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內(nèi)皮細(xì)胞中NAD+/H2S信號(hào)受損是血管老化的可逆性原因

2019-05-09 08:51

文章背景簡介

BACKGROUND INTRODUCTION

隨著年齡的增長，人類的一個(gè)顯著的生理變化就是血管內(nèi)皮細(xì)胞（ECs）數(shù)量和功能的下降。根據(jù)血管衰老理論，血管衰退是衰老和老年性疾病的主要原因之一。雖然毛細(xì)血管數(shù)量和功能下降嚴(yán)重危害人類健康，但發(fā)生這種現(xiàn)象的原因卻至今不明。運(yùn)動(dòng)是促進(jìn)新生血管形成、延緩衰老的好方法，但是隨著年齡的增長，組織會(huì)失去對(duì)運(yùn)動(dòng)的敏感性，而造成這一現(xiàn)象的原因至今也并不清楚。

Sirtuin家族是酵母染色質(zhì)沉默信號(hào)調(diào)節(jié)因子2（silent information regulator 2，SIRT2）的同源物，是一種從細(xì)菌到人類高度保守的NAD＋依賴性去乙�；割惣易澹摷易暹^表達(dá)時(shí)可以延長壽命。人類Sirtuin家族由 SIRT1－SIRT7共7個(gè)成員組成。其中，SIRT1是Sirtuin家族中最受關(guān)注的一個(gè)，有人甚至將其稱為“長壽基因”。在年輕肌肉中，SIRT1與缺血誘導(dǎo)的新生血管形成、血管松弛、EC衰老有關(guān)。然而，目前尚不清楚內(nèi)皮細(xì)胞SIRT1能否可以調(diào)控骨骼肌組織的微血管重構(gòu)。若可以調(diào)節(jié)，則隨年齡增長過程中內(nèi)皮細(xì)胞SIRT1的分解究竟是細(xì)胞自主的還是可逆的？迄今也并不清楚。

SIRT1激活劑（SIRT1 activating compounds，STACs），如白藜蘆醇和SRT1720已被視為一種改善衰老相關(guān)疾病的治療方法。例如：通過使用煙酰胺核苷（NR）或煙酰胺單核苷酸（NMN）等NAD＋前體來恢復(fù)NAD＋水平，可提高ECs的血管生成能力，提高幼鼠的運(yùn)動(dòng)能力，防止與年齡相關(guān)的生理衰退。但內(nèi)皮細(xì)胞中NAD＋和SIRT1活性的降低是否會(huì)導(dǎo)致衰老過程中微血管系統(tǒng)的丟失和衰弱，目前并不清楚。

2018年3月，來自美國哈佛醫(yī)學(xué)院的Das A等人聯(lián)合麻省理工學(xué)院和賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院在《Cell》雜志（IF＝31．398，生物一區(qū)）發(fā)表了題為“Impairment of an Endothelial NAD＋－H2S Signaling Network Is a Reversible Cause of Vascular Aging”的文章。

所用到的主要方法

METHODS

1．小鼠耐力試驗(yàn)：在耐力測(cè)試前，小鼠以10－15米／分鐘的速度跑20分鐘，以適應(yīng)跑步機(jī)3天。在低強(qiáng)度耐力測(cè)試中，速度從5 m／min開始，持續(xù)5 min，速度每分鐘增加1次，直到21 m／min，保持不變。在高強(qiáng)度耐力試驗(yàn)中，速度從13 m／min開始，在5°傾角下5 min，速度每分鐘增加1次，直到20 m／min，并保持20 min不變。每20分鐘，速度增加5 m／min，并保持20分鐘不變。在兩項(xiàng)試驗(yàn)中，小鼠都被運(yùn)行到精疲力盡。當(dāng)老鼠在防震板上坐了超過10秒而沒有試圖重新開始跑步時(shí)，就被認(rèn)為是精疲力盡了。

2．小鼠運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練：老鼠3天前開始跑步機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練達(dá)到10米／分鐘，20分鐘。成功地馴化的動(dòng)物，之后在5°傾角跑步機(jī)下以15－ 20 m ／ min速度持續(xù)30分鐘，每天一次鍛煉持續(xù)30天。在整個(gè)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方案中，接受治療的小鼠給予NMN （500 mg／kg／day）和／或阿西替尼（30 mg／kg／day）。通過飲用水給藥的NMN每3天更換一次，通過食物給藥的阿西替尼每天更換一次。在訓(xùn)練結(jié)束時(shí)對(duì)小鼠進(jìn)行了力竭運(yùn)動(dòng)能力測(cè)試。

3．旋轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)試實(shí)驗(yàn)：評(píng)估運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)能力，小鼠以5轉(zhuǎn)／分恒速轉(zhuǎn)2分鐘，進(jìn)行3次實(shí)驗(yàn)，共計(jì)3天以適應(yīng)旋轉(zhuǎn)。第4天，在加速輥上以440轉(zhuǎn)／分轉(zhuǎn)4分鐘，進(jìn)行3次實(shí)驗(yàn)，記錄小鼠停留的時(shí)間。

4．下肢缺血模型構(gòu)建、對(duì)比度增強(qiáng)超聲、心臟超聲、光聲成像分析、酶活性分析、基因分型PCR分析、流式細(xì)胞術(shù)、RNA干擾和病毒感染、細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)、血管形成實(shí)驗(yàn)、三維培養(yǎng)橢球細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)、主動(dòng)脈瓣環(huán)試驗(yàn)、劃痕實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞免疫熒光、H＆E染色、Western

文章主要內(nèi)容摘要

ABSTRACT

隨著年齡增長，毛細(xì)血管密度和血流量下降是造成人生病和死亡的主要原因。了解這種現(xiàn)象的發(fā)病機(jī)制將有利于人類健康調(diào)節(jié)。NAD ＋前體通過激活用于調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)和飲食限制（DR）的平衡——去乙酰化酶sirtuin（SIRT1－7）來逆轉(zhuǎn)衰老。研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞中的SIRT1是肌細(xì)胞分泌促血管生成信號(hào)的關(guān)鍵介質(zhì)。用NAD＋前體煙酰胺單核苷酸NMN處理小鼠后，NMN可促進(jìn)sirt1依賴途徑，從而增加毛細(xì)血管密度，以此提高老年小鼠的血流量和耐力，鍛煉或增加硫化氫（H2S）都可使其效果增強(qiáng)。這些發(fā)現(xiàn)有利于改善在器官和組織中的血液流動(dòng)、提高人類的活動(dòng)水平并重建老年人生理活動(dòng)的良性循環(huán)。