang merosakkan pada fungsi selular dan disambungkan kepada pemendekan jangka hayat organisma [80,83,84] . Walaupun pentingnya korelasi ini, mekanisme biokimia yang tepat yang mendasari pengumpulan lipofuscin, serta kesannya terhadap fungsi selular, masih kurang difahami.

Lipofuscin kebanyakannya ditemui dalam lisosom tetapi juga dalam jumlah yang lebih sedikit dalam sitosol sel tua [85,86]. Ia memaparkan spektrum auto-pendarfluor yang luas dengan warna kuning-coklat [80,87], tetapi struktur dan komposisinya kekal kurang jelas. Walaupun komposisinya berbeza dalam jenis sel yang berbeza, ia telah ditunjukkan terutamanya terdiri daripada protein dan lipid teroksida (seperti trigliserida, asid lemak bebas, kolesterol, dan lipoprotein) dan sebilangan kecil karbohidrat dan serpihan nukleotida yang disambungkan antara satu sama lain oleh ikatan kovalen pelbagai jenis [84].gondok gurunLekatan besi pada permukaannya juga mewakili ciri umum lipofuscin [88,89].

Walaupun kesan muktamad pengumpulan lipofuscin pada fungsi selular masih tidak jelas, ia telah ditunjukkan bahawa ia boleh menghalang aktiviti kedua-dua sistem degradasi protein proteasomal dan lisosom. Selain itu, terdapat bukti eksperimen yang menunjukkan bahawa ia boleh memangkinkan pembentukan selanjutnya radikal bebas reaktif melalui ion besi redoks-aktif (besi labil) yang melekat pada permukaannya [89].

3.4.Lipofuscin sebagai Bahan Terlebih Oksida dalam Sel yang Terdedah kepada Tekanan Oksidatif

Memandangkan lipofuscin terdiri daripada agregat yang sangat teroksida terutamanya terdiri daripada protein dan lipid berkait silang kovalen |90], adalah munasabah untuk membuat postulat bahawa besi labil—mampu memangkinkan penjanaan radikal bebas yang sangat reaktif—terlibat dalam laluan pembentukannya. [91]. Bukti yang diperoleh terutamanya daripada sistem eksperimen telah menunjukkan bahawa pendedahan sel kepada peningkatan tahap tekanan oksidatif selalu membawa kepada pembangunan fenotip senescent yang kuat merentas jenis sel yang berbeza, dengan pecutan selari pembentukan intraselular dan pengumpulan bahan seperti lipofuscin. [87,89,92,93]. Langkah-langkah berturut-turut yang berbeza yang membawa kepada pembentukan lipofuscin digambarkan dalam Rajah 2.

Seperti yang dibincangkan di atas, kehadiran besi labil diperlukan untuk penjanaan ROS yang sangat reaktif (darjah HO dan RO*), yang bertanggungjawab untuk pengoksidaan dan pengoksidaan berlebihan makromolekul selular (Rajah 2A, B). Selain itu, makromolekul yang diubah suai secara oksidatif boleh menghalang degradasi protein dan sistem pembaikan sel, dengan itu memudahkan kitaran sia-sia peningkatan kadar pengoksidaan (Rajah 2C). Pengumpulan secara beransur-ansur komponen selular yang terlalu teroksida dan tidak terurai ke dalam sel membawa kepada pembentukan lipofuscin (Rajah 2D), yang dicadangkan untuk menyumbang kepada proses penuaan sel (Rajah 2E).

Rajah 2. Perwakilan skematik langkah berurutan yang membawa kepada pembentukan lipofuscin dan menyumbang kepada penuaan selular. Ambil perhatian bahawa Fe2 plus diperlukan untuk penjanaan ROS yang sangat reaktif (H O dan RO), yang bertanggungjawab untuk pengoksidaan dan pengoksidaan berlebihan makromolekul selular (A, B). Makromolekul teroksida yang berlebihan boleh menghalang sistem pembaikan selular (terutamanya proteasom 20S), dengan itu memudahkan kitaran sia-sia untuk meningkatkan kadar pengoksidaan(C) secara progresif. Komponen selular tidak boleh terurai yang diubah suai secara oksidatif secara beransur-ansur terkumpul ke dalam sel sebagai agregat yang saling berkaitan secara kovalen dalam bentuk lipofuscin(D), fakta yang dicadangkan untuk mempengaruhi proses penuaan sel (E). Anak panah dan kepala rata menunjukkan induksi dan perencatan, masing-masing, proses.kaedah pengekstrakan flavonoid pdfMenariknya, Marzabadi et al.[94] memerhatikan bahawa pengumpulan lipofuscin telah dihalang dalam sel kekurangan zat besi dengan menggunakan desferrioxamine ubat pengkelat besi, menunjukkan bahawa pembentukan lipofuscin memerlukan radikal bebas yang sangat reaktif seperti darjah HO dan darjah RO (Rajah 2). Jelas sekali, radikal reaktif ini boleh memulakan tindak balas berantai yang membawa kepada produk pecahan peroksidasi lipid, yang mencetuskan pembentukan pautan silang komponen selular yang tidak terdegradasi dan tidak spesifik.

Diambil bersama, keputusan di atas menunjukkan bahawa keseimbangan sensitif antara paras peroksida intraselular dan besi labil yang tersedia menentukan pencetus pelbagai kesan toksik yang memuncak dengan pengumpulan lipofuscin, serta induksi penuaan selular dan kematian sel sama ada oleh apoptosis. atau nekrosis [29,95].

Induksi penuaan selular oleh peroksida juga boleh dicapai melalui laluan yang berbeza. Sebagai contoh, kadar perantaraan H, O, sel boleh secara langsung mendorong pengaktifan kinase MAP tertentu dan transduksi isyarat penuaan, yang mencetuskan pengaktifan paksi p16INK4aINK4A dan mengakibatkan induksi penuaan sel [64,65,92 ,96]. Sebaliknya, kepekatan H O yang lebih tinggi, seperti yang berlaku di kawasan yang meradang kuat yang menarik fagosit diaktifkan, boleh mendorong pengoksidaan bermangkin besi langsung pada DNA yang kemudiannya mencetuskan laluan isyarat penuaan. Dalam kedua-dua kes, pembentukan selari dan pengumpulan molekul makro selular yang diubah suai secara oksidatif mewakili akibat yang jelas. Walau bagaimanapun, perlu diingatkan bahawa persoalan sama ada pengumpulan lipofuscin mewakili faktor penyebab penuaan selular atau akibat daripadanya masih menjadi persoalan utama tetapi tidak dapat disimpulkan.

3.5. Homeostasis Besi Intraselular dan Pembentukan Lipofuscin

Seperti yang dibincangkan di atas, besi adalah elemen penting untuk sel hidup dan organisma kerana ia mengambil bahagian dalam pelbagai tindak balas biokimia yang menyokong fungsi asas seperti pengangkutan oksigen, respirasi selular, dan sintesis dan pembaikan DNA. Walau bagaimanapun, besi juga boleh terlibat dalam tindak balas yang membawa kepada penjanaan radikal bebas yang merosakkan, yang dikenali sebagai tindak balas jenis Fenton. Untuk meminimumkan ketoksikan besi, mamalia membangunkan mekanisme canggih yang mengawal ketersediaannya35,37I. Walaupun begitu, sebahagian kecil dan halus diselaraskan besi aktif redoks biasanya dirujuk sebagai "besi labil" sentiasa ada, mungkin mewakili pergerakan besi sebenar antara petak sel yang berbeza [6,38]. Oleh itu, besi labil mewakili parameter sel dinamik yang boleh bertindak balas kepada pelbagai rangsangan dengan mengubah tahapnya, bertujuan untuk mengimbangi pencegahan kerosakan sel dan tuntutan sel jaminan.

Dalam keadaan kepekatan peroksida yang dinaikkan buat sementara waktu (secara konvensional dipanggil tegasan oksidatif), besi labil boleh menjadi pengantara peristiwa berikut:(a) permulaan dan penyebaran tindak balas rantai peroksidasi lipid, (b) pengoksidaan protein dan penghubung silang, (c) induksi kerosakan DNA seperti pemecahan untaian tunggal dan berganda, dan (d) mencetuskan pelbagai laluan isyarat redoks kompleks[10,29,43]. Kesemua kesan pemangkinan besi ini boleh membawa kepada penuaan selular yang disertai dengan pembentukan dan pengumpulan lipofuscin.

Perlu ditekankan di sini bahawa kami telah membuktikan dalam satu siri penerbitan pencegahan kerosakan DNA yang disebabkan oleh H2O2-dan apoptosis dalam sel dengan paras besi la-hempedu yang berkurangan dengan menggunakan pelbagai agen pengkelat besi [11 ,29,42,43,97]. Dalam penyiasatan ini, kami menggunakan sistem eksperimen berasaskan kultur sel in vitro di mana pelbagai jenis sel manusia terdedah kepada tekanan oksidatif dalam bentuk H, dan O dan kerosakan dalam DNA nuklear dianggarkan secara kuantitatif dengan menggunakan ujian komet, a kaedah sensitif yang mengesan pembentukan pecahan satu helai DNA dalam sel individu. Menariknya, pra-inkubasi sel dengan siri antioksidan kuat yang diketahui seperti asid askorbik, o-tokoferol, Trolox, N-acetylcysteine, dan asid o-lipoik sebelum pendedahan kepada H, O, tidak menawarkan sebarang perlindungan [7]. ]. Memandangkan kapasiti agen ini untuk memerangi radikal bebas telah diwujudkan dalam banyak kajian in vitro, keputusan negatif yang disebutkan di atas adalah disebabkan oleh ketidakupayaan agen ini untuk menghilangkan radikal bebas reaktif yang dihasilkan di dalam sel dengan berkesan.

Parameter penting ikatan silang bermangkin besi mungkin adalah memudahkan pengikatan kovalen komponen sel larut teroksida kepada membran biologi. Peristiwa sedemikian harus menghalang eksositosis bahan yang melekat pada membran, yang membawa kepada pengumpulan intrasel yang kekal. Adalah munasabah untuk membuat spekulasi bahawa membran lisosom harus menjadi sasaran utama dalam kes ini kerana kedekatannya dengan lokasi pembentukan lipofuscin. Malah, lipofuscin sering dikesan di dalam sel yang dipeluk oleh segmen membran lisosom [98].

Memandangkan kepentingan besi labil yang tersedia untuk pembentukan dan pengumpulan lipofuscin, peraturan homeostasis intraselularnya nampaknya sangat penting mengenai proses penuaan. Penghargaan terhadap ketersediaan besi labil sebagai faktor penting yang menentukan pengoksidaan dan pengoksidaan berlebihan komponen sel dan pengumpulan lipofuscin dalam sel boleh membuka jalan untuk pembangunan strategi baru, yang bertujuan untuk mengganggu dan memodulasi jam biologi proses penuaan.

3.6. Penyahaktifan Sistem Pembaikan oleh Komponen Sel Teroksida

Strategi sel untuk pembaikan komponen sel teroksida berbeza secara meluas, bergantung pada sifat komponen tertentu. Sebagai contoh, nukleotida DNA teroksida dikeluarkan dan digantikan dengan yang normal melalui proses yang dipanggil "pembaikan eksisi nukleotida, manakala protein teroksida didegradasi kepada asid amino tunggal yang kemudiannya boleh digunakan semula untuk sintesis protein baharu.

Terdapat beberapa sistem degradasi protein yang berbeza: dalam sel, terdapat enzim lisosom; dalam sitosol, terdapat proteasom dan calpains; dalam matriks mitokondria, terdapat protease Lon (protease yang bergantung kepada ATP); dan dalam membran mitokondria, terdapat protease triple-A [78,98-100]. Selain itu, sebagai tambahan kepada protein yang diubah suai secara oksidatif, lisosom juga boleh mengambil dan merendahkan organel yang rosak teruk seperti mitokondria atau sebahagian daripada sitoplasma dalam proses yang dipanggil autophagy pengantara chaperon, makro-autophagy, dan mikro-autophagy [82,101].

Walaupun fakta bahawa kebanyakan biomolekul dan organel yang diubah suai secara oksidatif boleh diperbaiki atau didegradasi dengan cekap oleh sel, telah diperhatikan bahawa sebahagian daripadanya terkumpul dengan usia, menunjukkan ketidakcukupan yang wujud dalam mekanisme pusing ganti selular.flavonoidTelah ditunjukkan bahawa komponen sel yang telah teroksidasi boleh menjalani pengubahsuaian oksidatif selanjutnya, yang membawa kepada pembentukan produk yang sistem degradasi sel tidak mampu untuk mengatasi [34,84]. Pengumpulan konglomerat yang tidak boleh terurai sedemikian boleh, seterusnya, menghalang kefungsian sistem degradasi, dengan itu memburukkan kesan dan membawa kepada kitaran ganas, seperti yang digambarkan secara skematik dalam Rajah 2.

Dalam kes keadaan tekanan oksidatif yang meningkat dan tahan lama, kapasiti pembaikan sel secara umum dan kapasiti degradasi protein, khususnya, boleh mencapai tahap tepu, dengan itu membawa kepada kehadiran komponen teroksida yang berterusan. Keadaan ini meningkatkan kebarangkalian pengoksidaan selanjutnya bagi komponen yang telah teroksida dan pembentukan pengubahsuaian oksidatif tambahan dan lebih mendalam, termasuk pembentukan ikatan kovalen intra dan antara molekul. Kerumitan keseluruhan struktur kimia yang terbentuk melebihi keupayaan degradasi sistem proteolitik selular (terutamanya proteasom 20S), yang membawa kepada pengumpulan secara beransur-ansur bahan "sampah" tidak teroksida yang tidak terdegradasi di dalam sel, terutamanya ke dalam lisosom [82,102].

Secara keseluruhannya, pengumpulan bahan teroksida berlebihan di dalam sel meningkatkan kebarangkalian pengoksidaan selanjutnya komponen sel yang sudah teroksida dari semasa ke semasa, sekali gus memudahkan permulaan kitaran ganas pengoksidaan, pengoksidaan berlebihan dan pengumpulan; semua ini akhirnya membawa kepada kemerosotan progresif fungsi selular, seperti yang ketara dalam penuaan dan penuaan.

3.7. Lisosom sebagai Tapak Utama Pembentukan Lipofuscin

Sebagai hasil daripada degradasi autofagik biasa, petak lisosom lebih kaya dengan besi labil kerana banyak makromolekul dan organel yang difagosit secara auto mengandungi besi. Gabungan kehadiran besi redoks-aktif dan pH rendah dalam lisosom memudahkan pembentukan radikal yang sangat reaktif daripada peroksida yang agak tidak reaktif melalui tindak balas Fenton. Oleh itu, organel ini lebih sensitif kepada tekanan oksidatif ringan yang dialami oleh sel secara semula jadi semasa turun naik sementara keadaan mantap H, O intraselular. HO·s yang dihasilkan serta-merta mendorong pengoksidaan rantaian komponen lisosom, seperti protein dan lipid membran, yang membawa kepada pembentukan bahan seperti lipofuscin yang sememangnya telah terbukti terkumpul dalam lisosom.

Dalam kes keadaan tegasan oksidatif yang sengit dan tahan lama, kehadiran serentak H2O2 dan besi labil mendorong pengoksidaan selanjutnya di atas biomolekul au-ke-fagositosis yang telah teroksida, yang membawa kepada produk teroksida yang berlebihan yang dikaitkan silang dengan pelbagai ikatan kovalen. .kegunaan hesperidinBahan ini, selain tahan terhadap degradasi, boleh menghalang sistem pembaikan sel, seperti yang telah dibuktikan dalam proteasom [85,102]. Cadangan ini disokong kuat oleh pemerhatian bahawa gabungan tekanan oksidatif dengan perencatan protease lisosom melambatkan kemerosotan makromolekul auto-fagositosis dan menyediakan lebih banyak masa untuk pengoksidaan mereka, secara dramatik mempercepatkan pembentukan lipofuscin dalam sel kultur [7]. Lipofuscin sendiri boleh berasal dari pelbagai jenis bahan auto-atau hetero-fagositosis. Dalam kebanyakan sel, terutamanya dalam sel yang sangat aerobik seperti miosit jantung dan neuron, mitokondria auto-fagositosis membentuk sebahagian besar bahan tidak terdegradasi intra-lisosomal. Bukti kukuh untuk asal mitokondria bahagian penting badan lipofuscin mewakili pemerhatian bahawa subunit sintase ATP yang banyak terdapat dalam sel yang dimuatkan lipofuscin [103]. Walau bagaimanapun, dalam sel pemulung profesional dengan fagositosis aktif seperti makrofaj, sel mikroglial, dan sel epitelium pigmen retina, sebahagian besar kandungan lipofuscinnya juga boleh diperolehi.

3.8. Pengesanan Sel Senescent

Pengiktirafan sel senescent adalah isu kritikal memandangkan peningkatan bukti peranan senescence dalam patologi manusia [56,104]. Tambahan pula, bidang kemoterapi yang berkembang pesat memerlukan pengesanan tepat sel senescent [105]. Pelbagai penanda yang mengesan penderia penuaan selular dibentangkan dalam Jadual 1. Penemuan terkini telah menunjukkan implikasi penuaan dalam COVID-19, yang mewajarkan penggunaan kemoterapi untuk rawatan atau pencegahan pesakit COVID-19 [106.

Pengumpulan lipofuscin yang baru terbentuk boleh dikesan dan dikira dengan menggunakan mikroskop elektron, confocal, dan pendarfluor, serta sitometri aliran [108,109]. Selain itu, lipofuscin boleh dikesan pada asas autofluoresensinya dalam kombinasi dengan beberapa teknik histokimia dan sitokimia [68,87,110,111]. Khususnya, GL13, analog kimia Sudan Black-B(SBB) terbiotinilasi yang boleh didapati secara komersial sebagai "SenTraGorTM," berinteraksi dengan lipofuscin dan membolehkan pengecaman tepat sel senescent secara in vitro dan ex vivo dengan menggunakan kaedah pengesanan pengantara antibodi [ 56,107,110]. Menggunakan ujian ini, penentuan kuantitatif tahap lipofuscin larut atau diekstrak dalam supernatan kultur sel, cecair badan, dan homogenat tisu juga boleh dicapai [112]. Urutan peristiwa yang membawa kepada pengumpulan lipofuscin semasa penuaan dan interaksinya dengan lipofuscin secara skematik dibentangkan dalam Rajah 3A. Imej perwakilan sel Li-Fraumeni-p21WAF1/Cip1 Tet-OFF dan ON(senescent), yang diwarnai dengan SenlraGor, dibentangkan dalam Rajah 3B. Isyarat sitoplasma coklat yang kuat kelihatan dalam sel senescent (imej kanan), manakala tiada sel teraruh negatif (imej kiri).

Pembangunan aplikasi teranostik berdasarkan nanoteknologi mungkin membenarkan penyasaran tepat sel senescent [113-115]. Pemetaan sel senescent dalam vivo kekal sebagai cabaran yang hebat. Dalam konteks ini, sebatian novel GL13 mungkin diperkaya dengan penggabungan titik kuantum atau pembawa nano lain yang sesuai dan badan hidrofilik untuk merangkum seluruh sistem, menjadikan GL13 calon yang menjanjikan untuk pengimejan molekul dalam vivo [114].

Rajah 3. (A)SenTraGorTM bertindak balas secara khusus terhadap lipofuscin, hasil sampingan yang tidak boleh terurai bagi penuaan selular, yang membolehkan pengecaman tepat sel-sel tua secara in vitro dan ex vivo dengan menggunakan kaedah pengesanan pengantara antibodi. (B) Pewarnaan SenTraGor pada Li-Fraumeni-p21WAF1/Cip1 Tet-OFF (imej kiri) dan sel ON (imej kanan); pembesaran asal:×200. 4. Sebatian Bioaktif Pemakanan dan Tekanan Oksidatif

Banyak kajian epidemiologi yang dijalankan terutamanya pada separuh kedua abad sebelumnya telah mengaitkan diet tradisional Mediterranean (diet yang berlaku di pantai utara lembangan Mediterranean) dengan insiden penyakit kronik tertentu yang lebih rendah dan mengurangkan risiko morbiditi dan kematian [{{0 }}]. Oleh itu, usaha penyelidikan yang intensif telah dijalankan untuk mengenal pasti agen diet Mediterranean yang mampu mencegah atau mengurangkan kesan buruk tekanan oksidatif dan untuk menggambarkan cara tindakan molekul mereka.

4.1.Kompaun Bioaktif Pemakanan: Antioksidan Pemusnah Radikal Bebas atau Chelator Besi Lemah?

Diet Mediterranean tradisional dicirikan oleh penggunaan tinggi minyak zaitun dan makanan tumbuhan seperti buah-buahan, sayur-sayuran, bijirin tidak ditapis, dan kekacang; penggunaan sederhana ikan, produk tenusu, dan wain; dan penggunaan produk daging yang rendah [119]. Faedah kesihatannya sering dikaitkan dengan kuantiti antioksidan yang tinggi daripada jenis pemusnah radikal bebas, yang sebahagian besarnya terdapat dalam makanan biasa diet ini. Secara umumnya diandaikan bahawa pemusnah radikal bebas tersebut boleh berinteraksi dan meneutralkan radikal bebas, sekali gus memerangi pengoksidaan dalam badan dan seterusnya melambatkan atau malah menghalang kejadian pelbagai penyakit kronik, termasuk proses penuaan [120-123].

Walau bagaimanapun, keputusan ujian klinikal terbesar bagi suplemen antioksidan yang dijalankan setakat ini gagal menunjukkan perlindungan yang ketara terhadap perkembangan penyakit kronik [124-137]. Tambahan pula, kebimbangan telah dibangkitkan tentang keselamatan suplemen dos tinggi antioksidan kerana hubungan dengan risiko kesihatan diperhatikan dalam beberapa keadaan [138,139]. Kegagalan ini boleh dijelaskan oleh fakta bahawa radikal bebas seperti darjah HO dan darjah RO adalah sangat reaktif, serta-merta dan tidak secara khusus menyerang dan mengoksida setiap kumpulan kimia yang terdapat di sekitar generasi mereka[140]. Oleh itu, apabila dijana di dalam sel, hampir mustahil bagi mana-mana pemusnah radikal bebas yang diperolehi secara luaran untuk meneutralkannya. Perlu ditekankan di sini bahawa satu-satunya peluang untuk melindungi juzuk sel daripada pengoksidaan dan kerosakan di bawah keadaan tekanan oksidatif adalah untuk menghalang penjanaan radikal bebas yang sangat reaktif tersebut. Satu lagi strategi yang mungkin untuk mengelakkan pengoksidaan makromolekul biologi kritikal seperti DNA dan protein dalam keadaan sedemikian adalah untuk memanipulasi lokasi pembentukannya dengan menggunakan agen pengkelat besi. Seperti yang dibincangkan di bawah, diet secara amnya dan diet Mediterranean, khususnya, mengandungi sejumlah besar chelator besi yang lemah, (Rajah 4) yang, apabila dapat melalui membran sel, boleh menanggalkan besi labil yang terikat lemah daripada makromolekul penting, sekali gus melindungi mereka daripada pengoksidaan yang tidak diingini tanpa mengira sama ada ia menghalang tindak balas Fenton atau tidak

Rajah 4. Pembentangan skematik menunjukkan bahawa makanan diet Mediterranean yang berasal dari tumbuhan mengandungi peningkatan jumlah sebatian pengikat besi yang mampu mengelat besi labil intraselular dan menghalang penjanaan radikal bebas yang sangat reaktif yang bertanggungjawab terhadap pengoksidaan yang tidak terkawal konstituen sel. Makanan biasa diet Mediterranean mengandungi banyak sebatian, termasuk alkohol fenolik, asid fenolik, dan flavonoid, yang telah berulang kali dicadangkan untuk bertindak sebagai antioksidan penghapus radikal bebas. Sebilangan sebatian tersebut telah diperiksa oleh kumpulan penyelidikan kami, dan kami memerhatikan hubungan yang kuat antara kapasiti perlindungan setiap sebatian dan keupayaannya untuk mengelat besi labil intraselular tetapi tidak dengan keupayaan mereka untuk menghilangkan radikal bebas secara in vitro [8,9, 12]. Sifat tambahan yang diperlukan bagi sebatian ini yang diperlukan untuk menggunakan kapasiti perlindungannya, adalah keupayaan mereka untuk mencapai bahagian dalam sel melalui penyebaran atau sebarang jenis pengangkutan lain melalui membran plasma [11,42,141]. Berdasarkan pemerhatian ini, kami mencadangkan bahawa sebatian bioaktif yang terdapat di mana-mana dalam diet Mediterranean menawarkan kesan sitoprotektif mereka dengan memisahkan besi labil intraselular daripada konstituen selular kritikal, dengan itu mengurangkan pengoksidaan yang tidak diingini.

4.2.Adakah Agen Pengkelat Besi Pemakanan Menghalang Pembentukan Lipofuscin?

Berdasarkan pertimbangan yang disebutkan di atas, adalah munasabah untuk membuat spekulasi bahawa agen pengkelat besi bioaktif yang terdapat dalam diet Mediterranean mungkin mewakili faktor utama yang bertanggungjawab untuk pencegahan pembentukan lipofuscin dan, akibatnya, proses penuaan secara umum. Setakat yang kita tahu, usaha sistematik yang bertujuan untuk menguji hipotesis penting ini secara eksperimen masih belum dilakukan.

Sebilangan besar molekul pengkelat besi dengan struktur dan ciri kimia yang berbeza terkandung dalam diet Mediterranean biasa. Sebagai contoh, kami telah mengkaji secara meluas ekstrak tumbuhan yang mengandungi banyak polifenol dan telah menetapkan bahawa sebatian fenolik dengan kumpulan orto-dihidroksil adalah pelindung terhadap tekanan oksidatif, manakala yang tidak mempunyai satu hidroksil atau mempunyai ia terletak dalam kedudukan meta atau para adalah tidak berkesan sepenuhnya. [8,10-12]. Pemerhatian ini menimbulkan persoalan tambahan sama ada agen pengkelat besi yang terkandung dalam makanan mampu menembusi beberapa halangan untuk mencapai bahagian dalam sel sasaran. Dalam kes ini, agen pemakanan tertentu boleh dianggap sebagai "antioksidan tidak langsung" kerana ia menghalang penjanaan radikal bebas reaktif dan bukannya menyahtoksiknya selepas pengeluaran intraselularnya.

Dalam sesetengah keadaan, ion besi labil intraselular tidak boleh diselaraskan sepenuhnya dengan agen yang berasal dari diet kerana pengambilannya yang rendah dan pencairan yang banyak dalam badan, dengan itu membenarkan penglibatan besi dalam tindak balas redoks. Walau bagaimanapun, agen yang sama biasanya mempunyai dua fungsi kerana ia boleh terdiri daripada sifat mengikat besi dan radikal bebas dalam molekul yang sama. Oleh itu, chelator besi yang berasal dari diet boleh berfungsi dalam dua cara: sama ada mengurangkan kerosakan sel akibat tekanan oksidatif dengan mengeluarkan besi labil yang terikat longgar daripada makromolekul selular yang terdedah dan menyahaktifkannya sepenuhnya atau dengan penyelarasan besi yang tidak lengkap, yang mengakibatkan penyingkirannya daripada kedudukan asalnya tetapi membolehkan ia kekal aktif redoks dan mampu mengoksidakan chelator besi yang diperolehi dari diet yang sepadan.

5. Kesimpulan

Salah satu konsep yang paling menonjol dalam bidang penuaan hari ini ialah apa yang dipanggil "teori penuaan radikal bebas." Menurut teori ini, penuaan organisma disebabkan oleh kerosakan oksidatif kumulatif yang ditimbulkan oleh radikal bebas yang sangat reaktif yang timbul sebagai akibatnya. metabolisme aerobik. Penjanaan berterusan radikal yang sangat reaktif tersebut menyebabkan pembentukan dan pengumpulan secara beransur-ansur agregat yang tidak boleh diperbaiki bagi juzuk sel yang rosak. Bahan yang tidak ditentukan secara kimia ini, yang kebanyakannya terdiri daripada protein dan lipid dan yang menghasilkan pendarfluor kuning-coklat, dikenali sebagai "lipofuscin," ceroid," atau "pigmen umur," dan ia dianggap sebagai ciri penuaan selular.

Lipofuscin terutamanya terbentuk melalui pengubahsuaian oksidatif yang tidak terkawal dan tidak spesifik bagi makromolekul selular. Sel dilengkapi dengan sistem pertahanan pelbagai rupa untuk mengawas dan membaiki makromolekul teroksida. Walau bagaimanapun, apabila tekanan oksidatif yang kuat berterusan untuk jangka masa yang panjang, ia selalunya menghasilkan penjanaan radikal bebas yang sangat reaktif dan pengoksidaan berlebihan bahan yang sudah teroksida, sekali gus menghasilkan produk yang tidak dapat dibaiki, terdegradasi atau dieksositosis. oleh sistem selular yang berkaitan. Lebih-lebih lagi, telah ditunjukkan bahawa bahan-bahan teroksida yang berlebihan boleh menyebabkan ketidakaktifan beransur-ansur sistem perlindungan dan pembaikan selular, sekali gus mencetuskan kitaran sia-sia peningkatan kadar pengumpulan lipofuscin.

Memandangkan radikal bebas yang sangat reaktif boleh dijana dalam proses pengoksidaan yang dimangkinkan besi (tindak balas Fenton), ketersediaan besi labil mewakili prasyarat yang diperlukan untuk pembentukan dan pengumpulan lipofuscin di dalam sel. Berdasarkan pertimbangan ini, adalah munasabah untuk membuat spekulasi bahawa peraturan halus homeostasis besi selular dalam pengedaran besi am dan labil, khususnya, mungkin mewakili cara yang tidak dihargai sehingga ini untuk menghalang pembentukan lipofuscin intraselular dan akibat penuaan selular (senescence). Kami sebelum ini telah menunjukkan bahawa sejumlah fitonutrien pengkelat besi yang terkandung dalam diet jenis Mediterranean mampu menembusi membran biologi dan mencapai bahagian dalam sel [8,9,11,12]. Ejen ini mengelat besi labil intraselular (tidak semestinya mempunyai pertalian tinggi) dan dengan itu menentukan pengedarannya dan, akibatnya, lokasi pengoksidaan akibat tekanan oksidatif. Menurut mekanisme yang dicadangkan, fitokimia yang berasal dari diet mesti menggabungkan ciri-ciri berikut dalam strukturnya supaya dapat melindungi sel dalam keadaan tekanan oksidatif: ia mesti berupaya(a) menembusi membran selular;(b)mengkelat selular besi labil; dan (c) dalam kes interaksi besi terikat dengan peroksida (pendudukan tidak lengkap tapak koordinasinya), untuk menghilangkan radikal reaktif yang terbentuk.

Merumuskan kesimpulan daripada pembentangan di atas, penyataan berikut boleh dibuat:(a) besi labil mewakili agen utama yang bertanggungjawab untuk penghasilan radikal bebas yang sangat reaktif yang mampu mengoksidakan juzuk selular di bawah keadaan tekanan oksidatif,(b )komponen sel teroksida dan terutamanya lebih teroksida terdiri daripada badan utama lipofuscin yang terbentuk dan terkumpul di dalam sel di bawah keadaan ini, (c) penipisan besi labil intraselular oleh agen pengkelat besi menghalang pengoksidaan komponen selular, dan( d) diet kita dan terutamanya diet jenis Mediterranean mengandungi banyak sebatian yang mampu memodulasi pengedaran besi intrasel.

Dengan mengambil kira pertimbangan di atas bersama-sama, adalah munasabah untuk menjangkakan bahawa pengenalpastian sebatian pemakanan bioaktif dengan sifat yang ditetapkan boleh membenarkan penggunaannya sebagai alat farmakologi untuk tindakan perlindungan konkrit dalam keadaan tekanan oksidatif yang meningkat dalam sel, tisu, dan keseluruhan organisma. Cadangan ini mungkin membuka jalan baharu untuk pembangunan strategi yang bertujuan memperlahankan kadar penampilan dan perkembangan penyakit berkaitan usia.

Artikel ini diekstrak daripada Antioksidan 2021, 10, 491. https://doi.org/10.3390/antiox10030491 https://www.mdpi.com/journal/antioxidants