ВЛИЯНИЕ ФУКОКСАНТИНА НА БИОхимические МАРКЕРЫ СТАРЕНИЯ, КОГНИТИВНЫЙ СТАТУС И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ МЫШЕЙ
ВЛИЯНИЕ ФУКОКСАНТИНА НА БИОхимические МАРКЕРЫ СТАРЕНИЯ, КОГНИТИВНЫЙ СТАТУС И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ МЫШЕЙ
Аннотация
Старение – биологический процесс, сопровождающийся постепенным ухудшением всех функций и систем организма. Геропротекторы – это вещества, способные замедлять процессы возрастной инволюции организма и продлевать период активной жизни человека. Поиск геропротекторов является одной из важных задач профилактической медицины. Фукоксантин (C42H58O6) – это пигмент бурых микроводорослей (таких как Phaeodactylum tricornutum), относящийся к классу каротиноидов. В литературе описаны его антиоксидантные, противоопухолевые, противовоспалительные и антипролиферативные эффекты. Цель исследования – выявить геропротекторные свойства фукоксантина на мышах.
Было проведено доклиническое исследование in vivo, в котором изучалось влияние фукоксантина на биохимические показатели, когнитивный статус и продолжительность жизни мышей. Забор крови осуществлялся внутрисердечно для изучения биохимических показателей. Для оценки влияния фукоксантина на когнитивный статус использовали тесты на когнитивные способности: «Крестообразный лабиринт», «Открытое поле с норками», «Открытая площадка».
Прием фукоксантина сопровождается снижением уровня биохимических маркеров старения – понижение триглицеридов, трансаминаз, глюкозы. Произошло восстановление липидного спектра – повышение уровня ЛПВП. Во всех проводимых нами тестах на оценку когнитивных способностей мыши, получающие фукоксантин, продемонстрировали меньший уровень тревожности и большую исследовательскую активность, чем мыши контрольной группы. В тесте «Открытая площадка» фукоксантин способствовал повышению двигательной активности мышей. При оценке продолжительности жизни мышей опытной и контрольной групп, получено, что продолжительность жизни мышей, получавших фукоксантин, была достоверно выше.
Фукоксантин можно рассматривать как перспективный геропротектор, с возможностью дальнейшего использования в клинической практике для увеличения продолжительности жизни и предотвращения развития возраст-зависимых заболеваний.
1. Введение
Старение – биологический процесс, сопровождающийся постепенным ухудшением всех функций и систем организма. Старение – один из основных факторов, повышающих риск развития хронических заболеваний, таких как сахарный диабет II типа, ишемическая болезнь сердца, нейродегенеративные заболевания (болезни Альцгеймера и Паркинсона). Геропротекторы – это вещества, способные замедлять процессы возрастной инволюции организма и продлевать период активной жизни человека. Поиск геропротекторов является одной из важных задач профилактической медицины. По причине соизмеримости продолжительности жизней исследователя и исследуемого человека испытания потенциального геропротектора проводят на лабораторных животных , , , .
В настоящее время активно изучаются свойства фукоксантина. Фукоксантин (C42H58O6) – это пигмент бурых микроводорослей (таких как Phaeodactylum tricornutum), относящийся к классу каротиноидов. Пищевой фукоксантин метаболизируется в кишечнике, плазме и других тканях до различных метаболитов, включая фукоксантинол. В литературе описано антиоксидантное действие фукоксантина, обусловленное наличием в молекуле уникальной алленовой связи и кислородных функциональных групп и заключающееся в поглощении синглетного молекулярного кислорода и свободных радикалов. В дополнение к антиоксидантным свойствам, фукоксантин проявляет противоопухолевые, противовоспалительные и антипролиферативные эффекты. В исследованиях на мухах рода Drosophila выявлено положительное влияние на уровень экспрессии генов, плодовитость и продолжительность жизни. Изучение эффектов фукоксантина указывает на его возможные геропротекторные способности , , , .
Целью нашего исследования было выявить геропротекторные свойства фукоксантина. В данной статье представлены результаты влияния фукоксантина на биохимические маркеры старения, когнитивный статус и продолжительность жизни у аутбредных мышей линии ICR (CD-1).
2. Материалы и методы
Было проведено доклиническое исследование in vivo, в котором изучалось влияние фукоксантина на биохимические показатели (биохимический анализатор Chem Well 2910 (Combi, США)), когнитивный статус и продолжительность жизни мышей.
В эксперименте участвовала выборка из 60 мышей, включающая в себя 30 мышей опытной и 30 мышей контрольной группы. Мыши опытной группы начали получать фукоксантин в зрелом возрасте (10 месяцев). Они получали его в дозе 20 мг/кг массы тела в сутки перорально в поилке в свободном доступе в течение 8-ми месяцев. Забор крови осуществлялся внутрисердечно для изучения биохимических показателей. Кровь была подвергнута центрифугированию. Автоматическим лабораторным дозатором забирали плазму из пробирок с отцентрифугированной кровью и помещали в другие пробирки, которые в дальнейшем хранились в холодильнике.
Для оценки влияния фукоксантина на когнитивный статус использовали тесты на когнитивные способности: «Крестообразный лабиринт», «Открытое поле с норками», «Открытая площадка». Тесты «Крестообразный лабиринт» и «Открытое поле с норками» предназначены для изучения тревожности и исследовательской активности лабораторных животных. Тест «открытая площадка» используется для оценки двигательной активности испытуемых животных.
В ходе проведения теста «Крестообразный лабиринт» мыши были помещены в экспериментальную установку, состоящую из закрытых и открытых рукавов, соединенных перпендикулярно через открытую площадку в центре. Однотипные рукава располагались на противоположных сторонах лабиринта. Поведение мышей фиксировалось с помощью автоматической системы видеофиксации VideoTrackingSystem для подсчета посредством программного обеспечения ANY-maze времени нахождения животных в открытых и закрытых рукавах установки.
При проведении теста «Открытое поле с норками» мыши помещались на экспериментальную площадку с углублениями – «норками». Компьютерная программа фиксировала следующие параметры поведения:
1) количество заглядываний в норки;
2) количество склонений за пределы платформы;
3) количество актов груминга (эмоциональный статус);
4) количество актов дефекации (вегетативный статус).
Для оценки двигательной активности в тесте «Открытая площадка» животных каждой экспериментальной группы по одному помещали в камеру, дно которой было расчерчено на 16 квадратов. Четыре центральных квадрата были обозначены как центральная зона, остальные – зона периметра. Фиксировали следующие параметры поведения:
1) время в центральной зоне (с);
2) время в зоне периметра (с);
3) пройденная дистанция (м);
4) количество пересеченных квадратов;
5) средняя скорость (м/с);
6) макс. скорость (м/с).
Была проведена статистическая обработка данных с применением компьютерной программы GraphPad Prism (подсчет средних значений, среднеквадратического отклонения и t-критерия Стьюдента). Статистически значимые различия между средними величинами считались достаточными при p < 0,05.
3. Результаты и обсуждение
Для выявления влияния фукоксантина на маркеры старения у мышей изучены биохимические показатели сыворотки крови: триглицериды, билирубин, холестерин, глюкоза, АСТ, АЛТ, ЛПВП. В результате исследования получены следующие изменения в липидном обмене: у мышей опытной группы уровень триглицеридов, для которых характерно повышение с возрастом , был меньше, чем у контрольной группы. ЛПВП обладают антиатерогенной активностью, обусловленной способностью опосредовать обратный транспорт холестерина . Известно, что с возрастом уровень ЛПВП понижается . В нашей работе получено повышение этого показателя у опытной группы по сравнению с контролем. Старение вызывает изменения и в углеводном обмене, которые сопровождаются снижением толерантности к глюкозе, что приводит к повышению уровня глюкозы в крови . В проведенном нами исследовании уровень глюкозы в крови мышей, получавших фукоксантин, был ниже, чем в контрольной. Повышение в крови концентрации трансаминаз (АСТ, АЛТ) может быть связано с повреждением печени – цитолизом гепатоцитов . В опытной группе уровень трансаминаз был ниже, чем в контрольной (таблица 1). Мы не обнаружили существенного воздействия фукоксантина на концентрацию билирубина и холестерина. Увеличение уровня триглицеридов и снижение уровня трансаминаз крови получены при приеме мышами фукоксантина в исследовании А.П. Лыкова и соавт. . Таким образом, получено, что прием фукоксантина сопровождается снижением уровня биохимических маркеров старения – понижение триглицеридов, трансаминаз, глюкозы. Произошло восстановление липидного спектра – повышение уровня ЛПВП.
Таблица 1 - Изменение биохимических маркеров старения под влиянием фукоксантина
Показатели | Контрольная группа | Опытная группа | Отличия в %, достоверность |
Триглицериды, ммоль/л | 1,19±0,03 | 0,8±0,04 | -48,75% *** |
Билирубин общий, мкмоль/л | 10,29±0,22 | 10,81±0,39 | +5,05% |
Холестерин, ммоль/л | 2,47±0,04 | 2,4±0,05 | -2,92% |
Глюкоза, ммоль/л | 8,87±0,18 | 7,04±0,13 | -25,99% *** |
АСТ, Е/л | 107,5±2,49 | 83,4±2,5 | -28,9% *** |
АЛТ, Е/л | 82,9±2,31 | 62,3±1,66 | -33,07% *** |
ЛПВП, ммоль/л | 1,43±0,04 | 1,93±0,03 | +34,97% *** |
Примечание: статистическая значимость * — p<0,05, ** — p<0,01, *** — p<0,001
Такие тесты на оценку когнитивных способностей, как «Крестообразный лабиринт» и «Открытая площадка», основаны на естественной склонности грызунов приближаться к потенциально опасной ситуации и избегать ее. Грызуны обычно избегают открытых пространств, которые считаются опасными, и вместо этого, как правило, остаются в закрытых территориях в течение длительного времени. Активное исследование открытых пространств обычно интерпретируется как низкий уровень тревожности , . Старение сопровождается увеличением уровня тревожности и повышением эмоциональной лабильности , , . По этой причине пожилые мыши в большей степени склонны к нахождению в темных пространствах по сравнению с мышами молодого возраста. В нашем исследовании в тесте «Крестообразный лабиринт» мыши, которые получали фукоксантин, большее время проводили в открытом рукаве по сравнению с мышами контрольной группы (рисунок 1). Таким образом, мыши, получающие фукоксантин, продемонстрировали меньший уровень тревожности и большую исследовательскую активность, чем мыши контрольной группы.
Рисунок 1 - Тест «Крестообразный лабиринт»
Примечание: статистическая значимость * — p<0,05, ** — p<0,01, *** — p<0,001
Рисунок 2 - Тест «Открытая площадка»
Примечание: статистическая значимость * — p<0,05, ** — p<0,01, *** — p<0,001
Рисунок 3 - Тест «Открытое поле с норками»
Примечание: статистическая значимость * — p<0,05, ** — p<0,01, *** — p<0,001
Рисунок 4 - Влияние фукоксантина на продолжительность жизни мышей
4. Заключение
Таким образом, фукоксантин можно рассматривать как перспективный геропротектор, с возможностью дальнейшего использования в клинической практике для увеличения продолжительности жизни и предотвращения развития возраст-зависимых заболеваний.