Aging Cell | 中国团队研究发现:PQQ能够延缓自然衰老引起的椎间盘退行性病变

学术   2024-08-14 18:01   上海  


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吡咯喹啉醌(pyrroloquinoline quinone,PQQ)是一种多肽修饰类天然产物,是继烟酰胺和核黄素之后第三类辅酶,具有抗氧化、抗衰老、提高免疫力等重要生理功能。[1]缺乏PQQ的饮食可致小鼠出现全身性疾病,包括生长障碍、免疫功能紊乱和生殖能力受损等[2, 3]。哺乳动物不能在体内合成PQQ,但人类可以从母乳、牛奶、蔬菜和肉类等食物中获得PQQ[4]

值得注意的是,PQQ已经被美国食品和药物管理局(FDA)批准可以作为膳食添加剂的安全成分。近年来,PQQ成为备受关注的“明星”营养物质之一,中国分别于2022年和2023年批准合成法和发酵法制得的PQQ为新食品原料,这使其成为潜在的缓解衰老相关疾病的理想调节剂。

考虑到衰老细胞的累积和氧化应激是老年性椎间盘退变的关键危险因素[5,6],因此,探究PQQ在防治老年性椎间盘退变(IVDD)中的新作用和新机制具有重要意义。

近日,南京医科大学友谊整形外科医院中心实验室杨仁磊和苗登顺团队在Aging Cell上发表了题为Nrf2 activation by pyrroloquinoline quinone inhibits natural aging-related intervertebral disk degeneration in mice的研究论文。


该研究揭示PQQ能够提升细胞应激反应能力,抑制细胞衰老和细胞外基质分解,促进基质合成,有效延缓自然衰老引起的椎间盘退行性病变,为PQQ成为未来临床上防治老年椎间盘退变的潜在方案提供有力证据。


图源:Aging Cell

为了研究PQQ在缓解老年性椎间盘退变中的作用,研究人员将小鼠分成12月龄对照组,24月龄对照饮食组以及24月龄长期PQQ饮食补充组。

根据X-ray以及番红固绿染色分析发现,相较于24月龄对照饮食组,长期PQQ饮食补充的小鼠的椎间盘高度,椎间盘组织学评分以及髓核细胞数量都有显著改善。

图1. 长期PQQ补充能够预防自然衰老相关的IVDD

进一步的研究表明:



1

PQQ抑制了老年小鼠髓核和纤维环中的氧化应激、细胞衰老和衰老相关分泌表型(SASP)。


2

体外使用人髓核细胞 (NPCs) 研究表明,PQQ可以保护细胞免受白细胞介素-1β诱导的基质降解、活性氧(ROS)积累和细胞衰老。


3

分子对接和生化测定揭示PQQ与特定残基相互作用解离Keap1-Nrf2复合物,从而促进Nrf2核转位和Nrf2-ARE信号通路激活。


4

RNA测序、染色质免疫共沉淀以及双荧光素酶报告基因实验证实了Nrf2通过结合Wnt5a启动子转录上调其表达, 而Wnt5a敲低能够阻断PQQ处理的NPCs中基质金属蛋白酶-13(Mmp13)的降低。


值得注意的是,长期PQQ补充未能缓解老年Nrf2敲除小鼠的衰老相关IVDD表型;这表明Nrf2对于PQQ的抗IVDD作用是不可或缺的

结 语


总之,本研究揭示了PQQ在防治老年性椎间盘退变中的有效性,强调了Keap1-Nrf2-Wnt5a轴是PQQ防治衰老相关IVDD的关键信号通路,为PQQ作为临床预防自然衰老诱导的IVDD的潜在方案提供了新证据。

南京医科大学友谊整形外科医院中心实验室薛琦和李杰为本论文的共同第一作者,南京医科大学友谊整形外科医院中心实验室苗登顺教授和杨仁磊博士为本论文的共同通讯作者。

参考文献:

1. 王光路, 王梦园, 周忆菲, 等. 吡咯喹啉醌生物合成研究进展 *[J]. 中国生物工程杂志, 2021, 41(1): 103-113 https://doi.org/10.13523/j.cb.2009004

2. Steinberg, F. M., Gershwin, M. E. & Rucker, R. B. Dietary pyrroloquinoline quinone: growth and immune response in BALB/c mice. J Nutr 124, 744-753, doi:10.1093/jn/124.5.744 (1994).

3. Killgore, J. et al. Nutritional importance of pyrroloquinoline quinone. Science (New York, N.Y.) 245, 850-852, doi:10.1126/science.2549636 (1989).

4. Noji, N. et al. Simple and sensitive method for pyrroloquinoline quinone (PQQ) analysis in various foods using liquid chromatography/electrospray-ionization tandem mass spectrometry. Journal of agricultural and food chemistry 55, 7258-7263, doi:10.1021/jf070483r (2007).

5. Vo, N. et al. Accelerated aging of intervertebral discs in a mouse model of progeria. Journal of orthopaedic research : official publication of the Orthopaedic Research Society 28, 1600-1607, doi:10.1002/jor.21153 (2010).

6. López-Otín, C., Blasco, M. A., Partridge, L., Serrano, M. & Kroemer, G. Hallmarks of aging: An expanding universe. Cell 186, 243-278, doi:10.1016/j.cell.2022.11.001 (2023).

以上内容仅为知识科普。

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