دسته: بیوشیمی

مطالعات اخیر نشان می‌دهد که فلور میکروبی روده باعث تنظیم متابولیسم آنتی‌اکسیدانت گلوتاتیون و آمینو اسید در میزبان می‌شود. گلوتاتیون یک آنتی‌اکسیدانت کلیدی است که در تمامی سلول‌های بدن یافت می‌شود. کمبود گلوتاتیون باعث استرس اکسیداتیو می‌شود که نقش مهمی در بسیاری از بیماری‌های مرتبط با سبک زندگی دارد.

خروجی عملکردی و تنوع فلور میکروبی روده تنظیم‌کنندگان مهمی در بروز بیماری‌های مختلف انسان هستند.  چاقی، دیابت نوع ۲، آترواسکلروز، کبد چرب غیر الکی و سوء تغذیه از جمله این بیماری‌ها هستند. بنابراین واکنش بین فلور میکروبی روده، بافت‌ روده میزبان و سایر بافت‌های بدن با سلامت میزبان بسیار مرتبطند.

در مقاله‌ای که در نشریه Molecular Systems Biology توسط تیمی از دانشگاه‌های صنعتی چالمرز، انستیتو سلطنتی تکنولوژی و دانشگاه گوتنبرگ سوئد چاپ شده، عنوان شده است که فلور میکروبی روده باعث تنظیم متابولیسم گلوتاتیون و آمینو اسید در میزبان می‌شود.

گلوتاتیون قوی‌ترین آنتی‌اکسیدانت بدن و اصلی‌ترین ماده سم‌زدای (Detoxifying agent) بدن است. این ماده در سیستم ایمنی بدن، متابولیسم مواد غذایی و تنظیم سایر رخدادهای سلولی، نقش بسیار حیاتی دارد. گلوتاتیون پروتئین کوچکی است و در داخل سلول از ۳ آمینو اسید که بطور مداوم از طریق تغذیه وارد بدن می‌شوند، ساخته می‌شود. کمبود گلوتاتیون باعث بروز استرس اکسیداتیو می‌شود. همانطور که اشاره شد، استرس اکسیداتیو نقش بسیار مهمی در بیماری‌های متابولیک دارد.

در این مطالعه، نقشه‌ای کلی از متابولیسم موش طراحی شد و مدل‌های رایانه‌ای ویژه‌ای برای  هر بافت ایجاد گردید. به‌وسیله استفاده از داده‌های تجربی High throughput، محققین دریافتند که فلور میکروبی در روده گلایسین مصرف می‌کند. گلایسین یکی از ۳ آمینو اسیدی است که برای ساخت گلوتاتیون در بدن مورد نیاز است.

برای تایید نتایج به‌دست آمده از طریق شبیه‌سازی‌های مبتنی بر رایانه، سطوح آمینو اسید گلایسین در ورید پرتال کبدی موش اندازی‌گیری شد. علاوه‌براین سطوح پایین‌تری از گلایسین در بافت کبد و کولون یافت شد که نشان‌گر تنظیم متابولیسم گلوتاتیون نه تنها در روده کوچک، بلکه در کبد و کولون توسط فلور میکروبی روده است.

عادل ماردین اولو نویسنده مسئول این مقاله از دانشگاه چالمرز می‌گوید:”برخی از باکتری‌های روده گلایسین مصرف می‌کنند و عدم وجود تعادل در ترکیب باکتری‌های روده باعث ایجاد بیماری‌های مزمن می‌شود” در مطالعات مستقل قبلی نیز سطوح نامتعادل گلایسین و سایر آمینو اسیدهای پلاسما در بیماری‌های چاقی، دیابت نوع ۲ و کبد چرب غیر الکلی گزارش شده است.

این اکتشاف ممکن است به توسعه محصولات غذایی منجر شود که باکتری‌های مفید (پروبیوتیک‌ها) را به بدن انتقال دهند. نتایج این مطالعه به ما کمک می‌کند تا نقش باکتری‌ها در ایجاد و توسعه بیماری‌های متابولیکی چون دیابت نوع ۲، چاقی، کبد چرب غیر الکلی و سوء تغذیه چگونه است.

منبع:

Mardinoglu, A., Shoaie, S., Bergentall, M., Ghaffari, P., Zhang, C., Larsson, E., Bäckhed, F. and Nielsen, J., 2015. The gut microbiota modulates host amino acid and glutathione metabolism in mice. Molecular systems biology, 11(10), p.834.

تیموس عضو بسیار حیاتی در بدن است که با گذر عمر پیر و چروکیده می‌شود و افراد پیر را در معرض خطر ابتلای بیشتری به عفونت‌های کشنده قرار می‌دهد. مقاله چاپ شده در مجله Cell Reports عنوان می‌کند که آتروفی تیموس ممکن است با عدم توان آن در حفاظت تخریب DNA در مقابل رادیکال‌های آزاد مرتبط باشد. این آسیب با تسریع اختلال عملکردی متابولیک در تیموس بصورت پیش‌رونده باعث کاهش تولید سلول‌های T مقابله‌کننده با پاتوژن می‌شود.

با وجو اینکه پیش‌تر عنوان شده‌ است که آنتی‌اکسیدانت‌ها جلوی پیری را نمی‌گیرند، این یافته‌ها نشان می‌دهد آنتی‌اکسیدانت‌های خوراکی معمول ممکن است باعث کاهش آتروفی تیموس شده و می‌تواند به عنوان یک درمان پیش‌گیرانه و محافظتی افراد مسن در مقابل عفونت‌ در نظر گرفته شود.

هووارد پتری نویسنده مسئول این مقاله می‌گوید:«تیموس نسبت به سایر اعضای بدن سریع‌تر دچار پیری می‌شود و این امر باعث کاهش توانایی افراد در تقابل با چالش‌های جدید ایمونولوژیک می‌شود. ما برای اولین بار یک حلقه مکانیکی بین آنتی‌اکسیدانت‌ها و عملکرد طبیعی ایمنی بدن تعیین کرده‌ایم که راهکارهای جدیدی برای استراتژی‌های جدید درمان ارائه می‌کند تا سیستم ایمنی در جامعه مسن بهبود یابد.»

تیموس سلول‌های ایمنی T را که بسیار حیاتی هستند را تولید می‌کند. این سلول‌های بصورت مداوم می‌میرند و نیاز به جایگزینی مداوم دارند. اما با رسیدن سن بلوغ، تیموس کوچک شده و قابلیت تولید سلول‌های جدید و به‌مقدار کافی را از دست می‌دهد. این نقص تا حدودی با تقسیم سلول‌های T موجود جبران می‌شود اما سلول‌های حاصل بیشتر به‌سمت سلول‌های خاطره تمایل پیدا می‌کنند که بر اساس عفونت‌های پیشین یا حال حاضر در بدن پاتوژن‌های را تشخیص می‌دهند. در نتیجه ایمنی طیف گسترده در مقابل پاتوژن‌های حدید و ایمنی محافظتی حاصل از واکسن‌های جدید با گذر عمر کاهش پیدا می‌کند.

این تیم تحقیقاتی طی مطالعات خود دریافتند که سلول‌های استرومایی دچار کمبود آنزیم آنتی‌اکسیدانتی به نام کاتالاز هستند که این امر باعث تجمع رادیکال‌های آزاد در این ارگان و صدمه متابولیک می‌شود.

برای بررسی اثر عدم وجود کاتالاز بر آتروفی تیموس محققین آزمون‌های ژنتیکی اجرا کردند که سطوح کاتالاز را در تیموس موش به‌دست آورند. در سن شش ماهگی، اندازه تیموس موش‌های مهندسی ژنتیک شده دو برابر اندازه آن در موش‌های معمولی بود. علاوه بر این، موش‌های درمان شده با ۲ آنتی‌اکسیدانت معمول از زمان از شیر گرفتگی، در ۱۰ هفتگی اندازه تیموس تقریبا نرمالی را داشتند.

به‌طور کلی، یافته‌های این پژوهش، نظریه رادیکال‌های آزاد و پیری را قوت بخشید، بدین صورت که گونه‌های فعال اکسیژن از جمله پراکسید هیدروژن باعث آسیب سلولی شده و نهایتا منجر به پیری و انواع بیماری‌های وابسته به سن می‌شوند. فرآیندهای پیری در تیموس بصورت پیشرونده اما آهسته شکل گرفته و تا اواخر عمر آشکار نمی‌شوند. مولکول‌های سمی، به عنوان یک محصول طبیعی فرعی که از متابولیسم اکسیژن در سلول تولید می‌شوند، با آتروفی پیشرونده در بسیاری از اندام‌ها و بافت‌ها به عنوان بخشی از روند طبیعی پیری در ارتباط هستند.

پتری همچنین می‌افزاید: «در مورد تیموس، آتروفی بسیار سریع‌تر از سایر بافت‌ها رخ می‌دهد، آنچه نتایج ما نشان می‌دهد، کمبود کاتالاز استرومایی ناشی از نیاز شدید متابولیک است که در جهت تامین محیط مناسب برای تکثیر سلول‌های T طراحی شده است. مطالعات ما همچنین  اثبات کرده است که آتروفی تیموس، فارغ از یک رابطه ویژه با استروئید‌های جنسی، نشان‌دهنده روند آسیب سلولی تجمعی ناشی از قرار گرفتن طولانی‌مدت در معرض فرآورده‌های فرعی اکسیداتیو تولیدی طی متابولیسم هوازی است.»

در مطالعات آتی، محققان به بررسی اثر مصرف مکمل‌های آنتی‌اکسیدانتی در دوران پیری بر عملکرد غده تیموس و سیستم ایمنی خواهند پرداخت. در صورتی که این مطالعات، فرضیه فوق را به اثبات برساند، آن‌ها می‌توانند راهکارهای جدید بالینی برای پیشگیری یا درمان آتروفی مرتبط با سن تیموس در انسان ارائه ‌دهند.

منبع:

Griffith AV, Venables T, Shi J, Farr A, Van Remmen H, Szweda L, Fallahi M, Rabinovitch P, Petrie HT. Metabolic damage and premature thymus aging caused by stromal catalase deficiency. Cell reports. 2015 Aug 18;12(7):1071-9.

باور بر این است که آنتی‌اکسیدانت‌ ها بر اساس توانایی آنها در محافظت در برابر تخریب سلولی از چندین بیماری مزمن از جمله بیماری‌های قلبی و عروقی و سرطان جلوگیری می‌کنند. تحقیقات جدید نیز بیان کننده‌ی این امر هستند که ممکن است آنتی اکسیدانت‌های مرسوم در برابر بیماری کبد چرب غیر الکلی مقاومت نشان دهند.  آنتی اکسیدانت‌ها معمولا در میوه‌ها و سبزیجات یافت شده و باور بر این است که از تخریب سلولی جلوگیری به عمل می آورند. ویتامین E، C، سلنیوم و کارتنوئید‌ها نمونه‌هایی از آنتی اکسیدانت‌ها می‌باشند.

تحقیقات نشان می دهد که رژیم غذایی غنی از میوه‌ها و سبزیجات می توانند به جلوگیری از مبتلا شدن به بیماری‌های مزمن کمک نماید. با این حال آشکار نیست که آنتی اکسیدانت‌ها خود در برابر این بیماری مقاومت ایجاد می کنند یا اینکه سایر مواد در میوه‌ها و سبزیجات این عمل را انجام می دهند. تحقیقات جدید روی یک آنتی اکسیدانت (که عموما در شیر پستان و خوردنی هایی نظیر کیوی، سویا و کرفس یافت می‌شود) با خطرات گسترش کبد چرب غیر الکلی مرتبط است.

بررسی اثر (PQQ (Pyrroloquinoline Quinone در موش‌های چاق

کبد چرب غیر الکلی به طور فزاینده‌ای در حال گسترش است. در ایالت متحده آمریکا این ناهنجاری عامل بیشتر بیماری‌های کبد، معادل ۷۵ درصد کل بیماری‌های مزمن کبد می‌باشد. کبد چرب غیر الکلی بر روی ۲۰ تا ۳۰ درصد بزرگسالان آمریکا و ۶۰ درصد بزرگسالان چاق تاثیر دارد. این بیماری با اختلالات متابولیک و چاقی مرتبط می باشد.‌ دانشمندان دانشگاه کلورادو در تلاشند تاثیر افزایش دوز PQQ‌ی تجویز شده قبل تولد را در توقف یا عدم توقف کبد چرب غیر الکلی در موش‌ها بررسی نمایند.

کارن جانشر رئیس تیم تحقیقات می‌گوید تیم به گروهی از موش‌های بارداری رژیم غذایی غربی پرچرب و پر شكر خوراند. به گروهی دیگر از موش‌های باردار رژیم غذایی مقوی و سالم تجویز گردید. در هر دو گروه اعضای تحت آزمایش همراه با آب نوشیدنی PQQ دریافت كردند. به نوزادان متولد شده در دو گروه تحت نظر همان رژیم غذایی برای مدت ٢٠ هفته داده شد و همزمان PQQ را از شیر مادر دریافت می كردند.

PQQ چربی كبد را كاهش می دهد

همانطور كه انتظار می‌رفت گروهی كه رژیم غذایی پر چرب دریافت كرده بودند وزن بیشتری نسبت به گروه دیگر داشتند. PQQ تجویز شده در قبل و بعد تولد بر افزایش وزن تاثیری نداشت. با این حال PQQ اعمال شده چربی كبد و بدن در فرزندان گروه چاق را كاهش داد. حتی PQQ، چربی كبد قبل از تولد را نیز كاهش داد. محققان در موش‌های چاق كه PQQ دریافت می‌كردند كاهش شاخص‌های استرس اكسیداتیو و ژن‌های پیش التهابی را مشاهده كردند. همچنین این امر بیانگر اثر كاهشی آنتی اكسیدانت‌ها در التهاب كبد می‌باشند. جالب توجه اینكه این اثرات مثبت در نسل بعدی پس از قطع PQQ (كه بخشی از مرحله‌ی از شیر گرفتن نوزادان بود) ادامه داشت.

كارن جانشر می گوید زمانی كه PQQ به موش‌های باردار و بعد از آن شیرده خورانده شد مشاهده گردید كه از نوزادان در برابر علائم كبد چرب و آسیب منجر به كبد چرب غیر الكلی در بلوغ زودرس محافظت می نماید.

PQQ به طور طبیعی در خاك، گرد و خاك ستاره ای و شیر پستان انسان یافت می شود. آنتی اكسیدانت‌ها برای رشد در پستانداران ضروری بوده و در غذاهای گیاهی گوناگون مانند سویا، جعفری، كرفس، كیوی و پاپایا یافت می شود. جانشر همچنین بر روی مزایای رژیم مکمل PQQ اولیه در پیشگیری از بیماری‌های كبد تاكید دارد.

منبع:

Jonscher, K. R., Stewart, M. S., Alfonso-Garcia, A., DeFelice, B. C., Wang, X. X., Luo, Y., … & Wiitala, E. (2016). Early PQQ supplementation has persistent long-term protective effects on developmental programming of hepatic lipotoxicity and inflammation in obese mice. The FASEB Journal, fj-201600906R.

دانشمندان دانشگاه ایلینوی در کالج داروسازی شیکاگو نقش جدیدی را برای اکسیدنیتریک، مولکول گازی که برای سیگنالینگ سلولی و سلامت سلولی بسیار مهم است، کشف کرده‌اند.

این محققان بیان کردند که اکسیدنیتریک نقش مهمی در اپی‌ژنتیک دارد، اپی‌ژنتیک تغییرات سرطانی در بیان ژن، ناشی از مکانیسم‌هایی غیر از تغییر توالی  DNAمی‌باشد. یکی از نمونه‌های تاثیرات اپی‌ژنتیک ویرایش پروتئین‌های اختصاصی هیستون است که مسئول بسته‌بندی DNA در هسته سلول بوده و بر چگونگی تنظیم بیان ژن‌ها تاثیر می‌گذارد.

ژن‌هایی که بسیار محکم در اطراف هیستون‌های خود پیچیده‌اند نسبت به ژن‌هایی که راحت‌تر بسته‌بندی می‌شوند بیان کم‌تری دارند. دسته دوم ژن‌ها به راحتی در دسترس مکانیسم‌های قرار می‌گیرند که ژن‌ها را به محصولات پروتئینی ترجمه می‌کنند. تغییرات کوچک در این هیستون‌ها به عنوان یک سوئیچ مولکولی برای تبدیل ژن‌های خاص عمل می‌کنند و در نتیجه تغییرات هیستونی غیر طبیعی با انواع مختلفی از بیماری‌ها همراه است.

پیوستن گروه‌های شیمیایی به نام گروه‌های متیل در برخی از مکان‌های هیستون می‌تواند ژن‌هایی را که برای سرکوب تشکیل تومور حیاتی هستند یا ژن‌هایی که باعث ایجاد سرطان می‌شوند را متوقف کند. علاوه بر این، تغییرات در بیان آنزیم‌هایی که متیلاسیون هیستون‌ها را تغییر می‌دهد با بیماری و پیری سلول‌ها مرتبط است.

محققان در مطالعه‌ای متمرکز بر پروتئین  KDM3A، که گروه‌های متیل را از هیستون حذف می‌کند کشف کردند که اکسیدنیتریک می‌تواند توانایی پروتئین را برای حذف گروه‌های متیل هیستون مهار کند، هم‌چنین اکسیدنیتریک می‌تواند بیان انواع مختلف آنزیم‌های اصلاح کننده هیستون را تنظیم کند که بسیاری از آن‌ها ارتباط قوی با سرطان‌های خاص دارند.

این اولین مطالعه برای نشان دادن یک مدل اپی‌ژنتیک سیگنالینگ اکسید‌نیتریک است که توانایی درک پایه‌ای دانشمندان از زیست‌شناسی اکسیدنیتریک و مقررات اپی‌ژنتیک را تغییر می‌دهد و می‌تواند به طور قابل توجهی درک ما از بیان ژن در سلامتی و بیماری را تغییر دهد.

منابع:

Pacher, P., Beckman, J.S. and Liaudet, L., 2007. Nitric oxide and peroxynitrite in health and disease. Physiological reviews, 87(1), pp.315-424.

Murad, F., 2004. Discovery of some of the biological effects of nitric oxide and its role in cell signaling. Bioscience reports, 24(4-5), pp.452-474.

Irani, K., 2000. Oxidant signaling in vascular cell growth, death, and survival: a review of the roles of reactive oxygen species in smooth muscle and endothelial cell mitogenic and apoptotic signaling. Circulation research, 87(3), pp.179-183.

غذاهای غنی‌شده با آنتی‌اکسیدان باعث بهبود عملکرد سیستم ایمنی بدن و افزایش طول عمر موش می‌شوند و این نتایج ممکن است برای انسان نیز اعمال شود.

دانشمندان به طور تصادفی موش‌های سالم جوانNPAM  و موش‌های پیر پیش از موعدPAM  را به گروه‌های کنترل و آزمایش تقسیم کردند. در رژیم‌ گروه آزمایشی 5 تا 20 درصد بیسکویت‌های غنی‌شده با آنتی‌اکسیدان افزوده شده و در مقایسه با گروه‌های کنترل، 15 هفته بعد، عملکرد لوکوسیت، ضایعات آنتی‌اکسیدانی و میزان آسیب اکسیداتیو لیپید و DNA به طور قابل توجهی بهبود یافت. آنتی‌اکسیدان‌ها در گروه PAM بیش از گروه NPAM تاثیرگذار بودند و مکمل‌های آنتی‌اکسیدان 20 درصد موثرتر از 5 درصد بود.

در مطالعه اخیر، رژیم غذایی حاوی دو دوز مختلف، 5 درصد و 20 درصد بیسکویت‌هایی که غنی از مقادیر زیادی آنتی‌اکسیدان‌های نظیر ویتامین C و E، بتاکاروتن، روی و سلنیوم بود، باعث افزایش ایمنی شد.

این نتایج می‌تواند تاثیر قابل توجهی بر انسان داشته باشد، زیرا سطح آنتی‌اکسیدانی / اکسیدان در بدن به شدت بر عملکرد گلبول‌های سفید خون اثر می‌گذارد که اولین دفاع بدن در برابر بیماری، عفونت‌ و پیری می‌باشد. این بدان معناست که در پروسه پیری بدن انسان، گلبول سفید توانایی خود را برای مبارزه با عفونت از دست داده، که منجر به افزایش خطر بیماری‌های عفونی و دژنراتیو و کاهش طول عمر می‌شود. به همین دلیل، حفظ سطح آنتی‌اکسیدانی بدن مهم است.

عملکرد سیستم ایمنی یک نشانگر سلامت است و تعدادی از پارامترهای ایمنی بررسی شده، پیش‌بینی کننده طول عمر هستند، نتایج نشان می‌دهند از یک جهت حفظ تنظیم هموستاز در سلول‌های ایمنی برای حفظ عملکرد آن‌ها و از سوی دیگر، بیسکویت‌های غنی‌شده با دوز غذایی چندین آنتی‌اکسیدان، منجر به بهبود عملکرد لوکوسیت‌ها در این سلول‌ها خواهند شد و این طبیعی است که آنتی‌اکسیدان‌های بر پایه گیاه برای سلامتی و عملکرد سیستم ایمنی مفید هستند.

منابع:

Meydani, S.N., Wu, D., Santos, M.S. and Hayek, M.G., 1995. Antioxidants and immune response in aged persons: overview of present evidence. The American journal of clinical nutrition, 62(6), pp.1462S-1476S.

Ames, B.N., Shigenaga, M.K. and Hagen, T.M., 1993. Oxidants, antioxidants, and the degenerative diseases of aging. Proceedings of the National Academy of Sciences, 90(17), pp.7915-7922.

Grimble, R.F., 1994. Nutritional antioxidants and the modulation of inflammation: theory and practice. New horizons (Baltimore, Md.), 2(2), pp.175-185.