Как старение влияет на митохондрии в клетках мозга и способствует возникновению возрастных заболеваний

В последние годы становится все более очевидным, что большая часть того, что мы называем здоровьем и болезнью, на самом деле связана с функцией ваших митохондрий – крошечных органелл внутри ваших клеток, которые играют важную роль в производстве необходимого аденозинтрифосфата (АТФ), для всех биологических функций. Если ваши митохондрии не функционируют должным образом, риск хронических дегенеративных заболеваний резко возрастет. Неудивительно, что оптимизация митохондрий также жизненно важна для стратегий продления жизни.

Ваш мозг, являясь наиболее энергозависимым органом (потребляющим до 20 процентов энергии, используемой всем вашим телом ¹ ), поэтому особенно чувствителен к нарушению выработки энергии из-за неисправных митохондрий, и теперь исследователи предполагают, что именно это и делает мозг человека подвержен в первую очередь возрастным заболеваниям. Как сообщает Salk News: ²

«Исследователи Солка использовали новый метод, чтобы обнаружить, что клетки пожилых людей имеют поврежденные митохондрии – электростанции клеток – и снижают выработку энергии. Лучшее понимание влияния старения на митохондрии могло бы раскрыть больше о связи между митохондриальной дисфункцией и возрастом связанные с заболеваниями головного мозга, такими как болезнь Альцгеймера и Паркинсона ».

Митохондриальная дисфункция и возрастные заболевания головного мозга

Рассматриваемое исследование ³ , опубликованное в майском выпуске Cell Reports, поддерживает «биоэнергетическое объяснение высокой чувствительности мозга к старению». С возрастом ваши митохондрии имеют тенденцию уменьшаться как в количестве, так и в функционировании, и эта возрастная дисфункция вызвана нарушением производства АТФ и увеличением окислительного повреждения. По мнению авторов:

«Митохондриальная дисфункция характеризуется потерей потенциала митохондриальной мембраны, что напрямую связано с потерей энергии, генерируемой в цепи переноса электронов, которая выполняет окислительное фосфорилирование (OXPHOS); считается, что отказ OXPHOS создает основу для развития возрастных расстройств.

Интересно, что наследственные митохондриальные заболевания, которые могут быть вызваны мутациями в генах, кодируемых в ядерной ДНК, которая кодирует подавляющее большинство митохондриальных генов, или в генах, которые кодируются в мтДНК, часто связаны с нейродегенеративными фенотипами, что указывает на особую уязвимость нейронов мозга. митохондриальным дефектам.

Точно так же человеческий мозг – это орган, на который сильно влияет старение, и пожилой возраст, безусловно, является самым сильным фактором риска для большинства нейродегенеративных заболеваний ».

В то время как большинство методов исследования используют химические стрессоры на клетках для имитации клеточного старения, группа Солка под руководством Расти Гейджа, профессора лаборатории генетики Солка, использовала новый метод, ранее разработанный Гейджем, который напрямую преобразует клетки кожи в нейроны, называемый « индуцированные нейроны »или iNs. Эти ИН позволили им наблюдать влияние естественного старения на митохондрии.

Митохондриальные гены, связанные с выработкой энергии, отключены у пожилых людей

Для указанного исследования команда собрала клетки кожи у людей в возрасте от новорожденных до 89 лет, а затем создала iNs от каждого донора. Затем они изучили митохондрии в каждом наборе, используя множество различных методов. Интересно, что в то время как митохондрии в клетках кожи демонстрировали мало различий между возрастными группами, после того, как клетки были преобразованы в нейроны, возникли значительные различия.

В ИНН пожилых людей были отключены митохондриальные гены, связанные с выработкой энергии. Митохондрии также были менее плотными, более фрагментированными и генерировали гораздо меньшее количество энергии. Потенциал митохондриальной мембраны был в среднем на 43% ниже у старых ИН по сравнению с молодыми ИН.

«Практически каждая область, которую мы рассматривали – функциональная, генетическая и морфологическая – имела дефекты», – сказал Джером Мертенс, научный сотрудник Солка и автор исследования. Авторы также отметили, что различия в предрасположенности к старению митохондрий между разными типами клеток, по-видимому, зависят от уровня окислительного фосфорилирования, выполняемого рассматриваемой клеткой, и что «метаболический профиль нейронов может сделать их особенно уязвимыми к старению митохондрий». Как сообщает Salk News:

«Исследователи выдвинули гипотезу, что причина, по которой митохондрии iNs больше подвержены старению, чем митохондрии клеток кожи, заключается в том, что нейроны в большей степени полагаются на митохондрии для удовлетворения своих энергетических потребностей.« Если у вас есть старая машина с плохим двигателем, которая находится в вашем гараж каждый день, это не имеет значения, – говорит Мертенс. – Но если вы едете на этой машине, двигатель становится большой проблемой ».

Это открытие показывает, как старение может по-разному влиять на органы по всему телу. Затем исследователи хотят начать применять свой метод для изучения возрастных заболеваний, в том числе болезней Альцгеймера и Паркинсона. В прошлом к ​​этим заболеваниям были причастны митохондриальные дефекты.

Собирая клетки кожи у пациентов и создавая интернациональные сети, команда может посмотреть, чем митохондрии нейронов пациентов с этими заболеваниями отличаются от митохондрий нейронов здоровых пожилых людей ».

Функция митохондрий важна для защиты опухолей

Помимо превращения пищи, которую вы едите, в энергию, ваши митохондрии также выполняют другие радикально важные функции. Например, они действуют как координатор апоптоза или запрограммированной гибели клеток – важного процесса, который обеспечивает гибель неисправных клеток, которые могут превратиться в опухоли, чтобы их не очистили. В течение жизни клетки неизбежно возникают повреждения. Как только это повреждение достигает определенного порога, в ячейку отправляются сигналы с инструкциями по самоуничтожению.

Ваши митохондрии определяют, достигнут ли этот порог, и являются инициаторами последующей программы клеточного самоубийства. Если ваши митохондрии не функционируют должным образом, они могут быть не в состоянии правильно определить, когда был достигнут порог повреждения, и / или могут не подать поврежденной клетке сигнал для апоптоза. Результат очевиден: в конечном итоге вы получаете сильно поврежденные клетки, которые скапливаются вокруг и вносят вклад в дальнейшую дисфункцию.

Более того, чтобы произошел каскад апоптоза, требуется подвод энергии. Таким образом, даже если ваши митохондрии способны определить, что порог достигнут, и могут сигнализировать об апоптозе, при недостаточной энергии дефектные клетки все равно выживут и будут размножаться. В двух словах, именно так дисфункциональные митохондрии вызывают рак .

Пероксинитрит, вероятно, вызывает большую часть повреждений

Хотя ваши митохондрии могут быть повреждены по-разному, большая часть этого связана со свободными радикалами супероксида, которые образуются, когда электроны выходят из цепи переноса электронов (ETC) и реагируют с кислородом. Это нормальный и здоровый процесс, но когда супероксид образуется на более высоком уровне, чем здоровый, он повреждает ДНК в ваших митохондриях.

Что вызывает избыточную утечку электронов из ETC в ваших митохондриях? Короче говоря, он не является метаболически гибким и сжигает более высокий процент углеводов, чем жир, что приводит к утечке гораздо большего количества этих электронов, которые соединяются с молекулярным кислородом с образованием супероксида.

С таким названием, как супероксид, можно подумать, что эта молекула действительно опасна и опасна, но она относительно безвредна. Считалось, что его превращение в перекись водорода и соединение с железом (реакция Фентона) с образованием гидроксильного свободного радикала вызывают большую часть повреждений.

Однако в этом столетии этот взгляд радикально изменился. Теперь стало понятно, что, хотя гидроксильные радикалы повреждают, они не перемещаются очень далеко, только расстояние до одного белка, и их повреждение относительно ограничено. Основная проблема поколений избыточного супероксида заключается в том, что он может объединяться с оксидом азота с образованием, вероятно, самой опасной молекулы в вашем организме – пероксинитрата. 

Воздействие ЭМП

Идеальный шторм разрушения ДНК, клеточного белка и мембран создается, когда вы не сжигаете жир в качестве топлива и не создаете избыток супероксида, а затем подвергаетесь воздействию электромагнитных полей (ЭМП). Это вызывает радикальное увеличение выделения оксида азота, который почти мгновенно объединяется с супероксидом, создавая огромные уровни пероксинитрата, который запускает каскад разрушительных событий для вашей клеточной и митохондриальной ДНК, мембран и белков.

Хотя все биологические повреждения вызывают беспокойство, больше всего беспокоят разрывы цепей ДНК, поскольку они приводят к радикальному увеличению воспаления и практически ко всем дегенеративным заболеваниям. К счастью, ваше тело способно восстанавливать эту поврежденную ДНК с помощью семейства ферментов, называемых PARP (поли-АДФ-рибозо-полимераза). Это очень эффективная ремонтная система, которая замечательно устраняет повреждения, пока в ней достаточно топлива. 

А что это за топливо? Это NAD +, о котором вы, возможно, недавно слышали в новостях. Когда избыток пероксинитрата активирует PARP для восстановления повреждений ДНК, он потребляет NAD +, и если вы закончите, вы не сможете восстановить повреждение, что, вероятно, является основной причиной большинства болезней, которые мы наблюдаем в современном мире.

Ранее я много писал об ЭМП и о том, как уменьшить воздействие. Ключевым моментом здесь является понимание того, что именно комбинация воздействия ЭМП и неспособности сжигать жир в качестве основного топлива вызывает каскад биологического разрушения домино, который мы сейчас наблюдаем.

НАД + играет центральную роль в поддержании здоровья клеток и митохондрий

Улучшение уровней NAD + – очень сложная тема, и на самом деле для ее подробного объяснения требуется книга. Но оптимизация уровней NAD + может быть единственной наиболее важной стратегией улучшения здоровья митохондрий.

Первый шаг – снизить потребление НАД + с помощью правильной диеты, а также избегать ЭМП. Кроме того, существуют ингибиторы воспалительных путей, такие как CD38, которые потребляют НАД +, которые также могут повышать уровень НАД +. Наконец, существуют стратегии преобразования NADH в NAD +, который является полезной формой NAD.

Существует одна простая недорогая дополнительная стратегия увеличения НАД + из биологического предшественника. Четыре основных из них не будут здесь рассматриваться, но самый дешевый из них – это простой ниацин с немедленным высвобождением (витамин B3) – да, тот же витамин, который использовался для лечения пеллагры и болезней сердца в течение последних 50 лет. Хотя ниацинамид работает, данные свидетельствуют о том, что он не так эффективен и дополнительно подавляет важные и полезные сиртуины.

Ниацин вызывает покраснение практически у всех, кто использует его в первый раз в дозе 300 миллиграммов (мг), поэтому начинать с меньших доз в 25 мг имеет гораздо больше смысла, а несколько раз постепенно увеличивайте дозу до 200-300 мг/день кажется разумным. Я предпочитаю порошок ниацина, так как он дешевле и не содержит добавок, повышающих текучесть, например стеарата магния.

Эффективное сжигание жира сводит к минимуму повреждение митохондрий

Итак, надеюсь, теперь вы еще больше заинтересованы в оптимизации своей диеты благодаря тому, что я только что поделился. Сейчас мы обнаруживаем, что основной ущерб наносится отклонением от рациона наших предков – массовым распространением обработанных, неестественных продуктов и чрезмерным количеством добавленных сахаров , чистых углеводов и промышленных жиров.

Диеты с высоким содержанием углеводов и обработанной пищи не позволяют вашему телу эффективно сжигать жир в качестве основного топлива, а сжигание жиров и кетонов намного эффективнее, вызывая гораздо меньше окислительного стресса, чем сжигание углеводов. Итак, основная диетическая стратегия для оптимизации здоровья митохондрий – это правильное топливо. Как только вы станете эффективным сжигателем жира, вы автоматически минимизируете окислительный стресс на митохондрии, что является ключевым моментом. Другие эффективные стратегии включают ограничение калорий ( голодание ) и упражнения.

Время приема пищи – еще один важный фактор. Одна из худших вещей, которые вы можете делать со своими митохондриями на регулярной основе, – это есть незадолго до сна. В идеале последний прием пищи должен быть не менее чем за три часа до сна.

Обеспечивая свое тело пищей в то время, когда оно меньше всего необходимо (когда вы спите), в конечном итоге образуется чрезмерное количество свободных радикалов, которые затем выплескиваются и повреждают митохондриальную ДНК. Избыток углеводов, в частности, приводит к резервному копированию электронов, что вызывает образование супероксида.

Более того, если у вас высокий уровень железа, который встречается гораздо чаще, чем низкий уровень железа, в сочетании с высоким содержанием супероксида, образуются гидроксильные свободные радикалы, которые являются одними из самых вредных. Химическая реакция, которая создает эти свободные гидроксильные радикалы, известна как реакция Фентона.

Хотя вам, безусловно, нужно достаточно железа, слишком высокий уровень железа может нанести серьезный ущерб, и это один из способов, которым это происходит. 

Другие практические стратегии оптимизации митохондриальной функции

Благодаря жизни в токсичной среде, питанию своего тела неподходящим топливом, неправильному питанию и недостаточным физическим упражнениям у большинства людей митохондрии не оптимизированы. Хорошая новость в том, что есть много способов улучшить функцию митохондрий. Два лучших и наиболее исследованных способа оптимизировать функцию митохондрий – это упражнения и ограничение калорий.

Физические упражнения активируют гены, такие как PGC-1 альфа, и факторы ядерных генов, такие как Nrf2. Эти гены помогают митохондриям работать более эффективно. Они также ускоряют рост и деление митохондрий, так что вы получаете большее количество митохондрий. Говоря упрощенно, упражнения приносят пользу вашим митохондриям, потому что они увеличивают потребность в энергии для ваших клеток.

В ответ свободные радикалы сигнализируют о том, что вам нужно больше митохондрий. Итак, со временем ваше тело адаптируется к более высоким уровням физической активности, вызывая создание большего количества митохондрий и повышая их эффективность.

По мере того как ваш уровень физической подготовки улучшается, каждая отдельная митохондрия подвергается значительно меньшему стрессу (поскольку их больше), и в результате образуется меньше свободных радикалов. Как отмечает доктор Ли Ноу, автор книги « Митохондрии и будущее медицины », это «одна из причин, по которой физически здоровые люди имеют более низкий риск практически всех дегенеративных заболеваний, включая рак, а также более продолжительную жизнь. промежуток “

Полезные добавки

Помимо диеты, времени приема пищи и упражнений, также могут быть полезны некоторые диетические добавки. Для оптимизации митохондриальной функции всего тела особенно полезны следующие вещества: 

Источники

• ^1, 3 Cell Reports May 29, 2018; 23(9): 2550-2558
• ² Salk News May 29, 2018