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Unterstützung starker Herzen mit Sirtuinen: Wie sich ein Rückgang von zwei Sirtuin-Proteinen mit zunehmendem Alter auf die Herzfunktion auswirkt

Unterstützung starker Herzen mit Sirtuinen: Wie sich ein Rückgang von zwei Sirtuin-Proteinen mit zunehmendem Alter auf die Herzfunktion auswirkt

Da nur etwa die Hälfte der erwachsenen amerikanischen Bevölkerung über eine gesunde Herzfunktion verfügt, suchen viele Ärzte und Forscher nach Möglichkeiten, die kardiovaskuläre Gesundheit der anderen fünfzig Prozent von uns zu unterstützen. Während Lebensstilfaktoren wie Ernährung, Bewegung und Stressbewältigung häufig als Methoden zur Vorbeugung von Herzfunktionsstörungen ins Visier genommen werden, ist ein aufstrebendes Forschungsgebiet die Frage, wie sich bestimmte zelluläre Komponenten des Herzens selbst mit zunehmendem Alter intern verändern.  

Zwei dieser Komponenten sind die Mitochondrien – die Energiekraftwerke unserer Zellen – und die Sirtuin-Proteine, die eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Zellgesundheit und des Alterungsprozesses spielen. In einer aktuellen Studie veröffentlicht in Altern Zelle, ein Forschungsteam der University of South Florida hat herausgefunden, dass zwei der Sirtuine, SIRT1 und SIRT3, stark an der Aufrechterhaltung der Herzfunktion beteiligt sind, insbesondere mit zunehmendem Alter oder als Reaktion auf Stress. Diese von Zhang und Kollegen verfasste aufschlussreiche Studie könnte Türen für die potenzielle Nutzung dieser kardioprotektiven Proteine ​​als therapeutisches Ziel für die Hälfte Amerikas öffnen, die derzeit mit der Unterstützung einer starken Herzgesundheit zu kämpfen hat. 

Wie Sirtuine die Herzgesundheit unterstützen

Wie Sirtuine die Herzgesundheit unterstützen

Die Sirtuinfamilie unterstützt nicht nur die Zellgesundheit, sondern fungiert auch als Enzyme, die beschädigte DNA reparieren, die Aktivität und Funktion der Mitochondrien steigern, die antioxidativen Signalwege steigern und auf zelluläre Stressfaktoren reagieren und sich an diese anpassen. Sirtuine sind auf NAD+ (Nikotinamidadenindinukleotid) angewiesen – ein lebenswichtiges Coenzym, das jede Zelle unseres Körpers benötigt. Allerdings sinkt der NAD+-Spiegel natürlicherweise mit zunehmendem Alter, und damit einhergehend lässt auch die Funktion der Sirtuine nach. 

Obwohl es sieben Sirtuine gibt, sind SIRT1 und SIRT3 die beiden Hauptakteure im Zusammenhang mit der Herzgesundheit. Diese Proteine ​​schützen Herzmuskelzellen, sogenannte Kardiomyozyten, vor oxidativem Stress – der Ansammlung schädlicher Moleküle, die als freie Radikale oder reaktive Sauerstoffspezies (ROS) bezeichnet werden – und steuern, wie gut sich das Herz zusammenzieht. 

Diese beiden Sirtuine sind auch stark an der Mitochondrienfunktion im Herzen beteiligt. Während alle Zellen Mitochondrien benötigen, um zu funktionieren, enthalten Kardiomyozyten mehr Energiekraftwerke als andere Zellen, da das Herz viel Energie benötigt, um ständig Blut durch den Körper zu pumpen. 

Aufgrund dieses hohen Energiebedarfs ist die Fähigkeit der Sirtuine, die Mitochondrienfunktion und die ATP-(Energie-)Produktion zu unterstützen, ein Hauptmechanismus, durch den sie das Herz schützen. Dieser Prozess wird jedoch mit zunehmendem Alter gestört, da die Sirtuinkapazität abnimmt. Als Hauptautor dieser Studie hat Ji Li, Ph.D., Professor für Chirurgie am USF Health Morsani College of Medicine, zustände dieses Prozesses: „Sie benötigen eine starke Präsenz von SIRT1 und SIRT3, um die mitochondriale Dynamik im Herzen gesund zu halten. Andernfalls wird die Pumpfunktion des Herzens schwächer.“

Die Auswirkungen von Ischämie-Reperfusionsverletzungen 

In dieser Studie untersuchten Zhang und Kollegen, wie sich die Aktivität von SIRT1 und SIRT3 auf die Herzfunktion auswirkte, nachdem sowohl junge als auch ältere Mäuseherzen Stress durch Ischämie-Reperfusionsverletzungen (I/R) ausgesetzt waren. I/R-Verletzungen treten häufig nach einer verminderten Durchblutung des Herzens (wie einem Herzinfarkt oder einer Ischämie) auf. Eine anschließende Wiederherstellung des Blutflusses („Reperfusion“) kann dann insbesondere bei älteren Patienten zu einer Schädigung des Herzgewebes, einer Herzfunktionsstörung und einem erhöhten Sterblichkeitsrisiko führen. 

Obwohl die Reperfusion von Vorteil sein soll, kann diese Wiederherstellung des Blutflusses (und damit des Sauerstoffs) aufgrund eines Anstiegs schädlicher ROS und entzündlicher Immunzellen, die die Verletzungen des Herzens verschlimmern, tatsächlich zu Schäden am Herzen führen. Daher betrachtet das Forschungsteam die Sirtuine als Angriffspunkt, um das Herz vor diesen I/R-Verletzungen zu schützen, die bei älteren Erwachsenen häufig zu Behinderungen und Todesfällen führen.

Als Dr. li spiegelt„Wir haben mit dieser Studie begonnen, um zu verstehen, warum ältere Menschen häufiger an Herzinfarkten erkranken als jüngere und warum sie häufiger sterben, selbst wenn sie eine maximale Behandlung erhalten.“ Bei jüngeren Menschen ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie sich von einem Herzinfarkt erholen, viel höher und die Wahrscheinlichkeit, dass sie an einer Ischämie-Reperfusions-Schädigung leiden, ist geringer.“ Und sie glauben, dass eine niedrige Sirtuin-Aktivität der Grund für diese Unterschiede sein könnte. 

SIRT1 und SIRT3 sind für gesunde Herzen erforderlich

SIRT1 und SIRT3 sind für gesunde Herzen erforderlich

Wie erwartet stellte das in Florida ansässige Forschungsteam fest, dass die älteren Mäuse in dieser Studie deutlich niedrigere SIRT1- und SIRT3-Werte aufwiesen als junge Mäuse. Diese niedrigen Sirtuinspiegel korrelierten dann damit, dass die alten Mäuse nach Stress durch I/R-Verletzungen eine dysregulierte Kardiomyozytenfunktion und Herzkontraktionsfähigkeit aufwiesen.

Sie untersuchten auch, wie es den Herzen von Mäusen erging, nachdem die SIRT1- und SIRT3-Aktivität vollständig gelöscht wurde, und stellten fest, dass diese Mäuseherzen viel anfälliger für I/R-Stress waren als Mäuseherzen mit intakten Sirtuinen. Darüber hinaus zeigten die SIRT-deletierten Mäuse dysfunktionale Herzmitochondrien mit beschädigten Strukturen und Membranen. Im Wesentlichen zeigten die jungen Mäuse ohne SIRT1- oder SIRT3-Aktivität ähnliche Herz- und Mitochondrienfunktionen wie ältere Mäuse. 

Wenn sich diese Ergebnisse auf den Menschen übertragen lassen, sind Zhang und Kollegen zuversichtlich, dass die Steigerung der SIRT1- oder SIRT3-Aktivität bei älteren Erwachsenen vor einer Reperfusionsbehandlung möglicherweise die Toleranz des Herzens gegenüber der Stresssituation erhöhen und das Risiko von Komplikationen oder Mortalität nach einem Herzinfarkt verringern könnte.

Als Dr. li schließt„Unsere Forschung legt nahe, dass ein Grund [warum ältere Erwachsene häufiger an I/R-Verletzungen leiden] darin liegen könnte, dass sowohl SIRT1 als auch SIRT3 mit zunehmendem Alter herunterreguliert werden. Jüngere Menschen verfügen über höhere Mengen dieser Proteine, die für eine gesündere mitochondriale Dynamik erforderlich sind.“ Er fährt fort: „Unser oberstes Ziel ist es, ideale Angriffspunkte für die Behandlung von Herzinfarkten zu identifizieren, insbesondere bei älteren Patienten.“

Verweise: 

Zhang J, He Z, Fedorova J, et al. Veränderungen in der mitochondrialen Dynamik mit altersbedingtem Sirtuin1/Sirtuin3-Mangel beeinträchtigen die Kontraktilität der Kardiomyozyten. Alternde Zelle. 2021;20(7):e13419. doi:10.1111/acel.13419



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