Resveratrol and exercise regulate healthy aging markers in mice.

Abstract

El envejecimiento es un proceso muy complejo y multifactorial que conlleva a un deterioro gradual y progresivo del organismo. Normalmente se manifiesta después de la madurez y causa la discapacidad y la muerte. Algunas de las características comunes y universalmente aceptadas que se manifiestan durante el proceso de envejecimiento, incluyen el aumento de la mortalidad después de la maduración, los cambios en la composición bioquímica de los tejidos, la disminución progresiva de la capacidad fisiológica, la reducción de la capacidad para responder de forma adaptativa a los estímulos ambientales y el incremento de la susceptibilidad y vulnerabilidad a las enfermedades. Los defectos debido al proceso de envejecimiento empiezan a aparecer muy temprano en la vida, incluso antes de nacer. La biogerontología, es el estudio de las bases biológicas del envejecimiento, intenta conocer sus misterios mediante la descripción de los cambios relacionados con la edad en los organismos, órganos, tejidos, células y macromoléculas. Se han propuesto muchas teorías sobre las causas del envejecimiento. Por ejemplo, desde un visión biológica, el proceso de envejecimiento se ha atribuido al cross-linking molecular, cambios de la función inmunológica, daños de las reacciones de radicales libres, y senescencia de genes en el ADN. Entre todas las teorías existentes hasta la fecha, la más aceptada es la teoría del envejecimiento por acción de los radicales libres. Fue desarrollado por Harman en 1956 y está basada en la naturaleza química y en la presencia ubicua de los radicales libres. Esta teoría afirma que los radicales libres son los principales determinantes de daño molecular causando el envejecimiento. Veinte años más tarde, Harman reconoció que las mitocondrias son importantes productores de las especies reactivas del oxígeno (siglas en inglés ROS, de reactive oxigen species), las cuales contribuyen al daño oxidativo y a partir de este concepto desarrolló su teoría del envejecimiento mitocondrial por acción de los radicales libres. Para limitar el daño producido por las ROS la célula cuenta con un sistema de defensa antioxidante, enzimático y no enzimático. Gran cantidad de estudios indican que una o más de las enzimas antioxidantes pueden disminuir como consecuencia del envejecimiento. Más aún, una gran cantidad de investigación y estudios apoyarla suposición que el proceso inflamatorio juega también un papel central en el proceso de envejecimiento y en las enfermedades relacionadas con la edad. Los datos acumulados hasta el momento, sugieren firmemente que la regulación de mediadores pro-inflamatorios (TNF-?, IL-1?, IL-6, COX-2, iNOS) se incrementa durante el proceso de envejecimiento. El compuesto polifenólico resveratrol (RSV) es una molécula sintetizada por muchas plantas, como las uvas, arándanos, moras, cacahuetes, nueces y piñones. El RSV se ha convertido en el candidato principal para el desarrollo de fármacos, en estudios de envejecimiento, debido su acción antioxidante, anti-cancerígena, y anti-inflamatorias. La evidencia científica ha revelado su potencial como una molécula anti-envejecimiento, así como un agente terapéutico para las enfermedades cardiovasculares y algunos tipos de cánceres. El RSV podría ser el candidato más prometedor por la capacidad de mimetizar los efectos beneficiosos inducidos por la restricción calórica, sin llegar a la malnutrición. El ejercicio físico a intensidades altas o practicado durante un tiempo prolongado aumenta la generación de ROS, y el perjuicio derivado al aumentar el daño oxidativo a los ácidos nucleídos, a las proteínas y a los lípidos en las células. Sin embargo, se ha reconocido que la actividad física regular de intensidad moderada reduce el riesgo y la progresión de las enfermedades cardiovasculares, diabetes mellitus tipo 2, cáncer o enfermedades neurodegenerativas. La práctica del ejercicio físico induce amplios beneficios para la salud tales como, el aumento de la sensibilidad a la insulina y la capacidad oxidativa, la diminución de la presión arterial, la mejora el perfil lipídico en sangre, y de la función endotelial. También se ha demostrado que el ejercicio realizado frecuentemente previene significativamente la pérdida de la masa muscular y de sus funciones durante el envejecimiento. Más aún, el ejercicio previene o atenúa el proceso de inflamación y aumenta la expresión del sistema defensa antioxidante en diversos tejidos. En este sentido, el ejercicio físico al igual que el RSV, es considerado una intervención anti-envejecimiento. Esta tesis se enfoca en los efectos beneficiosos del tratamiento con RSV solo, o en combinación con la práctica de ejercicio, durante el proceso de envejecimiento en un modelo de ratones. Para investigar los efectos del RSV y/o del ejercicio durante el envejecimiento, dividimos los ratones machos C57BL/6J (n = 48) en 3 grupos de edad (jóvenes, adultos y viejos). Posteriormente, cada grupo de edad fue sub-dividido en 4 subgrupos (Control-no entrenado, Control-entrenado, RSV-no entrenado y RSV-entrenado). La dosis de RSV estimada fue de 16,5 mg/kg/animal/día durante 6 meses y el entrenamiento se realizó durante 6 semanas antes del sacrificio. En el primer estudio, analizamos los efectos del RSV y ejercicio sobre el peso corporal y la capacidad de la actividad física. Nuestros resultados indican que el RSV y el ejercicio de corto plazo son capaces de aumentar la resistencia muscular, mejora la resistencia, pero no tienen efecto sobre el peso corporal de los ratones. En el segundo estudio, analizamos si el RSV y el ejercicio inducen cambios en las actividades antioxidantes endógenas en el hígado, y si estos cambios dependen de la edad del animal. El envejecimiento fue acompañado de un aumento del daño oxidativo en el hígado, especialmente en el que afecta al sistema glutatión-dependiente. Ambos, el RSV y el ejercicio, invierten el efecto del envejecimiento y mantienen altos los niveles de la actividad de glutatión, glutatión peroxidasa y glutatión-S-transferasa en los animales viejos; la actividad de NQO1 también fue incrementada. La modulación de la actividad antioxidante no fue completamente acompañada de cambios en el nivel de proteínas: la expresión de proteína GPx1 aumentaba en paralelo con la mayor actividad en los animales viejos; sin embargo, la proteína NQO1 disminuyó durante el uso de RSV aunque su actividad aumentó. En el tercer estudio, el objetivo fue investigar los efectos de RSV y ejercicio en la inflamación en el hígado durante el proceso de envejecimiento. El análisis de los hígado homogenizados reveló que los ratones viejos tenían los niveles de las citoquinas pro-inflamatorias TNF-?, IL-1?, IL-6 y IL-17, las transcripciones relacionadas con la activación del inflamasoma TNF-?, IL-1?, IL-6, ASC, CASP-1, NALP-1, NALP-3 y también la expresión de enzima COX-2 fueron significativamente más altos que en los animales jóvenes y adultos. Nuestros resultados mostraron que el tratamiento de RSV y ejercicio reducen estos parámetros inflamatorios. Curiosamente, se encontró que los niveles de la citoquina antiinflamatoria IL-10 también aumentaron durante el envejecimiento. Este hallazgo sugiere que el aumento de los niveles de IL-10 es un mecanismo de respuesta y protección contra el proceso inflamatorio del envejecimiento. En el cuarto estudio, se estudió el sistema antioxidante en diferentes tejidos, incluyendo cerebro, riñón, músculo, corazón y el hígado. El objetivo principal de este estudio fue investigar efecto del RSV y ejercicio físico en estos tejidos en ratones viejos. El tratamiento conjunto de RSV más ejercicio mejoró el sistema defensa antioxidante en los órganos principales de los ratones, manifestándose como un aumento en las actividades y en la expresión de las enzimas, incluyendo superóxido dismutasa, catalasa, glutatión peroxidasa, glutatión reductasa, glutatión-S-transferasa, tiorredoxina reductasa, NADH-citocromo b5 reductasa, y NAD(P)H-quinona oxidorreductasa. Además, se observó una disminución en la cantidad de malondialdehído en el hígado, corazón, y muscular de los ratones con el tratamiento indicando un menor daño oxidativo en los lípidos. En el quinto estudio, examinamos si el tratamiento con RSV y ejercicio físico puede aumentar la expresión CoQ, una molécula redox localizada en todos los tejidos de los ratones. Nuestros resultados demuestran que, con el envejecimiento, los niveles de CoQ9 y CoQ10 disminuyeron en el cerebro, pero aumentaron en el hígado y el músculo. Además, la expresión de CoQ9 y CoQ10 en el cerebro y hígado en ratones se puede aumentar mediante a tratamiento de RSV y la práctica de ejercicio. Por último, en el sexto estudio, el análisis proteómico 2D-DIGE se utilizó para tener una visión global de los efectos del RSV y del ejercicio en la expresión de la proteína en el hígado durante el proceso del envejecimiento. El hígado fue investigado como principal objetivo debido a su papel fundamental en el metabolismo energético y xenobiótico de fármacos. Detectamos cambios de intensidad en cientos de proteínas y logramos identificar varias de ellas a partir de los geles 2D. Nuestros resultados mostraron que la mayoría de las proteínas expresadas diferencialmente se asocian con la cadena de transporte de electrones, ciclo de la urea, enzimas oxidorreductasas, factores de regulación de la síntesis de proteína mitocondrial, la familia aldehído deshidrogenasa y la capacidad antioxidante. Estos datos apoyan que el uso del RSV y la práctica de ejercicio físico de intensidad moderada pueden ser de gran importancia para la prevención de enfermedades metabólicas y relacionadas con el envejecimiento. En conclusión, la producción excesiva de ROS, la reducción de sistema de defensa antioxidante y el aumento de la inflamación con la edad contribuyen significativamente al envejecimiento. El daño oxidativo y el aumento de la inflamación son la causa principal y la más importante que contribuyen al envejecimiento. La capacidad del RSV y el ejercicio físico moderado de aumentar la protección de antioxidante, modular la defensa endógena, la regulación de la inflamación y los mecanismos de reparación pueden potencialmente mejorar la salud, aumentar la longevidad y contribuir al tratamiento de las enfermedades degenerativas relacionadas con la edad. Un estilo de vida que incluya la práctica diaria de ejercicio físico moderado junto a una dieta suplementada con RSV pueden mejorar la salud, aumentar la resistencia celular al estrés, y contribuir al envejecimiento saludable.