Implikacije prehrambenih bioaktivnih spojeva koji keliraju željezo u molekularnim mehanizmima starenja stanica izazvanog oksidativnim stresom, 2. dio

Molimo kontaktirajteoscar.xiao@wecistanche.comza više informacija

3.2. Cellular Senescence

Ćelijsko starenje je jedan od uobičajenih markera starenja organizma. Najistaknutija karakteristika ovog fundamentalnog ćelijskog procesa je trajno zaustavljanje ćelijskog ciklusa, koje je praćeno intracelularnom akumulacijom oštećenih makromolekula, kao i sekretornim fenotipom i izmijenjenim metabolizmom [55,56]. Dva tipa ćelijskog starenja su prepoznata u ćelijama sisara; oni se nazivaju "replikativno starenje" i "ćelijsko starenje izazvano stresom"[56]. Prvi se obično javlja nakon određenog broja dioba u različitim tipovima stanica. Opisana je prije nekoliko decenija u kultivisanim ljudskim fibroblastima [57]. Ovaj fenomen je kasnije pripisan atriciji telomera, postepenom skraćivanju linearnih krajeva hromozoma pri svakoj replikaciji DNK [58]. S druge strane, ćelijsko starenje uzrokovano stresom je u velikoj mjeri neovisno o dužini telomera i predstavlja akutni odgovor na brojne stresore uključujući oksidativni stres, genotoksični stres, propadanje mitohondrija, hipoksiju, nedostatak nutrijenata i aberantnu aktivaciju onkogena |56,{ {8}}. Zanimljivo je da je oksidativni stres zajednički nazivnik za sve ove slučajeve jer može biti uključen u sve gore navedene stresne signale [62-65].

Ćelijsko starenje je nesumnjivo povezano sa starenjem organizma [55,56].beneficije cynomoriuma,Međutim, stare ćelije se ne otkrivaju isključivo u tkivima koji stare; mogu se otkriti u bilo kojoj životnoj fazi i mogu igrati korisne uloge u širokom spektru ljudskih fizioloških i patoloških procesa uključujući embriogenezu, zacjeljivanje rana i supresiju tumora [56,61]. Međutim, postojana akumulacija senescentnih ćelija sa godinama ima štetne efekte i povezana je sa bolestima i morbiditetom povezanim sa starenjem [56,59,66-69].

Molimo kliknite ovdje da saznate više

Što se tiče njihove morfologije, stare ćelije pokazuju uobičajene oznake uključujući uvećana, spljoštena i nepravilno oblikovana ćelijska tijela; izmijenjen sastav plazma membrane; gubitak nuklearne kondenzacije; i povećan lizozomalni sadržaj beta-galaktozidaze (SA- -gal)J70,71 povezane sa starenjem. Oni također manifestiraju dramatične promjene u svom sekretornom profilu, pokazujući povećanu ekspresiju i izlučivanje proinflamatornih citokina i hemokina, faktora rasta, komponenti ekstracelularnog matriksa (matriks metaloproteinaze, serinske proteaze) i ROS [59]. Sve ove promjene su također praćene progresivnom unutarćelijskom akumulacijom biološkog nerazgradivog "otpadnog materijala" koji se konvencionalno naziva "lipofuscin" ili "ceroid" ili čak "starski pigment"[72-74].

Sljedeći odjeljci opisuju mehaničke aspekte formiranja lipofuscina i predlažu moguća sredstva za ometanje ili sprječavanje njegove akumulacije.

3.3. Formiranje i akumulacija lipofuscina u starim ćelijama

Pigment koji je danas poznat kao "lipofuscin" otkrio je i objavio 1842. holandski histolog Hanover [75]. Termin lipofuscin je u početku koristio Borst u svojim predavanjima, ali ga je Hueck prvi put objavio 1912. [76,77]. Ime je izvedeno od grčke riječi lipo (što znači masnoća) i latinske riječi fuscus (što znači tamno ili sumračno). Formiranje i akumulacija lipofuscina su karakteristične promjene sa univerzalnom manifestacijom u senescentnim stanicama[78-80] i dublje su u dugovječnim postmitotskim ćelijama, kao što su neuroni, kardiomiociti, ćelije skeletnih mišića i ćelije pigmentnog epitela retine (RPE) [ 74,81]. Ove ćelije nastavljaju normalno živjeti dugo vremena nakon prestanka njihove proliferacije, ali akumuliraju postepeno sve veće količine lipofuscina koji se ne mogu razgraditi ili egzocitozirati.

Cistanche može protiv starenja

Korištenjem različitih tehnika za otkrivanje starenja stanica, uočeno je da je brzina akumulacije lipofuscina u sličnim tipovima postmitotskih stanica različitih organizama obrnuto povezana s njihovim životnim vijekom [82]. Konkretno, stopa je bila brza kod kratkovječnih vrsta i spora kod dugovječnih, što ukazuje da akumulacija lipofuscina najvjerovatnije ima štetne efekte na ćelijske funkcije i povezana je sa skraćivanjem životnog vijeka organizma [80,83,84] . Uprkos značajnom značaju ove korelacije, tačni biohemijski mehanizmi koji leže u osnovi akumulacije lipofuscina, kao i njegove reperkusije na ćelijske funkcije, ostaju slabo shvaćeni.

Lipofuscin se uglavnom nalazi unutar lizozoma, ali iu manjim količinama u citosolu ostarjelih ćelija [85,86]. Pokazuje širok spektar autofluorescencije žuto-smeđe boje [80,87], ali njegova struktura i sastav ostaju slabo definirani. Iako njegov sastav varira u različitim tipovima ćelija, pokazalo se da se uglavnom sastoji od oksidiranih proteina i lipida (kao što su trigliceridi, slobodne masne kiseline, holesterol i lipoproteini) i malog broja ugljikohidrata i nukleotidnih fragmenata povezanih međusobno pomoću kovalentne veze različitih tipova [84].pustinjski zumbulVezanje gvožđa na njegovoj površini takođe predstavlja zajedničku karakteristiku lipofuscina [88,89].

Iako krajnji efekti akumulacije lipofuscina na ćelijske funkcije ostaju nejasni, pokazalo se da on može inhibirati aktivnosti i proteazomalnog i lizozomalnog sistema degradacije proteina. Štaviše, postoje eksperimentalni dokazi koji pokazuju da može katalizirati daljnje stvaranje reaktivnih slobodnih radikala putem redoks aktivnih iona željeza (labilno željezo) pričvršćenih na njegovu površinu [89].

3.4.Lipofuscin kao prekomjerno oksidirani materijal u stanicama izloženim oksidativnom stresu

Budući da lipofuscin sadrži visoko oksidirani agregat koji se uglavnom sastoji od kovalentno umreženih proteina i lipida |90], razumno je pretpostaviti da je labilno željezo – sposobno katalizirati stvaranje ekstremno reaktivnih slobodnih radikala – uključeno u puteve njegovog formiranja. [91]. Dokazi izvedeni uglavnom iz eksperimentalnih sistema pokazali su da izlaganje stanica povećanim razinama oksidativnog stresa uvijek dovodi do razvoja snažnog fenotipa starenja u različitim tipovima stanica, uz paralelno ubrzanje unutarćelijske formacije i akumulacije materijala sličnih lipofuscinu. [87,89,92,93]. Različiti uzastopni koraci koji vode do formiranja lipofuscina ilustrovani su na slici 2.

Kao što je gore objašnjeno, prisustvo labilnog gvožđa je potrebno za stvaranje visoko reaktivnih ROS (HO stepen i RO*), koji su odgovorni za oksidaciju i prekomernu oksidaciju ćelijskih makromolekula (Slika 2A, B). Štaviše, oksidativno modifikovani makromolekuli mogu inhibirati degradaciju proteina i sisteme za popravku ćelija, olakšavajući tako uzaludne cikluse povećanja stopa oksidacije (slika 2C). Postupno nakupljanje prekomjerno oksidiranih, nerazgradivih ćelijskih komponenti u stanice dovodi do stvaranja lipofuscina (slika 2D), za koji se pretpostavlja da doprinosi procesu starenja stanica (slika 2E).

Slika 2. Šematski prikaz uzastopnih koraka koji dovode do formiranja lipofuscina i doprinose ćelijskom starenju. Imajte na umu da je Fe2 plus potreban za stvaranje visoko reaktivnih ROS (HO i RO), koji su odgovorni za oksidaciju i prekomjernu oksidaciju ćelijskih makromolekula (A, B). Previše oksidirani makromolekuli mogu inhibirati ćelijske sisteme popravke (posebno 20S proteazoma), čime se olakšavaju uzaludni ciklusi progresivno povećavajućih stopa oksidacije (C). Oksidativno modifikovane, nerazgradive ćelijske komponente se postepeno akumuliraju u ćelije kao kovalentno međusobno povezane agregate u obliku lipofuscina(D), što je činjenica za koju se pretpostavlja da utiče na proces starenja ćelija (E). Strelice i ravne vrhove označavaju indukciju, odnosno inhibiciju procesa.metoda ekstrakcije flavonoida pdfZanimljivo, Marzabadi et al.[94] primijetio je da je akumulacija lipofuscina spriječena u ćelijama osiromašenim gvožđem upotrebom desferioksamina koji helira gvožđe, što ukazuje da formiranje lipofuscina zahteva visoko reaktivne slobodne radikale kao što su HO stepen i RO stepen (Slika 2). Očigledno, ovi reaktivni radikali mogu pokrenuti lančane reakcije koje dovode do produkata razgradnje peroksidacije lipida, što izaziva stvaranje nerazgradivog, nespecifičnog umrežavanja ćelijskih komponenti.

Uzeti zajedno, gornji rezultati pokazuju da osjetljiva ravnoteža između razine unutarćelijskog peroksida i dostupnog labilnog željeza određuje pokretanje raznih toksičnih efekata koji kulminiraju akumulacijom lipofuscina, kao i indukciju ćelijskog starenja i ćelijske smrti bilo kojom apoptozom. ili nekroza [29,95].

Indukcija ćelijskog starenja peroksidima se također može postići različitim putevima. Na primjer, srednje brzine H, O, stanica mogu direktno inducirati aktivaciju specifičnih MAP kinaza i transdukciju signala starenja, koji pokreću aktivaciju ose p16INK4aINK4A i rezultiraju indukcijom ćelijskog starenja [64,65,92 ,96]. S druge strane, veće koncentracije HO, kao što je slučaj u jako upaljenim područjima koja privlače aktivirane fagocite, mogu inducirati direktnu oksidaciju DNK kataliziranu željezom koja potom pokreće signalne puteve starenja. U oba slučaja, paralelno formiranje i akumulacija oksidativno modificiranih ćelijskih makromolekula predstavljaju očigledne posljedice. Mora se, međutim, napomenuti da pitanje da li nakupljanje lipofuscina predstavlja uzročni faktor ćelijskog starenja ili je njegova posljedica ostaje centralno, ali neriješeno pitanje.

3.5. Intracelularna homeostaza željeza i formiranje lipofuscina

Kao što je gore spomenuto, željezo je esencijalni element za žive stanice i organizme jer učestvuje u različitim biokemijskim reakcijama koje podržavaju osnovne funkcije kao što su transport kisika, ćelijsko disanje i sinteza i popravak DNK. Međutim, željezo također može biti uključeno u reakcije koje dovode do stvaranja štetnih slobodnih radikala, poznatih kao reakcije Fentona. Kako bi minimizirali toksičnost željeza, sisari su razvili sofisticirane mehanizme koji reguliraju njegovu dostupnost35,37I. Uprkos tome, uvek je prisutan mali i fino podešeni deo redoks aktivnog gvožđa koji se obično naziva „labilno gvožđe“, što pretpostavlja da predstavlja stvarno kretanje gvožđa između različitih ćelijskih pregrada [6,38]. Dakle, labilno gvožđe predstavlja dinamički parametar ćelije koji može da odgovori na različite podražaje promenom nivoa, sa ciljem da uravnoteži prevenciju oštećenja ćelija i garantne zahteve ćelije.

U uslovima privremeno povišenih koncentracija peroksida (konvencionalno nazvanih oksidativni stres), labilno željezo može posredovati u sljedećim događajima: (a) pokretanje i širenje lančanih reakcija peroksidacije lipida, (b) oksidacija i umrežavanje proteina, (c) indukcija oštećenja DNK kao što su jedno- i dvolančani prekidi, i (d) pokretanje niza složenih redoks signalnih puteva[10,29,43]. Svi ovi efekti katalizirani željezom mogu dovesti do ćelijskog starenja praćenog stvaranjem i akumulacijom lipofuscina.

Ovdje je vrijedno naglasiti da smo već u nizu publikacija dokazali prevenciju H2O2-indukovanog oštećenja DNK i apoptoze u ćelijama s osiromašenim nivoima labilnog željeza korištenjem raznih agenasa za keliranje željeza [11 ,29,42,43,97]. U ovim istraživanjima koristili smo eksperimentalni sistem zasnovan na kulturi ćelija in vitro u kojem su različite vrste ljudskih ćelija bile izložene oksidativnom stresu u obliku H i O, a oštećenje nuklearne DNK je kvantitativno procenjeno korišćenjem kometnog testa, a osjetljiva metoda koja otkriva formiranje jednolančanog prekida DNK u pojedinačnim stanicama. Zanimljivo je da pre-inkubacija stanica s nizom poznatih jakih antioksidanata kao što su askorbinska kiselina, o-tokoferol, trolox, N-acetilcistein i o-lipoična kiselina prije izlaganja H,O, nije pružila nikakvu zaštitu [7 ]. Budući da je sposobnost ovih agenasa da se bore protiv slobodnih radikala utvrđena u brojnim in vitro studijama, gore navedeni negativni rezultati pripisani su nesposobnosti ovih agenasa da efikasno uklone reaktivne slobodne radikale stvorene unutar ćelija.

Važan parametar umrežavanja kataliziranog gvožđem može biti olakšavanje kovalentnog vezivanja oksidiranih rastvorljivih ćelijskih komponenti za biološke membrane. Takav događaj bi trebao spriječiti egzocitozu materijala vezanih za membranu, što bi dovelo do njegovog trajnog unutarćelijskog nakupljanja. Razumno je spekulisati da bi lizozomske membrane trebale biti primarna meta u ovom slučaju zbog njihove blizine mestu nastanka lipofuscina. Zaista, lipofuscin se često otkriva unutar ćelija obuhvaćenih segmentima lizozomalne membrane [98].

S obzirom na važnost dostupnog labilnog gvožđa za formiranje i akumulaciju lipofuscina, regulacija njegove intracelularne homeostaze izgleda od najveće važnosti u pogledu procesa starenja. Uvažavanje dostupnosti labilnog gvožđa kao ključnog faktora koji određuje oksidaciju i prekomernu oksidaciju ćelijskih komponenti i akumulaciju lipofuscina u ćelijama može otvoriti put za razvoj novih strategija, čiji je cilj da ometaju i moduliraju biološki sat proces starenja.

3.6. Inaktivacija sistema za popravku od strane prekomjerno oksidiranih ćelijskih komponenti

Ćelijske strategije za popravku različitih oksidiranih ćelijskih komponenti uvelike variraju, ovisno o prirodi pojedinih komponenti. Na primjer, oksidirani nukleotidi DNK se uklanjaju i zamjenjuju normalnim kroz proces koji se naziva "popravak ekscizijom nukleotida", dok se oksidirani proteini razgrađuju do pojedinačnih aminokiselina koje se zatim mogu ponovo koristiti za sintezu novih proteina.

Postoji nekoliko različitih sistema razgradnje proteina: u ćelijama postoje lizozomalni enzimi; u citosolu se nalaze proteazomi i kalpaini; u mitohondrijskom matriksu nalaze se Lon proteaze (ATP-zavisne proteaze); a u mitohondrijalnoj membrani nalaze se trostruke A proteaze [78,98-100]. Osim toga, pored oksidativno modificiranih proteina, lizozomi također mogu preuzeti i razgraditi čak i teško oštećene organele kao što su mitohondrije ili dio citoplazme u procesima koji se nazivaju autofagija posredovana šaperonom, makro-autofagija i mikro-autofagija [82,101].

Uprkos činjenici da većinu oksidativno modifikovanih biomolekula i organela mogu efikasno popraviti ili razgraditi ćelije, primećeno je da se neki od njih akumuliraju sa godinama, što ukazuje na inherentnu neadekvatnost mehanizama ćelijskog preokreta.flavonoidiPokazalo se da već oksidirane ćelijske komponente mogu biti podvrgnute daljim oksidativnim modifikacijama, što dovodi do stvaranja proizvoda s kojima sistemi degradacije ćelija nisu u stanju da se nose [34,84]. Akumulacija takvih nerazgradivih konglomerata može, zauzvrat, ometati funkcionalnost sistema razgradnje, što pogoršava efekte i dovodi do začaranog kruga, kao što je šematski prikazano na slici 2.

U slučajevima povećanih i dugotrajnih stanja oksidativnog stresa, kapacitet popravke ćelija općenito i kapacitet razgradnje proteina, posebno, mogu dostići nivoe zasićenja, što dovodi do trajnog prisustva oksidiranih komponenti. Ova situacija povećava vjerovatnoću dalje oksidacije već oksidiranih komponenti i stvaranja dodatnih i dubljih oksidativnih modifikacija, uključujući intra- i intermolekularne kovalentne veze. Ukupna složenost formiranih hemijskih struktura prevazilazi sposobnost degradacije ćelijskih proteolitičkih sistema (posebno 20S proteasoma), što dovodi do postepenog nagomilavanja prekomerno oksidisanih nerazgradivih "smeća" materijala unutar ćelija, uglavnom u lizozome [82,102].

Uzimajući zajedno, akumulacija prekomjerno oksidiranih materijala unutar ćelija povećava vjerovatnoću dalje oksidacije već oksidiranih ćelijskih komponenti tokom vremena, olakšavajući tako pokretanje začaranog kruga oksidacije, prekomjerne oksidacije i akumulacije; sve ovo na kraju dovodi do progresivnog oštećenja ćelijskih funkcija, što je vidljivo u starenju i starenju.

3.7. Lizozomi kao glavna mjesta formiranja lipofuscina

Kao rezultat normalne autofagne degradacije, lizosomski odjeljak je izuzetno bogat labilnim željezom jer mnoge autofagocitizirane makromolekule i organele sadrže željezo. Kombinirano prisustvo redoks aktivnog željeza i nizak pH u lizosomima olakšavaju stvaranje ekstremno reaktivnih radikala iz relativno nereaktivnih peroksida putem Fentonove reakcije. Stoga je ova organela izuzetno osjetljiva na blagi oksidativni stres koji stanice prirodno doživljavaju tokom prolazne fluktuacije unutarćelijskog H, O, stabilnog stanja. Generisani HO odmah izazivaju lančane oksidacije lizosomskih komponenti, kao što su proteini i membranski lipidi, što dovodi do stvaranja materijala sličnih lipofuscinu za koje se zaista pokazalo da se akumuliraju u lizosomima.

U slučajevima intenzivnog i dugotrajnog oksidativnog stresa, istovremeno prisustvo H2O2 i labilnog gvožđa izaziva dalju oksidaciju na vrhu već oksidiranih au-to-fagocitiranih biomolekula, što dovodi do prekomerno oksidiranih proizvoda koji su umreženi višestrukim kovalentnim vezama. .hesperidin koristiOvaj materijal, osim što je otporan na degradaciju, može inhibirati sisteme reparacije ćelija, što je dokazano u proteazomima [85,102]. Ovaj prijedlog snažno podržava zapažanje da je kombinacija oksidativnog stresa s inhibicijom lizosomskih proteaza odgodila razgradnju autofagocitiranih makromolekula i pružila više vremena za njihovu oksidaciju, dramatično ubrzavajući stvaranje lipofuscina u kultiviranim stanicama [7]. Sam Lipofuscin može potjecati iz različitih tipova auto- ili heterofagocitiranih materijala. U mnogim ćelijama, posebno u visoko aerobnim, kao što su srčani miociti i neuroni, autofagocitirani mitohondriji čine većinu intra-lizosomskog nerazgradivog materijala. Snažan dokaz mitohondrijalnog porijekla značajnog dijela tijela lipofuscina predstavlja zapažanje da su obilne podjedinice ATP sintaze prisutne u ćelijama napunjenim lipofuscinom [103]. Međutim, u profesionalnim ćelijama čistača sa aktivnom fagocitozom, kao što su makrofagi, mikroglijalne ćelije i epitelne ćelije pigmenta retine, takođe može biti izveden značajan deo njihovog sadržaja lipofuscina.

3.8. Detekcija starih ćelija

Prepoznavanje stanica starenja je kritično pitanje s obzirom na sve veći broj dokaza o ulozi starenja u ljudskim patologijama [56,104]. Nadalje, polje kemoterapeutika koje se brzo širi zahtijeva preciznu detekciju starenja ćelija [105]. Različiti markeri koji detektuju senzore ćelijskog starenja prikazani su u Tabeli 1. Nedavni nalazi ukazuju na implikaciju starenja kod COVID-19, opravdavajući primjenu hemoterapeutika za liječenje ili prevenciju COVID-19 pacijenata [106.

Akumulacija novoformiranog lipofuscina može se otkriti i kvantificirati korištenjem elektronske, konfokalne i fluorescentne mikroskopije, kao i protočne citometrije [108,109]. Štaviše, lipofuscin se može detektovati na osnovu njegove autofluorescencije u kombinaciji sa brojnim histohemijskim i citokemijskim tehnikama [68,87,110,111]. Konkretno, GL13, biotinilirani sudanski Black-B(SBB) kemijski analog koji je komercijalno dostupan kao "SenTraGorTM", stupa u interakciju s lipofuscinom i omogućava preciznu identifikaciju staračkih stanica in vitro i ex vivo primjenom metode detekcije posredovane antitijelima [ 56,107,110]. Koristeći ovaj test, kvantitativno određivanje nivoa rastvorljivog ili ekstrahovanog lipofuscina u supernatantima ćelijske kulture, telesnim tečnostima i homogenatima tkiva je takođe moguće [112]. Redoslijed događaja koji dovode do akumulacije lipofuscina tokom starenja i njegove interakcije s lipofuscinom je šematski prikazan na slici 3A. Reprezentativne slike Li-Fraumeni-p21WAF1/Cip1 Tet-OFF i ON(senescentnih) ćelija, obojene SenlraGor-om, prikazane su na slici 3B. Jak smeđi citoplazmatski signal je evidentan u senescentnim ćelijama (desna slika), dok nijedna indukovana ćelija nije negativna (lijeva slika).

Razvoj teranostičkih aplikacija zasnovanih na nanotehnologiji mogao bi omogućiti precizno ciljanje na stare ćelije [113-115]. Mapiranje staračkih ćelija in vivo ostaje veliki izazov. U tom kontekstu, novo jedinjenje GL13 moglo bi biti obogaćeno ugradnjom kvantnih tačaka ili drugih odgovarajućih nano-nosača i hidrofilnog omotača za kapsuliranje cijelog sistema, čineći GL13 obećavajućim kandidatom za molekularno snimanje in vivo [114].

Slika 3. (A)SenTraGorTM specifično reaguje protiv lipofuscina, nerazgradivog nusproizvoda ćelijskog starenja, omogućavajući tačnu identifikaciju starenja ćelija in vitro i ex vivo primenom metode detekcije posredovane antitijelima. (B) SenTraGor bojenje na Li-Fraumeni-p21WAF1/Cip1 Tet-OFF (lijeva slika) i ON ćelijama (desna slika); originalno uvećanje:×200. 4. Bioaktivna jedinjenja u ishrani i oksidativni stres

Brojne epidemiološke studije provedene uglavnom u drugoj polovini prošlog stoljeća povezale su tradicionalnu mediteransku ishranu (prehranu koja je prevladavala na sjevernim obalama mediteranskog basena) sa nižom incidencijom određenih kroničnih bolesti i smanjenim rizikom od morbiditeta i smrtnosti [{{0 }}]. Stoga su poduzeti intenzivni istraživački napori kako bi se identificirali agensi mediteranske prehrane koji su u stanju spriječiti ili umanjiti štetne učinke oksidativnog stresa i ocrtati njihov molekularni način djelovanja.

4.1. Bioaktivna jedinjenja u ishrani: antioksidansi koji uklanjaju slobodne radikale ili slabi helatori gvožđa?

Tradicionalnu mediteransku prehranu karakterizira velika potrošnja maslinovog ulja i biljnih namirnica kao što su voće, povrće, nerafinirane žitarice i mahunarke; umjerena konzumacija ribe, mliječnih proizvoda i vina; i niska potrošnja mesnih proizvoda [119]. Njegove zdravstvene prednosti se često pripisuju visokim količinama antioksidansa tipa hvatača slobodnih radikala, koji su uglavnom prisutni u tipičnoj hrani ove dijete. Općenito se pretpostavljalo da takvi hvatači slobodnih radikala mogu stupiti u interakciju sa slobodnim radikalima i neutralizirati ih, čime se bore protiv oksidacije u tijelu i posljedično odlažu ili čak sprječavaju pojavu različitih kroničnih bolesti, uključujući proces starenja [120-123].

Međutim, rezultati najvećih kliničkih ispitivanja suplementacije antioksidansima sprovedenih do sada nisu pokazali značajnu zaštitu od razvoja hroničnih bolesti [124-137]. Nadalje, izražena je zabrinutost u vezi sa sigurnošću suplementacije visokim dozama antioksidansa jer su u nekim slučajevima uočene veze sa zdravstvenim rizicima [138,139]. Ovaj neuspjeh se može objasniti činjenicom da su slobodni radikali kao što su HO stepen i RO stepen izuzetno reaktivni, trenutno i nespecifično napadaju i oksidiraju svaku hemijsku grupu koja je prisutna u blizini njihove generacije[140]. Stoga, kada se generira unutar ćelija, praktično je nemoguće da ih bilo koji vanjski hvatač slobodnih radikala neutralizira. Ovdje se mora naglasiti da je jedina šansa za zaštitu ćelijskih sastojaka od oksidacije i oštećenja u uvjetima oksidativnog stresa spriječiti stvaranje tako visoko reaktivnih slobodnih radikala. Druga moguća strategija da se izbjegne oksidacija kritičnih bioloških makromolekula poput DNK i proteina u takvim okolnostima mogla bi biti manipulacija mjestom njihovog formiranja korištenjem agenasa za keliranje željeza. Kao što je objašnjeno u nastavku, prehrana općenito i mediteranska prehrana, posebno, sadrže mnoštvo tako slabih kelatora željeza, (slika 4) koji, kada su u stanju da prođu kroz ćelijsku membranu, mogu odvojiti slabo vezano labilno željezo od važnih makromolekula, čime se štite od nepoželjne oksidacije bez obzira da li inhibiraju Fentonovu reakciju ili ne

Slika 4. Šematski prikaz pokazuje da namirnice biljnog porijekla iz mediteranske prehrane sadrže sve veće količine spojeva koji vežu željezo i mogu helirati intracelularno labilno željezo i spriječiti stvaranje visoko reaktivnih slobodnih radikala koji su odgovorni za neregulisanu oksidaciju ćelijskih sastojaka. Tipične namirnice mediteranske prehrane sadrže brojne spojeve, uključujući fenolne alkohole, fenolne kiseline i flavonoide, za koje se više puta predlagalo da djeluju kao antioksidansi za uklanjanje slobodnih radikala. Naša istraživačka grupa je ispitala veliki broj takvih jedinjenja i uočili smo jaku vezu između zaštitnog kapaciteta svakog jedinjenja i njegove sposobnosti da kelira intracelularno labilno gvožđe, ali ne i sa njihovom sposobnošću da uklone slobodne radikale in vitro [8,9, 12]. Dodatno neophodno svojstvo ovih jedinjenja koje je bilo potrebno da ispolje svoj zaštitni kapacitet bila je njihova sposobnost da stignu u unutrašnjost ćelije difuzijom ili bilo kojom drugom vrstom transporta kroz plazma membranu [11,42,141]. Na osnovu ovih zapažanja, predložili smo da bioaktivna jedinjenja koja su sveprisutno prisutna u mediteranskoj prehrani nude svoje citoprotektivne efekte tako što odvajaju intracelularno labilno željezo od kritičnih staničnih sastojaka, smanjujući tako njihovu neželjenu oksidaciju.

4.2. Da li dijetetski helirajući agensi spriječavaju stvaranje lipofuscina?

Na osnovu gore navedenih razmatranja, razumno je spekulirati da bioaktivni agensi koji heliraju željezo prisutni u mediteranskoj prehrani mogu predstavljati ključne faktore koji su odgovorni za prevenciju stvaranja lipofuscina i, posljedično, procesa starenja općenito. Koliko nam je poznato, sistematski napori u cilju eksperimentalnog testiranja ove važne hipoteze još nisu učinjeni.

U tipičnoj mediteranskoj prehrani sadržan je veliki broj molekula koji keliraju željezo s različitim kemijskim strukturama i karakteristikama. Na primjer, mi smo opsežno proučavali biljne ekstrakte koji sadrže brojne polifenole i ustanovili da su fenolna jedinjenja s orto-dihidroksilnom grupom zaštitna od oksidativnog stresa, dok su ona koja nemaju jedan hidroksil ili se nalaze u meta- ili para položaju potpuno neefikasna. [8,10-12]. Ova zapažanja su postavila dodatno pitanje da li su agensi koji kelatiraju željezo sadržani u hrani sposobni probiti nekoliko barijera kako bi dospjeli u unutrašnjost ciljnih stanica. U ovom slučaju, određeni dijetetski agensi se mogu smatrati "indirektnim antioksidansima" jer sprječavaju stvaranje reaktivnih slobodnih radikala umjesto da ih detoksikuju nakon njihove unutarćelijske proizvodnje.

U nekim slučajevima, intracelularni labilni ioni gvožđa mogu biti nepotpuno koordinirani sa agensima dobijenim iz ishrane zbog njihovog malog unosa i značajnog razblaženja u telu, što dozvoljava da se gvožđe uključi u redoks reakcije. Ipak, isti agensi obično imaju dvostruke funkcije jer mogu sadržavati svojstva vezanja željeza i svojstva uklanjanja slobodnih radikala u istoj molekuli. Stoga, kelatori željeza dobiveni iz ishrane mogu funkcionirati na dvostruki način: ili ublažavajući oštećenje stanica uzrokovano oksidativnim stresom uklanjanjem slabo vezanog labilnog željeza iz ranjivih ćelijskih makromolekula i njegovom potpunom inaktivacijom ili nepotpunom koordinacijom željeza, što rezultira njegovim uklanjanjem iz njegov prvobitni položaj, ali mu omogućava da ostane redoks aktivan i sposoban da oksidira odgovarajuće kelatore željeza dobivene iz prehrane.

5. Zaključci

Jedan od najistaknutijih koncepata u području starenja danas je tzv. „teorija slobodnih radikala starenja“. Prema ovoj teoriji, starenje organizma uzrokovano je kumulativnim oksidativnim oštećenjem koje nanose visoko reaktivni slobodni radikali koji prvenstveno nastaju kao posljedica aerobnog metabolizma. Kontinuirano stvaranje takvih ekstremno reaktivnih radikala uzrokuje postepeno stvaranje i nakupljanje nepopravljivih agregata oštećenih ćelijskih sastojaka. Ovaj hemijski nedefinisan materijal, koji se uglavnom sastoji od proteina i lipida i koji ispoljava žuto-smeđu fluorescenciju, poznat je kao "lipofuscin", "ceroid" ili "starosni pigment" i smatra se obeležjem ćelijskog starenja.

Lipofuscin se uglavnom formira nekontroliranim i nespecifičnim oksidativnim modifikacijama ćelijskih makromolekula. Ćelije su opremljene višestrukim odbrambenim sistemima za praćenje i popravku oksidiranih makromolekula. Međutim, kada intenzivan oksidativni stres traje duži vremenski period, on uvijek rezultira stvaranjem visoko reaktivnih slobodnih radikala i prekomjernom oksidacijom već oksidiranih materijala, stvarajući tako proizvode koji se ne mogu popraviti, razgraditi ili čak egzocitozirati. od strane relevantnih ćelijskih sistema. Štaviše, pokazalo se da prekomjerno oksidirani materijali mogu inducirati postepenu inaktivaciju ćelijskih zaštitnih i reparacijskih sistema, podstičući na taj način uzaludne cikluse povećane stope akumulacije lipofuscina.

Budući da se visoko reaktivni slobodni radikali mogu generirati u oksidacijskim procesima kataliziranim željezom (Fentonova reakcija), dostupnost labilnog željeza predstavlja neophodan preduvjet za stvaranje i akumulaciju lipofuscina unutar stanica. Na osnovu ovih razmatranja, uvjerljivo je spekulirati da fina regulacija ćelijske homeostaze željeza u općoj i labilnoj distribuciji željeza, posebno, može predstavljati do sada necijenjen način usporavanja unutarćelijskog formiranja lipofuscina i posljedičnog ćelijskog starenja (starenja). Ranije smo pokazali da određeni broj fitonutrijenata koji heliraju željezo, sadržani u mediteranskom tipu prehrane, mogu prodrijeti kroz biološke membrane i doći do unutrašnjosti ćelije [8,9,11,12]. Ovi agensi keliraju intracelularno labilno željezo (ne nužno s visokim afinitetom) i na taj način određuju njegovu distribuciju i, posljedično, lokacije oksidacije izazvane oksidativnim stresom. Prema predloženom mehanizmu, fitokemikalije dobijene ishranom moraju kombinovati sledeće karakteristike u svojoj strukturi kako bi mogle da zaštite ćelije u uslovima oksidativnog stresa: moraju biti sposobne (a) da prodru kroz ćelijske membrane; (b) da keliraju ćelijske labilno željezo; i (c) u slučaju interakcije vezanog gvožđa sa peroksidima (nepotpuno zauzimanje njegovih koordinacionih mesta), da se očisti formirani reaktivni radikal.

Sumirajući zaključke iz gornje prezentacije, mogu se dati sljedeće tvrdnje: (a) labilno željezo predstavlja glavni agens koji je odgovoran za proizvodnju visoko reaktivnih slobodnih radikala koji su u stanju oksidirati ćelijske sastojke u uvjetima oksidativnog stresa (b )oksidirane, a posebno prekomjerno oksidirane ćelijske komponente čine glavni dio lipofuscina koji se formira i akumulira unutar stanica pod ovim uvjetima, (c) iscrpljivanje intracelularnog labilnog željeza agensima za keliranje željeza sprječava oksidaciju ćelijskih komponenti, i( d) naša ishrana, a posebno ishrana mediteranskog tipa, sadrži mnoštvo jedinjenja koja su u stanju da moduliraju unutarćelijsku distribuciju gvožđa.

Uzimajući u obzir navedena razmatranja zajedno, razumno je očekivati ​​da identifikacija bioaktivnih nutritivnih jedinjenja sa zadatim svojstvima može omogućiti njihovu upotrebu kao farmakološki alat za konkretna zaštitna dejstva u uslovima povećanog oksidativnog stresa u ćelijama, tkivima i celim organizmima. Ovaj prijedlog bi mogao otvoriti nove puteve za razvoj strategija koje imaju za cilj usporavanje stope pojave i razvoja bolesti povezanih sa starenjem.

Ovaj članak je preuzet iz Antioxidants 2021, 10, 491. https://doi.org/10.3390/antiox10030491 https://www.mdpi.com/journal/antioxidants