羟基酪醇作为抗衰老剂的研究

本文阐述了羟基酪醇和包含羟基酪醇的组合物改进线粒体功能、尤其是作为抗衰老剂的用途。

线粒体是细胞中负责能量产生的细胞器。线粒体内膜中埋有包含复合体I、I、II、IV和V的呼吸链,所述呼吸链通过一系列氧化还原反应传递电子并产生ATP,这是被称作氧化磷酸化的过程。

除了对细胞提供能量的公知功能以外,线粒体及其组件参与大量其他细胞活动。例如,线粒体还控制产热和调亡过程,并因此涉及衰老过程。

线粒体含有高水平的氧化剂,因为呼吸链以降低的效率工作时或者在能量解偶联期间产生活性物质,例如超氧阴离子。超氧阴离子作为电子传递链若干步骤中的副产物产生,所述步骤例如复合体III中辅酶Q的还原,其中形成作为中间体的高度活性的自由基(Q-)。该不稳定的中间体会导致电子“泄漏”,其中电子直接跳跃至氧并形成超氧阴离子,而不是沿着正常的电子传递链的一系列受到良好控制的反应移动。

抗氧化剂是能够减缓或阻止其他分子氧化的分子。抗氧化剂通过去除自由基中间体来终止氧化链反应,并且通过氧化其自身抑制其他氧化反应。还原剂例如硫醇或多酚通常具有抗氧化特性。公知的抗氧化剂例如维生素A、C和E清除自由基并保护DNA、蛋白质和脂质免受损伤。抗氧化剂还保护线粒体远离ATP生产期间产生的活性氧物质和自由基。

尽管过去普遍接受施用抗氧化剂对于促进线粒体生物发生(biogenesis)是有益的,但是情况显示并非如此。Gomez-Carbera et al. 2008 Am. J Clin.Nutr. 87(1):142-149在双盲的随机化临床研究中证明,每天口服施用1g维生素C降低骨酪肌中线粒体的生物发生。

过去羟基酪醇被描述为具有积极的心血管作用(例如GonzalezSantiago et al 2006 Atherosclerosis 188:35-42;或Mitro et al 2003 NMCD.Nutritional Metabolism and Cardiovascular Diseases 13(5):306) ,但是这些涉及羟基酪醇的抗动脉粥样硬化作用和/或其作为抗氧化剂的状态。

此次研究证明了羟基酪醇的抗衰老特性,这与其作为抗氧化剂起作用的能力不同。

衰老的特征是生理功能的逐渐损失,这可能是由多种细胞组件中积累的损伤引起的。线粒体是通过转化三磷酸腺苷(ATP)分子中的营养物而在细胞中产生能量的普遍存在的细胞器,所述能量被用于正常的细胞功能和维持。线粒体还涉及调节细胞存活。最近有人提出,线粒体功能的损失不仅促成疾病,而且在衰老过程中起重要作用。某些器官中线粒体数量的降低和线粒体呼吸链的损伤常常伴随着衰老过程,并且被认为是衰老的一个主要原因。年龄在65-75岁的健康受试者显示改变的线粒体特性的征兆,其特征是氧化酶活性和组织线粒体含量的损失。另外,得自衰老动物的组织显示线粒体结构的改变,伴随着降低的能量产生。衰老的人和动物器官在组织中具有提高的线粒体DNA(mtDNA)突变水平,并且mtDNA损伤与最大生命期成反比。无营养不良的热量限制(这是提高生命期的公认的最好方法)还增加编码下述蛋白质的基因并减少指示细胞衰老的DNA损伤,所述蛋白质涉及人骨胳肌中的线粒体功能。因此,衰老伴随着降低的线粒体生物发生和线粒体损伤的累积。

“线粒体生物发生”是指线粒体生长、扩增和健康维持的过程。线粒体生物发生是涉及核参与者和线粒体参与者二者的复杂过程。线粒体DNA编码小量蛋白质,所述蛋白质在线粒体核糖体上被翻译。这些蛋白质中的大部分是位于线粒体内膜上的呼吸链的高度疏水的亚基。核编码的蛋白质在胞质核糖体上被翻译,并被输入线粒体中。这些蛋白质包括结构蛋白质,酶或酶亚基,输入机制、复制机制、转录机制和翻译机制的组件,和陪伴分子。

过氧化物酶体增殖子活化的受体-y共同活化子-1(PGC-1)是细胞能量代谢的共同转录调节因子,其涉及线粒体功能的控制并诱导线粒体生物发生。衰老组织中PGC-1的减少是线粒体功能障碍的一个关键因素,所述线粒体功能障碍可以通过PGC1的增加来预防,所述PGC1的增加导致提高的线粒体生物发生。

羟基酪醇通过线粒体呼吸链复合物的活化和线粒体生物发声的提高改进线粒体功能。由此,线粒体功能的改进能够预防细胞衰老,并因此预防身体的衰老。因此,羟基酪醇可以被认为是预防衰老和年龄相关疾病的一种有用的药剂。

结果:

羟基酪醇对脂肪细胞中PGC-1a蛋白质水平的影响

如图1中所示,轻基酪醇对从0.1到10.0 pM递增的PGC-1a显示钟形影响,在1.0 M下具有最大蛋白质表达(205+52%,与对照相比"p,0.05)。

羟基酪醇对脂肪细胞中复合物I、I、III和V蛋白质表达的影响

通过Western印迹测定线粒体复合物(图2)。在0.1 M(131+16%,与对照相比p<0.05)、1.0 μM (163 +31%,与对照相比p<0.01)和10.0μM (138 + 21%,与对照相比p<0.05)的羟基酪醇处理下观察到线粒体电子传递复合物1蛋白质的增加。

羟基酪醇对线粒体DNA的影响

因为已知D-环是mtDNA重链和轻链二者上主要的转录起始位点,所以我们体外检查了轻基酪醇是否能够提高mtDNA表达。如图3中所示,在用1.0pM羟基酪醇处理的脂肪细胞中,mt D-环/18SRNA的比例显著提高。

羟基酪醇对脂肪细胞中氧消耗的影响

为了确定提高的线粒体生物发生是否伴随着氧消耗的改变,用0.110μM的羟基酪醇处理细胞。如图4中所示,在用1.0-5.0pM羟基酪醇处理的脂肪细胞中氧消耗的基底速率显著提高。

线粒体复合物I、II和III活性的测定

相对于对照,分别在0.1μM和1.0μM下的羟基酪醇显示脂肪细胞中线粒体复合物【和II活性的显著提高(图5A和5B)。在0.1 M-10 μM下,羟基酪醇还显示脂肪细胞中线粒体复合物III活性的显著提高。

数据显示羟基酪醇提高mtDNA-编码的多肽和线粒体电子传递复合物I的表达。另外,复合物II和V的活性和氧消耗被提高,进而导致线粒体呼吸活性的提高。最后,羟基酪醇提高过氧化物酶体增殖子活化的受体-y共同活化子1 (PGC-1)的表达,所述PGC-1涉及线粒体活性和线粒体生物发生的控制。PGC-1的该增加导致提高的线粒体生物发生。

综上所述,羟基酪醇促进线粒体活性,并可用于预防或治疗衰老过程。