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pmid: "41372913"
title: "A deficiência de SIRT3 exacerba o declínio cognitivo ao interromper a homeostase antioxidante mitocondrial em camundongos envelhecidos induzidos por D-galactose."
authors: "An X, Li C, Zeng L, Wang C, Huang S, Li T, Luo X, Guo Y, Yu H"
journal: "Journal of translational medicine"
pubdate: "2025 Dec 10"
doi: "10.1186/s12967-025-07495-y"
source: "PMC Full Text"

A deficiência de SIRT3 exacerba o declínio cognitivo ao interromper a homeostase antioxidante mitocondrial em camundongos envelhecidos induzidos por D-galactose.

Autores

An X, Li C, Zeng L, Wang C, Huang S, Li T, Luo X, Guo Y, Yu H

Periodico

Journal of translational medicine (2025 Dec 10)

Conteudo

Deficiência de SIRT3 exacerba o declínio cognitivo ao interromper a homeostase antioxidante mitocondrial em camundongos envelhecidos induzidos por D-galactose

Contexto
O declínio cognitivo relacionado à idade representa uma carga clínica crescente, sendo o estresse oxidativo mitocondrial reconhecido como um mediador chave. A Sirtuína 3 (SIRT3), uma desacetilase mitocondrial, é um potencial regulador do equilíbrio redox, mas seu papel na função hipocampal e no envelhecimento cognitivo, particularmente seu potencial translacional, permanece indefinido.

Métodos
Utilizamos camundongos tratados com D-galactose (D-gal) (150 mg/kg/dia por 8 semanas) para modelar o envelhecimento acelerado e camundongos com deleção de SIRT3 específica de neurônios (SIRT3cKO). Foram realizados perfil transcriptômico, testes comportamentais, registros eletrofisiológicos e análises mitocondriais. O potencial terapêutico foi avaliado por meio da superexpressão intra-hipocampal de AAV-SIRT3.

Resultados
D-gal induziu déficits de memória, interrompeu as oscilações teta hipocampais e causou degeneração mitocondrial, com a transcriptômica identificando SIRT3 como o único gene diferencialmente expresso localizado na mitocôndria. Camundongos SIRT3cKO recapitularam esses déficits, mostrando ROS elevado, ATP reduzido, atividade aberrante de Hif-1α e prejuízos na ritmicidade teta/sináptica. A superexpressão de AAV-SIRT3 reverteu a patologia induzida por D-gal, o que se manifestou pela restauração da atividade da SOD2, densidade das cristas mitocondriais e potência teta, bem como pela atenuação da senescência celular.

Conclusões
SIRT3 é um regulador crítico da homeostase redox mitocondrial hipocampal. Aumentar a SIRT3 hipocampal representa uma estratégia terapêutica promissora para o comprometimento cognitivo relacionado à idade, apoiando a tradução desses achados para intervenções clínicas para o declínio neurológico.

Informações suplementares
A versão online contém material suplementar disponível em 10.1186/s12967-025-07495-y.

Introdução
O envelhecimento representa um processo biológico irreversível intimamente ligado à patogênese de distúrbios neurodegenerativos, mais notavelmente a demência, uma condição caracterizada por declínio cognitivo progressivo que representa um crescente fardo para a saúde global. Uma característica definidora do envelhecimento é o acúmulo sistêmico de danos oxidativos mitocondriais, impulsionado por desequilíbrios crônicos na produção de espécies reativas de oxigênio (ERO) e nas defesas antioxidantes. Essa carga oxidativa interrompe a homeostase celular, desencadeando danos ao DNA, dobramento incorreto de proteínas e peroxidação lipídica, que coletivamente aceleram a degeneração neuronal e contribuem para o comprometimento cognitivo. Importante, a disfunção mitocondrial, que é caracterizada pela capacidade comprometida de eliminação de ERO, emergiu como um mediador chave do declínio cognitivo relacionado à idade, destacando o estresse oxidativo mitocondrial como um alvo terapêutico crítico com potencial translacional.
Central para mitigar o dano oxidativo é a Sirtuína 3 (SIRT3), uma desacetilase dependente de NAD⁺ que governa o equilíbrio redox mitocondrial e medeia modificações pós-traducionais (MPTs) de proteínas mitocondriais, sendo a acetilação essencial para a atividade de enzimas metabólicas e a homeostase mitocondrial. Além de seu papel bem caracterizado na regulação do estado de acetilação de enzimas críticas para a desintoxicação de ROS (por exemplo, superóxido dismutase 2 (SOD2) e isocitrato desidrogenase 2 (IDH2)), a SIRT3 tem como alvo um amplo espectro de proteínas mitocondriais para orquestrar o metabolismo celular através de vias centrais. A atividade desacetilase da SIRT3 modula a função enzimática no ciclo do ácido tricarboxílico (TCA) e na fosforilação oxidativa (OXPHOS) para sustentar a eficiência da produção de energia, ao mesmo tempo que melhora a utilização de substratos na β-oxidação de ácidos graxos, visando enzimas limitantes da taxa. Por exemplo, a desacetilação mediada por SIRT3 da peroxirredoxina 3 (PRDX3) aumenta a atividade peroxidase para eliminar o peróxido de hidrogênio mitocondrial, ligando diretamente o controle de MPT à defesa antioxidante. Essas ações moleculares em conjunto protegem contra insultos oxidativos, preservando a integridade mitocondrial em tecidos envelhecidos. Estudos pré-clínicos revelaram que a expressão de SIRT3 diminui com a idade, o que está correlacionado com o aumento da hiperacetilação de proteínas mitocondriais, superprodução de ROS e perda de memória. Por exemplo, nos neurônios hipocampais de camundongos idosos, a deficiência de SIRT3 exacerba o dano oxidativo, prejudicando a potenciação de longo prazo (LTP) e a função cognitiva, que são revertidas pela superexpressão de SIRT3. Apesar desses avanços, os mecanismos precisos pelos quais a SIRT3 orquestra respostas antioxidantes específicas de regiões no cérebro envelhecido e sua relevância translacional para o declínio cognitivo humano permanecem incompletamente definidos.

A D-galactose (D-gal), um monossacarídeo de molécula pequena, atua como um nutriente fisiológico essencial para os organismos dentro de sua faixa de concentração fisiológica, pois pode ser oxidada em glicose para fornecer energia. No entanto, quando o nível de D-gal no corpo aumenta significativamente, seu processo de oxidação gera anormalmente aldose e peróxido de hidrogênio; este último pode ainda induzir a produção de ânions superóxido e radicais livres de oxigênio, levando, em última análise, a alterações patológicas na atividade e função fisiológica do organismo. Estudos demonstraram que a ingestão excessiva de D-gal a longo prazo pode desencadear estresse oxidativo sistêmico, resposta inflamatória, apoptose e comprometimento cognitivo, e que seus efeitos simulam até certo ponto o processo natural de envelhecimento de um organismo. Portanto, o modelo de envelhecimento induzido por D-gal tem sido amplamente utilizado em avaliações farmacodinâmicas e pesquisas mecanísticas sobre o envelhecimento e o comprometimento cognitivo relacionado à idade.
No presente estudo, investigamos as relações espaço-temporais entre a depleção de SIRT3, dano oxidativo mitocondrial e declínio cognitivo em um modelo de camundongo de envelhecimento acelerado induzido por D-galactose. Nossa hipótese é que a deficiência de SIRT3 interrompe os sistemas antioxidantes mitocondriais, levando a lesão oxidativa irreversível e ao colapso do metabolismo energético em populações neuronais vulneráveis. Ao mapear as redes redox dependentes de SIRT3, este trabalho visa identificar estratégias de precisão para amplificar as defesas antioxidantes endógenas, fornecendo, em última análise, um modelo molecular para retardar ou mitigar o declínio cognitivo relacionado à idade, com implicações diretas para a tradução clínica.

Materiais e métodos

Animais e tratamento

Camundongos C57BL/6 machos (8 semanas de idade, 20 ± 2 g) foram obtidos da Liaoning Changsheng Biotechnology Co., Ltd. (Benxi, Liaoning, China) e aclimatados por uma semana sob condições controladas (23 ± 1 °C, 55 ± 5% de umidade, ciclo claro/escuro de 12 h) com acesso ad libitum a água autoclavada e ração padrão para roedores. O envelhecimento foi induzido por injeção intraperitoneal (i.p.) diária de D-galactose (D-gal, 150 mg/kg de peso corporal) dissolvida em solução salina por oito semanas consecutivas. Camundongos SIRT3flox/flox e camundongos transgênicos Map2-2 A-CreERT2 (sistema Cre-loxP para manipulação gênica condicional) foram gerados pela Saiye Biological Technology Co., Ltd. (Suzhou, China). Todos os protocolos experimentais foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidado e Uso de Animais (IACUC) da Universidade Médica de Harbin e pela Associação Chinesa para Ciências de Animais de Laboratório (Número de Aprovação CALAS A5655-01). Os experimentos seguiram rigorosamente a Diretiva da UE 2010/63/EU sobre bem-estar animal e as diretrizes ARRIVE 2.0 para relatar pesquisas in vivo.

Teste comportamental

Os animais foram submetidos a um protocolo padronizado de aclimatação comportamental consistindo em duas fases sequenciais: períodos iniciais diários de 2 minutos de manuseio pelos experimentadores por dois dias consecutivos, seguidos por sessões de habituação ambiental dentro da arena experimental por 30 min imediatamente antes de cada sessão de teste. Para minimizar possíveis interferências entre as medidas experimentais, um período de recuperação obrigatório de 24 h entre os testes foi aplicado entre as avaliações comportamentais consecutivas. A avaliação cognitiva empregou dois paradigmas comportamentais validados: o teste de reconhecimento de nova localização (NLR) para avaliação da memória espacial e o teste de reconhecimento de novo objeto (NOR) para avaliação da memória episódica. Todos os parâmetros comportamentais foram analisados quantitativamente por meio do sistema de análise comportamental XinRuan (Xangai, China). Os experimentos comportamentais foram realizados conforme descrito anteriormente.

Reconhecimento de nova localização:
No teste comportamental de NLR em camundongos, as avaliações de memória de curto prazo (15 min) e de longo prazo (24 h) são conduzidas por meio de um protocolo de duas fases. Durante a fase de habituação, dois objetos idênticos são colocados simetricamente no aparato, permitindo que os camundongos explorem livremente por 8 min para estabelecer familiaridade espacial. A fase de teste envolve duas avaliações sequenciais: (1) Para memória de curto prazo, 15 min após a habituação, um objeto é realocado para uma nova posição, e o tempo de exploração tanto para a localização antiga quanto para a nova é registrado durante uma sessão de 5 min. (2) Para memória de longo prazo, o mesmo procedimento de realocação e registro é repetido 24 h após a habituação.
Reconhecimento de novo objeto:
No Dia 1 (fase de habituação), dois objetos idênticos foram colocados simetricamente na arena, e os camundongos tiveram 8 min de exploração irrestrita para estabelecer familiaridade com os objetos. No Dia 2 (fase de teste), que foi conduzida após um intervalo de retenção de 24 h, um dos objetos familiares foi substituído por um objeto novo de dimensões semelhantes, mas com formato e textura superficial diferentes, enquanto o outro permaneceu inalterado.
Todos os objetos e a superfície da arena foram completamente limpos com etanol a 75% entre os ensaios para eliminar pistas olfativas. Os parâmetros comportamentais foram quantificados por meio de duas métricas: o índice de preferência (IP) = Tnovo ou Tfamiliar / (Tnovo + Tfamiliar) e o índice de discriminação (ID) = Tnovo − Tfamiliar / (Tnovo + Tfamiliar).
PCR quantitativo em tempo real
O RNA total foi extraído das amostras de tecido hipocampal e de populações neuronais cultivadas usando o TRIzol™ Reagent (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, EUA) seguindo protocolos de isolamento padronizados. A transcrição reversa do miR-23a foi conduzida com o ReverTra Ace® qPCR RT Kit (Toyobo Life Science, Osaka, Japão), seguida de amplificação quantitativa via TaqMan™ Universal PCR Master Mix (Applied Biosystems, Carlsbad, CA, EUA) em um sistema de detecção CFX96 Touch™ Real-Time PCR Detection System (Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA, EUA). Os parâmetros do ciclo térmico foram os seguintes: (1) desnaturação inicial a 95 °C por 10 min; (2) 40 ciclos de amplificação (95 °C por 15 s, 60 °C por 30 s e 72 °C por 30 s); e (3) análise da curva de melting (65–95 °C, incrementos de 0,5 °C) para verificar a especificidade da amplificação. A quantificação relativa da expressão do SIRT3 alvo foi realizada pelo método comparativo 2−ΔΔCt, com normalização usando GAPDH como referência interna.
Western blot
A extração de proteínas foi realizada seguindo métodos estabelecidos com modificações. Os tecidos hipocampais foram homogeneizados em tampão de lise RIPA gelado (Beyotime, Xangai, China) contendo 1 mM de fluoreto de fenilmetilsulfonila (PMSF, Beyotime) por meio de um homogeneizador mecânico, seguido de centrifugação a 12.000 × g por 30 min a 4 °C. As concentrações de proteínas foram determinadas por ensaio de BCA, com quantidades iguais (30 µg/poço) de proteínas desnaturadas resolvidas em géis de SDS‒PAGE a 10%. As proteínas separadas eletroforeticamente foram transferidas para membranas de PVDF de 0,45 μm (Merck Millipore, Darmstadt, Alemanha). As membranas foram bloqueadas com 5% (p/v) de leite desnatado em pó em TBST por 1 h à temperatura ambiente, seguidas de incubação durante a noite com anticorpos primários específicos. Após três lavagens de 10 min com TBST, as membranas foram incubadas com anticorpos secundários conjugados com HRP por 1 h à temperatura ambiente. Após lavagens adicionais com TBST, as bandas imunorreativas foram visualizadas por meio de um Sistema de Imagem Odyssey CLx (LI-COR). A intensidade das bandas foi quantificada com o software Image Studio 5.2.5 (LI-COR), normalizada para a expressão de β-actina e expressa como a alteração em dobra em relação aos grupos controle.
Potencial de campo local
Os camundongos experimentais receberam uma injeção intraperitoneal de solução de ureia a 20% (1,2 g/kg de peso corporal) para manutenção da anestesia estável e foram subsequentemente imobilizados em um aparelho estereotáxico (RWD Life Science, China). A temperatura corporal central foi regulada a 37 ± 0,5 °C por meio de uma almofada de aquecimento com controle de feedback durante todo o procedimento. A profundidade anestésica foi mantida dinamicamente por meio de avaliações periódicas do reflexo de pinçamento do dedo do pé, preservando as oscilações teta espontâneas (4–12 Hz) como indicadores eletrofisiológicos de níveis de anestesia adequados. A implantação estereotáxica dos eletrodos de registro foi realizada de acordo com as coordenadas do atlas do cérebro de camundongo (Paxinos and Franklin, 2019): anterior-posterior − 2,2 mm do bregma, mediolateral ± 1,35 mm e dorsoventral − 1,8 mm da superfície do crânio, visando a camada de células piramidais do dCA1. Um microeletrodo de tungstênio monopolar (impedância de 1–2 MΩ; diâmetro da ponta de 50 μm) serviu como sonda de registro, com um eletrodo de referência epidural posicionado 2 mm posterior ao local de registro e um eletrodo de terra subcutâneo implantado no tecido parietal contralateral. Os sinais neurais foram condicionados por meio de um pré-amplificador de biossinais ME-1 (Chengdu Taimeng Software Co., China) com filtragem passa-banda de 0,1–50 Hz, seguido de digitalização a uma frequência de amostragem de 1 kHz através de um sistema de aquisição de dados BL-420S (Chengdu Taimeng Software Co.). Após 10 min de estabilização do sistema pós-implantação, os dados de LFP de linha de base contínua foram adquiridos por 120 s em condições de estado de repouso.
Detecção de adenosina trifosfato (ATP)
Os níveis de ATP foram quantificados por meio de um kit comercial de ensaio de ATP (Beyotime, China) seguindo as especificações do fabricante. Os sobrenadantes contendo proteínas foram obtidos por centrifugação (12.000 × g, 5 min, 4 °C) de homogenatos de células/tecidos lisados preparados em tampão RIPA gelado. As concentrações totais de proteína foram determinadas por meio de um kit de ensaio de ácido bicinconínico (BCA) (Beyotime Biotechnology, China) com medições de absorbância a 562 nm em um leitor de microplacas (SpectraMax i3x, Molecular Devices) para posterior normalização do ATP. As concentrações de ATP foram calculadas por meio de regressão logística de quatro parâmetros dos dados da curva padrão (R² > 0,99), com os valores finais expressos como nmol de ATP por mg de proteína total. Todos os reagentes foram protegidos da exposição à luz e mantidos a -20 °C até o uso.

Quantificação de espécies reativas de oxigênio

Os níveis de espécies reativas de oxigênio (ROS) intracelulares foram determinados por meio de um kit de ensaio baseado em sonda fluorescente (Beyotime, China) com diidroetídio (DCFH-DA) como fluoróforo sensível à oxidação. Após a administração de anestesia nos camundongos, seus cérebros foram rapidamente coletados. Os hipocampos bilaterais foram então isolados, cortados em pequenos pedaços (1–2 mm³ de tamanho) e transferidos para uma solução de digestão pré-aquecida. A mistura foi incubada em uma incubadora de temperatura constante a 37 °C por 15–20 min, com inversão suave do recipiente a cada 5 min para garantir uma digestão uniforme. Após a conclusão da incubação, um volume igual de solução de parada pré-aquecida foi adicionado para interromper o processo de digestão. A suspensão de tecido digerido foi transferida para um homogeneizador de vidro moído e homogeneizada manualmente até que os aglomerados de tecido se dissipassem e a suspensão parecesse ligeiramente turva. A suspensão homogeneizada foi subsequentemente filtrada através de um filtro de células de 40 μm para um novo tubo Eppendorf (EP). O filtro foi enxaguado com 500 µL de solução de lavagem para coletar as células residuais, e o filtrado resultante serviu como suspensão de células únicas bruta. Antes da coloração, a suspensão de células únicas foi lavada duas vezes com PBS pré-aquecido (pH 7,4) e então carregada com 10 µM de solução de trabalho de DCFH-DA, que foi preparada diluindo a solução estoque 1:1000 em DMEM sem soro. Após 20 min de incubação a 37 °C em uma atmosfera de 5% de CO₂, as células foram lavadas três vezes com meio sem soro para remover a sonda residual. A intensidade de fluorescência (Ex/Em = 488/525 nm) foi quantificada por meio de um citômetro de fluxo CytoFLEX (Beckman Coulter, EUA) equipado com um laser de 488 nm, com parâmetros de aquisição padronizados para 10.000 eventos por amostra a uma taxa de fluxo de 35 µL/min. A análise dos dados foi realizada por meio do software CytExpert (v2.4, Beckman Coulter), com a intensidade de fluorescência normalizada em relação aos controles não corados.

Atividade da superóxido dismutase 2 (SOD2)
Para medições específicas de SOD mitocondrial (SOD2/Mn-SOD), as amostras foram pré-tratadas com 5 mM de cianeto de potássio (inibidor de Cu/Zn-SOD) por 45 min a 25 °C antes do ensaio. Misturas de reação contendo 20 µL de amostra, 160 µL de solução de trabalho WST-8 e 20 µL de solução de trabalho enzimática foram incubadas em placas de 96 poços (Corning® Costar®) a 37 °C por 30 min no escuro. A absorbância a 450 nm foi registrada por meio de um leitor de microplacas SpectraMax M5 (Molecular Devices), com o comprimento de onda de referência ajustado para 630 nm.

Coloração histoquímica de β-galactosidase associada à senescência

A senescência hipocampal foi avaliada por meio de um kit de coloração SA-β-gal (Beyotime, China) com protocolos otimizados de processamento de tecidos. Amostras hipocampais recém-colhidas foram imediatamente fixadas em paraformaldeído a 4% por 16–18 h a 4 °C, seguidas por desidratação gradiente em solução de sacarose 30%/PBS a 4 °C até a crioproteção. Cortes sagitais (espessura de 20 μm) foram obtidos por meio de um micrótomo criostato (Leica CM1950) mantido a -20 °C e montados em lâminas revestidas com poli-L-lisina. Os procedimentos de coloração foram realizados conforme o protocolo do fabricante. As imagens foram obtidas por meio de um microscópio confocal LSM800 710 (Zeiss, Alemanha).

Microscopia eletrônica de transmissão

Tecidos hipocampais foram microdissecados de cortes cerebrais coronais de 500 µm e imediatamente fixados por imersão em glutaraldeído 2,5% (tampão fosfato 0,1 M, pH 7,4) a 4 °C por 8 h. Após três lavagens de 15 min com PBS, as amostras foram pós-fixadas em tetróxido de ósmio a 1% por 1,5 h à temperatura ambiente. A desidratação foi realizada através de uma série gradiente de etanol (50%, 70%, 90% e 100%) seguida por substituição por acetona. Os tecidos foram infiltrados com resina epóxi (Epon 812) e polimerizados a 60 °C por 48 h. Cortes ultrafinos (70 nm) foram obtidos por meio de um ultramicrótomo Leica EM UC7 equipado com faca de diamante, coletados em grades de cobre de 200 malhas e contrastados duplamente com acetato de uranila a 2% (15 min) seguido por citrato de chumbo de Reynolds (5 min). A ultraestrutura mitocondrial foi analisada por meio de um microscópio eletrônico de transmissão JEOL JEM-1220 operado a 80 kV. Micrografias digitais foram adquiridas por meio de um sistema de câmera CCD Gatan Orius SC1000 (Gatan Inc., EUA).

Microinjeção viral
Os construtos de vírus adeno-associado recombinante (rAAV), incluindo o vetor AAV2/8 quimérico experimental codificando SIRT3 (AAV-SIRT3) e o vetor controle contendo mNeonGreen sem SIRT3 (AAV-VEH), foram produzidos pela OBiO Technology (Xangai, China) com títulos superiores a 1,0 × 10¹² genomas virais/ml. Ambos os vetores apresentavam um cassete de expressão sob o promotor CMV. Para a administração hipocampal, injeções estereotáxicas bilaterais (0,5 µl por hemisfério) foram realizadas na sub-região CA1 (anteroposterior + 2,20 mm, mediolateral ± 1,35 mm e dorsoventral − 1,80 mm). Após a infusão viral, os animais passaram por um período de recuperação de 8 semanas para permitir a expressão do transgene antes de iniciar o tratamento com D-galactose. A transdução viral bem-sucedida na região alvo foi subsequentemente verificada por análise de Western blot da expressão de SIRT3.

Análise estatística
Todos os dados experimentais atenderam às premissas paramétricas e são expressos como média ± EPM. Variáveis contínuas foram analisadas via teste t de Student bicaudal para comparações pareadas ou análise de variância (ANOVA) de uma via com teste post hoc de diferença honestamente significativa (HSD) de Tukey para comparações multigrupo. Todos os testes estatísticos foram implementados no GraphPad Prism 8.0 (GraphPad Software, San Diego, CA, EUA), com representações gráficas geradas por meio do kit de ferramentas de visualização de dados integrado ao software.

Resultados
Declínio cognitivo e senescência celular induzidos por D-galactose em camundongos
Para investigar sistematicamente a deterioração cognitiva relacionada à idade, desenvolvemos um paradigma de administração crônica de D-galactose (D-gal) (150 mg/kg/dia, 8 semanas) para estabelecer um modelo de camundongo com envelhecimento acelerado. A fenotipagem comportamental longitudinal revelou comprometimentos temporalmente dissociáveis em domínios de memória dependentes do hipocampo. O teste de reconhecimento de nova localização (NLR) revelou padrões temporais distintos no processamento da memória espacial. Durante a fase de treinamento com objetos idênticos, todos os grupos apresentaram tempos de exploração e frequências de interação comparáveis (Fig. 1A-B), confirmando percepção sensorial intacta e ausência de viés espacial. Notavelmente, quando um objeto realocado foi testado 15 min após o treinamento, ambos os grupos apresentaram padrões de exploração semelhantes (Fig. 1A-B), sugerindo memória espacial de curto prazo preservada. No entanto, uma diferença marcante surgiu no teste de retenção de 24 h, onde camundongos tratados com D-gal apresentaram um índice de discriminação de nova localização significativamente reduzido em tempo e frequência (Fig. 1C-D), sugerindo um comprometimento específico na consolidação da memória de longo prazo, em vez de processos de aquisição ou recuperação.
A administração de D-galactose induz comprometimento cognitivo e senescência celular em camundongos. (A) Desenho experimental do teste de reconhecimento de nova localização (NLR) para avaliar a memória espacial de curto prazo. (B) Não foram observadas diferenças significativas nos índices de discriminação entre os grupos durante a avaliação da memória de curto prazo. (C) Modificação do protocolo do teste NLR para avaliação da memória espacial de longo prazo. (D) Camundongos envelhecidos tratados com D-galactose apresentaram índices de discriminação significativamente reduzidos tanto no domínio de frequência quanto no de tempo durante o teste NLR de longo prazo. (E) Fluxograma esquemático do paradigma de reconhecimento de novo objeto (NOR). (F) O grupo D-gal demonstrou diminuições acentuadas nos parâmetros do índice de discriminação (frequência e duração) no teste NOR. (G) Gráfico longitudinal ilustrando os perfis de LTP entre os grupos experimentais. (H) Análise quantitativa das alterações na inclinação do fEPSP no basal, 10 min pós-TBS e 60 min pós-TBS. (I) Representação diagramática da metodologia de coloração de β-gal associada à senescência. (J) Histograma mostrando contagens significativamente aumentadas de células senescentes β-gal-positivas em camundongos tratados com D-galactose. n = 6 camundongos por grupo. Os dados em todos os gráficos são apresentados como médias ± EPM. Teste t de Student, * P < 0,05 versus grupo WT

Descobertas complementares do teste de reconhecimento de novo objeto revelaram déficits paralelos na consolidação da memória episódica. Em comparação com camundongos controle, os camundongos tratados com D-galactose apresentaram razões de preferência por novo objeto (NOR) significativamente menores na retenção de 24 h (Fig. 1E-F), enquanto a preferência por novidade normal foi mantida durante o teste imediato. A caracterização eletrofisiológica dos mecanismos de plasticidade sináptica revelou uma dissociação entre a plasticidade de fase inicial e tardia. Enquanto a potenciação de curto prazo medida 10 min após a estimulação em teta burst (TBS) permaneceu intacta, a manutenção da LTP de fase tardia aos 60 min pós-TBS foi severamente comprometida em camundongos tratados com D-galactose (Fig. 1G-H). Esse perfil temporal de déficits de plasticidade reflete a dissociação comportamental entre memória de curto prazo intacta e memória de longo prazo prejudicada. A análise histológica por meio da coloração de β-galactosidase associada à senescência (SA-β-gal) revelou um aumento de 2 vezes nas células positivas no subcampo DG do hipocampo de camundongos D-gal em comparação com controles WT (Fig. 1I-J). Biomarcadores relacionados à idade, como doublecortina (Dcx) e componente 2 do complexo de manutenção de minicromossomos (Mcm2), mostraram-se diminuídos com o envelhecimento fisiológico. Nossos resultados de qRT-PCR revelaram que os níveis de expressão de Dcx e Mcm2 no hipocampo de camundongos tratados com D-galactose foram significativamente menores do que aqueles no hipocampo de camundongos WT (Fig. S1). Essas linhas convergentes de evidências demonstram que a administração crônica de D-galactose induz senescência celular e prejudica seletivamente os processos de memória de longo prazo, enquanto preserva a capacidade de memória de curto prazo.
Coordenação neural inter-regional através de redes cerebrais distribuídas serve como um mecanismo fundamental subjacente a processos cognitivos complexos, particularmente na formação de memória e consolidação de sistemas. Dentro desse quadro, o hipocampo desempenha um papel fundamental como o gerador primário do ritmo teta, que é um padrão oscilatório de 4–12 Hz que facilita a coordenação temporal de conjuntos neuronais através da sincronização de fase e acoplamento entre frequências. Considerando que as oscilações teta hipocampais (4–12 Hz) são marcas neurofisiológicas da navegação espacial e consolidação da memória, realizamos registros eletrofisiológicos in vivo para investigar as consequências ao nível da rede da exposição à D-gal (Fig. 2A). A visualização em mapa de calor da decomposição tempo-frequência revelou alterações significativas na atividade da banda teta em todo o hipocampo (Fig. 2B). A análise espectral de potência revelou que a potência máxima do ritmo teta foi significativamente menor em camundongos D-gal do que em camundongos WT (Fig. 2C-D). Além disso, a frequência teta com potência máxima em camundongos D-gal foi menor do que em camundongos WT (Fig. 2C e E). Esse comprometimento duplo nas características de amplitude e frequência sugere alterações fundamentais na dinâmica da rede hipocampal.
A administração de D-gal interrompe a ritmogênese do teta hipocampal em camundongos.
(A) Diagrama esquemático ilustrando a configuração de registro de LFP hipocampal e traços representativos dos sinais brutos de LFP de camundongos anestesiados com uretana em todos os grupos experimentais.
(B-C) Mapas de calor mostrando o espectro de frequência individual do LFP hipocampal (B), bem como os espectros de potência médios correspondentes (C).
(D-E) Comparação da potência do teta hipocampal (D) e frequência (E) entre os dois grupos de camundongos acima.
n = 6 camundongos por grupo. Os dados em todos os gráficos são apresentados como médias ± EPM. Teste t de Student, * P < 0,05 versus o grupo WT.
A deficiência de SIRT3 contribui para o dano oxidativo mitocondrial em camundongos tratados com D-gal
Para investigar os mecanismos subjacentes ao declínio cognitivo induzido por D-gal, realizamos sequenciamento de transcriptoma em tecidos hipocampais de camundongos tratados com D-gal. Conforme mostrado nas Figs. 3A e 318 genes diferencialmente expressos (DEGs), incluindo 238 genes significativamente upregulated e 80 genes downregulated, foram identificados em camundongos tratados com D-gal. A análise de enriquecimento da Ontologia Genética (GO) revelou que esses DEGs estavam predominantemente associados a vias regulatórias de estresse oxidativo (Fig. 3B), sugerindo que o estresse oxidativo pode representar um mecanismo central no comprometimento cognitivo induzido por D-gal. Para validar esses achados, os níveis intracelulares de espécies reativas de oxigênio (ROS) em células hipocampais foram quantificados por meio de sondas fluorescentes e citometria de fluxo. Os resultados revelaram um aumento acentuado nos níveis de ROS em camundongos tratados com D-gal em comparação com aqueles em camundongos controle WT, acompanhado por níveis reduzidos de ATP (Fig. 3C-E). A microscopia eletrônica de transmissão revelou ainda remodelação estrutural das mitocôndrias hipocampais em camundongos tratados com D-gal, caracterizada por cristas diminuídas e aumento de vacuolização (Fig. 3F).

O tratamento com D-gal desencadeia estresse oxidativo mitocondrial em camundongos. (A) Gráfico de vulcão dos resultados do sequenciamento do transcriptoma hipocampal (RNA-Seq) revelando genes diferencialmente expressos (DEGs) com |log2(fold change)| >1 e P ajustado < 0,05. (B) Análise de enriquecimento GO dos DEGs up- e downregulated. (C) Histogramas representativos de citometria de fluxo mostrando a intensidade média de fluorescência (MFI) de espécies reativas de oxigênio (ROS) entre os grupos experimentais. (D) Quantificação da MFI de ROS nos seis grupos. (E) Níveis de ATP hipocampal em todos os grupos. (F) Análise ultraestrutural das mitocôndrias hipocampais em cada grupo. (G) Análise de heatmap mostrando a expressão de genes envolvidos na via de espécies reativas de oxigênio. (H-I) A expressão de SIRT3 em cérebros humanos (H) e de camundongos (I). (J) A expressão da proteína SIRT3 em todos os camundongos. n = 4–6 camundongos por grupo. Os dados em todos os gráficos são apresentados como médias ± EPM. Teste t de Student, * P < 0,05 versus o grupo WT.
Para elucidar a base molecular do dano oxidativo em camundongos tratados com D-gal, realizamos uma análise focada de genes associados a vias. Entre esses genes, examinamos a localização subcelular e as funções de 9 genes significativamente alterados na via. Embora o SIRT3 tenha sido ocasionalmente relatado no núcleo, em neurônios ele está predominantemente localizado nas mitocôndrias, onde regula a defesa antioxidante. Por essa razão, identificamos o SIRT3 como o alvo central para pesquisas subsequentes (Fig. 3G). A consulta ao banco de dados via Human Protein Atlas confirmou a alta expressão de SIRT3 tanto em tecidos hipocampais humanos quanto murinos (Fig. 3H-I). A análise de Western blot confirmou a regulação negativa significativa da proteína SIRT3 em camundongos tratados com D-gal (Fig. 3J). Coletivamente, esses achados indicam que a deficiência de SIRT3 contribui para o estresse oxidativo mitocondrial em camundongos com envelhecimento induzido por D-gal.

A deleção específica de neurônios do SIRT3 desencadeia dano oxidativo hipocampal

Nossos achados eletrofisiológicos indicaram que o declínio cognitivo em camundongos com envelhecimento induzido por D-gal está associado à disfunção neuronal. Para esclarecer se a regulação negativa de SIRT3 em neurônios é um mediador chave desse processo patológico, geramos camundongos com deleção de SIRT3 específica de neurônios (camundongos SIRT3cKO) via recombinação Cre–loxP induzida por tamoxifeno. Um mês após a indução, os camundongos SIRT3cKO apresentaram reduções significativas tanto nos níveis de mRNA quanto de proteína SIRT3 no hipocampo (Fig. 4A-B). Considerando que a superóxido dismutase 2 (SOD2), uma enzima antioxidante mitocondrial crítica, requer desacetilação mediada por SIRT3 para ativação, avaliamos a atividade da SOD2 e observamos uma diminuição concomitante na atividade da SOD2 nos camundongos SIRT3cKO (Fig. 4C). A quantificação por citometria de fluxo revelou níveis elevados de ROS no hipocampo dos camundongos SIRT3cKO em comparação com os controles WT (Fig. 4D-E). Além disso, uma redução nos níveis de ATP foi detectada nos camundongos SIRT3cKO (Fig. 4F). A análise ultraestrutural revelou ainda anormalidades mitocondriais nos camundongos SIRT3cKO, incluindo perda de cristas e vacuolização (Fig. 4G), espelhando as características patológicas observadas em camundongos tratados com D-galactose envelhecidos.

A deleção específica de neurônios do SIRT3 prejudica a homeostase antioxidante no hipocampo de camundongos. (A-B) Níveis de mRNA (A) e expressão proteica (B) em todos os camundongos. (C) Atividade da SOD2 em todos os grupos. (D) Quantificação da MFI de ROS em todos os grupos. (E-F) Níveis hipocampais de ROS (E) e ATP (F) em todos os grupos. (G) Análise ultraestrutural das mitocôndrias hipocampais em cada grupo. (H) Análise de heatmap mostrando a expressão relacionada à transcrição de Hif-1α. (I) Representação diagramática da metodologia de coloração β-gal associada à senescência. (J) Histograma mostrando contagens significativamente aumentadas de células senescentes β-gal-positivas em todos os grupos. n = 6 camundongos para cada grupo. Os dados em todos os gráficos são apresentados como médias ± EPM. Teste t de Student, * P < 0,05 versus o grupo WT.
A análise de enriquecimento da via KEGG (https://www.kegg.jp/pathway) revelou que o SIRT3 modula a regulação dependente de ROS dos transcritos de Hif-1α. Notavelmente, a ativação de Hif-1α exacerba o dano oxidativo por meio da reprogramação transcricional de genes responsivos ao estresse. O perfil direcionado por qRT‒PCR dos marcadores de estresse oxidativo associados a Hif-1α confirmou a atividade transcricional alterada nos camundongos SIRT3cKO (Fig. 4H). Além disso, a coloração com β-galactosidase revelou senescência celular acelerada nos hipocampos dos camundongos SIRT3cKO (Fig. 4I-J). Consistentemente, a análise por qRT‒PCR revelou regulação negativa significativa da expressão do mRNA dos marcadores de senescência Dcx e Mcm2 nos hipocampos dos camundongos SIRT3cKO (Fig. S2). Esses dados demonstram coletivamente que a ablação de SIRT3 específica de neurônios interrompe a homeostase antioxidante no hipocampo, impulsionando lesão oxidativa e fenótipos de envelhecimento prematuro.
O knockout específico de neurônios de SIRT3 prejudicou a função cognitiva dos camundongos
Tendo estabelecido que a ablação neuronal de SIRT3 induz dano oxidativo, avaliamos ainda a função cognitiva em camundongos SIRT3cKO. No teste de reconhecimento de localização nova, enquanto os camundongos SIRT3cKO mantiveram a percepção sensorial intacta e não apresentaram viés espacial sob condições basais, eles exibiram exploração significativamente reduzida do objeto realocado em comparação com os controles WT, indicando comprometimento da memória espacial (Fig. 5A). Da mesma forma, o teste de reconhecimento de objeto novo revelou uma preferência diminuída por objetos desconhecidos nos camundongos SIRT3cKO, sugerindo comprometimento da memória episódica (Fig. 5B).
A deficiência de SIRT3 específica de neurônios prejudica as funções cognitivas em camundongos. (A-B) As análises comportamentais revelaram índices de discriminação significativamente reduzidos tanto para novidade espacial (NLR) quanto para novidade de objeto (NOR) em camundongos SIRT3cKO. (C) Registros representativos de fEPSP hipocampal demonstrando características de transmissão sináptica basal em camundongos WT e SIRT3cKO. (D-E) A comparação quantitativa da magnitude da LTP revelou comprometimento acentuado da plasticidade sináptica hipocampal em camundongos deficientes em SIRT3. (F) Registros brutos de LFP obtidos sob anestesia com uretano exibiram padrões oscilatórios alterados entre os grupos experimentais. (G–H) Mapas de calor tempo-frequência e análises espectrais de potência média correspondentes revelaram organização rítmica hipocampal interrompida em camundongos SIRT3cKO. (I-J) A quantificação comparativa revelou reduções significativas tanto na frequência teta dominante (I) quanto na potência oscilatória (J) nos camundongos SIRT3cKO. n = 6 camundongos por grupo. Os dados em todos os gráficos são apresentados como médias ± EPM. Teste t de Student, * P < 0,05 versus WT.
Além dos déficits comportamentais, a plasticidade sináptica é marcadamente prejudicada em camundongos SIRT3cKO. Monitoramos a potenciação de longa duração (LTP) hipocampal induzida por TBS e observamos uma atenuação dependente do tempo das inclinações do potencial pós-sináptico excitatório de campo (fEPSP) normalizado nos camundongos SIRT3cKO em comparação com seus companheiros de ninhada WT (Fig. 5C-E). Além disso, a deficiência neuronal de SIRT3 interrompeu a dinâmica do ritmo teta hipocampal. Mapas de calor de decomposição tempo-frequência revelaram alterações proeminentes na atividade oscilatória da banda teta (4–12 Hz) nos camundongos SIRT3cKO (Fig. 5F-G). A análise espectral de potência revelou uma redução significativa no pico de potência do ritmo teta e um desvio para a esquerda na frequência teta dominante nos camundongos SIRT3cKO em comparação com os controles WT (Fig. 5H-J). Notavelmente, os camundongos SIRT3cKO apresentaram anormalidades paralelas no ritmo teta (Fig. 5H-J), reforçando a relevância translacional deste modelo. Coletivamente, esses achados comportamentais e eletrofisiológicos demonstram que a deleção de SIRT3 específica de neurônios prejudica criticamente as funções cognitivas dependentes do hipocampo.

A superexpressão hipocampal de SIRT3 alivia o declínio cognitivo em camundongos tratados com D-gal
Para determinar se a superexpressão hipocampal de SIRT3 resgata os déficits cognitivos em camundongos D-gal, administramos injeções intrahipocampais bilaterais de vírus adeno-associado carregando o gene SIRT3 (AAV-SIRT3) ou vetor controle (AAV-VEH, grupo NC) 8 semanas antes do tratamento com D-gal. A análise de Western blot confirmou a regulação positiva robusta de SIRT3 nos hipocampos dos camundongos WT-OE em comparação com os camundongos controle NC (Fig. S3), confirmando a construção bem-sucedida e a validade funcional do nosso AAV-SIRT3 superexpressando SIRT3. Além disso, a injeção intrahipocampal de AAV-SIRT3 reverteu a regulação negativa de SIRT3 induzida por D-gal nos hipocampos de camundongos com envelhecimento induzido por D-gal (Fig. 6A). No teste de reconhecimento de localização nova, a superexpressão de SIRT3 resgatou significativamente o déficit de memória espacial, evidenciado pelo aumento do tempo de exploração do objeto realocado nos camundongos AAV-SIRT3 em comparação com os camundongos D-gal (Fig. 6B). Da mesma forma, o teste de reconhecimento de objeto novo demonstrou que a restauração de SIRT3 atenuou o declínio da memória episódica, com os camundongos AAV-SIRT3 exibindo tempo de interação e frequência prolongados com o objeto novo em comparação com os camundongos D-gal (Fig. 6C).
A superexpressão de SIRT3 no hipocampo melhora os déficits cognitivos em camundongos tratados com D-gal. (A) A análise de Western blot confirmou uma regulação positiva robusta de SIRT3 nos hipocampos de camundongos D-gal tratados com AAV-SIRT3. (B-C) A superexpressão de SIRT3 atenuou significativamente os prejuízos induzidos por D-gal na memória espacial e na memória episódica. (D) Registros representativos de fEPSP do hipocampo de todos os grupos. (E-F) Comparação quantitativa da magnitude da LTP em cada grupo. (G) Os traçados brutos de LFP registrados sob anestesia com uretano revelaram dinâmicas oscilatórias alteradas entre os grupos. (H-K) A superexpressão de SIRT3 melhorou significativamente as características do ritmo teta em camundongos tratados com D-gal. n = 6 camundongos por grupo. Os dados em todos os gráficos são apresentados como médias ± EPM. Teste t de Student, * P < 0,05 versus grupo WT, # P < 0,05 versus grupo D-gal

Além de sua capacidade de melhorar o comportamento, a superexpressão de SIRT3 melhorou os prejuízos na plasticidade sináptica do hipocampo em camundongos tratados com D-gal. A LTP induzida por TBS, medida pelas inclinações normalizadas do fEPSP, foi parcialmente restaurada nos camundongos AAV-SIRT3 em comparação com os camundongos D-gal (Fig. 6D‒F). Além disso, a análise espectral dos potenciais de campo locais revelou que, em comparação com D-gal, a superexpressão de SIRT3 mitigou as anormalidades do ritmo teta, conforme demonstrado pelo aumento da potência teta de pico e pela distribuição normalizada da frequência teta nos camundongos AAV-SIRT3 (Fig. 6G-K). Esses achados demonstram coletivamente que a superexpressão direcionada de SIRT3 no hipocampo neutraliza o declínio cognitivo induzido por D-gal e restaura a plasticidade sináptica e a atividade oscilatória da rede.

A superexpressão de SIRT3 no hipocampo alivia o dano oxidativo mitocondrial em camundongos tratados com D-gal

Para determinar ainda se a superexpressão de SIRT3 melhora a cognição ao mitigar o dano oxidativo, avaliamos sistematicamente os parâmetros de estresse oxidativo entre os grupos experimentais. A superexpressão de SIRT3 aumentou acentuadamente a atividade da SOD2 nos hipocampos de camundongos com envelhecimento induzido por D-gal (Fig. 7A). Simultaneamente, os níveis de ROS no hipocampo foram significativamente reduzidos, enquanto os níveis de ATP foram restaurados para níveis próximos aos do tipo selvagem nos camundongos com superexpressão de SIRT3 (Fig. 7B-D). A análise ultraestrutural por microscopia eletrônica de transmissão revelou que a superexpressão de SIRT3 melhorou as anormalidades mitocondriais, incluindo regeneração das cristas e redução da vacuolização, em camundongos tratados com D-gal (Fig. 7E).
A superexpressão de SIRT3 reverte a disfunção mitocondrial em camundongos tratados com D-gal. (A) Quantificação da atividade enzimática da SOD2 entre os grupos experimentais. (B) Análise citométrica de fluxo de ROS via MFI da coloração com DCFDA. (C-D) Reduções mediadas por SIRT3 no acúmulo de ROS hipocampal (C) e a restauração do ATP diminuído (D) são mostradas. (E) Análise de microscopia eletrônica de transmissão mostrando melhora na ultraestrutura mitocondrial em camundongos com superexpressão de SIRT3. (F) Análise de heatmap dos componentes da rede transcricional de Hif-1α. (G) Representação diagramática da metodologia de coloração com β-gal associada à senescência. (H) A histomorfometria quantitativa revelou uma redução significativa nas células positivas para SA-β-gal em camundongos D-gal tratados com SIRT3. n = 6 camundongos por grupo. Os dados em todos os gráficos são apresentados como médias ± EP. Teste t de Student, * P < 0,05 vs. grupo WT, # P < 0,05 vs. grupo D-gal

No nível molecular, a restauração de SIRT3 normalizou os perfis aberrantes de expressão do transcrito de Hif-1α em camundongos D-gal, conforme quantificado por análise de qRT-PCR dos alvos de Hif-1α associados ao estresse oxidativo (Fig. 7F). Além disso, a superexpressão de SIRT3 atenuou a senescência celular e aumentou os níveis de mRNA de Dcx e Mcm2 nos hipocampos de camundongos D-gal (Figs. 7G-H e S4). Coletivamente, esses dados estabelecem que a superexpressão hipocampal de SIRT3 alivia o dano oxidativo mitocondrial.

Discussão
O presente estudo delineia um papel crítico para SIRT3 na mitigação do declínio cognitivo induzido por D-galactose por meio da preservação da homeostase redox mitocondrial e da manutenção da dinâmica da rede hipocampal. Nossos achados estabelecem que a administração crônica de D-gal recapitula características-chave do envelhecimento cerebral com relevância translacional, incluindo disfunção sináptica dependente de estresse oxidativo, ritmogênese teta prejudicada e senescência celular. Crucialmente, demonstramos que a deficiência neuronal de SIRT3 serve como um elo molecular fundamental entre o dano oxidativo mitocondrial e a deterioração cognitiva relacionada à idade, enquanto a superexpressão hipocampal direcionada de SIRT3 reverteu esses déficits. Esses resultados avançam nossa compreensão do papel das sirtuínas mitocondriais no envelhecimento cerebral e destacam a SIRT3 como um alvo terapêutico promissor para condições neurodegenerativas associadas à idade, com implicações diretas para o desenvolvimento de intervenções modificadoras da doença.
Centrais para os déficits cognitivos observados está a vulnerabilidade seletiva da consolidação da memória de longo prazo, o que se alinha com a dissociação temporal nos déficits de plasticidade sináptica. Embora as frequências de interação entre os grupos tratados com D-gal e controle durante o teste de 15 min pós-treinamento na tarefa NLR não tenham atingido significância estatística (P > 0,05), uma tendência sutil de diminuição no tempo de exploração foi observada no grupo de tratamento. Essa tendência pode indicar mecanismos compensatórios da função sináptica precoce, visto que a codificação da memória de curto prazo pode depender da plasticidade sináptica intacta remanescente, como a STP, que poderia amortecer o impacto da exposição crônica à D-gal. A preservação da memória de curto prazo e da LTP de fase inicial, em contraste com a manutenção prejudicada da LTP de fase tardia, sugere que o estresse oxidativo induzido por D-gal perturba preferencialmente os processos dependentes da síntese de proteínas necessários para modificações sinápticas duradouras. Essa descoberta é paralela às observações clínicas de déficits de consolidação de memória tardia no declínio cognitivo relacionado à idade, destacando a relevância translacional do nosso modelo. A atenuação concomitante das oscilações teta do hipocampo em camundongos tratados com D-gal implica ainda mais a desregulação em nível de rede no comprometimento cognitivo. Dado que os ritmos teta coordenam a comunicação entre regiões durante a codificação da memória, sua interrupção provavelmente contribui para a transferência ineficiente de informações entre o hipocampo e as regiões corticais, prejudicando a consolidação do sistema.
Nossa abordagem multiômica identificou a regulação negativa de SIRT3 como um fator chave da disfunção mitocondrial em camundongos tratados com D-gal. Como uma principal desacetilase mitocondrial dependente de NAD+, a SIRT3 regula os sistemas de defesa antioxidante através da ativação da SOD2. A redução observada na atividade da SOD2 e o subsequente acúmulo de ROS em camundongos com deficiência de SIRT3 ligam diretamente o estresse oxidativo mitocondrial à disfunção sináptica. Notavelmente, as anormalidades mitocondriais ultraestruturais tanto em camundongos tratados com D-gal quanto em camundongos SIRT3cKO foram caracterizadas por perda de cristas e vacuolização, sugerindo mecanismos conservados de deterioração mitocondrial relacionada à idade. A ativação a jusante da sinalização de Hif-1α em hipocampos com deficiência de SIRT3 pode exacerbar ainda mais o dano oxidativo através da regulação transcricional positiva de enzimas glicolíticas e vias geradoras de ROS, criando um ciclo de feedback patogênico que acelera a senescência celular.
O resgate dos déficits cognitivos e eletrofisiológicos por meio da superexpressão hipocampal de SIRT3 fornece evidências convincentes de seu potencial terapêutico. Ao restaurar a atividade da SOD2 e suprimir o estresse oxidativo mediado por Hif-1α, o aumento de SIRT3 preservou a integridade mitocondrial e os níveis de ATP, resgatando assim a LTP de fase tardia e a coerência do ritmo teta. Esses achados corroboram relatos anteriores dos efeitos neuroprotetores da SIRT3 em distúrbios metabólicos por meio de sua capacidade de reverter a disfunção de redes relacionada à idade. A restauração parcial dos parâmetros do ritmo teta após a superexpressão de SIRT3 sugere que mecanismos adicionais, como regulação de canais iônicos ou disfunção de interneurônios, podem contribuir para os déficits oscilatórios e merecem investigação adicional. Notavelmente, a atividade da SIRT3 frequentemente aumenta sob condições de estresse celular, o que contrasta com a regulação negativa da SIRT3 que detectamos em camundongos com envelhecimento induzido por D-gal. Essa discrepância, no entanto, pode ser resolvida distinguindo-se entre a natureza e a duração dos estímulos estressores, bem como a capacidade adaptativa das vias mediadas por SIRT3. O aumento bem documentado da atividade de SIRT3 em resposta ao estresse reflete principalmente a resposta adaptativa da célula ao estresse agudo ou leve. Em contraste, a regulação negativa da SIRT3 observada em nosso estudo é uma consequência do estresse crônico relacionado ao envelhecimento, induzido pela administração prolongada de D-gal. No entanto, a diminuição significativa na atividade da SOD2 no tecido hipocampal de camundongos tratados com D-gal também indica indiretamente que a atividade da SIRT3 está concomitantemente reduzida, e não aumentada. A base central para essa associação reside no fato de que a ativação da atividade da SOD2 é completamente dependente da desacetilação mediada pela SIRT3. Além disso, como o promotor CMV não é específico para neurônios, o vírus que superexpressa SIRT3 pode direcionar a expressão de SIRT3 tanto em células neuronais quanto não neuronais (por exemplo, astrócitos e micróglia) no hipocampo. Embora nossos resultados tenham confirmado o potencial terapêutico da superexpressão global de SIRT3, esclarecer o papel específico da superexpressão de SIRT3 específica de neurônios continua essencial para pesquisas aprofundadas.
Embora este estudo tenha se concentrado nos mecanismos hipocampais, várias limitações merecem consideração. Primeiro, o modelo D-gal mimetiza principalmente o envelhecimento oxidativo acelerado, o que pode não capturar totalmente a natureza multifatorial do envelhecimento cerebral humano, incluindo o acúmulo de beta-amiloide e a neuroinflamação. Segundo, a contribuição da SIRT3 não neuronal em células da glia para os desfechos cognitivos permanece inexplorada. Dado que a SIRT3 astrocítica modula as respostas antioxidantes, estudos futuros devem delinear os papéis específicos de cada tipo celular. Terceiro, este estudo não quantificou a razão entre as isoformas inativa (44 kDa) e ativa (28 kDa) da SIRT3, o que dificulta a elucidação precisa se o envelhecimento induzido por D-gal prejudica a função da SIRT3 ao reduzir a expressão total e interromper a maturação na forma ativa de 28 kDa. Estudos futuros devem medir essa razão para elucidar o papel da SIRT3 no envelhecimento hipocampal e melhorar a especificidade das terapias-alvo. Finalmente, a janela terapêutica para a intervenção com SIRT3 no declínio cognitivo relacionado à idade requer avaliação longitudinal em modelos de envelhecimento natural, idealmente em conjunto com paradigmas de teste cognitivo validados para relevância translacional.

Em conclusão, nossos resultados elucidam uma via dependente de SIRT3 pela qual o estresse oxidativo mitocondrial interrompe a plasticidade hipocampal e a dinâmica de rede para impulsionar o declínio cognitivo (Fig. 8). Ao identificar as anormalidades do ritmo teta como uma consequência funcional da deficiência de SIRT3, este trabalho conecta mecanismos moleculares com a neurofisiologia em nível de sistemas. Esses achados posicionam os potencializadores de SIRT3 como uma estratégia promissora para combater o comprometimento da memória relacionado à idade e destacam a preservação do equilíbrio redox mitocondrial como um alvo crítico para o envelhecimento cerebral saudável, apoiando o desenvolvimento adicional de terapias direcionadas à SIRT3 em ensaios clínicos para o estágio inicial do comprometimento cognitivo.

Mecanismo pelo qual a deficiência de SIRT3 medeia o envelhecimento induzido por D-gal em camundongos. Conforme ilustrado, a deficiência de SIRT3 interrompe os sistemas antioxidantes mitocondriais, levando a dano oxidativo irreversível e colapso do metabolismo energético em populações neuronais vulneráveis.

Informações Suplementares

Abaixo está o link para o material suplementar eletrônico.

Nota da editora

A Springer Nature permanece neutra em relação a reivindicações jurisdicionais em mapas publicados e afiliações institucionais.

Xiaobin An, Chenhong Li e Lu Zeng contribuíram igualmente para este trabalho.

Contribuições dos autores

X.A., H.Y., Y.G. e X.L., Supervisão, Aquisição de financiamento; X.A. e C.L., Conceituação, Metodologia, Curadoria de dados, Redação - rascunho original, Redação - revisão e edição; C.L., L.Z., C.W., S.H. e T.L., Metodologia, Curadoria de dados; X.A., C.L. e L.Z., Conceituação. Todos os autores leram e aprovaram a versão final do manuscrito.

Financiamento
Este trabalho foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (82401214, 82500554 e 82501458), pelo Financiamento de Pesquisa Pós-Doutoral da Província de Heilongjiang (LBH-Z22206, LBH-Z24219), pelo Programa de Excelência em Pós-Graduação de Heilongjiang (LJYXL2024-018, LJYXL2024-071), pelo Programa Geral da Fundação de Ciências Pós-Doutorais da China (2025M772156), pelo Programa de Apoio a Talentos Inovadores Pós-Doutorais (BX20250260), pelo Laboratório Chave Estadual de Soldagem de Precisão e Junção de Materiais e Estruturas (MSWJ-24M15), pelo Projeto de Talentos em Inovação em Ciência e Tecnologia da Cidade de Harbin (2023HBRCCG001) e pela Fundação de Ciências Naturais da Província de Heilongjiang (LH2022H041).
Disponibilidade de dados
Os autores declaram que todos os dados que apoiam os resultados deste estudo estão disponíveis neste manuscrito e seus materiais suplementares ou podem ser obtidos do autor correspondente mediante solicitação razoável.
Declarações
Aprovação ética e consentimento para participação
Todos os protocolos experimentais foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidado e Uso de Animais (IACUC) da Universidade Médica de Harbin e pela Associação Chinesa de Ciências de Animais de Laboratório (Número de Aprovação CALAS A5655-01). Os experimentos seguiram rigorosamente a Diretiva da UE 2010/63/UE sobre bem-estar animal e as diretrizes ARRIVE 2.0 para relatar pesquisas in vivo.
Consentimento para publicação
Todos os autores revisaram a versão final do manuscrito e a aprovaram para publicação.
Interesses concorrentes
Os autores declaram que não têm interesses concorrentes.
Abreviaturas
SIRT3
Sirtuína 3
D-gal
D-galactose
ROS
Espécies reativas de oxigênio
LTP
Potenciação de longo prazo
NLR
Reconhecimento de nova localização
NOR
Reconhecimento de novo objeto
ATP
Trifosfato de adenosina
SOD2
Superóxido dismutase 2
TBS
Estimulação de rajada teta
Referências
Envelhecimento cognitivo humano: corriger La fortune?
Envelhecimento e doenças relacionadas ao envelhecimento: dos mecanismos moleculares às intervenções e tratamentos
Marcas do envelhecimento: um universo em expansão
A comunicação nuclear-mitocondrial no envelhecimento: dos mecanismos às terapêuticas
Disfunção mitocondrial na doença de Alzheimer
Dano oxidativo e reparo do DNA mitocondrial no envelhecimento e na doença de Alzheimer
A rede de Sirtuínas mitocondriais revela desacetilação dinâmica dependente de SIRT3 em resposta à despolarização da membrana
Papel da SIRT3 na biologia mitocondrial e suas implicações terapêuticas em distúrbios neurodegenerativos
Sirtuína 3 mitocondrial e o papel de compostos naturais: o efeito das modificações pós-traducionais no metabolismo celular
A regulação dependente de Sirt3 do estresse oxidativo mitocondrial e da apoptose contribui para a disfunção das ilhotas pancreáticas após queimaduras graves
A desacetilação mediada por SIRT3 da PRDX3 alivia o dano oxidativo mitocondrial e a apoptose induzidos por lesão de isquemia/reperfusão intestinal
A ativação da Sirtuína 3 pelo Honokiol melhora a senescência de células epiteliais alveolares na silicose experimental através da via cGAS-STING
SIRT3 alivia a disfunção mitocondrial e a senescência na periodontite associada ao diabetes ao desacetilar LRPPRC
Alisol A exerce efeitos neuroprotetores contra o envelhecimento cerebral patológico induzido por HFD através da via SIRT3-NF-κB/MAPK
Sirtuína 3 protege contra o declínio cognitivo induzido por anestesia/cirurgia em camundongos idosos ao suprimir a neuroinflamação hipocampal
Papel do envelhecimento cerebral induzido por D-galactose e seu potencial uso para intervenções terapêuticas
A melatonina atenua o comprometimento da memória, a neuroinflamação e a neurodegeneração induzidos por D-galactose via via de sinalização RAGE/NF-K B/JNK em modelo de camundongo envelhecido
Modelo de envelhecimento acelerado induzido por D-galactose: uma visão geral
A ativação do VDR atenua a ferroptose e a senescência osteoblástica ao estimular a via Nrf2/GPX4 na osteoporose relacionada à idade
A fração bioativa da semente de Musa balbisiana mitiga o envelhecimento cerebral induzido por D-galactose via ativação de SIRT1/PGC-1α/FoxO3a e a disfunção da barreira intestinal ao modular a microbiota intestinal e os metabólitos principais
Roedores fêmeas pré-púberes têm LTP e aprendizado hipocampal aumentados em relação aos machos, revertendo na idade adulta à medida que a inibição aumenta
Epigalocatequina-3-galato ativa alostericamente a proteína quinase C-α e melhora a cognição de camundongos com deficiência de estrogênio
O eixo AhR/miR-23a-3p/PKCα contribui para déficits de memória em camundongos fêmeas ovariectomizadas e com envelhecimento normal, terapia molecular
Lipossomas de microRNA-195 para terapia da doença de Alzheimer
Mecanismos e funções dos ritmos teta
Oscilações teta no hipocampo
Oscilações teta na memória humana
Deficiência de Sirt3 e hiperacetilação de SOD2 no estresse oxidativo vascular e hipertensão
A mitofagia mediada por HIF1α-BNIP3 protege contra fibrose renal ao diminuir ROS e inibir a ativação do inflamassoma NLRP3
Kopnin, mutantes de ponto quente de p53 aumentam a vascularização tumoral via ativação mediada por ROS da via HIF1/VEGF-A
Evidências de fMRI em estado de repouso para consolidação precoce da memória episódica: efeitos da idade
A biologia molecular do armazenamento da memória: um diálogo entre genes e sinapses
A restrição calórica reduz o estresse oxidativo pela ativação de SOD2 mediada por SIRT3
Fatores induzíveis por hipóxia: mediadores da progressão do câncer e alvos para terapia do câncer
SIRT3 melhora a disfunção cognitiva associada ao diabetes ao regular as membranas do retículo endoplasmático associadas às mitocôndrias
A presença de canais HCN marca-passo identifica neurônios GABAérgicos rítmicos teta no septo medial
Neurônios GABAérgicos do septo medial lideram a rede hipocampal durante a atividade teta
Correntes catiônicas ativadas por hiperpolarização: das moléculas à função fisiológica
O papel da SIRT3 na homeostase e na saúde celular
Autofagia na patogênese da doença de Alzheimer: potencial terapêutico e perspectivas futuras
Honokiol previne a polarização de astrócitos A1 induzida por hipoperfusão cerebral crônica para aliviar a neurotoxicidade ao direcionar o eixo SIRT3-STAT3
P7C3 suprime a senescência astrocítica para proteger neurônios dopaminérgicos: implicação no modelo de camundongo da doença de Parkinson
Comprometimento cognitivo leve como entidade diagnóstica