SIRT5-Gerelateerde desuccinylatiemodificatie draagt bij aan door quercetine geïnduceerde bescherming tegen hartfalen en hoog-glucose-geïnduceerde cardiomyocyten die gewond zijn geraakt door regulering van mitochondriale kwaliteitsbewaking Deel 2
Mar 19, 2022
Neem contact oposcar.xiao@wecistanche.comvoor meer informatie
3.6. Quercetine vermindert hoog-glucose-geïnduceerde HL-1 ontstekingsschade door mitochondriale kwaliteitsbewaking te reguleren.
Mitochondriën kunnen hun vorm en grootte veranderen door middel van kwaliteitsbewakingsmechanismen en nieuwe mitochondriën genereren door middel van biosynthese; zo wordt de mitochondriale pool aangevuld en het energiemetabolisme dat nodig is
AFBEELDING 4: Quercetine(Que)vermindert hoog-glucose-(HG-)geïnduceerde HL-1ontstekingletsel door SIRT5-gerelateerde desuccinylatie te promoten. (a) Immunoblotting en succinylering van IDH2. RT-PCR werd gebruikt om (b) SIRT5- en (c) IDH2-mRNA-expressie te detecteren. (d) IDH2-succinylering. (bijv.) Activiteiten van mitochondriale ademhalingscomplexen I/III en IV werden gedetecteerd met behulp van ELISA. Gemiddelde ± SD; * P<>
cellen onder verschillende omstandigheden wordt voldaan. Mitochondriale kwaliteitsbewaking is van cruciaal belang voor cytoprotectieve regulatie tijdens hartfalen en myocardiale fibrose [36]. Om het regulerende mechanisme van quercetine op mitochondriale kwaliteitsbewaking te onderzoeken, evalueerden we de mRNA-niveaus van Drpl / Fill en Mfn1 / Mfn2 na 24 uur stimulatie met hoge glucose. Genexpressie-analyse toonde hoge glucose stimulatie opgereguleerde Drpl en Fill en neerwaartse gereguleerde Mfnl en Mfin2 in mitochondriën (Figuur 6(a)-6(d)); bovendien keerde quercetine deze effecten om (Figuur 6(a)-6(d)). We evalueerden ook mitochondriale biogenese. qPCR-analyseresultaten toonden aan dat, na stimulatie met hoge glucose, de expressie van Tfam en PGCa ernstig was verminderd. Op zijn beurt verhoogde quercetine de niveaus van Tfam en PGCla en verbeterde mitochondriale biogenese (figuren 6 (e) en 6 (f)). Het is vermeldenswaard dat mitochondriale splijting significant was toegenomen na behandeling met si-SIRT5, terwijl mitochondriale biosynthese was afgenomen (Figuur 6(e) en 6(). Het vermogen van quercetine om mitochondriale kwaliteitsbewaking te reguleren kan dus nauw verwant zijn aan SIRT5.
De resultaten toonden aan dat het beschermende effect van quercetine op HL-1-cellen nauw verband hield met de regulatie van
FIGUUR 5: Quercetine (Que) vermindert hoog-glucose-(HG-)geïnduceerde HL-1 ontstekingsschade door het mitochondriale energiemetabolisme en NLRP3-niveaus te reguleren. (a) Detectie van mPTP-openingspercentage. (be) detectie van mitochondriaal energiemetabolisme. (f, g) Immunofluorescentiedetectie van NLRP3-niveaus. Gemiddelde ± SD; * P<>
mitochondriale kwaliteitsbewaking. Quercetine kan de desuccinylatie van IDH2 via SIRT5 bevorderen, waardoormitochondriaalademhalingsketenfunctie en mitochondriale homeostase, waardoor de celactiviteit wordt verbeterd.
4. Discussie
Myocardiale fibrose is nauw geassocieerd met hartfalen en wordt gekenmerkt door ontregeld extracellulair matrixmetabolisme en collageencomponentverhouding. Het wordt veroorzaakt door schade door oxidatieve stress en ontsteking veroorzaakt door hartfalen [37].oxidatiefstress en inflammatoire cytokines kunnen mitochondriale homeostase-stoornissen veroorzaken, de posttranslationele modificatie van verwante eiwitten beïnvloeden, schade aan de contractiele functie van cardiomyocyten veroorzaken en cardiomyocytfibrose induceren, wat leidt tot hartfalen [38]. Vandaar een beter begrip van de rol van mitochondriale functie en posttranslationele eiwitmodificatie inmyocardiale fibroseletsel zal inzicht verschaffen in myocardiale remodellering vanuit het perspectief van mitochondriale kwaliteitsbewaking en oxidatieve stress, terwijl het ook nieuwe strategieën biedt voor het verbeteren van de prognose en behandeling van hartfalen. Specifiek zijn gerichte medicijnen voor mitochondriale kwaliteitsbewaking dringend nodig
FrcuRE 6:Quercetine (Que) vermindert hoog-glucose-(HG-)geïnduceerde HL-1 ontstekingsschade door mitochondriale kwaliteitsbewaking te reguleren.(ad)Expressie van Drp1/Fis1 en Mfnl/Mfn2 zoals bepaald met qPCR.(e , f) Transcriptionele niveaus van mitochondriale DNA-synthesemarkers PGCla en Tfam werden bepaald met behulp van qPCR. Gemiddelde ± 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="">myocardiaalweefsel, de expressie van SIRT5 in cardiomyocyten verhogen en IDH2-desuccinylatie bevorderen.
De primaire doodsoorzaak bij diabetespatiënten is een hart- en vaatziekten; het belang van hartfalen bij diabetespatiënten wordt echter nog niet volledig begrepen. Bovendien is de relatie tussen deze twee aandoeningen niet alleen op het niveau van comorbiditeiten, er bestaat eerder een ingewikkelde relatie die resulteert in hun wederzijdse promotie of onderdrukking [40]. Bovendien zijn indicatoren die insulineresistentie weerspiegelen, waaronder geglycosyleerde hemoglobine (HbAlc), nuchtere bloedglucose en insulinespiegels, gerelateerd aan het risico op hartfalen. Bovendien kan een reeks fysiologische of metabole afwijkingen, waaronder autonomeneuropathie, disfunctie van de microcirculatie, veranderingen in metabolisme of energie, en verhoogde accumulatie van geavanceerdeglycatieeindproducten, kunnen insulineresistentie of cardiomyopathie veroorzaken bij diabetespatiënten [41].
Cistanche kan de immuniteit verbeteren
Bovendien kan hartfalen het risico op insulineresistentie, verminderde glucosetolerantie en diabetes verhogen. Langdurig abnormaal koolhydraat- en lipidenmetabolisme of verhoogd vetzuurmetabolisme en verhoogd zuurstofverbruik leiden verder tot disfunctie van de mitochondriale ademhalingsketen van cardiomyocyten, wat resulteert in een scherpe daling van het mitochondriale energiemetabolisme, wat indirect leidt tot onevenwichtige redoxhomeostase en de overexpressie van ontstekingsfactoren [42]. Specifiek, diabetische cardiomyopathie is een type diabetes gecompliceerd door vaatziekten. Gebruik van glucosemetabolisme door myocardcellen bij patiënten met diabetes en hartfalen gepaard gaande met myocardischemie en hypoxie is verminderd [43,44]. De resultaten van deze studie hebben ook indirect vastgesteld dat een omgeving met een hoog glucosegehalte indirect kan leiden tot mitochondriale kwaliteitsbewaking.
In een omgeving met oxidatieve stress wordt de zuurstof- en bloedtoevoer van cardiomyocyten aanzienlijk verminderd, wat resulteert in de productie van een grote hoeveelheid zuurstofvrije radicalen en een verscheidenheid aan intermediaire metabolieten. Het kan ook een metabole onbalans in het lichaam veroorzaken, het myocardiale celmembraan beschadigen en de balans tussen extracellulaire afbraak en synthese verstoren [45,46]. De proliferatie van myocardiale fibroblasten leidt tot myocardiale fibrose, waardoor een grote hoeveelheid intercellulair collageen wordt afgezet en de celstructuur verstoord raakt, waardoor de balans tussen verschillende soorten collageen effectief wordt verstoord. Daarom is aangetoond dat ernstige myocardiale fibrose uiteindelijk leidt tot hartfalen. Hoewel de meeste eerdere studies zich hebben gericht op de rol van quercetine bij oxidatieve stress en ontstekingsschade [47], kan het ook mitochondriale homeostase, de expressie van verwante eiwitten en posttranslationele modificaties reguleren [48]. Onze resultaten breiden deze eerdere bevindingen uit die suggereren dat quercetine via SIRT5 de desuccinylatie van IDH2 bevordert, waardoor de mitochondriale homeostase wordt gereguleerd, de activiteit van myocardcellen wordt beschermd en de schade die gepaard gaat met myocardiale fibrose wordt verbeterd. Daarom kan quercetine een nieuwe therapeutische benadering zijn voor de behandeling van hartfalen.
Bij muizen worden mitochondriale homeostase-stoornissen of -disfuncties voornamelijk veroorzaakt door overproductie van ROS en onvoldoende ATP-synthese, die de structuur en functie van het hart nadelig beïnvloeden, wat leidt tot hartfalen 49]. Onder omstandigheden van oxidatieve stress en ontsteking kan overmatige productie van ROS oxidatieve schade aan cellulaire eiwitten, lipiden en mitochondriaal DNA veroorzaken, evenals celbeschadiging en apoptose [50]. Dit is grotendeels te wijten aan de onbalans in mitochondriale homeostase veroorzaakt door de verstoring van redoxhomeostase geassocieerd met ontsteking. Momenteel hebben veel onderzoeken aangetoond dat de ontstekingsreactie die optreedt wanneer hartfalen optreedt nauw verband houdt met oxidatieve stress [51]. Het begin van hartfalen gaat gepaard met ernstige myocardiale hypertrofie en myocardiale fibrose. Wat betreft het pathologische mechanisme van hartfalen, wanneer een myocardinfarct optreedt, veroorzaken factoren zoals myocardischemie, hypoxie, verminderde mitochondriale functie en activering van neutrofielen en ontstekingsfactoren een explosieve toename van ROS. Deze overmatige productie van ROS, veroorzaakt door een onbalans in redoxhomeostase, gaat vervolgens gepaard met NF-xB-activering en daaropvolgende activering van pro-inflammatoire genpromotors in monocyten. Dientengevolge wordt de transcriptie van ontstekingsfactoren opgereguleerd en wordt het NADPH-oxidasecomplex op het celmembraan geoxideerd om ROS te genereren, de activiteit van antioxidante enzymen te remmen en het optreden van ontstekingsreacties verder te stimuleren [52]. Deze vicieuze cirkel is een inducerende factor voor de progressieve verergering van myocardiale hypertrofie en fibrose. ROS kan ook actine en excitatoire-contractiele koppelingseiwitten beschadigen, wat resulteert in systolische/diastolische disfunctie van de hartspier. Bovendien leidt onvoldoende ATP-synthese tot een gebrek aan energietoevoer naar hartspiercellen, wat ernstige nadelige effecten heeft op de overleving van hartspiercellen en de cardiale ejectiefunctie [53].
Bovendien gaat ernstige diabetische cardiomyopathie met hartfalen gepaard met myocardiale hypertrofie, gedeeltelijke myocardischemie en hypoxie [36, 53]. Het energiemetabolisme van myocardcellen wordt omgezet van vetzuuroxidatie in glycolyse om zich aan te passen aan hypoxie als een zelfbeschermend mechanisme. Deze omzetting gaat echter gepaard met een desuccinyleringsmodificatie. In deze studie ontdekten we dat stimulatie met een hoge glucose kan leiden tot apoptose of overlijden, wat kan worden veroorzaakt door de interactie tussen oxidatieve stress en de ontstekingsreactie. Deze reactie gaat ook gepaard met een onbalans in het mitochondriale energiemetabolisme en mitochondriale kwaliteitsbewaking. Net als bij hypoxie/ischemie, kan een omgeving met een hoge glucose overmatige productie van ROS induceren, wat resulteert in oxidatieve stress en mitochondriale massa-onbalans. Dientengevolge verergeren stoornissen in het glucosemetabolisme de primaire cardiovasculaire ziekte of microcirculatieschade, wat een sleutelmechanisme kan zijn dat geassocieerd is met diabetes mellitus gecompliceerd met hartfalen.
IDH2 neemt deel aan de tricarbonzuurcyclus door de omzetting van isocitraat in -ketoglutaraat en NADPt in NADPH te katalyseren. Studies hebben gemeld dat de knock-out van IDH2 bij muizen kan leiden tot een afname van de redoxtoestand van NADPH en thioredoxine-reductase-activiteit in mitochondriën. Het kan ook leiden tot verminderde celactiviteit en mitochondriaal zuurstofverbruik [54]. Bovendien verlaagt knock-out van IDH2 de NADPH-niveaus en mitochondriale GPX-activiteit bij muizen met leverischemie-reperfusiebeschadiging, wat leidt tot verlies van mitochondriale cristae, mitochondriale fragmentatie, mitochondriale fissuurverschuiving, cytochroom c-afgifte en celdood [55]. Een gebrek aan IDH2 kan ook leiden tot verhoogde mitochondriale ROS, geremde histondeacetylase-activiteit en verhoogde activering van NF-B door acetylering, wat leidt tot toename van ontsteking en apoptose [56]. IDH2-deficiënte muizen vertonen inderdaad versneld hartfalen, verhoogde apoptose en hypertrofie, en mitochondriale disfunctie, wat verband houdt met een onbalans in redoxhomeostase [57]. Onze resultaten zijn consistent met die van eerdere studies, wat aangeeft dat mitochondriale homeostase en kwaliteitscontrolestoornissen van muizencardiomyocyten gerelateerd zijn aan de succinylering van IDH2.
Succinylering van lysine is een recent ontdekte posttranslationele modificatie van het eiwit waarbij een lysine(K)-residu in het eiwit wordt omgezet van de succinylgroep door succinyl-co-enzym A [58, 59]. Gerelateerde in-vitro- en in-vivo-onderzoeken hebben aangetoond dat quercetine de door AnglI geïnduceerde myocardiale contractiliteit, fibrose, ontsteking en myocardiale hypertrofie aanzienlijk kan verminderen, terwijl het de expressie van fibroblastdifferentiatiemarkers type I en type II collageen remt [28]. Quercetine keert ook door isoproterenol geïnduceerde cardiale hypertrofie om door de cellulaire redoxbalans te herstellen en mitochondriën te beschermen [38]. Onze resultaten laten zien dat quercetine de desuccinylatie van IDH2 via SIRT5 bevordert, de redoxbalans reguleert, de mitochondriale homeostase handhaaft, ontstekingen remt, cardiomyocyten beschermt, het niveau van myocardiale fibrose-schade vermindert en de hartfunctie herstelt. Deze bevindingen komen overeen met die van eerdere onderzoeken; dat wil zeggen, stimulatie met een hoge glucose veroorzaakt een onbalans in redox-niveaus, veroorzaakt ontstekingen en activeert mitochondriale kwaliteitsbewaking en homeostase, evenals de mitochondriale apoptose-route. Bovendien laten we zien dat SIRT5 IDH2-desuccinylatie bevordert, de gevoeligheid van cellen voor oxidatieve stress verhoogt en schade door oxidatieve stress aan cardiomyocyten vermindert, wat ook eerder is waargenomen [60].
Onze studie had drie belangrijke beperkingen. Ten eerste, hoewel we in vivo studies hebben uitgevoerd met diermodellen van hartfalen en myocardiale fibrose om het regulerende effect van quercetine te verifiëren, hebben we geen gerichte verificatie uitgevoerd met behulp van gen-knockout-dieren. Ten tweede werd alleen de mitochondriale homeostase en niet de endoplasmatisch reticulumfunctie geëvalueerd. Het pathologische mechanisme van myocardiale fibrose is voornamelijk gerelateerd aan calciumhomeostase. Het endoplasmatisch reticulum is een belangrijke intracellulaire calciumopslag. Overmatige of lage calciumspiegels in het endoplasmatisch reticulum kunnen calciumsignaleringsstoornissen veroorzaken, wat leidt tot abnormale fysiologische functies in cardiomyocyten en het optreden van myocardiale fibrose. Ten derde is de interactie tussen endoplasmatisch reticulumstress en mitochondriale homeostase niet duidelijk opgehelderd in de pathogenese van diabetes mellitus gecompliceerd met hartfalen; myocardiale fibrose werd echter niet onderzocht. Ondanks deze beperkingen laat ons onderzoek zien dat quercetine de desuccinylatie van IDH2 via SIRT5 kan bevorderen. Quercetine handhaaft de regulatie van mitochondriale homeostase en redoxbalans, remt ontstekingen en vermindert het apoptoseniveau van cardiomyocyten, evenals het niveau van spierfibrose en herstel van de hartejectiefunctie.
5. Conclusies
Onze resultaten geven inzicht in het pathologische mechanisme en de klinische behandeling van myocardiale fibrose en hartfalen. Hartfalen is een van de ernstigste cardiovasculaire complicaties bij patiënten met diabetes; op dit moment zijn er echter weinig medicijnen die de bloedsuikerspiegel onder controle kunnen houden en myocardiale schade in de klinische praktijk kunnen verbeteren, en de behandeling en pathologische mechanismen blijven onduidelijk. In deze studie werd door in vivo experimentele studies ontdekt dat quercetine de pathologische respons van hartfalen bij muizen na TAC effectief kan verbeteren, de hartfunctie kan verbeteren, de expressie van ontstekingsfactoren en het niveau van myocardiale fibrose kan remmen en het myocardium kan beschermen. . Verder hebben we aangetoond dat quercetine de redoxbalans van muiscardiomyocyten onder hoge glucose-omstandigheden kan reguleren, de afgifte van NLRP3-inflammasomen kan remmen, mitochondriale kwaliteitsbewaking kan reguleren, mitochondriale homeostase kan handhaven en de apoptose of dood van cardiomyocyten in omgevingen met een hoge glucose kan remmen. Bovendien beïnvloedt het actieve ingrediënt quercetine als natuurlijk medicijn het SIRT5-regulatiemechanisme door desuccinylatie te bevorderen. Quercetine kan de succinylatie van SIRT5 reguleren, wat de tolerantie van mitochondriën voor oxidatieve stress en ontsteking kan verbeteren. We concluderen dat quercetine, dat antioxidatieve stresseffecten heeft, mitochondriale kwaliteitsbewaking kan reguleren via de "ontsteking-oxidatieve stress"-route. Hoewel er grote vooruitgang is geboekt bij het ontcijferen van het pathologische mechanisme van de "inflammatoire-oxidatieve stress-mitochondriale disfunctie"-route, is het bijbehorende overspraakmechanisme nog niet volledig opgehelderd. De resultaten van deze studie suggereren dat quercetine een aanvullend alternatief medicijn of dagelijks gezondheidssupplement kan worden voor patiënten met diabetes en hartfalen; er zijn echter grootschalige klinische onderzoeken in meerdere centra nodig om de effectiviteit en veiligheid ervan verder te verifiëren.
Dit artikel is afkomstig uit Hindawi Oxidative Medicine and Cellular Longevity Volume 2021, Artikel ID 5876841, 17 pagina's https://doi.org/10.1155/2021/5876841
