本文闡述了羥基酪醇和包含羥基酪醇的組合物改進線粒體功能、尤其是作為抗衰老劑的用途。
線粒體是細胞中負責能量產生的細胞器。線粒體內膜中埋有包含復合體I、I、II、IV和V的呼吸鏈,所述呼吸鏈通過一系列氧化還原反應傳遞電子并產生ATP,這是被稱作氧化磷酸化的過程。
除了對細胞提供能量的公知功能以外,線粒體及其組件參與大量其他細胞活動。例如,線粒體還控制產熱和調亡過程,并因此涉及衰老過程。
線粒體含有高水平的氧化劑,因為呼吸鏈以降低的效率工作時或者在能量解偶聯期間產生活性物質,例如超氧陰離子。超氧陰離子作為電子傳遞鏈若干步驟中的副產物產生,所述步驟例如復合體III中輔酶Q的還原,其中形成作為中間體的高度活性的自由基(Q-)。該不穩定的中間體會導致電子“泄漏”,其中電子直接跳躍至氧并形成超氧陰離子,而不是沿著正常的電子傳遞鏈的一系列受到良好控制的反應移動。
抗氧化劑是能夠減緩或阻止其他分子氧化的分子。抗氧化劑通過去除自由基中間體來終止氧化鏈反應,并且通過氧化其自身抑制其他氧化反應。還原劑例如硫醇或多酚通常具有抗氧化特性。公知的抗氧化劑例如維生素A、C和E清除自由基并保護DNA、蛋白質和脂質免受損傷。抗氧化劑還保護線粒體遠離ATP生產期間產生的活性氧物質和自由基。
盡管過去普遍接受施用抗氧化劑對于促進線粒體生物發生(biogenesis)是有益的,但是情況顯示并非如此。Gomez-Carbera et al. 2008 Am. J Clin.Nutr. 87(1):142-149在雙盲的隨機化臨床研究中證明,每天口服施用1g維生素C降低骨酪肌中線粒體的生物發生。
過去羥基酪醇被描述為具有積極的心血管作用(見例如GonzalezSantiago et al 2006 Atherosclerosis 188:35-42;或Mitro et al 2003 NMCD.Nutritional Metabolism and Cardiovascular Diseases 13(5):306) ,但是這些涉及羥基酪醇的抗動脈粥樣硬化作用和/或其作為抗氧化劑的狀態。
此次研究證明了羥基酪醇的抗衰老特性,這與其作為抗氧化劑起作用的能力不同。
衰老的特征是生理功能的逐漸損失,這可能是由多種細胞組件中積累的損傷引起的。線粒體是通過轉化三磷酸腺苷(ATP)分子中的營養物而在細胞中產生能量的普遍存在的細胞器,所述能量被用于正常的細胞功能和維持。線粒體還涉及調節細胞存活。最近有人提出,線粒體功能的損失不僅促成疾病,而且在衰老過程中起重要作用。某些器官中線粒體數量的降低和線粒體呼吸鏈的損傷常常伴隨著衰老過程,并且被認為是衰老的一個主要原因。年齡在65-75歲的健康受試者顯示改變的線粒體特性的征兆,其特征是氧化酶活性和組織線粒體含量的損失。另外,得自衰老動物的組織顯示線粒體結構的改變,伴隨著降低的能量產生。衰老的人和動物器官在組織中具有提高的線粒體DNA(mtDNA)突變水平,并且mtDNA損傷與最大生命期成反比。無營養不良的熱量限制(這是提高生命期的公認的最好方法)還增加編碼下述蛋白質的基因并減少指示細胞衰老的DNA損傷,所述蛋白質涉及人骨胳肌中的線粒體功能。因此,衰老伴隨著降低的線粒體生物發生和線粒體損傷的累積。
“線粒體生物發生”是指線粒體生長、擴增和健康維持的過程。線粒體生物發生是涉及核參與者和線粒體參與者二者的復雜過程。線粒體DNA編碼小量蛋白質,所述蛋白質在線粒體核糖體上被翻譯。這些蛋白質中的大部分是位于線粒體內膜上的呼吸鏈的高度疏水的亞基。核編碼的蛋白質在胞質核糖體上被翻譯,并被輸入線粒體中。這些蛋白質包括結構蛋白質,酶或酶亞基,輸入機制、復制機制、轉錄機制和翻譯機制的組件,和陪伴分子。
過氧化物酶體增殖子活化的受體-y共同活化子-1(PGC-1)是細胞能量代謝的共同轉錄調節因子,其涉及線粒體功能的控制并誘導線粒體生物發生。衰老組織中PGC-1的減少是線粒體功能障礙的一個關鍵因素,所述線粒體功能障礙可以通過PGC1的增加來預防,所述PGC1的增加導致提高的線粒體生物發生。
羥基酪醇通過線粒體呼吸鏈復合物的活化和線粒體生物發生的提高改進線粒體功能。由此,線粒體功能的改進能夠預防細胞衰老,并因此預防身體的衰老。因此,羥基酪醇可以被認為是預防衰老和年齡相關疾病的一種有用的藥劑。
結果:
羥基酪醇對脂肪細胞中PGC-1a蛋白質水平的影響
如圖1中所示,輕基酪醇對從0.1到10.0 pM遞增的PGC-1a顯示鐘形影響,在1.0 M下具有最大蛋白質表達(205+52%,與對照相比"p,0.05)。
羥基酪醇對脂肪細胞中復合物I、I、III和V蛋白質表達的影響
通過Western印跡測定線粒體復合物(圖2)。在0.1 M(131+16%,與對照相比p<0.05)、1.0 μM (163 +31%,與對照相比p<0.01)和10.0μM (138 + 21%,與對照相比p<0.05)的羥基酪醇處理下觀察到線粒體電子傳遞復合物1蛋白質的增加。
羥基酪醇對線粒體DNA的影響
因為已知D-環是mtDNA重鏈和輕鏈二者上主要的轉錄起始位點,所以我們體外檢查了輕基酪醇是否能夠提高mtDNA表達。如圖3中所示,在用1.0pM羥基酪醇處理的脂肪細胞中,mt D-環/18SRNA的比例顯著提高。
羥基酪醇對脂肪細胞中氧消耗的影響
為了確定提高的線粒體生物發生是否伴隨著氧消耗的改變,用0.110μM的羥基酪醇處理細胞。如圖4中所示,在用1.0-5.0pM羥基酪醇處理的脂肪細胞中氧消耗的基底速率顯著提高。
線粒體復合物I、II和III活性的測定
相對于對照,分別在0.1μM和1.0μM下的羥基酪醇顯示脂肪細胞中線粒體復合物【和II活性的顯著提高(圖5A和5B)。在0.1 M-10 μM下,羥基酪醇還顯示脂肪細胞中線粒體復合物III活性的顯著提高。
數據顯示羥基酪醇提高mtDNA-編碼的多肽和線粒體電子傳遞復合物I的表達。另外,復合物II和V的活性和氧消耗被提高,進而導致線粒體呼吸活性的提高。最后,羥基酪醇提高過氧化物酶體增殖子活化的受體-y共同活化子1 (PGC-1)的表達,所述PGC-1涉及線粒體活性和線粒體生物發生的控制。PGC-1的該增加導致提高的線粒體生物發生。
綜上所述,羥基酪醇促進線粒體活性,并可用于預防或治療衰老過程。
