Effets de l’hydrogène moléculaire évalué sur un modèle animal et une étude clinique randomisée sur une déficience cognitive légère
Kiyomi Nishimaki , 1 Takashi Asada , 2, 3, * Ikuroh Ohsawa , 1, 4 Etsuko Nakajima , 2 Chiaki Ikejima , 2Takashi Yokota , 1 Naomi Kamimura , 1 et Shigeo Ohta 1, 5, *
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Données associées
Matériel supplémentaire
Abstrait
Contexte:
Le stress oxydatif est l’un des facteurs responsables de la pathogenèse des maladies neurodégénératives, y compris une déficience cognitive légère (MCI) et la démence. Nous avions précédemment signalé que l’hydrogène moléculaire (H2) agissait comme un antioxydant thérapeutique et préventif.
Objectif:
Nous évaluons les effets de la consommation d’eau et d’eau H2 (eau infusée avec H2) sur les souris et les sujets atteints de stress oxydatif avec MCI.
Les méthodes:
Des souris transgéniques exprimant une forme dominante négative d’aldéhyde déshydrogénase 2 ont été utilisées comme modèle de démence. Les souris présentant un stress oxydatif accru ont été autorisées à boire de l’eau hydrogénée H2. Dans le cadre d’une étude clinique à double insu avec placebo contrôlée par placebo, 73 sujets avec MCI ont bu environ 300 ml d’eau hydrogénée H2 (groupe eau hydrogénée H2) ou d’eau sous placebo (groupe témoin) par jour, et la sous-échelle cognitive de l’échelle de la maladie d’Alzheimer (ADAS-cog) scores ont été déterminés après 1 an.
Résultats:
Chez les souris, boire de l’eau hydrogénée H2 a diminué les marqueurs du stress oxydatif et supprimé le déclin des troubles de la mémoire et de la neurodégénérescence. De plus, la durée de vie moyenne dans le groupe H2-eau était plus longue que celle du groupe témoin. Chez les sujets MCI, bien qu’il n’y ait pas eu de différence significative entre les groupes H2 et les témoins ADAS-cog après 1 an, les porteurs du génotype de l’apolipoprotéine E4 (APOE4) dans le groupe H2 ont été améliorés de manière significative sur le total ADAS-cog. score et score de tâche de rappel de mots (un des sous-scores du score ADAS-cog).
Conclusion:
H2-eau peut potentiellement supprimer la démence dans un modèle de stress oxydatif et dans les porteurs APOE4 avec MCI.
1. INTRODUCTION
Le stress oxydatif est l’un des facteurs responsables de la pathogenèse des principales maladies neurodégénératives, notamment la maladie d’Alzheimer (AD), un déficit cognitif léger (MCI) et la maladie de Parkinson (MP) [ 1 , 2 ]. De plus, le génotype de l’apolipoprotéine E4 (APOE4) est un risque génétique de MA et l’augmentation du stress oxydatif chez les porteurs de l’APOE4 est considérée comme l’un des modificateurs du risque [ 3 ].
Pour explorer des antioxydants alimentaires efficaces afin d’atténuer la neurodégénérescence dépendante de l’âge, il peut être utile de construire des souris modèles chez lesquelles les phénotypes de la MA pourraient progresser de manière dépendante de l’âge en réponse au stress oxydatif. Nous avons construit des souris transgéniques DAL101 exprimant un polymorphisme du gène mitochondrial aldéhyde déshydrogénase 2 (ALDH2 * 2) [ 4 ]. ALDH2 * 2 est responsable d’un déficit d’activité de ALDH2 et est spécifique aux Asiatiques du Nord-Est [ 5 ]. Nous avons signalé précédemment que la déficience en ALDH2 était un facteur de risque d’apparition tardive de la maladie dans la population japonaise [ 6 ], qui a été reproduite par des études chinoises et coréennes dans leurs populations respectives [ 7 , 8 ]. Les souris DAL101 ont montré une capacité réduite à détoxifier le 4-hydroxy-2-nonénal (4-HNE) dans les neurones corticaux et, par conséquent, une neurodégénérescence dépendante de l’âge, un déclin cognitif et une durée de vie raccourcie [ 4 ].
Nous avons proposé que l’hydrogène moléculaire (H2) présente le potentiel d’un nouvel antioxydant [ 9 ], et de nombreuses études ont fortement suggéré son potentiel pour des applications préventives et thérapeutiques [ 10 – 12 ]. Outre des expériences approfondies sur des animaux, plus de 25 études cliniques portant sur l’efficacité de H2 ont été rapportées [ 11 , 12 ], y compris des études cliniques à double insu. Sur la base de ces études, le domaine de la médecine à base d’hydrogène se développe rapidement.
Il existe plusieurs méthodes pour administrer de l’H2, notamment l’inhalation d’hydrogène gazeux (H 2 -gaz), la consommation d’eau dissoute de H 2 (eau hydrogénée H 2 ) et l’injection de solution saline dissoute de H 2(solution saline riche en hydrogène) [ 13 ]. Boire de l’eau hydrogénéeé moire induites par le stress en réduisant le stress oxydatif chez la souris [ 14 ] et en protégeant les cellules neurales en stimulant l’expression hormonale de la ghréline [ 15 ]. De plus, l’injection d’une solution saline riche en hydrogène a amélioré la fonction de mémoire dans un modèle de démence induite par l’amyloïde β chez le rat en réduisant le stress oxydatif [ 16 ]. De plus, l’inhalation d’hydrogène pendant la réanimation normoxique améliorait les résultats neurologiques chez un modèle d’arrêt cardiaque chez le rat, indépendamment de la gestion ciblée de la température [ 17 ].
Dans cette étude, nous avons examiné si la consommation d’eau avec H2 pouvait supprimer les troubles de la mémoire liés au vieillissement induits par le stress oxydatif chez les souris DAL101. Ensuite, dans une étude randomisée à double insu et contrôlée par placebo, nous avons examiné si l’eau H2 eau hydrogénée pouvait retarder la progression du MCI, comme l’indiquent les scores de la sous-échelle de la maladie d’Alzheimer et de la cognition (ADAS-cog) [ 18 , 19 ] à partir de la base à 1 an. Nous avons constaté une amélioration significative de la cognition à 1 an chez les porteurs du génotype APOE4 dans le groupe H2 en utilisant des scores ADAS-cog inférieurs et totaux.
2. MATÉRIELS ET MÉTHODES
2.1. Approbation éthique et consentement à participer
Cette étude sur les animaux a été approuvée par le comité de protection et d’utilisation des animaux de la Nippon Medical School. Les méthodes ont été réalisées «en conformité» avec les directives et les règlements pertinents.
Le protocole de l’étude clinique a été approuvé par les comités d’éthique de l’Université de Tsukuba et enregistré le 17 juillet 2009 auprès du réseau d’information médicale des hôpitaux de l’Université sous le nom UMIN000002218 à l’ adresse https://upload.umin.ac.jp/cgi-open. -bin / ctr / ctr.cgi? function = historique & action = liste & type = récapitulatif & recptno = R000002-725 & langue = J.
Les participants ont été inscrits à partir de juillet 2009. Tous les patients ont fourni un consentement éclairé écrit avant les enquêtes de recherche, qui ont été menées conformément à la Déclaration d’Helsinki et aux révisions ultérieures.
2.2. Souris transgéniques DAL101
Des souris transgéniques (DAL101) exprimant un transgène contenant une version murine de ALDH2 * 2 ont été construites comme décrit précédemment [ 4 ]. Le nombre de souris utilisées pour chaque expérience n’étant pas cohérent en raison d’une difficulté de reproduction, le nombre de souris utilisées a été spécifié.Toutes les souris ont été maintenues dans un cycle lumière / obscurité de 12 heures avec un accès ad libitum à de la nourriture et à de l’eau. Les examinateurs ont effectué des expériences à l’aveugle. Aucune dégradation significative de la déficience cognitive n’ayant été constatée à l’âge de 18 mois chez des souris de type sauvage ayant le même fond génétique (C57BL / 6) [ 4 ], les effets de l’eau hydrogénée H 2 n’ont pas été évalués dans cette étude.
2.3. L’eau d’hydrogène
Pour les expérimentations animales, de l’eau saturée en eau avec H 2 a été préparée comme décrit précédemment [ 14 ]. En résumé, le H2 a été dissous dans de l’eau sous haute pression (0,4 MPa) jusqu’à un niveau sursaturé, et l’eau H2 eau hydrogénée saturée a été stockée à la pression atmosphérique dans un sac en aluminium sans espace vide. En tant que témoin, l’eau H2 eau hydrogénée a été complètement dégazée par agitation douce pendant un jour. On donnait de l’eau librement aux souris à l’aide de récipients en verre fermés munis d’une conduite de sortie contenant deux roulements à billes, ce qui empêchait l’eau de se dégazer. Le navire était fraîchement rempli de H2-eau 6 jours par semaine à 14 heures. La concentration en H2 était encore supérieure à 0,3 mM le lendemain.
Pour cette étude clinique, l’eau hydrogénée H 2 disponible dans le commerce était un cadeau de Blue Mercury, Inc. (Tokyo, Japon). L’eau H2 eau hydrogénée (500 ml) a été emballée dans une poche en aluminium ne laissant aucun espace libre pour maintenir la concentration en H2, et stérilisée à 80 ° C pendant 30 min. La concentration en H2 a été mesurée à l’aide d’un capteur d’hydrogène (Unisense, Aarhus N, Danemark) et utilisée si la valeur était supérieure à 0,6 mM. Blue Mercury Inc. a également fourni de l’eau placebo conditionnée dans un emballage identique (500 ml). Cette société n’a joué aucun rôle dans la collecte, la gestion, l’analyse ou l’interprétation des données. Un paquet contenant 500 ml de placebo ou d’eau H2 eau hydrogénée par jour a été fourni après avoir montré les paquets vides précédents. Les taux de conformité auto-déclarés dans le groupe d’intervention ont été calculés en tant que volume d’eau H2 eau hydrogénée pendant un an.
2.4. Mesure du stress oxydatif
En tant que marqueur du stress oxydatif, la 8-OHdG [ 20 ] a été mesurée à l’aide d’échantillons d’urine, qui ont été prélevés entre 9h00 et 10h00 comme décrit précédemment [ 21 ], en utilisant un dosage immunoenzymatique compétitif (New 8-OHdG chèque; Institut japonais pour la maîtrise du vieillissement, Shizuoka, Japon). Les valeurs ont été normalisées par la concentration de créatinine urinaire, qui a été analysée à l’aide d’un kit standard (Wako, Kyoto, Japon). En tant que marqueur de stress oxydatif supplémentaire dans le cerveau, la MDA accumulée a été déterminée à l’aide d’un kit de dosage Bioxytech MDA-586 (Percipio Biosciences, CA, USA). Les niveaux de malondialdéhyde (MDA) ont été normalisés par rapport aux concentrations de protéines.
2.5. Mesure de la perte de mémoire: tâche de reconnaissance d’objet
Les capacités d’apprentissage et de mémoire ont été examinées à l’aide de la tâche de reconnaissance d’objection (ORT) [ 4 ]. Une souris a été habituée dans une cage pendant 4 h, puis deux objets de forme différente ont été présentés à la souris pendant 10 min sous la forme d’un entraînement. Le nombre de fois qu’on a exploré et / ou reniflé chaque objet a été compté pendant les 5 premières minutes (test d’entraînement). Les fréquences (%) dans le test de formation ont été considérées comme des arrière-plans.Pour tester la rétention de mémoire après 1 jour, un des objets d’origine a été remplacé par un nouvel objet de forme différente, puis les temps d’exploration et / ou de reniflement ont été comptés pendant les 5 premières minutes (test de rétention). Lorsque les souris perdent leurs capacités d’apprentissage et de mémoire, les fréquences d’exploration et / ou de détection de chaque objet doivent être égales (environ 50%) au cours de la séance d’entraînement, ce qui indique que les souris ont montré un intérêt similaire pour chaque objet en raison du manque de mémoire des objets. objets. Les capacités d’apprentissage et de mémoire ont été évaluées en soustrayant les fréquences (%) du test de rétention de chaque arrière-plan (test d’entraînement).
2.6 Mesure de la perte de mémoire: tâche d’évitement passif (PA)
L’appareil consistait en deux compartiments, l’un clair et l’autre sombre, séparés par une porte coulissante verticale [ 22 ]. Le premier jour, nous avons initialement placé une souris dans le compartiment des lampes pendant 20 s. Une fois la porte ouverte, la souris pouvait pénétrer dans le compartiment sombre (les souris préféraient instinctivement rester dans le noir). Le deuxième jour, la souris a de nouveau été placée dans la section claire pour permettre à la souris de se déplacer dans la section sombre. Après que la souris soit entrée dans le compartiment sombre, la porte était fermée. Au bout de 20 s, la souris a reçu un choc électrique de 0,3 mA pendant 2 s. La souris a été autorisée à récupérer pendant 10 secondes, puis a été renvoyée dans la cage de son domicile. Le troisième jour, 24 heures après le choc, la souris a de nouveau été placée dans la section claire avec la porte ouverte pour permettre à la souris de se déplacer dans la section sombre. Nous avons examiné le temps de latence pour franchir la porte. Les capacités d’apprentissage et de mémoire ont été évaluées comme la soustraction des temps de latence après le choc électrique de chaque arrière-plan (avant).
2.7 Immunocoloration de la région CA1 de l’hippocampe
Pour examiner la perte neuronale et l’activation gliale, la région de l’hippocampe a été colorée avec un anticorps anti-NeuN pyramidal spécifique des neurones (clone A60; Merck Millipore, Darmstadt, Allemagne), une protéine acide fibrillaire anti-gliale spécifique de l’astrocyte (anti-GFAP) anticorps (Thermo Scientific, MA, USA) ou un anticorps anti-IbaI spécifique de la microglie (Wako). Les souris ont subi une perfusion transcardiale pour être fixées avec du paraformaldéhyde à 4% dans une solution saline tamponnée au phosphate (PBS) sous anesthésie et leur cerveau a été cryoprotégé avec 30% de saccharose, puis le cerveau congelé a été sectionné à une épaisseur de 8 µm. Après incubation avec chaque anticorps primaire, les coupes ont été traitées avec des anticorps secondaires (Vector Laboratories, CA, USA) et leur immunoréactivité a été visualisée par la méthode du complexe avidine-biotine (Vector Laboratories).
2.8. Sujets de l’étude clinique
Cette étude était un essai randomisé, à double insu et contrôlé par placebo, entrepris dans le cadre du projet Tone, une étude épidémiologique en cours menée à Tone Town, Ibaraki, au Japon, comme décrit en détail précédemment [ 23 , 24 ]. Cette ville est située à environ 40 km au nord-est du centre de Tokyo et compte 22 districts. L’enquête initiale du projet Tone a concerné 1 032 participants en juillet 2009, et les sujets de la présente étude ont été recrutés parmi ceux-ci.
Les critères d’éligibilité sont les suivants: être âgé de 67 ans ou plus, pouvoir donner son consentement écrit et éclairé pour participer à la présente étude, avec un diagnostic d’ICM, être en mesure de respecter les exigences suivantes: bonne conformité avec la consommation d’eau; participation aux examens prévus pour l’évaluation; tenir un journal de bord enregistrant la consommation d’eau, avec un score modifié d’ischémie de Hachinski de 4 ou moins et un score d’échelle de dépression gériatrique de 15 éléments de 6 ou moins.En résumé, trois mois avant cette étude clinique, tous les participants avaient subi une évaluation de groupe utilisant un ensemble de 5 tests qui mesuraient les domaines cognitifs suivants: attention; Mémoire;fonction visuospatiale; la langue; et raisonnement comme décrit précédemment [ 25 ]. Déficience objective dans au moins 1 domaine cognitif basé sur la moyenne des scores des mesures neuropsychologiques dans ce domaine et 1 limite SD avec des corrections normatives pour l’âge, les années d’études et le sexe.
Les critères d’exclusion avaient les critères «Manuel de diagnostic et de statistiques des troubles mentaux (DSM) -IV TR» pour les maladies démentes, une maladie grave ou instable, des antécédents de maladie infectieuse grave affectant le cerveau et / ou de maladies malignes , antécédents d’abus d’alcool ou de drogues ou de dépendance (au DSM-IV TR) au cours des 5 dernières années, et prise de tout type de médicament anti-Alzheimer et initiation récente (dans un délai de 4 semaines) de médicaments agissant sur le système nerveux central. Lorsque le score du mini-examen de l’état mental (MMSE) [ 26 ] était inférieur à 24, les sujets étaient exclus.
Dans cette étude, les sujets ont été assignés au hasard à un groupe d’intervention qui recevait de l ‘ eau hydrogénée H 2tous les jours pendant 1 an, ou à un groupe témoin qui recevait de l’eau sous placebo. La séquence d’attribution a été déterminée par des nombres aléatoires générés par ordinateur qui ont été dissimulés aux enquêteurs et aux sujets. Drs. Nakajima et Ikejima ont généré la séquence d’allocation aléatoire, inscrit les participants et affecté les participants aux interventions. Tous les participants et prestataires de soins étaient aveuglément masqués.
Dans le protocole d’origine, nous avions prévu d’administrer de l’eau hydrogénée H 2 pendant deux ans et d’évaluer les résultats secondaires; cependant, nous avons dû arrêter le projet en 2011 à la suite de la catastrophe du tsunami et nous n’avons pas pu obtenir les données sur deux ans et les résultats secondaires.
Le génotype APOE4 a été déterminé comme décrit [ 25 ].
2.9 Considérations statistiques
Toutes les analyses statistiques ont été effectuées par un biostatisticien universitaire à l’aide du logiciel SAS version 9.2 (SAS Institute Inc, Cary, Caroline du Nord, États-Unis). Les résultats ont été considérés comme significatifs à p <0,05.
Pour la comparaison de deux groupes en capacités d’apprentissage et de mémoire, et en durée de vie, un test t bilatéral non apparié de Student a été utilisé pour la comparaison de groupe H2 avec le groupe témoin. Pour les autres expériences sur des animaux, une analyse de variance unidirectionnelle (ANOVA) avec une analyse post-hoc de Tukey-Kramer ou de Dunnett a été appliquée, sauf indication contraire.
Pour l’essai clinique, nous avions prévu recruter un total de 120 patients, ce qui fournirait 90% de puissance pour détecter une taille d’effet de 0,6 à l’aide d’un test bilatéral avec un niveau de signification de 5%, mais la taille réelle de l’échantillon pour l’analyse primaire était de 73, menant à 70% de puissance dans le même cadre. Les points finaux étaient les scores dans la version japonaise d’ADAS-cog à un an et les changements étaient évalués par le test U de Mann-Whitney (analyse non paramétrique) ainsi que par le test t de Student (analyse paramétrique).
3. RÉSULTATS
3.1. Stress oxydatif réduit hydrogène-eau chez les souris DAL
Des souris mâles DAL101 ont reçu de l’eau H2 / eau hydrogénée ou de l’eau témoin à boire ad libitum à partir de 1 mois et ont continué jusqu’à l’âge de 18 mois. Le groupe H2-eau DAL101 a montré une diminution significative du niveau d’un marqueur de stress oxydatif, la 8-hydroxy-2′-désoxyguanosine (8-OHdG) urinaire [ 20 ] à l’âge de 14 mois (Suppl. Fig. S1A ). De plus, les souris DAL101 ont augmenté le stress oxydatif dans le cerveau, mesuré par le niveau de MDA en tant que marqueur de stress oxydatif alternatif, et l’eau avec H2 a montré une récupération significative de cette augmentation du niveau de MDA chez les souris DAL101 (Suppl. Fig. S1B ).
3.2. L’hydrogène a freiné le déclin de l’apprentissage et de la déficience de la mémoire
Nous avons examiné les capacités d’apprentissage et de mémoire en utilisant ORT [ 4 ]. Comme décrit dans MATÉRIAUX ET MÉTHODES , les capacités d’apprentissage et de mémoire ont été évaluées comme la soustraction de la fréquence (%) dans le test de rétention de chaque arrière-plan (test d’entraînement). Les souris ont reçu de l’eau de contrôle ou de l’eau hydrogénée H 2 à partir de 1 mois. À l’âge de 14 mois, le groupe eau hydrogénée H2 a mémorisé de manière significative les objets d’origine et a montré la préférence pour le nouvel objet plus que le groupe témoin (Fig. 1A 1A âgée de 14 mois ).
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Fig. 1)
L’hydrogène hydrique empêchait le déclin cognitif. L’eau hydrogénée H 2 était fournie à partir de l’âge de 1 mois ( A, C) et à partir de 8 mois ( B ). Les souris ont été soumises à la première tâche de reconnaissance des objections (ORT) à l’âge de 14 mois ( A, B, âgé de 14 mois) et à la seconde ORT, à l’âge de 18 mois ( A, B, âgée de 18 mois). ). Les indices de reconnaissance ont été obtenus en tant que fréquence (%) d’exploration et / ou de détection de l’objet à remplacer ou du nouvel objet remplacé. Δ Indice de reconnaissance (%) indique les fréquences du test de rétention de l’ORT après soustraction de celles du test de formation (arrière-plan). WT, type sauvage; (DAL, H 2 -), souris DAL101 buvant de l’eau de contrôle dégazée; (DAL, H 2 +), souris DAL101 buvant de l’eau hydrogène. Les données sont présentées sous forme de moyenne ± SEM. n = 9, * p<0,05, ** p <0,01 selon le test t de Student. ( C ) Les souris ont été soumises à une tâche d’évitement passif.Des temps de latence avant et après le choc électrique sont obtenus et le (s) temps de latence (ΔStep-through) indique la soustraction des latences avant à partir du choc électrique. WT, type sauvage (n = 10); Souris DAL, H 2 -, DAL101 recevant de l’eau de contrôle dégazée (n = 8); et les souris DAL, H 2 +, DAL101 recevant eau avec H 2 (n = 8). Les données sont présentées sous forme de moyenne ± SEM. * p <0,05.
À l’âge de 18 mois, les souris ont été soumises au deuxième ORT, ce qui peut être fait en utilisant différents objets à l’âge de 18 mois [ 14 ]. Les souris âgées DAL101 buvant de l’H2-eau mémorisaient encore de manière significative les objets originaux et préféraient le nouvel objet plus que le groupe témoin (figure 1A 1A âgée de 18 mois ).
Ensuite, pour tester les effets de l’eau H2 / eau hydrogénée sur l’alcool à partir du stade avancé, nous avons commencé à administrer de l’eau H2 à des souris DAL101 mâles à l’âge de 8 mois au lieu de 1 mois et soumis à la TRO à 14 mois ( Fig. 1B 1B à l’âge de 14 mois ) et le deuxième OR à l’âge de 18 mois (Fig. 1B 1B à l’âge de 18 mois). Même lorsque les souris ont commencé à boire à l’âge de 8 mois, l’eau hydrogénée H 2 a inhibé de manière significative le déclin des capacités d’apprentissage et de la mémoire à l’âge de 18 mois ainsi qu’à l’âge de 14 mois (Fig. 1B 1B ) .
De plus, nous avons soumis les souris à PA [ 22 ] à l’âge de 18 mois en tant que méthode alternative. Un jour après un choc électrique de 0,3 mA pendant 2 s, des souris sauvages C57BL / 6 ont mémorisé le choc évalué par la soustraction du ou des temps de latence pour rentrer dans le compartiment sombre de chaque fond (Fig. 1C1C ). Le groupe H2-eau / eau hydrogénée a significativement plus inhibé le déclin de l’apprentissage et de la mémoire que le groupe témoin (Fig. 1C 1C ).
Ainsi, boire de l’eau H 2 / eau hydrogénée a supprimé les troubles d’apprentissage et de mémoire des souris à stress oxydatif.
3.3. Neurodégénérescence supprimée hydrogène-eau
Pour examiner si l’eau H2 / eau hydrogénée pouvait empêcher la neurodégénérescence chez des souris âgées DAL101, nous avons coloré l’hippocampe avec un anticorps anti-NeuN spécifique des neurones (figure 2A 2A ). La neurodégénérescence a été évaluée par des activations gliales en utilisant un anticorps anti-GFAP et un anticorps anti-Iba-I spécifique de la microglie. Les cellules immuno-positives par champ de vision (FOV) ont été comptées dans la région CA1 (Fig. 2B 2B ).
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Fig. (2)
Neurodégénérescence supprimée par l’hydrogène et l’eau. ( A ) La région CA1 de l’hippocampe a été colorée avec des anticorps dirigés contre NeuN (un marqueur neuronal), GFAP (un marqueur astrocytique) ou Iba-1 (un marqueur microglial) (barres d’échelle: 50 µm). Les panneaux de droite montrent des images agrandies des carrés dans les panneaux de gauche (barres d’échelle: 10 µm). ( B ) Les cellules positives pour les anticorps anti-NeuN, anti-GFAP et anti-Iba-I par champ de vision (FOV) ont été comptées dans la région CA1 (n = 5). Les données sont présentées sous forme de moyenne ± écart type. * p <0,05, ** p <0,01 (type sauvage vs DAL), # p <0,05 (eau H2 / eau hydrogénée vs eau de contrôle dans DAL).
Le nombre de neurones a été réduit dans le groupe témoin DAL101 par comparaison avec le groupe de type sauvage, et le groupe H2-DAL101 a montré une tendance à la récupération de la diminution (Fig. 2A 2A ). Comme cela a été décrit précédemment [ 4 ], les souris DAL101 témoins présentaient une augmentation de l’activation gliale et le groupe H2-eau supprimait l’activation gliale accrue dans la région CA1 (Fig. 2 2 , GFAP et Iba-I).
3.4. L’hydrogène-eau a prolongé la durée de vie moyenne des souris
Les souris DAL101 ont montré une durée de vie plus courte, ce qui a également été décrit précédemment [ 4 ]. Pour examiner si la consommation d’eau H 2// eau hydrogénée atténuait la réduction de la durée de vie, les souris femelles DAL101 ont commencé à prendre l’alcool de contrôle ou l’eau H 2 / eau hydrogénée à l’âge de 1 mois. Bien que l’eau H2/ eau hydrogénée n’ait pas prolongé la durée de vie maximale (figure 3A, 3A ), elle a significativement prolongé la durée de vie moyenne des souris DAL101 (figure 3B, 3B ).
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Fig. (3)
Prolongation de la durée de vie moyenne en buvant de l’eau H 2 / eau hydrogénéeen continu. ( A ) Courbe de Kaplan-Meier représentant la survie des souris femelles C57BL / 6 (de type sauvage), des souris femelles DAL101 buvant de l’eau de contrôle (eau de contrôle) et de l’eau H 2 / eau hydrogénée. ( B ) Chaque point indique la durée de vie de chaque souris. Les barres indiquent la durée de vie moyenne de chaque groupe. * p < 0,05 (p = 0,036) par le test t de Student.
3.5 Une étude clinique randomisée, contrôlée par placebo
shows the profile on the recruitment, randomization, and follow-up of this study. La figure (4 4 ) Profil du recrutement, de la randomisation et du suivi de cette étude. Un total de 81 sujets sur les 1 032 participants ont été randomisés; cependant, 3 dans le groupe témoin et 5 dans le groupe d’intervention ont été diagnostiqués comme non éligibles après la randomisation et n’ont pas été inclus dans cette analyse. Les caractéristiques de base et les facteurs de style de vie ont été équilibrés entre les groupes d’étude (Tableau 1 1 ). L’assignation aléatoire a été stratifiée selon l’âge d’environ 74 ans et le score MMSE d’environ 28 points. Le taux de conformité moyen de l’eau potable a été estimé à 64% dans les deux groupes à un an, ce qui signifie que les sujets ont bu 320 mL / jour en moyenne. Les scores ADAS-cog totaux moyens dans les groupes H2 et contrôle étaient respectivement de 8,04 et 7,89, sans signification.
Fig. (4)
Profil du recrutement, de la randomisation et du suivi de cette étude. Cette étude était un essai randomisé, à double insu et contrôlé par placebo, entrepris dans le cadre du projet Tone, une étude épidémiologique en cours menée à Tone Town, Ibaraki, au Japon [ 23 , 24 ].
Tableau 1
Caractéristiques générales de 73 sujets présentant une déficience cognitive légère.
| Contrôle (n = 38) | Intervention (n = 35) |
| Signifier | SD ou% | Signifier | SD ou% |
| Femme * | 20 | (52,6%) | 19 | (54,3%) |
| Années d’âge) | 74,45 | 5,44 | 73,97 | 5.11 |
| Indice de masse corporelle (kg / m 2 ) | 23.55 | 2,59 | 23.19 | 4.08 |
| Tension artérielle systolique (mmHg) | 131,26 | 12.35 | 135.14 | 13.31 |
| Tension artérielle diastolique (mmHg) | 77,92 | 7.13 | 78.89 | 9,53 |
| Education (années) | 11.26 | 2,71 | 11.57 | 2,83 |
| Buveur d’alcool actuel * | 19 | (50,0%) | 14 | (40,0%) |
| Fumeur actuel * | 4 | (10,5%) | 5 | (14,3%) |
| Habitude d’exercice actuelle * | 27 | (71,1%) | 22 | (62,9%) |
| APOE4 transporteur * | 6 | (15,7%) | 7 | (20,0%) |
| Histoire de famille * | 2 | (5,3%) | 2 | (5,7%) |
| Comorbidité * | | | | |
| Hypertension | 15 | (39,5%) | 14 | (40,0%) |
| Le diabète sucré | 4 | (10,5%) | 5 | (14,3%) |
| Dyslipidémie | 4 | (10,5%) | 4 | (11,4%) |
| Accident vasculaire cérébral | 2 | (5,3%) | 1 | (2,9%) |
| Dépression | 1 | (2,6%) | 2 | (5,7%) |
| MMSE | 28.08 | 1,66 | 27.83 | 1,74 |
| ADAS-cog | 7,89 | 3.19 | 8.04 | 3,47 |
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* indique la fréquence (%).
Après 1 an, aucun effet nocif observable ou inattendu n’a été trouvé dans chaque groupe et on a constaté une tendance à l’amélioration du score total ADA-cog à la fois dans le groupe H 2 et le groupe témoin (Suppl. Tableau S1 ), probablement en raison d’interventions telles que: comme exercice modéré par le projet Tone. De plus, les sujets du groupe H 2 présentaient davantage de tendances à l’amélioration que ceux des groupes témoins, bien que cela n’ait aucune signification (tableau supplémentaire S1 ).Cependant, lorsque nous sommes attentifs aux changements de score chez les porteurs du génotype APOE4, les scores totaux ADAS-cogs et de tâche de rappel de mots (un des sous-scores) se sont significativement améliorés, comme en témoigne la distribution du changement de score chez chaque sujet ( Fig. 5 5 ). Chez les porteurs APOE4, le groupe H2 s’est significativement amélioré, tandis que le groupe témoin s’est légèrement aggravé. shows the score change of each subject as an alternative presentation.De plus, la figure (6, 6 ) change the score of chaque sujet under présentation of alternative. Bien que les sujets du groupe témoin ne se soient pas améliorés, six et cinq sujets sur 7 ont amélioré les scores totaux ADAS et tâches de rappel de mots, respectivement, dans le groupe H2 des porteurs de l’APOE4.
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Fig. (5)
Distribution des changements de scores ADAS-cog sous et total. Distribution du score de tâche de rappel de mot ( A ), d’un sous-score d’ADAS-cog et ( B ) du score total ADAS-cogs chez les porteuses APOE4 (à gauche) et APOE4 (à droite). Chaque point indique le changement de sujet individuel. La différence entre le groupe H2 et le groupe témoin était significative chez les porteurs d’APOE4 par une analyse non paramétrique ainsi que par une analyse paramétrique. ( A ) p = 0,036 (par le test t de Student) et p = 0,047 (par le test U de Mann-Whitney) et ( B ) p = 0,037 (par le test t de Student) et p = 0,044 (par le test U de Mann-Whitney ) pour ( A ) et ( B ), respectivement. Les barres du milieu dans les losanges indiquent les valeurs médianes.
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Fig. (6)
Changements dans un score ADAS-Cog total et douloureux de chaque sujet dans les porteuses APOE4.Chaque ligne indique le changement d’un an du score de tâche de rappel de mots ( A ) et du score total ADAS-Cog ( B ) d’un sujet dans les porteuses APOE4. * indique p <0,05, comme indiqué dans la légende de la figure 5 .
DISCUSSION
Les troubles neurodégénératifs liés à l’âge sont impliqués dans le stress oxydatif. Dans cette étude, nous avons montré que boire . l’eau avec H 2 a supprimé le déclin biochimique, comportemental et pathologique chez les souris à stress oxydatif. Le score ADAS-cog [ 18 ] est la mesure cognitive générale la plus largement utilisée dans les essais cliniques sur la MA [ 27 , 28 ]. Le score ADAS-cog évalue plusieurs domaines cognitifs, notamment la mémoire, le langage, la praxis et l’orientation. Dans l’ensemble, l’ADAS-cog a fait ses preuves dans le but recherché. La présente étude clinique montre que la consommation d’eau avec H2 améliore de manière significative le score ADAS-cog des porteurs du génotype APOE4.
Nous avons précédemment montré que les souris DAL101 présentaient une neurodégénérescence et un déclin cognitif liés à l’âge ainsi qu’une réduction de la durée de vie [ 4 ]. Les souris DAL101 présentent des phénotypes de démence de manière dépendante de l’âge en réponse à une augmentation du stress oxydatif [ 4 ]. Le stress oxydatif augmente la peroxydation des lipides, conduisant à la formation d’aldéhydes α, β-insaturés hautement réactifs, tels que le MDA et le 4-HNE [ 29 ]. L’accumulation de protéines additionnées de 4-HNE dans les neurones pyramidaux a été observée dans le cerveau de patients atteints de MA et de PD [ 30 ]. Le déclin de la capacité d’ALDH2 * 2 n’a pas permis de détoxifier les aldéhydes cytotoxiques et a donc pour conséquence une augmentation du stress oxydatif [ 31 ].
De plus, des souris doubles transgéniques ont été construites en croisant des souris DAL101 avec des souris Tg2576, qui expriment une forme mutante de la protéine précurseur de l’amyloïde humain (APP). Ils présentaient des dépôts amyloïdes accélérés, une phosphorylation de tau et une gliose, ainsi que des capacités d’apprentissage et de mémoire altérées. La durée de vie des souris APP / DAL était significativement plus courte que celle des souris APP et DAL101 [ 32 ]. Ainsi, ces animaux modèles peuvent être utiles pour explorer les antioxydants susceptibles de prévenir la démence liée à l’âge. En effet, un régime alimentaire contenant de la chlorelle a montré des effets atténués sur le déclin cognitif du DAL101 [ 33 ].
L’un des facteurs de risque les plus puissants de la MA est le statut de porteur du génotype APOE4 et les rôles de l’APOE4 sur la progression de la MA ont été examinés de manière approfondie sous divers aspects [ 34 , 35 ]. APOE4 augmente également le nombre de lipoprotéines athérogènes et accélère l’athérogenèse [ 36 ]. L’augmentation du stress oxydatif chez les porteurs d’APOE4 est considérée comme l’un des modificateurs du risque [ 3 ]. Une combinaison d’antioxydants améliore la fonction cognitive des sujets âgés après 3 ans, en particulier chez les porteurs de APOE4 [ 23 ]. Ce résultat clinique précédent est en accord avec la présente étude. H2 agit comme un antioxydant efficace dans les cellules en raison de sa capacité à diffuser rapidement à travers les membranes [ 9 ]. En outre, en tant que fonction anti-oxydante secondaire, H2 semble activer le facteur 2 lié à NF-E2 (Nrf2) [ 10 ], qui réduit le stress oxydatif en exprimant diverses enzymes antioxydantes [ 37 ]. Nous avons rapporté que boire de l’eau H 2 / eau hydrogénéeempêchait l’artériosclérose en utilisant des souris APOE knock-out, un modèle du développement spontané de l’athérosclérose accompagnant une diminution du stress oxydatif [ 38 ]. Ainsi, il est possible que boire de l’eau H 2 / eau hydrogénée améliore les dommages vasculaires en diminuant le stress oxydatif en tant qu’antioxydant direct ou indirect, conduisant à l’amélioration du modèle Demintia et des sujets MCI. Dans cette étude, nous nous sommes concentrés sur le génotype des isoformes APOE; Cependant, le polymorphisme du gène APOE dans la région promotrice influence l’expression du gène APOE [ 39 ]. Ainsi, il sera important d’examiner l’effet de l’eau H2 / eau hydrogénée sous ce polymorphisme.
Pour atténuer la MA, une attention particulière a été accordée aux exercices modérés réguliers pour aider à réduire le risque de démence et à prévenir le développement de MCI chez les patients vieillissants [ 40 – 42]. L’exercice modéré améliore le métabolisme énergétique et supprime l’expression des cytokines pro-inflammatoires [ 43 ] et protège les systèmes vasculaires [ 40 , 44 , 45 ]. H2 présente des fonctions multiples par une diminution des niveaux de cytokines pro-inflammatoires et une augmentation du métabolisme énergétique en plus des rôles anti-oxydants. Pour exercer de multiples fonctions, H2 régule diverses voies de transduction du signal et l’expression de nombreux gènes [ 10 ]. Par exemple, H2 protège les cellules nerveuses et stimule le métabolisme énergétique en stimulant l’expression hormonale de la ghréline [ 15 ] et du facteur de croissance des fibroblastes 21, [ 21 ] respectivement. En revanche, H2 soulage l’inflammation en diminuant les cytokines pro-inflammatoires [ 46 ]. Ainsi, la combinaison de ces fonctions de H2 sur l’anti-inflammation et la stimulation du métabolisme énergétique pourrait empêcher le déclin de la fonction cérébrale [ 10 ], améliorées par l’exercice régulier et modéré. Ainsi, il est possible que les fonctions multiples de H2, y compris la stimulation du métabolisme énergétique et l’anti-inflammation, contribuent à l’amélioration du modèle de démence et des sujets MCI.
En variante, H2 supprime la voie de transcription du facteur nucléaire de la cellule T activée (NFAT) pour réguler divers modèles d’expression génique [ 47 ]. La signalisation de NFAT est altérée dans la MA et joue un rôle important dans la conduite de la neurodégénérescence médiée par la protéine β-amyloïde [ 48 ]. De plus, la cascade de transcription NFAT contribue à la synaptotoxicité de la protéine β-amyloïde [ 49 ]. De plus, une implication active de la voie de signalisation à médiation NFAT dans la dégénérescence des neurones à médiation α-syn [ 50 ]. En effet, les patients atteints de MP se sont améliorés en buvant de l’eau H 2, / eau hydrogénée comme l’a révélé une étude clinique à double insu contrôlée par placebo [ 51 ], et une étude à plus grande échelle est en cours d’étude [ 52 ]. Ainsi, les effets bénéfiques de H2 sur les maladies neurodégénératives peuvent être expliqués par la suppression de la régulation de la transcription par le NFAT.
CONCLUSION
La présente étude suggère une possibilité de ralentir l’évolution de la démence en buvant de l’eau H 2 / eau hydrogénée au moyen d’expérimentations animales et d’une étude d’intervention clinique pour les porteurs de APOE4;Cependant, des essais à plus grande échelle et à plus grande échelle seront nécessaires pour clarifier l’effet de l’eau H2 / eau hydrogénée sur le MCI.
REMERCIEMENTS
Nous remercions Blue Mercury, Inc. (Tokyo, Japon) d’avoir fourni de l’eau H 2 et de l’eau placebo, Mme Hiroe Murakoshi de son assistance technique et Mme Suga Kato du travail de secrétariat. Le soutien financier pour cette étude a été fourni par la Subvention d’aide à la recherche scientifique de la Société japonaise pour la promotion de la science (23300257, 24651055 et 26282198 de SO; 23500971 et 25350907 de KN). Le soutien financier pour cette étude a été fourni par la Subvention d’aide à la recherche scientifique de la Société japonaise pour la promotion de la science (23300257, 24651055 et 26282198 de SO; 23500971 et 25350907 de KN).
LISTE DES ABRÉVIATIONS
| APOE4 | Apolipoprotéine E4 |
| MCI | Déficience cognitive légère |
| ALDH2 | Aldéhyde déshydrogénase 2 |
| ADAS-cog | Échelle d’évaluation de la maladie d’Alzheimer – sous-échelle cognitive |
| UN D | La maladie d’Alzheimer |
| PD | La maladie de Parkinson |
| DAL101 | Type négatif dominant 101 du polymorphisme du mutant ALDH2 (ALDH2 * 2) |
| 4-HNE | 4-hydroxy-2-nonenal |
| 8-OHdG | 8-hydroxy-2′-désoxyguanosine |
| MDA | Malondialdéhyde |
| OR | Tâche de reconnaissance d’objet |
| Pennsylvanie | Tâche d’évitement passif |
| GFAP | Protéine Acide Fibrillaire Gliale |
| PBS | Solution saline tamponnée au phosphate |
| ANOVA | Analyse unidirectionnelle de la variance |
| CI | Intervalle de confiance |
| MMSE | Mini examen d’état mental |
| FOV | Champ de vision |
| APP | Protéine Précurseur Amyloïde |
| Nrf2 | Facteur 2 lié au NF-E2 |
| NFAT | Facteur nucléaire de cellules T actives |
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MATÉRIEL COMPLÉMENTAIRE
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APPROBATION D’ÉTHIQUE ET CONSENTEMENT À PARTICIPER
L’étude sur les animaux a été approuvée par le comité de protection et d’utilisation des animaux de la Nippon Medical School.
Le protocole d’étude clinique sur l’homme a été approuvé par les comités d’éthique de l’Université de Tsukuba.
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DROITS DE L’HOMME ET DE L’ANIMAL
Toutes les procédures de recherche sur les animaux suivies étaient conformes aux normes énoncées dans la huitième édition du Guide pour le soin et l’utilisation des animaux de laboratoire publié par la National Academy of Sciences, The National Academies Press, Washington, DC).
Tout le matériel humain a été obtenu conformément aux normes énoncées dans les principes de la Déclaration d’Helsinki de 1975, révisée en 2008 ( http://www.wma.net/fr/10ethics/10helsinki/<http://www.wma). .net / fr / 10ethics / 10helsinki / >).
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Consentement à la publication
Tous les patients ont fourni un consentement éclairé écrit prioritaire aux investigations de recherche.
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CONFLIT D’INTÉRÊT
Nous déclarons qu’il n’y a pas de conflit d’intérêts réel ou potentiel dans cette étude. Bien que SO ait été conseiller scientifique de Blue Mercury, Inc. (Tokyo, Japon) de 2 005 à 2 008, il n’ya pas eu de participation au cours de cette étude.
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