Die Wirkung von Sulforaphan auf die Nrf2-vermittelte antioxidative Kapazit\u00e4t im Skelettmuskel von M\u00e4usen, die einer akuten Hypothermie ausgesetzt sind
\nDie Skelettmuskulatur ist ein wichtiges Organ f\u00fcr die W\u00e4rmeproduktion im K\u00f6rper bei niedrigen Temperaturen. Die Skelettmuskulatur h\u00e4lt die K\u00f6rpertemperatur durch W\u00e4rmeproduktion bei niedrigen Temperaturen aufrecht, sowohl durch Zittern als auch durch Nicht-Zittern. Dieser Prozess erfordert die Hydrolyse einer gro\u00dfen Menge von ATP, um dessen chemische Energie in die vom K\u00f6rper ben\u00f6tigte W\u00e4rmeenergie umzuwandeln. Die Skelettmuskulatur deckt den Bedarf an W\u00e4rmeproduktion haupts\u00e4chlich durch die Erh\u00f6hung der Fetts\u00e4ureoxidations- und -abbaurate in kalten Umgebungen, w\u00e4hrend die Erh\u00f6hung der mitochondrialen Fetts\u00e4ureoxidationsrate von einer beschleunigten Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) begleitet wird. Fr\u00fchere Studien haben gezeigt, dass eine akute oder langfristige Exposition gegen\u00fcber niedrigen Temperaturen die Ruhe-Stoffwechselrate und die ROS-Konzentration in der Skelettmuskulatur von M\u00e4usen erh\u00f6ht. Der Anstieg der ROS-Konzentrationen kann oxidative Sch\u00e4den an Skelettmuskelproteinen, Nukleins\u00e4uren und Lipiden verursachen und dadurch die motorische Leistung und die Erholung der Skelettmuskulatur beeintr\u00e4chtigen. Daher sind die rechtzeitige Beseitigung der gro\u00dfen Menge an ROS, die von Skelettmuskeln bei niedrigen Temperaturen produziert werden, und die Verbesserung ihrer antioxidativen Kapazit\u00e4t entscheidend f\u00fcr die Aufrechterhaltung ihrer normalen physiologischen Funktionen.
\nDas antioxidative Abwehrsystem, das durch den Nuclear Factor E2 Related Factor 2 (Nrf2) vermittelt wird, spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der zellul\u00e4ren Redox-Hom\u00f6ostase. Wenn Zellen unter oxidativem Stress stehen, wird Nrf2 im Zytoplasma nicht ubiquitiniert oder durch sein negatives regulatorisches Protein, Kelch like Cyclooxygenase related protein-1 (Keap1), abgebaut. Es dringt in den Zellkern ein und bindet an Antioxidantien-Reaktions-Elemente (ARE) an zahlreichen Genpromotoren, wodurch die Expression der meisten antioxidativen Enzyme und Phase-II-Entgiftungsenzyme hochreguliert wird und eine sch\u00fctzende Wirkung gegen oxidativen Stress im K\u00f6rper ausge\u00fcbt wird. Studien haben jedoch ergeben, dass eine akute oder langfristige Exposition gegen\u00fcber niedrigen Temperaturen die Expression von Nrf2 mRNA und Protein in den Geweben und Organen von Herz, Leber und Lunge von M\u00e4usen signifikant reduziert, was darauf hindeutet, dass niedrige Temperaturen die Expression von Nrf2 in Geweben und Organen hemmen k\u00f6nnen. Es gibt jedoch keinen Bericht aus dem In- und Ausland dar\u00fcber, ob eine akute Hypothermie-Exposition auch die Nrf2-Expression und die antioxidative Kapazit\u00e4t im Skelettmuskel hemmt.<\/p>\n
Sulforaphan (SFN) ist in Kreuzbl\u00fctlern reichlich vorhanden und wird als spezifischer Aktivator von Nrf2 angesehen. Daher wird in dieser Studie zun\u00e4chst versucht, die Auswirkungen einer akuten Hypothermie-Exposition \u00fcber eine Dauer von 1 Stunde und 3 Stunden auf die Expression von Nrf2 und antioxidativen Enzymen sowie die antioxidative Kapazit\u00e4t im Skelettmuskel der Maus zu beobachten. Darauf aufbauend wurden au\u00dferdem die Auswirkungen der Verabreichung von SFN vor der K\u00e4lteexposition auf das Nrf2-vermittelte antioxidative Enzymsystem und die Glutathion-Redox-Hom\u00f6ostase im Skelettmuskel weiter untersucht. Diese Studie wird vorl\u00e4ufige experimentelle Beweise f\u00fcr die Erforschung der M\u00f6glichkeit von SFN als Sportern\u00e4hrungserg\u00e4nzung in Niedrigtemperaturumgebungen liefern.<\/p>\n
Nrf2 ist ein zentraler Regulationsfaktor, der die Redox-Hom\u00f6ostase der Skelettmuskulatur aufrechterh\u00e4lt. Fr\u00fchere Studien haben berichtet, dass eine Exposition gegen\u00fcber niedrigen Temperaturen die Nrf2-Expression in Geweben und Organen wie Herz, Leber und Lunge hemmt, was zu einer hohen Produktion von ROS in diesen Organen f\u00fchrt, die nicht abgebaut werden k\u00f6nnen. Es gibt jedoch keine Berichte \u00fcber die Auswirkungen einer akuten Hypothermie-Exposition auf die Nrf2-Expression und die antioxidative Kapazit\u00e4t im Skelettmuskel. Daher wurden in dieser Studie zun\u00e4chst die Auswirkungen einer 1- und 3-st\u00fcndigen K\u00e4lteexposition auf das Nrf2-vermittelte antioxidative System in der Skelettmuskulatur untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass das Transkriptions-Niveau der Nrf2-mRNA im Skelett-Muskel von M\u00e4usen, die 3 Stunden lang einer niedrigen Temperatur ausgesetzt waren, signifikant reduziert war, w\u00e4hrend das Niveau der ROS signifikant erh\u00f6ht war. Die anschlie\u00dfenden experimentellen Ergebnisse zeigten auch, dass im Vergleich zur PBS+Con-Gruppe die Expression des Nrf2-Proteins im Skelettmuskel von M\u00e4usen in der PBS+Cold-Gruppe einen abnehmenden Trend zeigte, und der T-AOC-Spiegel war signifikant reduziert, w\u00e4hrend der ROS-Spiegel einen steigenden Trend zeigte. Es wird vermutet, dass eine 3-st\u00fcndige K\u00e4lte-Exposition die Expression von Nrf2 im Maus-Skelettmuskel hemmen und seine antioxidative Kapazit\u00e4t reduzieren k\u00f6nnte.<\/p>\n
Eine 3-st\u00fcndige Exposition gegen\u00fcber niedrigen Temperaturen verringert die antioxidative Kapazit\u00e4t der Skelettmuskulatur, was mit der Hemmung der Nrf2-vermittelten Expression antioxidativer Enzyme und der Glutathion-Redox-Hom\u00f6ostase zusammenh\u00e4ngen k\u00f6nnte. Fr\u00fchere Studien haben berichtet, dass eine 3-st\u00fcndige akute Hypothermie-Exposition die SOD1-Expression in den Nieren, dem Lungengewebe und dem braunen Fettgewebe von M\u00e4usen signifikant reduzieren kann. Intermittierende K\u00e4lteexposition (8 Stunden pro Tag f\u00fcr 3 Tage) reduzierte signifikant die GPX1-Aktivit\u00e4t und die HMOX1-Proteinexpression im Lungengewebe von Ratten. Langfristige Niedrigtemperatur-Exposition (4 Stunden pro Tag, 6 Tage pro Woche, f\u00fcr insgesamt 2 Wochen) reduzierte signifikant die SOD1-Aktivit\u00e4t und die CAT-Protein-Expression im Gehirngewebe von M\u00e4usen. Diese Studie fand heraus, dass im Vergleich zu den Gruppen 0 und 1 Stunde die mRNA-Transkriptionswerte der antioxidativen Enzym-Gene (Gpx1, Hmox1, Cat, Sod1, Nqo1) im Skelettmuskel von M\u00e4usen in der 3-Stunden-Gruppe signifikant reduziert waren. Die anschlie\u00dfenden experimentellen Ergebnisse zeigten auch, dass im Vergleich zur PBS+Con-Gruppe die mRNA-Transkriptionsniveaus der antioxidativen Enzymgene (Gpx1, Hmox1, Cat, Sod1, Nqo1) im Skelettmuskel der M\u00e4use in der PBS+Cold-Gruppe eine abnehmende Tendenz aufwiesen und die Expression der HMOX1- und CAT-Proteine signifikant reduziert war. Daraus kann gefolgert werden, dass eine 3-st\u00fcndige K\u00e4lte-Exposition die Transkription und Translation von Nrf2-vermittelten antioxidativen Enzymen hemmen kann und dadurch die antioxidative Kapazit\u00e4t der Skelettmuskulatur beeintr\u00e4chtigt. Dar\u00fcber hinaus haben Studien gezeigt, dass eine akute K\u00e4lte-Exposition den GSSG-Gehalt und das GSH\/GSSG-Verh\u00e4ltnis in menschlichen roten Blutk\u00f6rperchen reduzieren kann, sowie den GSH-Gehalt im Leber- und Magen-Gewebe von Ratten verringert. Die Ergebnisse dieser Studie zeigten, dass im Vergleich zur PBS+Con-Gruppe der GSSG-Gehalt der Skelettmuskeln und das GSH\/GSSG-Verh\u00e4ltnis der M\u00e4use in der PBS+Cold-Gruppe signifikant anstieg bzw. abnahm, w\u00e4hrend sich der GSH-Gehalt nicht signifikant ver\u00e4nderte. Dies deutet darauf hin, dass die Akkumulation von GSSG der Hauptgrund f\u00fcr die Abnahme des GSH\/GSSG-Verh\u00e4ltnisses sein k\u00f6nnte.<\/p>\n
Die spezifische Aktivierungswirkung von SFN auf Nrf2 ist weitgehend best\u00e4tigt worden. In einer Studie wurde festgestellt, dass eine 12-w\u00f6chige SFN-Di\u00e4t das Nrf2-regulierte antioxidative Enzymsystem im Streckmuskel (Extensor digitorum longus) \u00e4lterer M\u00e4use aktivierte und so die Muskelkraft und die Ausdauerleistung verbesserte. Dar\u00fcber hinaus wurde Ratten drei Tage vor dem Ersch\u00f6pfungstraining intraperitoneal SFN injiziert, was zu einem R\u00fcckgang der Laktatdehydrogenase- und Kreatinphosphokinase-Aktivit\u00e4t im Plasma sowie zu einem Anstieg der Nrf2-Proteinexpression und der Aktivit\u00e4t der antioxidativen Enzyme (NQO1, GST, GSR) im seitlichen Oberschenkelmuskel f\u00fchrte. Auch die Zeit und die Entfernung von der \u00dcbung bis zur Ersch\u00f6pfung nahmen zu. Die oben genannten Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass die SFN-Aktivierung von Nrf2 eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der durch SFN vermittelten antioxidativen Kapazit\u00e4t und der k\u00f6rperlichen Ausdauer spielt. Um die Abnahme der antioxidativen Kapazit\u00e4t der Skelettmuskulatur w\u00e4hrend einer 3-st\u00fcndigen K\u00e4lteexposition zu verbessern, haben wir den M\u00e4usen vor der 3-st\u00fcndigen K\u00e4lteexposition SFN verabreicht. Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass die M\u00e4use der SFN+K\u00e4lte-Gruppe im Vergleich zur PBS+K\u00e4lte-Gruppe einen signifikanten Anstieg der Nrf2-mRNA- und Protein-Expression in der Skelettmuskulatur sowie der T-AOC und eine signifikante Abnahme der ROS-Werte zeigten. Zur Erinnerung: Die SFN-Aktivierung von Nrf2 kann den T-AOC des Skelettmuskels, der 3 Stunden lang einer niedrigen Temperatur ausgesetzt war, erh\u00f6hen, \u00fcberm\u00e4\u00dfige ROS beseitigen und eine positive Wirkung auf die Aufrechterhaltung der Redox-Hom\u00f6ostase des Skelettmuskels haben.<\/p>\n
Die Zufuhr von SFN erh\u00f6ht die antioxidative Kapazit\u00e4t der Skelettmuskulatur von M\u00e4usen, die niedrigen Temperaturen ausgesetzt sind, was eng mit der Aktivierung des Nrf2-vermittelten antioxidativen Enzymsystems durch SFN zusammenh\u00e4ngt. Die endogenen antioxidativen Enzyme, die durch Nrf2 reguliert werden, sind die Hauptakteure der ROS-Beseitigung. So katalysiert beispielsweise SOD1 die Dismutation von Superoxidanion-Radikalen zur Erzeugung von Sauerstoff und Wasserstoffperoxid; CAT kann Wasserstoffperoxid in Wasser und Sauerstoff zerlegen; GPX1 katalysiert die Erzeugung von Wasser und entsprechenden Alkoholen aus Wasserstoffperoxid oder organischen Peroxiden unter Verwendung von GSH als Substrat; NQO1 katalysiert die Doppelelektronen-Reduktionsreaktion von Chinon zur Bildung von Hydrochinon, f\u00f6rdert die Ausscheidung von Chinon und verhindert, dass Chinon durch eine Einzelelektronen-Reduktionsreaktion ROS erzeugt; HMOX1 katalysiert die Zersetzung von toxischem freiem H\u00e4moglobin zur Bildung von Biliverdin, CO und Eisen-Ionen mit antioxidativen Schadensfunktionen. Die Ergebnisse dieser Studie zeigten, dass die Verabreichung von SFN vor einer 3-st\u00fcndigen K\u00e4lteexposition die mRNA-Transkriptionsniveaus der Gene f\u00fcr antioxidative Enzyme in der Skelettmuskulatur (Gpx1, Hmox1, Cat, Sod1, Nqo1) und die Proteinexpression von HMOX1 und SOD1 in M\u00e4usen der SFN+Cold-Gruppe im Vergleich zur PBS+Cold-Gruppe signifikant erh\u00f6hte. Die oben genannten Ergebnisse deuten darauf hin, dass die SFN-Aktivierung von Nrf2 die Transkription und Translation dieser antioxidativen Enzymgene f\u00f6rdert.<\/p>\n
Dar\u00fcber hinaus erh\u00f6ht die Zufuhr von SFN die antioxidative Kapazit\u00e4t der Skelettmuskulatur von M\u00e4usen, die niedrigen Temperaturen ausgesetzt sind. Neben der erh\u00f6hten Expression antioxidativer Enzyme steht dies auch in engem Zusammenhang mit der SFN-Aktivierung des Nrf2-vermittelten Glutathion-Redoxsystems. Glutathion ist ein Tripeptid, das sich aus Glutamins\u00e4ure, Cystein und Glycin zusammensetzt und ein wichtiges, in kleinen Molek\u00fclen aktives Oligopeptid im antioxidativen Abwehrsystem von Organismen ist. Glutathion kommt in den Zellen haupts\u00e4chlich in Form von GSH vor. Die aktive Thiolgruppe des Cysteins in seinem Molek\u00fcl kann ROS Elektronen zur Verf\u00fcgung stellen, woraufhin GSH in ein stabiles Dimer GSSG umgewandelt wird, um zu verhindern, dass ROS st\u00e4ndig Elektronen abgreifen, wodurch Proteine, Lipide und Nukleins\u00e4uren vor oxidativen Sch\u00e4den gesch\u00fctzt und die Redox-Hom\u00f6ostase der Zellen aufrechterhalten werden. Die Bildung von GSH im K\u00f6rper erfolgt haupts\u00e4chlich \u00fcber zwei Wege: Synthese und Reduktion. Erstens werden Glutamins\u00e4ure und Cystein durch GCLC und GCLM zur Bildung von Glutamylcystein katalysiert, gefolgt von Glutamylcystein und Glycin, die durch GSS zur Bildung von GSH katalysiert werden; zweitens kann GSSG unter der Wirkung von NADPH und GSR zu GSH reduziert werden. Daher sind Gclc, Gclm, Gss und Gsr wichtige Enzymgene, die die Bildung von GSH regulieren und nachgeschaltete Zielgene von Nrf2 sind. Wir fanden heraus, dass nach einer SFN-Supplementierung die mRNA-Transkriptionsniveaus der Glutathion-Synthase-Gene Gclm, Gss und Gsr im Skelettmuskel von M\u00e4usen der SFN+Kalt-Gruppe im Vergleich zur PBS+Kalt-Gruppe signifikant erh\u00f6ht waren und der Gehalt an GSH und GSSG signifikant verringert war. Es wird vermutet, dass dies auf akuten K\u00e4ltestress zur\u00fcckzuf\u00fchren ist und dass die Supplementierung mit SFN die De-novo-Synthese und die Reduktionswege von GSH verbessern kann. GSH spielt jedoch eine wichtige Rolle bei der Beseitigung einer gro\u00dfen Menge an ROS-Produktion, die durch eine akute Niedrigtemperaturbelastung verursacht wird, was letztlich zu einem erheblichen Verbrauch von GSH f\u00fchrt. Aus dem Schl\u00fcsselindikator f\u00fcr die Bewertung des Redox-Gleichgewichts des K\u00f6rpers, dem GSH\/GSSG-Verh\u00e4ltnis, ist ersichtlich, dass das GSH\/GSSG-Verh\u00e4ltnis in der SFN+K\u00e4lte-Gruppe signifikant erh\u00f6ht ist.<\/p>\n
Insgesamt zeigt diese Studie, dass eine 3-st\u00fcndige akute Hypothermie-Exposition die Nrf2-vermittelte antioxidative Aktivit\u00e4t hemmt. Vor der Exposition gegen\u00fcber niedrigen Temperaturen aktivierte die Verabreichung von Sulforaphan Nrf2-vermittelte antioxidative Enzyme und antioxidative Glutathion-Systeme, was die antioxidative Kapazit\u00e4t der Skelettmuskulatur erh\u00f6hte.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
The effect of sulforaphane on Nrf2 mediated antioxidant capacity in skeletal muscle of mice exposed to acute hypothermia Skeletal muscle is an important organ for heat production in the body under low temperature conditions. Skeletal muscles maintain body temperature homeostasis through both shivering and non shivering heat production in low-temperature environments. This process requires the […]<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[20],"tags":[],"yoast_head":"\n