INFLUENCE OF FUCOXANTHIN ON BIOCHEMICAL MARKERS OF AGEING, COGNITIVE STATUS AND LONGEVITY IN MICE
INFLUENCE OF FUCOXANTHIN ON BIOCHEMICAL MARKERS OF AGEING, COGNITIVE STATUS AND LONGEVITY IN MICE
Abstract
Ageing is a biological process accompanied by gradual deterioration of all functions and systems of the organism. Geroprotectors are substances capable of slowing down the processes of age-related involution of the organism and prolonging the period of active life. The search for geroprotectors is one of the important tasks of preventive medicine. Fucoxanthin (C42H58O6) is a pigment of brown microalgae (such as Phaeodactylum tricornutum) belonging to the class of carotenoids. Its antioxidant, antitumour, anti-inflammatory and antiproliferative effects have been described in the literature. The aim of the study was to identify the geroprotective properties of fucoxanthin in mice.
A preclinical in vivo study was conducted to examine the effect of fucoxanthin on biochemical indices, cognitive status and longevity of mice. Blood sampling was performed intracardiacly to study biochemical parameters. To evaluate the effect of fucoxanthin on cognitive status, the following cognitive ability tests were used: "Cross maze", "Open field with minks", "Open ground".
Fucoxanthin administration is accompanied by a decrease in the level of biochemical markers of ageing – lowering triglycerides, transaminases, glucose. There was a recovery of the lipid spectrum – an increase in the level of HDL. In all the cognitive assessment tests we conducted, the mice receiving fucoxanthin showed a lower level of anxiety and greater exploratory activity than mice of the control group. In the "Open ground" test, fucoxanthin promoted increased motor activity in mice. When assessing the life expectancy of mice of experimental and control groups, it was found that the life expectancy of mice receiving fucoxanthin was significantly higher.
Fucoxanthin can be regarded as a promising geroprotector, with the possibility of further use in clinical practice to increase life expectancy and prevent the development of age-related diseases.
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.