SIRT5-Sorodna modifikacija desukcinilacije prispeva k zaščiti, ki jo povzroči kvercetin, pred srčnim popuščanjem in poškodbami kardiomiocitov, ki jih povzroča visoka koncentracija glukoze, zaradi regulacije nadzora kakovosti mitohondrijev, 2. del

Prosim kontaktirajteoscar.xiao@wecistanche.comza več informacij

3.6. Kvercetin zmanjša vnetje HL-1, ki ga povzroči visoka koncentracija glukoze, z uravnavanjem nadzora kakovosti mitohondrijev.

Mitohondriji lahko spremenijo svojo obliko in velikost z mehanizmi nadzora kakovosti in ustvarijo nove mitohondrije z biosintezo; tako se dopolni mitohondrijski bazen in energijska presnova, ki jo potrebuje

SLIKA 4: Kvercetin (Que) zmanjša HL, ki ga povzroča visoka koncentracija glukoze (HG-)-1vnetjepoškodbe s spodbujanjem desukcinilacije5-povezane s SIRT. (a) Imunobloting in sukcinilacija IDH2. RT-PCR je bil uporabljen za odkrivanje ekspresije mRNA (b)SIRT5 in (c) IDH2. (d) sukcinilacija IDH2. (npr.) Aktivnosti mitohondrijskih respiratornih kompleksov I/III in IV so bile odkrite z uporabo ELISA. Srednja vrednost±SD;*P<>

Za več informacij kliknite tukaj

celic pod različnimi pogoji. Nadzor kakovosti mitohondrijev je ključnega pomena za citoprotektivno regulacijo med srčnim popuščanjem in miokardno fibrozo [36]. Da bi raziskali regulativni mehanizem kvercetina pri nadzoru kakovosti mitohondrijev, smo ocenili ravni mRNA Drpl/Fill in Mfn1/Mfn2 po 24 urah stimulacije z visoko vsebnostjo glukoze. Analiza izražanja genov je pokazala, da je stimulacija z visoko vsebnostjo glukoze dvignila Drpl in Fill ter znižala Mfnl in Mfin2 v mitohondrijih (slike 6(a)-6(d)); poleg tega je kvercetin te učinke obrnil (slike 6(a)-6(d)). Ocenili smo tudi mitohondrijsko biogenezo. Rezultati analize qPCR so pokazali, da se je po stimulaciji z visoko vsebnostjo glukoze izražanje Tfam in PGCa močno zmanjšalo. Po drugi strani pa je kvercetin povečal ravni Tfam in PGCla ter izboljšal mitohondrijsko biogenezo (sliki 6 (e) in 6 (f)). Treba je omeniti, da se je mitohondrijska fisija znatno povečala po zdravljenju s si-SIRT5, medtem ko je bila mitohondrijska biosinteza zmanjšana (sliki 6(e) in 6(). Tako lahko sposobnost kvercetina za uravnavanje nadzora kakovosti mitohondrijev biti tesno povezan s SIRT5.

Rezultati so pokazali, da je zaščitni učinek kvercetina na celice HL-1 tesno povezan z njegovo regulacijo

SLIKA 5: Kvercetin (Que) zmanjša vnetje HL-1, ki ga povzroči visoka koncentracija glukoze-(HG-), z uravnavanjem mitohondrijske presnove energije in ravni NLRP3. (a) Zaznavanje stopnje odpiranja mPTP. (be) Detekcija metabolizma mitohondrijske energije. (f, g) Imunofluorescenčna detekcija ravni NLRP3. Srednja vrednost±SD;*P<>

nadzor kakovosti mitohondrijev. Kvercetin lahko spodbuja desukcinilacijo IDH2 prek SIRT5 in s tem ohranjamitohondrijskifunkcijo dihalne verige in mitohondrijsko homeostazo, kar posledično izboljša aktivnost celic.

4. Razprava

Miokardna fibroza je tesno povezana s srčnim popuščanjem in je značilna neregulirana presnova zunajceličnega matriksa in razmerje kolagenskih komponent. Povzroča ga poškodba zaradi oksidativnega stresa in vnetje, ki ga povzroči srčno popuščanje [37].Oksidativnostres in vnetni citokini lahko povzročijo motnje mitohondrijske homeostaze, vplivajo na posttranslacijsko modifikacijo sorodnih proteinov, povzročijo poškodbe kontraktilne funkcije kardiomiocitov in inducirajo fibrozo kardiomiocitov, kar vodi do srčnega popuščanja [38]. Zato je boljše razumevanje vloge mitohondrijske funkcije in posttranslacijske modifikacije beljakovin vmiokardna fibrozapoškodbe bo zagotovil vpogled v remodeliranje miokarda z vidika nadzora kakovosti mitohondrijev in oksidativnega stresa, hkrati pa zagotovil nove strategije za izboljšanje prognoze in zdravljenja srčnega popuščanja. Natančneje, nujno so potrebna tarčna zdravila za nadzor kakovosti mitohondrijev

FrcuRE 6: Kvercetin (Que) zmanjša vnetno poškodbo HL-1, povzročeno z visoko vsebnostjo glukoze-(HG-), z uravnavanjem nadzora kakovosti mitohondrijev. (ad) Izražanje Drp1/Fis1 in Mfnl/Mfn2, kot je določeno s qPCR. (e , f) Transkripcijske ravni markerjev sinteze mitohondrijske DNA PGCla in Tfam so bile določene s qPCR. Srednja vrednost±SD;*P<0.05. [39].="" in="" this="" study,="" we="" found="" that="" the="" level="" of="" myocardial="" fibrosis="" in="" the="" mouse="" myocardium="" and="" myocardial="" cells="" increased="" after="" surgery,="" whereas="" the="" cardiac="" ejection="" function="" decreased.="" moreover,="" quercetin="" can="" regulate="" myocardial="" cell="" mitochondrial="" homeostasis="" after="" stress="" injury,="" inhibit="" oxidative="" stress="" damage="" and="" inflammation,="" maintain="" cardiomyocyte="" activity,="" and="" reduce="" myocardial="" fibrosis="" damage="" in="" mice="" with="" heart="" failure.="" quercetin="" can="" also="" protect="">miokardnitkiva, poveča izražanje SIRT5 v kardiomiocitih in spodbuja desukcinilacijo IDH2.

Glavni vzrok smrti pri bolnikih s sladkorno boleznijo je srčno-žilna bolezen; vendar pomen srčnega popuščanja pri bolnikih s sladkorno boleznijo še ni povsem razumljen. Poleg tega razmerje med tema dvema stanjema ni le na ravni sočasnih bolezni, temveč obstaja zapleteno razmerje, ki ima za posledico njuno vzajemno spodbujanje ali zatiranje [40]. Poleg tega so kazalniki, ki odražajo insulinsko rezistenco, vključno z glikoziliranim hemoglobinom (HbAlc), glukozo v krvi na tešče in ravnmi insulina, povezani s tveganjem za srčno popuščanje. Poleg tega vrsta fizioloških ali presnovnih nepravilnosti, vključno z avtonomniminevropatija, disfunkcija mikrocirkulacije, spremembe v metabolizmu ali energiji in povečano kopičenje napredovalegaglikacijakončni produkti lahko povzročijo inzulinsko rezistenco ali kardiomiopatijo pri bolnikih s sladkorno boleznijo [41].

Cistanche lahko izboljša imuniteto

Poleg tega lahko srčno popuščanje poveča tveganje za insulinsko rezistenco, oslabljeno toleranco za glukozo in sladkorno bolezen. Dolgotrajna nenormalna presnova ogljikovih hidratov in lipidov ali povečana presnova maščobnih kislin in povečana poraba kisika dodatno povzročijo disfunkcijo mitohondrijske dihalne verige kardiomiocitov, kar ima za posledico močan upad mitohondrijske energetske presnove, kar posredno vodi do neuravnotežene redoks homeostaze in prekomerne ekspresije. vnetnih dejavnikov [42]. Natančneje, diabetična kardiomiopatija je vrsta sladkorne bolezni, zapletena z žilno boleznijo. Izkoriščanje metabolizma glukoze v miokardnih celicah pri bolnikih s sladkorno boleznijo in srčnim popuščanjem, ki ga spremljata miokardna ishemija in hipoksija, se zmanjša [43, 44]. Rezultati te študije so tudi posredno ugotovili, da lahko okolje z visoko vsebnostjo glukoze posredno vodi do nadzora kakovosti mitohondrijev.

V okolju oksidativnega stresa je oskrba kardiomiocitov s kisikom in krvjo znatno zmanjšana, kar povzroči nastanek velike količine radikalov brez kisika in različnih vmesnih metabolitov. Lahko povzroči tudi presnovno neravnovesje v telesu, poškoduje celično membrano miokarda in poruši ravnovesje med zunajcelično razgradnjo in sintezo [45,46]. Proliferacija miokardnih fibroblastov vodi v miokardialno fibrozo, ta pa povzroči odlaganje velike količine medceličnega kolagena in neurejenost celične strukture, kar dejansko poruši ravnovesje med različnimi vrstami kolagena. Zato se je izkazalo, da huda miokardna fibroza na koncu povzroči srčno popuščanje. Čeprav se je večina prejšnjih študij osredotočala na vlogo kvercetina pri oksidativnem stresu in vnetnih poškodbah [47], lahko uravnava tudi mitohondrijsko homeostazo, izražanje sorodnih proteinov in posttranslacijske modifikacije [48]. Naši rezultati razširjajo te prejšnje ugotovitve, ki kažejo, da kvercetin deluje prek SIRT5 za spodbujanje desukcinilacije IDH2, s čimer uravnava mitohondrijsko homeostazo, ščiti aktivnost miokardnih celic in izboljša poškodbe, povezane z miokardno fibrozo. Zato lahko kvercetin predstavlja nov terapevtski pristop za zdravljenje srčnega popuščanja.

Pri miših so motnje ali disfunkcije mitohondrijske homeostaze v prvi vrsti posledica prekomerne proizvodnje ROS in nezadostne sinteze ATP, ki negativno vplivata na strukturo in delovanje srca, kar vodi do kasnejšega srčnega popuščanja 49]. V pogojih oksidativnega stresa in vnetja lahko prekomerna proizvodnja ROS povzroči oksidativno poškodbo celičnih proteinov, lipidov in mitohondrijske DNA ter povzroči poškodbe celic in apoptozo [50]. To je v veliki meri posledica neravnovesja v mitohondrijski homeostazi, ki jo povzroča motnja redoks homeostaze, povezana z vnetjem. Trenutno so številne študije pokazale, da je vnetni odziv, ki se pojavi, ko pride do srčnega popuščanja, tesno povezan z oksidativnim stresom [51]. Začetek srčnega popuščanja spremljata huda hipertrofija miokarda in miokardna fibroza. Kar zadeva patološki mehanizem srčnega popuščanja, ko pride do miokardnega infarkta, dejavniki, kot so miokardna ishemija, hipoksija, oslabljeno delovanje mitohondrijev ter aktivacija nevtrofilcev in vnetni dejavniki, povzročijo eksplozivno povečanje ROS. To presežno proizvodnjo ROS, ki jo povzroči neravnovesje v redoks homeostazi, nato spremlja aktivacija NF-xB in kasnejša aktivacija promotorjev vnetnih genov v monocitih. Posledično se poveča transkripcija vnetnega faktorja, kompleks NADPH oksidaze pa se oksidira na celični membrani, da ustvari ROS, zavira aktivnost antioksidativnih encimov in dodatno spodbuja pojav vnetnih reakcij [52]. Ta začarani krog je indukcijski dejavnik za progresivno poslabšanje miokardne hipertrofije in fibroze. ROS lahko tudi poškoduje aktin in ekscitatorno-kontraktilne spojne proteine, kar povzroči sistolično/diastolično disfunkcijo srčne mišice. Poleg tega nezadostna sinteza ATP povzroči pomanjkanje oskrbe kardiomiocitov z energijo, kar ima resne škodljive učinke na preživetje kardiomiocitov in srčno iztisno funkcijo [53].

Poleg tega hudo diabetično kardiomiopatijo s srčnim popuščanjem spremljajo hipertrofija miokarda, delna ishemija miokarda in hipoksija [36, 53]. Energijski metabolizem miokardnih celic se pretvori iz oksidacije maščobnih kislin v glikolizo, da se prilagodi hipoksiji kot samozaščitnemu mehanizmu. Vendar pa to pretvorbo spremlja modifikacija desukcinilacije. V tej študiji smo ugotovili, da lahko stimulacija z visoko vsebnostjo glukoze povzroči apoptozo ali smrt, kar je lahko posledica interakcije med oksidativnim stresom in vnetno reakcijo. To reakcijo spremlja tudi neravnovesje v metabolizmu mitohondrijske energije in nadzor kakovosti mitohondrijev. Podobno kot pri hipoksiji/ishemiji lahko okolje z visoko vsebnostjo glukoze povzroči čezmerno proizvodnjo ROS, kar povzroči oksidativni stres in neravnovesje mitohondrijske mase. Posledično motnje presnove glukoze dodatno poslabšajo primarno srčno-žilno bolezen ali okvaro mikrocirkulacije, ki lahko predstavlja ključni mehanizem, povezan s sladkorno boleznijo, zapleteno s srčnim popuščanjem.

IDH2 sodeluje v ciklu trikarboksilne kisline tako, da katalizira pretvorbo izocitrata v -ketoglutarat in NADPt v NADPH. Študije so poročale, da lahko izločitev IDH2 pri miših povzroči zmanjšanje redoks stanja NADPH in aktivnosti tioredoksin reduktaze v mitohondrijih. Lahko vodi tudi do zmanjšane celične aktivnosti in mitohondrijske porabe kisika [54]. Poleg tega izpad IDH2 zmanjša ravni NADPH in mitohondrijsko aktivnost GPX pri miših z jetrno ishemijo-reperfuzijsko poškodbo, kar povzroči izgubo mitohondrijskih krist, mitohondrijsko fragmentacijo, premik mitohondrijske razpoke, sproščanje citokroma c in celično smrt [55]. Pomanjkanje IDH2 lahko vodi tudi do povečanega mitohondrijskega ROS, inhibirane aktivnosti histonske deacetilaze in povečane aktivacije NF-B z acetilacijo, kar povzroči povečanje vnetja in apoptoze [56]. Miši s pomanjkanjem IDH2- dejansko kažejo pospešeno srčno popuščanje, povečano apoptozo in hipertrofijo ter mitohondrijsko disfunkcijo, kar je povezano z neravnovesjem v redoks homeostazi [57]. Naši rezultati so skladni s tistimi iz prejšnjih študij, kar kaže, da so mitohondrijska homeostaza in motnje nadzora kakovosti mišjih kardiomiocitov povezane s sukcinilacijo IDH2.

Sukcinilacija lizina je nedavno odkrita posttranslacijska modifikacija proteina, pri kateri se ostanek lizina (K) v proteinu pretvori iz sukcinilne skupine s sukcinil-koencimom A [58, 59]. Povezane študije in vitro in in vivo so pokazale, da lahko kvercetin znatno zmanjša z AnglI povzročeno kontraktilnost miokarda, fibrozo, vnetje in hipertrofijo miokarda, hkrati pa zavira izražanje markerjev diferenciacije fibroblastov kolagena tipa I in tipa II [28]. Kvercetin tudi obrne hipertrofijo srca, ki jo povzroča izoproterenol, tako da obnovi celično redoks ravnovesje in zaščiti mitohondrije [38]. Naši rezultati kažejo, da kvercetin spodbuja desukcinilacijo IDH2 prek SIRT5, uravnava redoks ravnovesje, vzdržuje mitohondrijsko homeostazo, zavira vnetje, ščiti kardiomiocite, zmanjša stopnjo poškodbe miokardne fibroze in obnovi delovanje srca. Te ugotovitve so skladne s tistimi iz prejšnjih študij; to pomeni, da stimulacija z visoko vsebnostjo glukoze povzroči neravnovesje v redoks ravneh, povzroči vnetje in aktivira nadzor kakovosti mitohondrijev in homeostazo ter pot mitohondrijske apoptoze. Poleg tega smo pokazali, da SIRT5 spodbuja desukcinilacijo IDH2, poveča občutljivost celic na oksidativni stres in zmanjša poškodbe kardiomiocitov zaradi oksidativnega stresa, kar so opazili tudi prej [60].

Naša študija je imela tri glavne omejitve. Prvič, čeprav smo izvedli študije in vivo z uporabo živalskih modelov srčnega popuščanja in miokardne fibroze, da bi preverili regulatorni učinek kvercetina, nismo izvedli ciljnega preverjanja z uporabo gensko izločenih živali. Drugič, ovrednotena je bila samo mitohondrijska homeostaza in ne funkcija endoplazmatskega retikuluma. Patološki mehanizem miokardne fibroze je predvsem povezan s homeostazo kalcija. Endoplazmatski retikulum je pomembno znotrajcelično skladišče kalcija. Previsoke ali nizke ravni kalcija v endoplazmatskem retikulumu lahko povzročijo motnje signalizacije kalcija, kar povzroči nenormalne fiziološke funkcije v kardiomiocitih in pojav miokardne fibroze. Tretjič, interakcija med stresom endoplazmatskega retikuluma in mitohondrijsko homeostazo ni bila jasno pojasnjena v patogenezi diabetesa mellitusa, zapletenega s srčnim popuščanjem; miokardne fibroze pa niso pregledali. Kljub tem omejitvam naše raziskave kažejo, da lahko kvercetin spodbuja desukcinilacijo IDH2 prek SIRT5. Kvercetin vzdržuje regulacijo mitohondrijske homeostaze in redoks ravnovesja, zavira vnetja in zmanjšuje stopnjo apoptoze kardiomiocitov ter stopnjo mišične fibroze in obnovitev iztisne funkcije srca.

5. Sklepi

Naši rezultati zagotavljajo vpogled v patološki mehanizem in klinično zdravljenje miokardne fibroze in srčnega popuščanja. Srčno popuščanje je eden najresnejših srčno-žilnih zapletov pri bolnikih s sladkorno boleznijo; vendar je trenutno v klinični praksi malo zdravil, ki lahko nadzorujejo krvni sladkor in izboljšajo poškodbe miokarda, zdravljenje in patološki mehanizmi pa ostajajo nejasni. V tej študiji je bilo s pomočjo eksperimentalnih študij in vivo odkrito, da lahko kvercetin učinkovito izboljša patološki odziv srčnega popuščanja pri miših po TAC, izboljša delovanje srca, zavira izražanje vnetnih dejavnikov in stopnjo miokardne fibroze ter zaščiti miokard . Poleg tega smo pokazali, da lahko kvercetin uravnava redoks ravnovesje mišjih kardiomiocitov v pogojih z visoko vsebnostjo glukoze, zavira sproščanje inflamasomov NLRP3, uravnava nadzor kakovosti mitohondrijev, vzdržuje mitohondrijsko homeostazo in zavira apoptozo ali smrt kardiomiocitov v okoljih z visoko vsebnostjo glukoze. Poleg tega učinkovina kvercetin kot naravno zdravilo vpliva na regulacijski mehanizem SIRT5 s spodbujanjem desukcinilacije. Kvercetin lahko uravnava sukcinilacijo SIRT5, kar lahko izboljša toleranco mitohondrijev na oksidativni stres in vnetje. Sklepamo, da lahko kvercetin, ki ima antioksidativne učinke stresa, uravnava nadzor kakovosti mitohondrijev po poti "vnetje-oksidativni stres". Čeprav je prišlo do velikega napredka pri dešifriranju patološkega mehanizma poti "vnetno-oksidativni stres-mitohondrijska disfunkcija", s tem povezan mehanizem preslušavanja še ni popolnoma pojasnjen. Rezultati te študije kažejo, da lahko kvercetin postane dopolnilno alternativno zdravilo ali dnevni dodatek k zdravju za bolnike s sladkorno boleznijo in srčnim popuščanjem; vendar so potrebne obsežne multicentrične klinične študije za nadaljnje preverjanje njegove učinkovitosti in varnosti.

Ta članek je izvleček iz knjige Hindawi Oxidative Medicine and Cellular Longevity Volume 2021, ID članka 5876841, 17 strani https://doi.org/10.1155/2021/5876841