تضمين المركبات النشطة بيولوجيًا المستخلبة من الحديد الغذائي في الآليات الجزيئية لشيخوخة الخلايا الناتجة عن الإجهاد التأكسدي ، الجزء 2

الرجاء التواصلoscar.xiao@wecistanche.comللمزيد من المعلومات

3.2 شيخوخة الخلايا

الشيخوخة الخلوية هي واحدة من العلامات الشائعة لشيخوخة الكائن الحي. إن السمة الأبرز لهذه العملية الخلوية الأساسية هي التوقف الدائم لدورة الخلية ، والذي يصاحبه التراكم داخل الخلايا للجزيئات الكبيرة التالفة ، بالإضافة إلى النمط الظاهري الإفرازي والتمثيل الغذائي المتغير [55،56]. تم التعرف على نوعين من الشيخوخة الخلوية في خلايا الثدييات. يشار إلى هذه باسم "الشيخوخة التكاثرية" و "الشيخوخة الخلوية الناجمة عن الإجهاد" [56]. يحدث الأول عادةً بعد عدد معين من الانقسامات في أنواع مختلفة من الخلايا. تم وصفه منذ عدة عقود في الخلايا الليفية البشرية المستزرعة [57]. عُزيت هذه الظاهرة لاحقًا إلى استنزاف التيلومير ، وهو التقصير التدريجي للنهايات الخطية للكروموسومات عند كل تكرار للحمض النووي [58]. من ناحية أخرى ، فإن الشيخوخة الخلوية التي يسببها الإجهاد مستقلة إلى حد كبير عن طول التيلومير وتمثل استجابة حادة للعديد من الضغوطات بما في ذلك الإجهاد التأكسدي ، والإجهاد السمي الجيني ، وتدهور الميتوكوندريا ، ونقص الأكسجة ، والحرمان من المغذيات ، والتنشيط الشاذ للجينات الورمية|56 ، { {8}}. ومن المثير للاهتمام أن الإجهاد التأكسدي هو القاسم المشترك لجميع هذه الحالات لأنه قد يكون متورطًا في جميع الإشارات المسببة للتوتر المذكورة أعلاه [62-65].

لا شك أن الشيخوخة الخلوية مرتبطة بشيخوخة الكائن الحي [55،56].فوائد cynomorium ،ومع ذلك ، فإن الخلايا الشائخة لا يتم اكتشافها حصريًا في أنسجة الشيخوخة ؛ يمكن اكتشافها في أي مرحلة من مراحل الحياة وقد تلعب أدوارًا مفيدة في مجموعة واسعة من العمليات الفسيولوجية والمرضية للإنسان بما في ذلك التطور الجنيني والتئام الجروح وقمع الورم [56 ، 61]. ومع ذلك ، فإن التراكم المطرد للخلايا الشائخة مع تقدم العمر له آثار ضارة وقد تم ربطه بالأمراض والمراضة المرتبطة بالشيخوخة [56،59 ، 66-69].

الرجاء الضغط هنا لمعرفة المزيد

فيما يتعلق بالمورفولوجيا ، تظهر الخلايا الشائخة علامات شائعة بما في ذلك أجسام الخلايا المتضخمة والمسطحة وغير المنتظمة. تركيبة متغيرة لغشاء البلازما. فقدان التكثيف النووي ؛ وزيادة المحتوى الليزوزومي من بيتا جالاكتوزيداز المرتبط بالشيخوخة (SA - - غال) J70،71]. كما أنها تظهر تغيرات دراماتيكية في ملفها الإفرازي ، وتظهر زيادة في التعبير وإفراز السيتوكينات والكيموكينات المؤيدة للالتهابات ، وعوامل النمو ، ومكونات المصفوفة خارج الخلية (البروتينات المعدنية المصفوفة ، والبروتياز السيرين) ، و ROS [59]. كل هذه التغييرات مصحوبة أيضًا بالتراكم التدريجي داخل الخلايا "لمواد النفايات" البيولوجية غير القابلة للتحلل والتي تسمى تقليديًا "ليبوفوسسين" أو "سيرويد" أو حتى "صبغة العمر" [72-74].

تصف الأقسام اللاحقة الجوانب الميكانيكية لتكوين الليبوفوسين وتقترح الوسائل الممكنة لإعاقة أو منع تراكمه.

3.3 تشكيل وتراكم الليبوفوسين في الخلايا الشائخة

الصباغ المعروف اليوم باسم "ليبوفوسين" تم اكتشافه ونشره في عام 1842 من قبل عالم الأنسجة الهولندي هانوفر [75]. تم استخدام مصطلح lipofuscin في البداية من قبل Borst في محاضراته ولكن تم نشره لأول مرة بواسطة Hueck في عام 1912 [76،77]. الاسم مشتق من الكلمة اليونانية ليبو (التي تعني الدهون) والكلمة اللاتينية fuscus (التي تعني الظلام أو الداكن). يُعد تكوين وتراكم الليبوفوسين تغيرات مميزة ذات مظاهر عامة في الخلايا الشائخة [78-80] وتكون أكثر عمقًا في الخلايا طويلة العمر التالية للتضخم ، مثل الخلايا العصبية وخلايا عضلة القلب وخلايا العضلات الهيكلية وخلايا صبغة الشبكية الظهارية (RPE) [ 74،81]. تستمر هذه الخلايا في العيش بشكل طبيعي لفترة طويلة بعد توقف تكاثرها ، لكنها تتراكم تدريجياً كميات متزايدة من الليبوفوسين التي لا يمكن تحللها أو طردها.

يمكن للسيستانش مكافحة الشيخوخة

باستخدام تقنيات مختلفة للكشف عن الخلايا الشائخة ، لوحظ أن معدل تراكم الليبوفوسسين في أنواع مماثلة من الخلايا ما بعد الانقسام لكائنات مختلفة يرتبط عكسياً بعمرها [82]. على وجه الخصوص ، كان المعدل سريعًا في الأنواع قصيرة العمر وبطيئًا في الأنواع طويلة العمر ، مما يشير إلى أن تراكم الليبوفوسين له على الأرجح تأثيرات ضارة على الوظائف الخلوية ويرتبط بتقصير عمر الكائن الحي [80،83،84] . على الرغم من الأهمية الكبيرة لهذه العلاقة ، فإن الآليات البيوكيميائية الدقيقة الكامنة وراء تراكم الدهون ، وكذلك تأثيرها على الوظائف الخلوية ، لا تزال غير مفهومة جيدًا.

تم العثور على Lipofuscin بشكل أساسي داخل الجسيمات الحالة ولكن أيضًا بكميات أقل في العصارة الخلوية للخلايا المسنة [85 ، 86]. يعرض طيفًا واسعًا من التألق التلقائي بلون أصفر-بني [80،87] ، لكن هيكله وتكوينه لا يزالان محددين بشكل سيئ. على الرغم من اختلاف تركيبها باختلاف أنواع الخلايا ، فقد ثبت أنها تتكون أساسًا من البروتينات والدهون المؤكسدة (مثل الدهون الثلاثية والأحماض الدهنية الحرة والكوليسترول والبروتينات الدهنية) وعدد قليل من الكربوهيدرات وشظايا النوكليوتيدات المرتبطة ببعضها البعض عن طريق الروابط التساهمية بمختلف أنواعها [84].صفير الصحراءيمثل ارتباط الحديد على سطحه أيضًا خاصية شائعة في الليبوفوسين [88،89].

على الرغم من أن التأثيرات النهائية لتراكم الليبوفوسين على الوظائف الخلوية لا تزال غير واضحة ، فقد ثبت أنه يمكن أن يثبط أنشطة كل من أنظمة تحلل البروتينات الدهنية والليزوزومية. علاوة على ذلك ، هناك دليل تجريبي يُظهر أنه يمكن أن يحفز تكوين مزيد من الجذور الحرة التفاعلية من خلال أيونات الحديد النشطة الأكسدة والاختزال (الحديد القابل للتغير) الملتصقة بسطحه [89].

3.4.ليبوفوسين كمادة مفرطة الأكسدة في الخلايا المعرضة للإجهاد التأكسدي

نظرًا لأن الليبوفوسسين يشتمل على ركام شديد التأكسد يتكون أساسًا من بروتينات ودهون متصالبة تساهميًا|90] ، فمن المنطقي افتراض أن الحديد القابل للتغير - قادر على تحفيز توليد الجذور الحرة شديدة التفاعل - متورط في مسارات تكوينه [91]. أظهرت الأدلة المستمدة بشكل أساسي من الأنظمة التجريبية أن تعرض الخلايا لمستويات متزايدة من الإجهاد التأكسدي يؤدي دائمًا إلى تطوير نمط ظاهري قوي عبر أنواع مختلفة من الخلايا ، مع التسارع الموازي للتكوين داخل الخلايا وتراكم المواد الشبيهة بالدهون. [87،89،92،93]. يوضح الشكل 2 الخطوات المتتالية المميزة التي تؤدي إلى تكوين الدهون.

كما نوقش أعلاه ، فإن وجود الحديد القابل للشفاء مطلوب لتوليد ROS شديد التفاعل (درجة H O و RO *) ، وهو المسؤول عن الأكسدة والأكسدة المفرطة للجزيئات الخلوية الكبيرة (الشكل 2 أ ، ب). علاوة على ذلك ، يمكن للجزيئات الكبيرة المعدلة الأكسدة أن تمنع تدهور البروتين وأنظمة إصلاح الخلايا ، مما يسهل الدورات غير المجدية لزيادة معدلات الأكسدة (الشكل 2 ج). يؤدي التراكم التدريجي للمكونات الخلوية المؤكسدة وغير القابلة للتحلل في الخلايا إلى تكوين ليبوفوسسين (الشكل 2 د) ، والذي يُقترح للمساهمة في عملية شيخوخة الخلية (الشكل 2E).

الشكل 2. تمثيل تخطيطي للخطوات المتسلسلة التي تؤدي إلى تكوين الليبوفوسين والمساهمة في شيخوخة الخلايا. لاحظ أن Fe2 plus مطلوب لتوليد ROS عالي التفاعل (H O و RO) ، وهما المسؤولان عن الأكسدة والأكسدة المفرطة للجزيئات الخلوية الكبيرة (A ، B). يمكن للجزيئات الكبيرة المؤكسدة بشكل مفرط أن تمنع أنظمة الإصلاح الخلوية (خاصة البروتيازوم 20S) ، مما يسهل الدورات غير المجدية من معدلات الأكسدة المتزايدة تدريجياً (C). تتراكم المكونات الخلوية غير القابلة للتحلل والمعدلة بالأكسدة تدريجياً في الخلايا كمجموعات مترابطة تساهميًا في شكل ليبوفوسسين (D) ، وهي حقيقة مقترحة للتأثير على عملية شيخوخة الخلية (E). تشير رؤوس الأسهم والرؤوس المسطحة إلى تحريض وتثبيط العمليات ، على التوالي.طريقة استخراج الفلافونويد pdfومن المثير للاهتمام ، مرزابادي وآخرون. [94] لاحظ أن تراكم الليبوفوسسين تم منعه في الخلايا المستنفدة للحديد عن طريق استخدام عقار ديسفريوكسامين المخلب للحديد ، مما يشير إلى أن تكوين ليبوفوسسين يتطلب جذرًا حرًا شديد التفاعل مثل درجة H O ودرجة RO (الشكل 2). من الواضح أن هذه الجذور التفاعلية يمكن أن تبدأ تفاعلات متسلسلة تؤدي إلى نواتج تحلل بيروكسيد الدهون ، مما يؤدي إلى تكوين ارتباط متقاطع غير قابل للتحلل وغير محدد للمكونات الخلوية.

مجتمعة ، تشير النتائج المذكورة أعلاه إلى أن التوازن الحساس بين مستوى البيروكسيد داخل الخلايا والحديد القابل للتغير المتاح يحدد إثارة مجموعة متنوعة من التأثيرات السامة التي تنتهي بتراكم الليبوفوسسين ، وكذلك تحريض الشيخوخة الخلوية وموت الخلايا عن طريق موت الخلايا المبرمج. أو نخر [29،95].

يمكن أيضًا تحريض الشيخوخة الخلوية بواسطة البيروكسيدات من خلال مسارات مختلفة. على سبيل المثال ، قد تحفز المعدلات المتوسطة للخلايا H ، O ، مباشرة تنشيط كينازات MAP محددة ونقل إشارات الشيخوخة ، والتي تؤدي إلى تنشيط محور p16INK4aINK4A وتؤدي إلى تحريض شيخوخة الخلية [64،65،92 ، 96]. من ناحية أخرى ، فإن التركيزات الأعلى من H O ، كما هو الحال في المناطق الملتهبة بشدة والتي تجذب البلعمات المنشطة ، يمكن أن تحفز الأكسدة المباشرة المحفزة بالحديد على الحمض النووي التي تؤدي لاحقًا إلى مسارات إشارات الشيخوخة. في كلتا الحالتين ، يمثل التكوين المتوازي وتراكم الجزيئات الكلية الخلوية المعدلة مؤكسدًا نتائج واضحة. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن مسألة ما إذا كان تراكم الليبوفوسين يمثل عاملاً مسببًا للشيخوخة الخلوية أو أنه نتيجة لذلك يظل سؤالًا مركزيًا ولكنه غير محكم.

3.5 توازن الحديد داخل الخلايا وتكوين الليبوفوسين

كما نوقش أعلاه ، يعد الحديد عنصرًا أساسيًا للخلايا والكائنات الحية لأنه يشارك في تفاعلات كيميائية حيوية متنوعة تدعم الوظائف الأساسية مثل نقل الأكسجين ، والتنفس الخلوي ، وتخليق وإصلاح الحمض النووي. ومع ذلك ، يمكن أن يشارك الحديد أيضًا في التفاعلات التي تؤدي إلى توليد الجذور الحرة الضارة ، والمعروفة باسم تفاعلات من نوع فنتون. من أجل تقليل سمية الحديد ، طورت الثدييات آليات معقدة تنظم توافره. على الرغم من ذلك ، يوجد دائمًا جزء صغير ومُعدَّل بدقة من الحديد النشط الأكسدة والاختزال يُشار إليه عادةً باسم "الحديد المتغير" ، ويُفترض أنه يمثل حركة الحديد الفعلية بين حجرات الخلايا المختلفة [6،38]. وبالتالي ، يمثل الحديد القابل للتغير معلمة خلية ديناميكية يمكنها الاستجابة لمجموعة متنوعة من المحفزات من خلال تغيير مستواها ، بهدف تحقيق التوازن بين الوقاية من تلف الخلايا ومتطلبات الخلية المضمونة.

في ظروف التركيزات المرتفعة مؤقتًا من البيروكسيدات (تسمى تقليديًا الإجهاد التأكسدي) ، يمكن للحديد المتغير التوسط في الأحداث التالية: (أ) بدء وانتشار تفاعلات سلسلة بيروكسيد الدهون ، (ب) أكسدة البروتين والربط المتبادل ، (ج) تحريض تلف الحمض النووي مثل الفواصل المفردة والمزدوجة ، و (د) إطلاق مجموعة متنوعة من مسارات إشارات الأكسدة والاختزال المعقدة [10،29،43]. كل هذه التأثيرات المحفزة بالحديد يمكن أن تؤدي إلى شيخوخة خلوية مصحوبة بتكوين وتراكم الليبوفوسين.

تجدر الإشارة هنا إلى أننا أثبتنا بالفعل في سلسلة من المنشورات منع H2O 2- من تلف الحمض النووي واستماتة الخلايا التي تحتوي على مستويات مستنفدة من حديد la-bile باستخدام مجموعة متنوعة من عوامل مخلبية الحديد [11 ، 29،42،43،97]. في هذه التحقيقات ، استخدمنا نظامًا تجريبيًا قائمًا على ثقافة الخلايا المختبرية حيث تعرضت أنواع مختلفة من الخلايا البشرية للإجهاد التأكسدي في شكل H و O وتم تقدير الضرر في الحمض النووي بشكل كمي باستخدام مقايسة المذنب ، طريقة حساسة تكشف عن تشكيل كسر الحمض النووي أحادي الخيط في الخلايا الفردية. من المثير للاهتمام ، أن الحضانة المسبقة للخلايا بسلسلة من مضادات الأكسدة القوية المعروفة مثل حمض الأسكوربيك ، و o -tocopherol ، و Trolox ، و N-acetylcysteine ​​، و o -lipoic acid قبل التعرض لـ H ، O ، لم تقدم أي حماية [7 ]. نظرًا لأن قدرة هذه العوامل على مكافحة الجذور الحرة قد تم تحديدها في العديد من الدراسات المخبرية ، فقد نُسبت النتائج السلبية المذكورة أعلاه إلى عدم قدرة هذه العوامل على تنظيف الجذور الحرة التفاعلية المتولدة داخل الخلايا بشكل فعال.

قد تكون المعلمة المهمة للربط المتقاطع المحفز بالحديد تسهيل الارتباط التساهمي لمكونات الخلايا القابلة للذوبان المؤكسدة بالأغشية البيولوجية. مثل هذا الحدث يجب أن يعيق إفراز المواد المرتبطة بالغشاء ، مما يؤدي إلى تراكمها الدائم داخل الخلايا. من المعقول التكهن بأن الأغشية الليزوزومية يجب أن تكون أهدافًا أساسية في هذه الحالة نظرًا لقربها من موقع تكوين الليبوفوسين. في الواقع ، غالبًا ما تم اكتشاف مادة الليبوفوسين داخل الخلايا التي تحتضنها قطع الغشاء الليزوزومي [98].

نظرًا لأهمية الحديد المتغير المتاح لتكوين وتراكم الليبوفوسين ، يبدو أن تنظيم توازنه داخل الخلايا له أهمية قصوى فيما يتعلق بعملية الشيخوخة. إن تقدير توافر الحديد القابل للتغير كعامل محوري يحدد الأكسدة والأكسدة المفرطة لمكونات الخلية وتراكم الليبوفوسين في الخلايا قد يفتح الطريق لتطوير استراتيجيات جديدة ، تهدف إلى التدخل في الساعة البيولوجية وتعديلها. عملية الشيخوخة.

3.6 تعطيل أنظمة الإصلاح بواسطة مكونات الخلايا المفرطة الأكسدة

تختلف استراتيجيات الخلايا لإصلاح مكونات الخلايا المؤكسدة المختلفة على نطاق واسع ، اعتمادًا على طبيعة المكونات المحددة. على سبيل المثال ، تتم إزالة نيوكليوتيدات الدنا المؤكسدة واستبدالها بأخرى طبيعية من خلال عملية تسمى "إصلاح استئصال النوكليوتيدات ، بينما تتحلل البروتينات المؤكسدة إلى أحماض أمينية مفردة يمكن إعادة استخدامها بعد ذلك لتخليق بروتين جديد.

هناك العديد من أنظمة تحلل البروتين المختلفة: في الخلايا ، توجد إنزيمات الليزوزومات ؛ في العصارة الخلوية ، هناك بروتيازومات و calpains. في مصفوفة الميتوكوندريا ، يوجد Lon proteases (البروتياز المعتمد على ATP) ؛ وفي غشاء الميتوكوندريا يوجد البروتياز الثلاثي أ [78 ، 98-100]. علاوة على ذلك ، بالإضافة إلى البروتينات المعدلة أكسدة ، يمكن للجسيمات أيضًا أن تمتص وتتحلل حتى العضيات المتضررة بشدة مثل الميتوكوندريا أو جزء من السيتوبلازم في عمليات تسمى الالتهام الذاتي بوساطة المرافق ، والالتهام الذاتي الكلي ، والالتهام الذاتي الجزئي [82،101].

على الرغم من حقيقة أن معظم الجزيئات الحيوية والعضيات المعدلة أكسدة يمكن إصلاحها بكفاءة أو تدهورها بواسطة الخلايا ، فقد لوحظ أن بعضها يتراكم مع تقدم العمر ، مما يشير إلى عدم كفاية آليات الدوران الخلوي.مركبات الفلافونويدلقد ثبت أن مكونات الخلايا المؤكسدة بالفعل يمكن أن تخضع لمزيد من التعديلات المؤكسدة ، مما يؤدي إلى تكوين منتجات لا تستطيع أنظمة تحلل الخلايا مواجهتها [34،84]. يمكن أن يؤدي تراكم مثل هذه التكتلات غير القابلة للتحلل ، بدوره ، إلى إعاقة وظائف أنظمة التدهور ، وبالتالي تفاقم الآثار ويؤدي إلى حلقة مفرغة ، كما هو موضح تخطيطيًا في الشكل 2.

في حالات ظروف الإجهاد التأكسدي المتزايدة وطويلة الأمد ، يمكن أن تصل قدرة إصلاح الخلايا بشكل عام وقدرة تحلل البروتين ، على وجه الخصوص ، إلى مستويات التشبع ، مما يؤدي إلى استمرار وجود المكونات المؤكسدة. يزيد هذا الموقف من احتمال زيادة أكسدة المكونات المؤكسدة بالفعل وتشكيل تعديلات مؤكسدة إضافية وأكثر عمقًا ، بما في ذلك تكوينات الرابطة التساهمية داخل الجزيئات وبين الجزيئات. يتجاوز التعقيد الكلي للتركيبات الكيميائية المتكونة قدرة التحلل للأنظمة التحلل البروتينية الخلوية (خاصة البروتيازوم 20S) ، مما يؤدي إلى التراكم التدريجي لمواد "القمامة" غير المؤكسدة غير القابلة للتحلل داخل الخلايا ، وبشكل أساسي في الجسيمات الحالة [82،102].

إذا أخذنا معًا ، فإن تراكم المواد المفرطة الأكسدة داخل الخلايا يزيد من احتمال زيادة أكسدة مكونات الخلايا المؤكسدة بالفعل بمرور الوقت ، مما يسهل بدء حلقة مفرغة من الأكسدة والأكسدة الزائدة والتراكم ؛ كل هذا يؤدي في النهاية إلى ضعف تدريجي في الوظائف الخلوية ، كما هو واضح في الشيخوخة والشيخوخة.

3.7 الجسيمات الحالة كمواقع رئيسية لتكوين الليبوفوسين

كنتيجة للتدهور الذاتي في البلعمة ، فإن الحجرة الليزوزومية غنية جدًا بالحديد القابل للتغير نظرًا لأن العديد من الجزيئات والعضيات ذاتية البلعمة تحتوي على الحديد. إن الوجود المشترك للحديد النشط الأكسدة والاختزال وانخفاض درجة الحموضة في الجسيمات يسهل تكوين الجذور شديدة التفاعل من البيروكسيدات غير التفاعلية نسبيًا عبر تفاعل فنتون. لذلك ، فإن هذه العضية حساسة للغاية للإجهاد التأكسدي الخفيف الذي تتعرض له الخلايا بشكل طبيعي أثناء التقلب العابر للحالة المستقرة داخل الخلايا H ، O. تحفز HO المتولدة على الفور أكسدة متسلسلة للمكونات الليزوزومية ، مثل البروتينات ودهون الغشاء ، مما يؤدي إلى تكوين مواد شبيهة بالدهون والتي ثبت بالفعل أنها تتراكم في الجسيمات الحالة.

في حالات ظروف الإجهاد التأكسدي الشديدة وطويلة الأمد ، يؤدي الوجود المتزامن لـ H2O2 والحديد القابل للتغير إلى مزيد من الأكسدة فوق الجزيئات الحيوية المؤكسدة بالفعل من au to-phagocytosed ، مما يؤدي إلى منتجات مؤكسدة بشكل مفرط والتي ترتبط بشكل متقاطع مع روابط تساهمية متعددة .يستخدم هسبريدينهذه المادة ، بالإضافة إلى كونها مقاومة للتحلل ، يمكن أن تمنع أنظمة إصلاح الخلايا ، كما ثبت في البروتيازومات [85102]. هذا الاقتراح مدعوم بقوة بالملاحظة التي مفادها أن الجمع بين الإجهاد التأكسدي وتثبيط البروتياز الليزوزومي يؤخر تحلل الجزيئات الكبيرة البلعمية تلقائيًا ويوفر مزيدًا من الوقت لأكسدتها ، مما يسرع بشكل كبير من تكوين الدهون في الخلايا المستنبتة [7]. يمكن أن ينشأ Lipofuscin نفسه من أنواع مختلفة من المواد ذاتية البلعم أو غير المتجانسة. في العديد من الخلايا ، وخاصة في الخلايا الهوائية للغاية مثل الخلايا العضلية القلبية والخلايا العصبية ، تشكل الميتوكوندريا ذاتية البلعمة الجزء الأكبر من المادة داخل الليزوزومات غير القابلة للتحلل. يمثل الدليل القوي على أصل الميتوكوندريا لجزء كبير من جسم الليبوفوسسين ملاحظة أن الوحدات الفرعية سينسيز ATP الوفيرة موجودة في الخلايا المحملة بالدهون [103]. ومع ذلك ، في الخلايا الكاسحة المحترفة ذات البلعمة النشطة مثل البلاعم ، والخلايا الدبقية الصغيرة ، والخلايا الظهارية الصباغية للشبكية ، يمكن أيضًا اشتقاق جزء كبير من محتوياتها الدهنية.

3.8 كشف الخلايا الشائخة

يعتبر التعرف على الخلايا الشائخة مسألة مهمة نظرًا للأدلة المتزايدة على دور الشيخوخة في أمراض الإنسان [56104]. علاوة على ذلك ، فإن مجال العلاج الكيميائي سريع التوسع يتطلب الكشف الدقيق عن الخلايا الشائخة [105]. يتم عرض علامات مختلفة تكشف عن مستشعرات الشيخوخة الخلوية في الجدول 1. وقد أشارت النتائج الحديثة إلى تأثير الشيخوخة في COVID -19 ، مما يبرر تطبيق العلاجات الكيميائية لعلاج أو الوقاية من مرضى COVID -19 [106.

يمكن الكشف عن تراكم الليبوفوسين المتشكل حديثًا وتحديد كميته باستخدام الفحص المجهري للإلكترون ومتحد البؤر والفلوري ، بالإضافة إلى قياس التدفق الخلوي [108109]. علاوة على ذلك ، يمكن اكتشاف الليبوفوسسين على أساس تألقه الذاتي بالاشتراك مع عدد من التقنيات الكيميائية النسيجية والكيميائية الخلوية [68،87،110،111]. على وجه الخصوص ، GL13 ، نظير كيميائي سوداني Black-B (SBB) المكوَّن بيولوجيًا والمتوفر تجاريًا باسم "SenTraGorTM" ، يتفاعل مع الليبوفوسين ويسمح بالتعرف الدقيق على الخلايا الشائخة في المختبر وخارج الجسم الحي من خلال تطبيق طريقة الكشف عن طريق الأجسام المضادة [ 56107110]. باستخدام هذا الاختبار ، يمكن أيضًا تحقيق التحديد الكمي لمستويات الدهون القابلة للذوبان أو المستخرجة في طاف ثقافة الخلية ، وسوائل الجسم ، ومتجانسات الأنسجة [112]. يتم عرض تسلسل الأحداث التي تؤدي إلى تراكم الدهون أثناء الشيخوخة وتفاعلها مع ليبوفوسسين بشكل تخطيطي في الشكل 3 أ. يتم عرض الصور التمثيلية لخلايا Li-Fraumeni-p21WAF1 / Cip1 Tet-OFF و ON (الشيخوخة) ، الملطخة بـ SenlraGor ، في الشكل 3B. تظهر إشارة حشوية بنية قوية في الخلايا الشائخة (الصورة اليمنى) ، بينما لا توجد خلايا مستحثة سلبية (الصورة اليسرى).

قد يسمح تطوير التطبيقات العلاجية القائمة على تقنية النانو بالاستهداف الدقيق للخلايا الشائخة [113-115]. لا يزال رسم خرائط الخلايا الشائخة في الجسم الحي يمثل تحديًا كبيرًا. في هذا السياق ، قد يتم إثراء مركب GL13 الجديد من خلال دمج النقاط الكمومية أو غيرها من ناقلات النانو المناسبة والهيكل المحب للماء لتغليف النظام بأكمله ، مما يجعل GL13 مرشحًا واعدًا للتصوير الجزيئي في الجسم الحي [114].

الشكل 3 (أ) يتفاعل SenTraGorTM على وجه التحديد ضد الليبوفوسين ، المنتج الثانوي غير القابل للتحلل للشيخوخة الخلوية ، مما يسمح بالتعرف الدقيق على الخلايا الشائخة في المختبر وخارج الجسم الحي من خلال تطبيق طريقة كشف عن طريق الأجسام المضادة. (ب) تلطيخ SenTraGor على Li-Fraumeni-p21WAF1 / Cip1 Tet-OFF (الصورة اليسرى) وخلايا ON (الصورة اليمنى) ؛ التكبير الأصلي: × 200. 4. المركبات الغذائية النشطة بيولوجيا والإجهاد التأكسدي

ربطت العديد من الدراسات الوبائية التي أجريت بشكل رئيسي خلال النصف الثاني من القرن الماضي بين النظام الغذائي التقليدي للبحر الأبيض المتوسط ​​(النظام الغذائي الذي كان سائدًا على الشواطئ الشمالية لحوض البحر الأبيض المتوسط) مع انخفاض حالات الإصابة ببعض الأمراض المزمنة وتقليل مخاطر المراضة والوفيات [{{0) }}]. ومن ثم ، فقد تم بذل جهود بحثية مكثفة لتحديد عوامل الحمية المتوسطية القادرة على منع أو تخفيف الآثار الضارة للإجهاد التأكسدي وتحديد طريقة عملها الجزيئي.

4.1 المركبات النشطة بيولوجيًا الغذائية: مضادات الأكسدة الكاسحة للجذور الحرة أم المستخلابات الضعيفة للحديد؟

يتميز النظام الغذائي المتوسطي التقليدي باستهلاك مرتفع لزيت الزيتون والأغذية النباتية مثل الفواكه والخضروات والحبوب غير المكررة والبقوليات. الاستهلاك المعتدل للأسماك ومنتجات الألبان والنبيذ ؛ وانخفاض استهلاك منتجات اللحوم [119]. كثيرًا ما تُعزى فوائده الصحية إلى الكميات الكبيرة من مضادات الأكسدة من نوع زبال الجذور الحرة ، والتي توجد بشكل كبير في الأطعمة النموذجية لهذا النظام الغذائي. كان يُفترض عمومًا أن مثل هذه العناصر الكاسحة للجذور الحرة يمكنها التفاعل مع الجذور الحرة وتحييدها ، وبالتالي مكافحة الأكسدة في الجسم وبالتالي تأخير أو حتى منع حدوث العديد من الأمراض المزمنة ، بما في ذلك عملية الشيخوخة [120-123].

ومع ذلك ، فشلت نتائج أكبر التجارب السريرية لمكملات مضادات الأكسدة التي أجريت حتى الآن في إظهار حماية كبيرة ضد تطور الأمراض المزمنة [124-137]. علاوة على ذلك ، أثيرت مخاوف بشأن سلامة مكملات الجرعات العالية من مضادات الأكسدة لأنه لوحظ وجود روابط مع المخاطر الصحية في بعض الحالات [138،139]. يمكن تفسير هذا الفشل من خلال حقيقة أن الجذور الحرة مثل درجة HO ودرجة التناضح العكسي هي شديدة التفاعل ، على الفور وغير محددة مهاجمة وتؤكسد كل مجموعة كيميائية موجودة في المنطقة المجاورة لتوليدها [140]. وهكذا ، عندما تتولد داخل الخلايا ، فمن المستحيل عمليا لأي زبال جذري حر مشتق من الخارج أن يحيدها. يجب التأكيد هنا على أن الفرصة الوحيدة لحماية مكونات الخلية من الأكسدة والتلف في ظل ظروف الإجهاد التأكسدي هي منع توليد مثل هذه الجذور الحرة شديدة التفاعل. يمكن أن تتمثل الإستراتيجية الأخرى الممكنة لتجنب أكسدة الجزيئات الحيوية الكبيرة مثل الحمض النووي والبروتينات في مثل هذه الظروف في التلاعب بموقع تكوينها باستخدام عوامل مخلبية للحديد. كما نوقش أدناه ، يحتوي النظام الغذائي بشكل عام ونظام البحر الأبيض المتوسط ​​، على وجه الخصوص ، على عدد كبير من مخلبات الحديد الضعيفة ، (الشكل 4) التي ، عندما تكون قادرة على المرور عبر غشاء الخلية ، يمكنها فصل الحديد ضعيف الارتباط من الجزيئات الكبيرة المهمة ، وبالتالي حمايتهم من الأكسدة غير المرغوب فيها بغض النظر عما إذا كانت تمنع تفاعل فنتون أم لا

الشكل 4. عرض تخطيطي يشير إلى أن الأطعمة المشتقة من النباتات في حمية البحر الأبيض المتوسط ​​تحتوي على كميات متزايدة من المركبات المرتبطة بالحديد القادرة على تخليب الحديد القابل للتغير داخل الخلايا ومنع إنتاج جذور حرة شديدة التفاعل تكون مسؤولة عن الأكسدة غير المنظمة لمكونات الخلية. تحتوي الأطعمة النموذجية لنظام البحر الأبيض المتوسط ​​الغذائي على العديد من المركبات ، بما في ذلك الكحوليات الفينولية ، والأحماض الفينولية ، والفلافونويد ، والتي تم اقتراحها مرارًا وتكرارًا لتعمل كمضادات أكسدة لإزالة الجذور الحرة. تم فحص عدد من هذه المركبات من قبل مجموعتنا البحثية ، ولاحظنا وجود علاقة قوية بين القدرة الوقائية لكل مركب وقدرته على تخليب الحديد المتقطع داخل الخلايا ولكن ليس مع قدرتها على نقب الجذور الحرة في المختبر [8،9 ، 12]. خاصية إضافية ضرورية لهذه المركبات التي كانت مطلوبة لممارسة قدرتها على الحماية ، وهي قدرتها على الوصول إلى داخل الخلية عن طريق الانتشار أو أي نوع آخر من النقل عبر غشاء البلازما [١١ ، ٤٢ ، ١٤١]. بناءً على هذه الملاحظات ، اقترحنا أن المركبات النشطة بيولوجيًا الموجودة في كل مكان في النظام الغذائي للبحر الأبيض المتوسط ​​تقدم آثارها الواقية للخلايا عن طريق فصل الحديد المتغير داخل الخلايا عن المكونات الخلوية الهامة ، وبالتالي تقليل الأكسدة غير المرغوب فيها.

4.2.هل العوامل المستخلبة للحديد الغذائية تمنع تكون الليبوفوسين؟

بناءً على الاعتبارات المذكورة أعلاه ، من المعقول التكهن بأن عوامل مخلب الحديد النشطة بيولوجيًا الموجودة في النظام الغذائي للبحر الأبيض المتوسط ​​قد تمثل عوامل رئيسية مسؤولة عن منع تكوين الدهون ، وبالتالي ، عملية الشيخوخة بشكل عام. بقدر ما نعلم ، لم يتم تنفيذ الجهود المنهجية التي تهدف إلى اختبار هذه الفرضية المهمة بشكل تجريبي.

يوجد عدد كبير من جزيئات مخلب الحديد ذات الهياكل والخصائص الكيميائية المختلفة في نظام غذائي متوسطي نموذجي. على سبيل المثال ، لقد درسنا على نطاق واسع المستخلصات النباتية التي تحتوي على العديد من مادة البوليفينول وأثبتنا أن المركبات الفينولية التي تحتوي على مجموعة ortho-dihydroxyl تحمي من الإجهاد التأكسدي ، في حين أن تلك التي تفتقر إلى هيدروكسيل واحد أو وجودها في meta-or par-position غير فعالة تمامًا [8 ، 10-12]. أثارت هذه الملاحظات سؤالًا إضافيًا حول ما إذا كانت عوامل مخلب الحديد الموجودة في الأطعمة قادرة على اختراق العديد من الحواجز من أجل الوصول إلى داخل الخلايا المستهدفة. في هذه الحالة ، يمكن اعتبار العوامل الغذائية الخاصة "مضادات أكسدة غير مباشرة" لأنها تمنع إنتاج الجذور الحرة التفاعلية بدلاً من إزالة السموم منها بعد إنتاجها داخل الخلايا.

في بعض الحالات ، يمكن تنسيق أيونات الحديد المتغيرة داخل الخلايا بشكل غير كامل مع العوامل المشتقة من النظام الغذائي بسبب قلة امتصاصها والتخفيف الكبير في الجسم ، مما يسمح باستخدام الحديد في تفاعلات الأكسدة والاختزال. ومع ذلك ، تمتلك نفس العوامل عادةً وظائف مزدوجة لأنها يمكن أن تشتمل على خصائص ربط الحديد وخصائص إزالة الجذور الحرة في نفس الجزيء. ومن ثم ، فإن خالب الحديد المشتق من النظام الغذائي قد يعمل بطريقة مزدوجة: إما التخفيف من تلف الخلايا الناتج عن الإجهاد التأكسدي عن طريق إزالة الحديد غير المحكم من الجزيئات الخلوية الضعيفة وتعطيله تمامًا أو عن طريق التنسيق غير الكامل للحديد ، مما يؤدي إلى إزالته من موقعه الأصلي ولكنه يسمح له بالبقاء نشطًا في الأكسدة والاختزال وقادرًا على أكسدة خالب الحديد المقابل المشتق من النظام الغذائي.

5. الاستنتاجات

من أبرز المفاهيم في مجال الشيخوخة اليوم ما يسمى بـ "نظرية الجذور الحرة للشيخوخة". ووفقًا لهذه النظرية ، فإن شيخوخة الكائن الحي ناتجة عن الضرر التأكسدي التراكمي الذي تسببه الجذور الحرة شديدة التفاعل والتي تنشأ بشكل أساسي نتيجة لذلك من التمثيل الغذائي الهوائي. يؤدي التوليد المستمر لمثل هذه الجذور شديدة التفاعل إلى التكوين والتراكم التدريجي لمكونات الخلية التالفة غير القابلة للإصلاح. تُعرف هذه المادة غير المحددة كيميائيًا ، والتي تتكون أساسًا من البروتينات والدهون والتي تمارس تألقًا أصفر-بني ، باسم "ليبوفوسسين" أو "سيرويد" أو "صبغة العمر" ، وتعتبر سمة مميزة لشيخوخة الخلايا.

يتكون Lipofuscin بشكل أساسي من خلال تعديلات مؤكسدة غير خاضعة للرقابة وغير محددة للجزيئات الخلوية الكبيرة. تم تجهيز الخلايا بأنظمة دفاع متعددة الأوجه لرصد وإصلاح الجزيئات الكبيرة المؤكسدة. ومع ذلك ، عندما يستمر الإجهاد التأكسدي الشديد لفترات طويلة من الوقت ، فإنه يؤدي دائمًا إلى توليد جذور حرة شديدة التفاعل وفي الأكسدة المفرطة للمواد المؤكسدة بالفعل ، مما ينتج عنه منتجات لا يمكن إصلاحها أو تحللها أو حتى طردها. بواسطة الأنظمة الخلوية ذات الصلة. علاوة على ذلك ، فقد ثبت أن المواد المؤكسدة بشكل مفرط يمكن أن تؤدي إلى تعطيل تدريجي لأنظمة الحماية والتعويض الخلوية ، وبالتالي تأجيج الدورات غير المجدية لزيادة معدلات تراكم الدهون.

نظرًا لأنه يمكن إنشاء الجذور الحرة شديدة التفاعل في عمليات الأكسدة المحفزة بالحديد (تفاعل فنتون) ، فإن توفر الحديد القابل للتغير يمثل شرطًا مسبقًا ضروريًا لتكوين الليبوفوسين وتراكمه داخل الخلايا. بناءً على هذه الاعتبارات ، من المعقول التكهن بأن التنظيم الدقيق لتوازن الحديد الخلوي في التوزيع العام والحديد المتقلب ، على وجه الخصوص ، قد يمثل طريقة غير مقدرة حتى الآن لتأخير تكوين الدهون داخل الخلايا وما يترتب على ذلك من شيخوخة الخلايا (الشيخوخة). لقد أظهرنا سابقًا أن عددًا من المغذيات النباتية المخلبية للحديد الموجودة في النظام الغذائي المتوسطي قادرة على اختراق الأغشية البيولوجية والوصول إلى الأجزاء الداخلية للخلايا [8،9،11،12]. هذه العوامل تخلب الحديد القابل للتسمية داخل الخلايا (ليس بالضرورة مع تقارب كبير) وبالتالي تحدد توزيعه ، وبالتالي ، مواقع الأكسدة التي يسببها الإجهاد التأكسدي. وفقًا للآلية المقترحة ، يجب أن تجمع المواد الكيميائية النباتية المشتقة من النظام الغذائي بين الخصائص التالية في بنيتها حتى تكون قادرة على حماية الخلايا في ظروف الإجهاد التأكسدي: يجب أن تكون قادرة على (أ) اختراق الأغشية الخلوية ؛ (ب) لاستخلاص الخلايا الخلوية حديد قابل للشفاء و (ج) في حالة تفاعل الحديد المرتبط مع البيروكسيدات (الاحتلال غير المكتمل لمواقع التنسيق الخاصة به) ، للبحث عن الراديكالي التفاعلي المتشكل.

بتلخيص الاستنتاجات من العرض أعلاه ، يمكن إجراء العبارات التالية: (أ) يمثل الحديد القابل للتغير العامل الرئيسي المسؤول عن إنتاج الجذور الحرة عالية التفاعل القادرة على أكسدة المكونات الخلوية في ظل ظروف الإجهاد التأكسدي ، (ب) ) تتكون مكونات الخلايا المؤكسدة وخاصة المؤكسدة بشكل مفرط من الجسم الرئيسي للدهون التي تتشكل وتتراكم داخل الخلايا في ظل هذه الظروف ، (ج) استنفاد الحديد داخل الخلايا بواسطة عوامل مخلبية الحديد يمنع أكسدة المكونات الخلوية ، و ( د) يحتوي نظامنا الغذائي وخاصة نظام البحر الأبيض المتوسط ​​على عدد كبير من المركبات القادرة على تعديل توزيع الحديد داخل الخلايا.

بالنظر إلى الاعتبارات المذكورة أعلاه معًا ، فمن المعقول أن نتوقع أن تحديد المركبات الغذائية النشطة بيولوجيًا بالخصائص المخصصة قد يسمح باستخدامها كأدوات دوائية لإجراءات وقائية ملموسة في ظروف زيادة الإجهاد التأكسدي في الخلايا والأنسجة والكائنات الحية الكاملة. قد يفتح هذا الاقتراح طرقًا جديدة لتطوير استراتيجيات تهدف إلى إبطاء معدلات ظهور وتطور الأمراض المرتبطة بالعمر.

تم استخلاص هذه المقالة من مضادات الأكسدة 2021 ، 10 ، 491. https://doi.org/10.3390/antiox10030491 https://www.mdpi.com/journal/antioxidants