人體組織中氧化應激和 NAD+ 代謝的年齡相關變化(2012/07)
摘要
煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD+) 是線粒體呼吸和氧化磷酸化中必不可少的電子轉運體。在基因組 DNA 中,NAD+ 還代表核修復酶、聚(ADP-核糖)聚合酶 (PARP) 和 NAD 依賴性組蛋白脫乙酰酶的 sirtuin 家族的唯一底物。與年齡相關的氧化核損傷增加與囓齒動物中 PARP 介導的 NAD+ 消耗和 SIRT1 活性喪失有關。在這項研究中,我們進一步研究了這些相同的關聯是否存在於衰老的人體組織中。人類盆腔皮膚樣本是從 15-77 歲和新生嬰兒(0-1 歲)(n = 49)的同意患者中獲得的,這些患者之前計劃進行不相關的外科手術。男性 (p = 0.029; r = 0.490) 和女性 (p = 0.003; r = 0.600) 的 DNA 損傷與年齡密切相關,而男性 (p = 0.004; r = 0.623) 的脂質氧化 (MDA) 水平隨年齡增加而增加但不是女性(p = 0.3734;r = 0.200)。 PARP 活性隨著男性年齡的增長而顯著增加(p<0.0001;r = 0.768)並且與組織 NAD+ 水平呈負相關(p = 0.0003;r = −0.639)。這些關聯在女性中不太明顯。在男性 (p = -0.001; r = −0.706) 和女性 (p = 0.01; r = −0.537) 中觀察到 NAD+ 水平與年齡之間存在強烈的負相關。 SIRT1 活性也與男性的年齡呈負相關(p = 0.007;r = −0.612),但與女性無關。在青春期後的男性中,脂質過氧化和 DNA 損傷(p<0.0001;r = 0.4962)以及 PARP 活性和 NAD+ 水平(p = 0.0213;r = 0.5241)之間也觀察到強正相關。這項研究提供了定量證據來支持這一假設,即衰老過程中由於 DNA 氧化損傷的積累而導致的 PARP 過度活化可能是人體組織中 NAD+ 分解代謝增加的原因。由此產生的 NAD+ 消耗可能通過限制能量產生、DNA 修復和基因組信號傳導在衰老過程中發揮重要作用。
背景
衰老是生化和生理功能的時間依賴性進行性下降,與死亡率和發病率的風險增加有關。人們越來越意識到,氧化應激 (OS) 不僅在衰老過程中發揮關鍵作用,而且在包括阿爾茨海默病、癌症、糖尿病和慢性炎症在內的各種退行性疾病中也發揮著關鍵作用 。 OS 理論首先由 Harman (1956) 提出,表明與年齡相關的生化和生理衰退與氧化劑產生和細胞內抗氧化能力之間的慢性失衡狀態有關。這會引發許多細胞過程的有害變化,導致代謝功能喪失。活性氧 (ROS),如羥基自由基 (HO·−)、超氧陰離子 (O2·) 和過氧化氫 (H2O2) 作為正常細胞呼吸的副產物不斷內源性產生。在低濃度下,它們在多種細胞活動中很重要,例如免疫功能和血管舒張 。然而,在高濃度下,它們能夠破壞蛋白質、脂質和 DNA。
脂質過氧化是由脂質的氧化損傷引起的,以鍊式反應的形式發生,其中 ROS 攻擊脂質膜中存在的多不飽和脂肪酸,產生硫代巴比妥酸反應物質 (TBARS) 形式的高反應性脂質過氧化物,以及丙二醛等反應性醛類。 MDA) 和 4-羥基-2-壬烯醛 (4-HNE),可用作脂質過氧化的指標。研究表明,通過體外外源性過氧化氫處理或抑制內源性 ROS 清除酶(如超氧化物歧化酶 (SOD) 和過氧化氫酶)增加細胞內 ROS 可促進過早衰老並顯著降低壽命
雖然有多種 ROS 來源,但普遍認為線粒體(氧化磷酸化和 ATP 生成的位點)是 ROS 產生的主要來源 。在快速 ATP 轉換過程中,線粒體中的電子傳遞鏈 (ETC) 在四電子還原過程中不斷參與將分子氧還原為水。然而,消耗的一小部分氧氣會以 O2 的形式從 ETC 中逸出,從而產生其他內源性 ROS,因此對需氧生物及其細胞內成分構成重大威脅。先前的研究表明,與年齡相關的線粒體功能障礙會隨著年齡的增長而增加。這會嚴重影響 ETC 的效率,從而導致更多的 ROS 生成。哈珀等人。 (1998) 表明,與 3 個月大的小鼠相比,從 30 個月大的小鼠培養的分離肝細胞中的 O2 ⋅- 洩漏顯著更高。線粒體功能受損和隨之而來的 ATP 生成減少可以解釋衰老過程中的促氧化轉變和能量不足。
氧化性 DNA 損傷是與年齡相關疾病相關的主要因素。它可以乾擾與 DNA 修復和細胞增殖相關的各種基因的表達。人體有許多生理保護和修復系統,包括激活 DNA 缺口傳感器聚(ADP-核糖)聚合酶 1 (PARP),以及天然的內源性抗氧化防禦系統,以減輕自由基引起的損傷,從而維持細胞穩態。
對 PARP 介導的氧化性 DNA 損傷修復至關重要的是煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD+)。這種無處不在的生物分子參與了所有生物體中的多種細胞氧化還原反應,不僅作為 PARP 的底物,而且還作為另一類重要的酶,稱為 sirtuins 或基因轉錄的沉默信息調節劑。響應 DNA 鏈斷裂的 PARP 激活可以消耗大量的 NAD+,從而在稱為聚-ADP-核糖基化的過程中在靶蛋白上產生聚(ADP-核糖)聚合物。在輕度至中度 DNA 損傷的情況下,PARP-1 的激活導致 DNA 修復和正常細胞功能的恢復。然而,過度的 DNA 損傷會導致 PARP 的過度激活,並增加 NAD+ 分解代謝,從而抑制 NAD+ 依賴的 ATP 生成和可能的能量危機。
重要的是,NAD+ 水平還調節 sirtuin 酶家族的活性。如前所述,sirtuins 是一個高度保守的核調節蛋白家族,在從賴氨酸殘基中去除乙酰基的反應中使用 NAD+ 作為底物。 SIRT1(位於細胞核中)被認為通過調節關鍵轉錄因子(如 p53)在衰老和細胞壽命中發揮關鍵作用。人和小鼠的 SIRT1 都被認為通過去乙酰化從而使 p53 促凋亡基因失活來促進細胞存活。充足的 NAD+ 水平可維持 SIRT1 活性,從而延遲細胞凋亡並為脆弱細胞提供額外的修復時間,即使在反复氧化應激損傷後也是如此。雖然廣泛的研究已經檢驗了 SIRT1 在衰老中的作用,但沒有研究調查年齡對人體組織 NAD+ 水平的影響或 SIRT1 活性與 NAD+ 水平的相關性
由於廣泛的 DNA 損傷後 PARP-1 的過度激活導致 NAD+ 分解代謝的顯著增加,NAD+ 的下降和煙酰胺的增加有可能顯著下調 SIRT1 脫乙酰酶活性。我們的實驗室最近報導了生理衰老雌性 Wistar 大鼠的 NAD+ 水平和 SIRT1 活性顯著降低 。基於這項研究和其他人之前的研究,我們假設,人體組織中氧化應激的標誌物會隨著年齡的增長而增加,並與 PARP 活性的增加、NAD+ 的消耗和 SIRT1 的活性降低相關。因此,本研究的目的是量化來自廣泛年齡範圍的參與者的非陽光照射人體組織中的氧化應激標誌物(即脂質過氧化和 DNA 損傷)、PARP 和 SIRT1 活性以及 NAD+ 水平。
脂質過氧化是由脂質的氧化損傷引起的,以鍊式反應的形式發生,其中 ROS 攻擊脂質膜中存在的多不飽和脂肪酸,產生硫代巴比妥酸反應物質 (TBARS) 形式的高反應性脂質過氧化物,以及丙二醛等反應性醛類。 MDA) 和 4-羥基-2-壬烯醛 (4-HNE),可用作脂質過氧化的指標。研究表明,通過體外外源性過氧化氫處理或抑制內源性 ROS 清除酶(如超氧化物歧化酶 (SOD) 和過氧化氫酶)增加細胞內 ROS 可促進過早衰老並顯著降低壽命
雖然有多種 ROS 來源,但普遍認為線粒體(氧化磷酸化和 ATP 生成的位點)是 ROS 產生的主要來源 。在快速 ATP 轉換過程中,線粒體中的電子傳遞鏈 (ETC) 在四電子還原過程中不斷參與將分子氧還原為水。然而,消耗的一小部分氧氣會以 O2 的形式從 ETC 中逸出,從而產生其他內源性 ROS,因此對需氧生物及其細胞內成分構成重大威脅。先前的研究表明,與年齡相關的線粒體功能障礙會隨著年齡的增長而增加。這會嚴重影響 ETC 的效率,從而導致更多的 ROS 生成。哈珀等人。 (1998) 表明,與 3 個月大的小鼠相比,從 30 個月大的小鼠培養的分離肝細胞中的 O2 ⋅- 洩漏顯著更高。線粒體功能受損和隨之而來的 ATP 生成減少可以解釋衰老過程中的促氧化轉變和能量不足。
氧化性 DNA 損傷是與年齡相關疾病相關的主要因素。它可以乾擾與 DNA 修復和細胞增殖相關的各種基因的表達。人體有許多生理保護和修復系統,包括激活 DNA 缺口傳感器聚(ADP-核糖)聚合酶 1 (PARP),以及天然的內源性抗氧化防禦系統,以減輕自由基引起的損傷,從而維持細胞穩態。
對 PARP 介導的氧化性 DNA 損傷修復至關重要的是煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD+)。這種無處不在的生物分子參與了所有生物體中的多種細胞氧化還原反應,不僅作為 PARP 的底物,而且還作為另一類重要的酶,稱為 sirtuins 或基因轉錄的沉默信息調節劑。響應 DNA 鏈斷裂的 PARP 激活可以消耗大量的 NAD+,從而在稱為聚-ADP-核糖基化的過程中在靶蛋白上產生聚(ADP-核糖)聚合物。在輕度至中度 DNA 損傷的情況下,PARP-1 的激活導致 DNA 修復和正常細胞功能的恢復。然而,過度的 DNA 損傷會導致 PARP 的過度激活,並增加 NAD+ 分解代謝,從而抑制 NAD+ 依賴的 ATP 生成和可能的能量危機。
重要的是,NAD+ 水平還調節 sirtuin 酶家族的活性。如前所述,sirtuins 是一個高度保守的核調節蛋白家族,在從賴氨酸殘基中去除乙酰基的反應中使用 NAD+ 作為底物。 SIRT1(位於細胞核中)被認為通過調節關鍵轉錄因子(如 p53)在衰老和細胞壽命中發揮關鍵作用。人和小鼠的 SIRT1 都被認為通過去乙酰化從而使 p53 促凋亡基因失活來促進細胞存活。充足的 NAD+ 水平可維持 SIRT1 活性,從而延遲細胞凋亡並為脆弱細胞提供額外的修復時間,即使在反复氧化應激損傷後也是如此。雖然廣泛的研究已經檢驗了 SIRT1 在衰老中的作用,但沒有研究調查年齡對人體組織 NAD+ 水平的影響或 SIRT1 活性與 NAD+ 水平的相關性
由於廣泛的 DNA 損傷後 PARP-1 的過度激活導致 NAD+ 分解代謝的顯著增加,NAD+ 的下降和煙酰胺的增加有可能顯著下調 SIRT1 脫乙酰酶活性。我們的實驗室最近報導了生理衰老雌性 Wistar 大鼠的 NAD+ 水平和 SIRT1 活性顯著降低 。基於這項研究和其他人之前的研究,我們假設,人體組織中氧化應激的標誌物會隨著年齡的增長而增加,並與 PARP 活性的增加、NAD+ 的消耗和 SIRT1 的活性降低相關。因此,本研究的目的是量化來自廣泛年齡範圍的參與者的非陽光照射人體組織中的氧化應激標誌物(即脂質過氧化和 DNA 損傷)、PARP 和 SIRT1 活性以及 NAD+ 水平。
實驗結果
特定年齡組之間脂質過氧化、DNA 損傷、NAD+ 水平、PARP 和 SIRT1 活性的變化
將人口視為一個整體,我們觀察到四個年齡組之間的 MDA 存在顯著差異,新生兒(0-1 歲)、成人(30-50 歲)、老年人(51-70 歲)、老年人(>70 歲) ).,與新生兒和年輕人相比,老年受試者的 MDA(脂質過氧化)水平顯著升高(表 1;p<0.05)。 與新生兒 (p<0.05)、年輕人 (p<0.05) 和成人受試者 (p<0.05) 相比,老年受試者的 DNA 損傷也更高(表 1)。 與新生兒相比,成人、老年人和老年受試者的 PARP 活性顯著增加(表 1;p = 0.05)。 與新生兒相比,成人 (p<0.05)、老年人 (p<0.05) 和老年人 (p<0.05) 受試者的總 NAD+ 含量顯著降低(表 1)。 對整個樣本人群進行評估,我們發現 SIRT1 活性在四個年齡類別中的任何一個之間沒有顯著差異(p>0.05;表 1)。
將人口視為一個整體,我們觀察到四個年齡組之間的 MDA 存在顯著差異,新生兒(0-1 歲)、成人(30-50 歲)、老年人(51-70 歲)、老年人(>70 歲) ).,與新生兒和年輕人相比,老年受試者的 MDA(脂質過氧化)水平顯著升高(表 1;p<0.05)。 與新生兒 (p<0.05)、年輕人 (p<0.05) 和成人受試者 (p<0.05) 相比,老年受試者的 DNA 損傷也更高(表 1)。 與新生兒相比,成人、老年人和老年受試者的 PARP 活性顯著增加(表 1;p = 0.05)。 與新生兒相比,成人 (p<0.05)、老年人 (p<0.05) 和老年人 (p<0.05) 受試者的總 NAD+ 含量顯著降低(表 1)。 對整個樣本人群進行評估,我們發現 SIRT1 活性在四個年齡類別中的任何一個之間沒有顯著差異(p>0.05;表 1)。
脂質過氧化的年齡和性別相關變化
我們的皮膚樣本中的脂質過氧化通過測量初級副產物丙二醛 (MDA) 進行量化。 MDA 水平與 0-77 歲男性的年齡密切相關(圖 1A,a 線;p<0.05)。 與年齡匹配的青春期後女性(圖 1B;p>0.05)相比,青春期後男性(圖 1A,b 線;p<0.05)年齡增加的影響更為明顯。MDA 形成的明顯增加與 女性的年齡沒有達到統計學意義(p = 0.3734)(圖1B)。
我們的皮膚樣本中的脂質過氧化通過測量初級副產物丙二醛 (MDA) 進行量化。 MDA 水平與 0-77 歲男性的年齡密切相關(圖 1A,a 線;p<0.05)。 與年齡匹配的青春期後女性(圖 1B;p>0.05)相比,青春期後男性(圖 1A,b 線;p<0.05)年齡增加的影響更為明顯。MDA 形成的明顯增加與 女性的年齡沒有達到統計學意義(p = 0.3734)(圖1B)。
圖1
年齡對(A)男性(B)女性組織脂質過氧化的影響。
(A) 男性受試者的脂質過氧化隨著年齡的增長而增加。 在 0-77 歲的男性中,人體組織中的 MDA 水平隨著年齡的增長而顯著增加(a 線;p = 0.0003;n = 27)。 b 行顯示青春期後(僅限男性)數據(p = 0.0044;n = 19)。 非正態分佈總體的 Spearman 相關係數分別為 a 線和 b 線的 r = 0.643 和 r = 0.623。 指數(一階)最小二乘擬合用於生成非線性趨勢線(線 a 和 b)。
(B) 女性受試者中脂質過氧化隨年齡的變化。 青春期後女性(36-76 歲)MDA 水平的明顯增加沒有統計學意義(p = 0.3734;n = 22)。 非正態分佈總體的 Spearman 相關係數為 0.200。 指數(一階)最小二乘擬合用於生成非線性趨勢線。
年齡對(A)男性(B)女性組織脂質過氧化的影響。
(A) 男性受試者的脂質過氧化隨著年齡的增長而增加。 在 0-77 歲的男性中,人體組織中的 MDA 水平隨著年齡的增長而顯著增加(a 線;p = 0.0003;n = 27)。 b 行顯示青春期後(僅限男性)數據(p = 0.0044;n = 19)。 非正態分佈總體的 Spearman 相關係數分別為 a 線和 b 線的 r = 0.643 和 r = 0.623。 指數(一階)最小二乘擬合用於生成非線性趨勢線(線 a 和 b)。
(B) 女性受試者中脂質過氧化隨年齡的變化。 青春期後女性(36-76 歲)MDA 水平的明顯增加沒有統計學意義(p = 0.3734;n = 22)。 非正態分佈總體的 Spearman 相關係數為 0.200。 指數(一階)最小二乘擬合用於生成非線性趨勢線。
衰老過程中 DNA 損傷的性別相關差異
與年齡相關的氧化應激升高會影響 DNA 損傷標誌物的積累。 DNA 損傷通過在分離的細胞核上使用成熟的熒光測定法測量絲氨酸 139 處 H2AX 的磷酸化來評估。 DNA 損傷與男性的年齡(0-77 歲)顯著相關(圖 2A,a 線;p = 0.0095)。 在排除新生兒以產生與我們的女性隊列相當的年齡匹配數據集後,男性(圖 2A,b 線)和女性(圖 2B)(p<0.05)顯示出 H2AX 過度磷酸化與年齡的相似相關性(r = 0.502、0.600)。
與年齡相關的氧化應激升高會影響 DNA 損傷標誌物的積累。 DNA 損傷通過在分離的細胞核上使用成熟的熒光測定法測量絲氨酸 139 處 H2AX 的磷酸化來評估。 DNA 損傷與男性的年齡(0-77 歲)顯著相關(圖 2A,a 線;p = 0.0095)。 在排除新生兒以產生與我們的女性隊列相當的年齡匹配數據集後,男性(圖 2A,b 線)和女性(圖 2B)(p<0.05)顯示出 H2AX 過度磷酸化與年齡的相似相關性(r = 0.502、0.600)。
圖 2
(A)男性(B)女性中 H2AX 在 Ser139 的磷酸化與年齡之間的相關性。
(A) 磷酸化 H2AX 作為男性受試者 DNA 損傷的標誌物與年齡顯著相關。 a 線代表年齡在 0-77 歲之間的受試者的相關性(p = 0.0095;n = 27)。 b 行顯示青春期後數據(僅限男性)(p = 0.0286;n = 19)。正態分佈數據的皮爾遜相關係數分別為 a 行和 b 行的 r = 0.490 和 r = 0.502。指數(一階)最小二乘擬合用於生成非線性趨勢線(線 a 和 b)。
(B) 磷酸化 H2AX 作為青春期後女性受試者 DNA 損傷的標誌物與年齡(36-76 歲)呈顯著正相關(p = 0.003;n = 22)。正態分佈總體的皮爾遜相關係數為 r = 0.600。指數(一階)最小二乘擬合用於生成非線性趨勢線。
(A)男性(B)女性中 H2AX 在 Ser139 的磷酸化與年齡之間的相關性。
(A) 磷酸化 H2AX 作為男性受試者 DNA 損傷的標誌物與年齡顯著相關。 a 線代表年齡在 0-77 歲之間的受試者的相關性(p = 0.0095;n = 27)。 b 行顯示青春期後數據(僅限男性)(p = 0.0286;n = 19)。正態分佈數據的皮爾遜相關係數分別為 a 行和 b 行的 r = 0.490 和 r = 0.502。指數(一階)最小二乘擬合用於生成非線性趨勢線(線 a 和 b)。
(B) 磷酸化 H2AX 作為青春期後女性受試者 DNA 損傷的標誌物與年齡(36-76 歲)呈顯著正相關(p = 0.003;n = 22)。正態分佈總體的皮爾遜相關係數為 r = 0.600。指數(一階)最小二乘擬合用於生成非線性趨勢線。
PARP 的過度激活發生在對氧化性 DNA 損傷的反應中:性別之間的比較
為了研究增加的氧化應激、DNA 損傷和多 ADP 核糖基化之間可能存在的關聯,我們量化了衰老人體組織範圍內的 PARP 活性。 PARP 活性與 0-77 歲男性的年齡顯著相關(圖 3A,a 線)(p<0.0001;r = 0.768)。 然而,在排除新生兒後,在男性中未觀察到年齡和 PARP 活性之間的顯著相關性(圖 3A,b 線)。 PARP 活性和年齡在 36-75 歲的成年女性中也沒有相關性(圖 3B)。
為了研究增加的氧化應激、DNA 損傷和多 ADP 核糖基化之間可能存在的關聯,我們量化了衰老人體組織範圍內的 PARP 活性。 PARP 活性與 0-77 歲男性的年齡顯著相關(圖 3A,a 線)(p<0.0001;r = 0.768)。 然而,在排除新生兒後,在男性中未觀察到年齡和 PARP 活性之間的顯著相關性(圖 3A,b 線)。 PARP 活性和年齡在 36-75 歲的成年女性中也沒有相關性(圖 3B)。
圖 3
(A) 男性 (B) 女性的 PARP 活性與衰老之間的相關性。
(A) PARP 活性在男性受試者中隨著年齡的增長而增加。 PARP 活性在 0-77 歲之間的男性受試者中顯著增加(a 線;p<0.0001;n = 27)。包括青春期後受試者(僅限男性)的數據顯示 PARP 活性隨年齡沒有顯著變化(b 行;p = 0.0913;n = 19)。 Pearson 相關係數是一個正態分佈的總體,a 線和 b 線分別為 r = 0.768 和 r = 0.399。指數(一階)最小二乘擬合用於生成非線性趨勢線(線 a 和 b)。
(B) 女性受試者的 PARP 活性隨年齡變化 (n = 27)。 PARP 活性隨年齡(36-76 歲)的明顯增加在青春期後的女性受試者中沒有統計學意義(p = 0.4390;n = 22)。非正態分佈總體的 Spearman 相關係數為 r = 0.174。指數(一階)最小二乘擬合用於生成非線性趨勢線。
(A) 男性 (B) 女性的 PARP 活性與衰老之間的相關性。
(A) PARP 活性在男性受試者中隨著年齡的增長而增加。 PARP 活性在 0-77 歲之間的男性受試者中顯著增加(a 線;p<0.0001;n = 27)。包括青春期後受試者(僅限男性)的數據顯示 PARP 活性隨年齡沒有顯著變化(b 行;p = 0.0913;n = 19)。 Pearson 相關係數是一個正態分佈的總體,a 線和 b 線分別為 r = 0.768 和 r = 0.399。指數(一階)最小二乘擬合用於生成非線性趨勢線(線 a 和 b)。
(B) 女性受試者的 PARP 活性隨年齡變化 (n = 27)。 PARP 活性隨年齡(36-76 歲)的明顯增加在青春期後的女性受試者中沒有統計學意義(p = 0.4390;n = 22)。非正態分佈總體的 Spearman 相關係數為 r = 0.174。指數(一階)最小二乘擬合用於生成非線性趨勢線。
NAD+ 水平與年齡的性別相關差異
由於 NAD+ 代表 PARP 的唯一底物,我們量化了老化對所有樣本中組織 NAD+ 水平的影響。 NAD+ 與 0-77 歲男性的年齡增長呈負相關(圖 4A 線 a;p<0.0007)。 青春期後男性(即排除新生兒)(圖 4A,b 線)和女性(圖 4B)的 NAD+ 水平與兩種性別的年齡呈負相關(r = 0.769 男性,而 r = 0.537 女性),p<0.05 對於每個。
由於 NAD+ 代表 PARP 的唯一底物,我們量化了老化對所有樣本中組織 NAD+ 水平的影響。 NAD+ 與 0-77 歲男性的年齡增長呈負相關(圖 4A 線 a;p<0.0007)。 青春期後男性(即排除新生兒)(圖 4A,b 線)和女性(圖 4B)的 NAD+ 水平與兩種性別的年齡呈負相關(r = 0.769 男性,而 r = 0.537 女性),p<0.05 對於每個。
圖 4
(A) 男性 (B) 女性中 NAD+ 水平與年齡之間的相關性。
(A) NAD+ 濃度隨著男性年齡的增長而下降。 NAD+ 水平在 0-77 歲之間的男性中顯著下降(a 線;p = 0.0007;n = 27)。 正態分佈總體的 Pearson 相關係數,r = −0.769。 男性受試者的青春期後數據也顯示 NAD+ 水平隨著年齡的增長而下降(b 線;r = −0.706;p = 0.0001;n = 19)。 指數(一階)最小二乘擬合用於生成非線性趨勢線(線 a 和 b)。
(B) 在青春期後的女性中,NAD+ 濃度隨年齡 (36-76) 顯著下降 (p = 0.01;n = 22)。 正態分佈總體的皮爾遜相關係數,r = −0.537。 指數(一階)最小二乘擬合用於生成非線性趨勢線。
(A) 男性 (B) 女性中 NAD+ 水平與年齡之間的相關性。
(A) NAD+ 濃度隨著男性年齡的增長而下降。 NAD+ 水平在 0-77 歲之間的男性中顯著下降(a 線;p = 0.0007;n = 27)。 正態分佈總體的 Pearson 相關係數,r = −0.769。 男性受試者的青春期後數據也顯示 NAD+ 水平隨著年齡的增長而下降(b 線;r = −0.706;p = 0.0001;n = 19)。 指數(一階)最小二乘擬合用於生成非線性趨勢線(線 a 和 b)。
(B) 在青春期後的女性中,NAD+ 濃度隨年齡 (36-76) 顯著下降 (p = 0.01;n = 22)。 正態分佈總體的皮爾遜相關係數,r = −0.537。 指數(一階)最小二乘擬合用於生成非線性趨勢線。
SIRT1 脫乙酰酶活性與年齡和性別相關的變化
研究了 SIRT1 活性以評估年齡對這種 NAD 依賴性組蛋白脫乙酰酶的潛在影響。 我們觀察到 0-77 歲男性的年齡和 SIRT1 活性之間存在顯著的負相關(圖 5A;a 線;p = 0.0385)。 當排除新生兒組織數據以允許與女性進行年齡匹配比較時,顯著性進一步增強(圖 5A,b 線;p = 0.0070)。 出乎意料的是,在女性中沒有觀察到對 SIRT1 活性的顯著年齡相關影響(圖 5B;p = 0.1943)。
研究了 SIRT1 活性以評估年齡對這種 NAD 依賴性組蛋白脫乙酰酶的潛在影響。 我們觀察到 0-77 歲男性的年齡和 SIRT1 活性之間存在顯著的負相關(圖 5A;a 線;p = 0.0385)。 當排除新生兒組織數據以允許與女性進行年齡匹配比較時,顯著性進一步增強(圖 5A,b 線;p = 0.0070)。 出乎意料的是,在女性中沒有觀察到對 SIRT1 活性的顯著年齡相關影響(圖 5B;p = 0.1943)。
圖 5
(A) 男性 (B) 女性的 SIRT1 活性與年齡之間的相關性。
(A) 青春期後男性的 SIRT1 活性隨著年齡的增長而下降。在 0-77 歲的男性中,SIRT1 活性與年齡的明顯負相關沒有統計學意義(a 線;p = 0.0385;n = 27)。非正態分佈總體的 Spearman 相關係數,r = −0.400。線 b 代表青春期後數據顯示與年齡顯著負相關(r = −0.612;p = 0.007;n = 19)。指數(一階)最小二乘擬合用於生成非線性趨勢線(線 a 和 b)。
(B) SIRT1 隨女性年齡的變化。 PARP 活性隨年齡(36-76 歲)的明顯增加沒有統計學意義(p = 0.3743;n = 22)。非正態分佈總體的 Spearman 相關係數,r = 0.194。指數(一階)最小二乘擬合用於生成非線性趨勢線。
(A) 男性 (B) 女性的 SIRT1 活性與年齡之間的相關性。
(A) 青春期後男性的 SIRT1 活性隨著年齡的增長而下降。在 0-77 歲的男性中,SIRT1 活性與年齡的明顯負相關沒有統計學意義(a 線;p = 0.0385;n = 27)。非正態分佈總體的 Spearman 相關係數,r = −0.400。線 b 代表青春期後數據顯示與年齡顯著負相關(r = −0.612;p = 0.007;n = 19)。指數(一階)最小二乘擬合用於生成非線性趨勢線(線 a 和 b)。
(B) SIRT1 隨女性年齡的變化。 PARP 活性隨年齡(36-76 歲)的明顯增加沒有統計學意義(p = 0.3743;n = 22)。非正態分佈總體的 Spearman 相關係數,r = 0.194。指數(一階)最小二乘擬合用於生成非線性趨勢線。
相關生化實體(DNA 損傷、PARP 和 NAD+)之間的相關性
我們發現男性隊列中脂質過氧化和 DNA 損傷(圖 6A;r = 0.642;p = 0.0003)和 DNA 損傷和 PARP 活性(圖 6D,r = 0.391;p = 0.0439)之間存在顯著的正相關。 正如預期的那樣,在 PARP 活性和 NAD+ 水平之間也觀察到了高度顯著的負相關(圖 6B,r = -0.638;p = 0.0003)。 然而,出乎意料的是,我們觀察到男性隊列中 NAD+ 水平與 SIRT1 活性之間沒有顯著相關性(圖 6C,r = 0.059;p = 0.7715),女性隊列中任何這些相同參數之間沒有顯著相關性(數據未顯示) .
我們發現男性隊列中脂質過氧化和 DNA 損傷(圖 6A;r = 0.642;p = 0.0003)和 DNA 損傷和 PARP 活性(圖 6D,r = 0.391;p = 0.0439)之間存在顯著的正相關。 正如預期的那樣,在 PARP 活性和 NAD+ 水平之間也觀察到了高度顯著的負相關(圖 6B,r = -0.638;p = 0.0003)。 然而,出乎意料的是,我們觀察到男性隊列中 NAD+ 水平與 SIRT1 活性之間沒有顯著相關性(圖 6C,r = 0.059;p = 0.7715),女性隊列中任何這些相同參數之間沒有顯著相關性(數據未顯示) .
圖 6
(A) 脂質過氧化顯著增加與青春期後男性 DNA 損傷增加平行 (p<0.0001)。
受試者年齡在 15-77 歲之間(n = 19)。 Spearman 相關係數,r = 0.7209。 指數(一階)最小二乘擬合用於生成非線性趨勢線。
(B) PARP 活性隨著青春期後男性受試者 NAD+ 水平的下降而下降 (p = 0.0149)。 . 受試者年齡在 15-77 歲之間(n = 19)。 Pearson 相關係數,r = −0.5491 使用指數(一階)最小二乘擬合來生成非線性趨勢線。
(C) 青春期後男性受試者的 NAD+ 水平與 SIRT1 活性之間的相關性。 受試者年齡在 15-77 歲之間(n = 19)。 相關性沒有統計學意義(p = 0.9829)。 皮爾遜相關係數,r = −0.005263。
(A) 脂質過氧化顯著增加與青春期後男性 DNA 損傷增加平行 (p<0.0001)。
受試者年齡在 15-77 歲之間(n = 19)。 Spearman 相關係數,r = 0.7209。 指數(一階)最小二乘擬合用於生成非線性趨勢線。
(B) PARP 活性隨著青春期後男性受試者 NAD+ 水平的下降而下降 (p = 0.0149)。 . 受試者年齡在 15-77 歲之間(n = 19)。 Pearson 相關係數,r = −0.5491 使用指數(一階)最小二乘擬合來生成非線性趨勢線。
(C) 青春期後男性受試者的 NAD+ 水平與 SIRT1 活性之間的相關性。 受試者年齡在 15-77 歲之間(n = 19)。 相關性沒有統計學意義(p = 0.9829)。 皮爾遜相關係數,r = −0.005263。
結論
大量證據證明了氧化應激在其對衰老過程的貢獻中的重要性。這項研究首次報告了人體組織中氧化應激與 PARP 活性、衰老和 NAD+ 水平下降之間的聯繫。觀察到的 NAD+ 水平與衰老之間的相關性增加了 NAD+ 可能在細胞衰老和長壽中發揮作用的觀點,而不僅僅是作為電子載體。總體而言,這項研究的結果表明,我們最初的假設是,人體皮膚中的氧化應激隨著年齡的增長而增加,導致 PARP 介導的 NAD+ 水平下降只能在男性中達到。儘管如此,仍然存在一些不確定性,特別是在我們的男性和女性隊列之間觀察到的差異以及與年齡相關的 NAD+ 水平下降與 SIRT1 活性之間的聯繫。雖然更大數量的進一步研究可能仍然證明 PARP 和/或 SIRT1 與女性 NAD 減少的相關性,但另一種解釋可能是女性有更大的能力從 PARP 代謝物煙酰胺中回收 NAD+(例如通過增加 NAMPT 活性)。需要進一步的研究來檢驗這一假設。然而,目前的研究確實提供了可靠的數據,支持維持 NAD+ 水平的重要性,以及維持 PARP 活性的年齡。雖然通過增加 NAD+ 儲存並因此增強 PARP 和 SIRT1 活性可以實現這種負 OS/年齡誘導的生化級聯似乎是合乎邏輯的,但這種方法在人類中的治療益處尚未確定。
Source:
PLoS One. 2012; 7(7): e42357.
Published online 2012 Jul 27.
doi: 10.1371/journal.pone.0042357
PMCID: PMC3407129
PMID: 22848760
Age-Associated Changes In Oxidative Stress and NAD+ Metabolism In Human Tissue
PLoS One. 2012; 7(7): e42357.
Published online 2012 Jul 27.
doi: 10.1371/journal.pone.0042357
PMCID: PMC3407129
PMID: 22848760
Age-Associated Changes In Oxidative Stress and NAD+ Metabolism In Human Tissue