DOI: https://doi.org/10.3389/fphar.2025.1597599
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40444047
تاريخ النشر: 2025-05-15
المؤلف: Maima Matin وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث الزنجبيل وعائلة الزنجبيلية
نظرة عامة
تدرس الدراسة آثار مكملات الزنجبيل الغذائي (Zingiber officinale) على أنظمة الدفاع المضادة للأكسدة في الكبد لدى ذكور فئران سويس ويبستر عبر أعمار مختلفة (3، 6، و12 شهرًا). شملت الأبحاث إعطاء إما علف قياسي أو علف مكمل بمسحوق الزنجبيل المجفف بنسبة 0.6% أو 1.8% لمدة ثلاثة أشهر، تلاها تحليل لمختلف المعلمات المضادة للأكسدة، بما في ذلك نشاط التقاط الجذور الحرة DPPH، السعة الإجمالية المضادة للأكسدة، مستويات فيتامين C، المحتوى الكلي من الفينولات، نشاط إنزيم سوبر أكسيد ديسموتاز (SOD)، مستويات المالونديالديهايد (MDA)، وتركيزات الجلوتاثيون المختزل (GSH). كشفت النتائج عن انخفاضات ملحوظة مرتبطة بالعمر في المعلمات المضادة للأكسدة في الحيوانات الضابطة، بينما أظهرت مكملات الزنجبيل تأثيرات تعتمد على الجرعة والعمر. بشكل ملحوظ، أظهرت الفئران الأكبر سنًا (6 و12 شهرًا) زيادة في النشاط المضاد للأكسدة مع مكملات الزنجبيل، خاصة عند الجرعة الأعلى، بينما أظهرت الفئران الأصغر سنًا (3 أشهر) انخفاضًا في نشاط التقاط DPPH.
تخلص الدراسة إلى أن مكملات الزنجبيل تعزز بشكل كبير الدفاعات المضادة للأكسدة في الكبد، خاصة لدى الفئران الأكبر سنًا، من خلال تحسين المؤشرات الرئيسية مثل مستويات GSH والسعة الإجمالية المضادة للأكسدة. تؤكد النتائج على ضرورة التدخلات الغذائية الشخصية بناءً على العمر والجرعة، فضلاً عن أهمية استراتيجيات الجرعات المناسبة. يُشجع البحث المستقبلي على استكشاف الآليات الجزيئية وراء هذه التأثيرات المرتبطة بالعمر والفوائد طويلة الأمد لمكملات الزنجبيل على صحة الكبد. بشكل عام، تضع هذه الأبحاث الزنجبيل كمكمل غذائي واعد لتخفيف الإجهاد التأكسدي المرتبط بالعمر ودعم صحة الكبد في السكان المتقدمين في السن.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث مفهوم الإجهاد التأكسدي، الذي يتميز بعدم التوازن بين إنتاج الأنواع التفاعلية للأكسجين (ROS) وقدرات الجسم على إزالة السموم، خاصة في الكبد، الذي يكون عرضة للتلف التأكسدي من عوامل خارجية وداخلية متنوعة. يستخدم الكبد نظام دفاع معقد، ينتج كل من مضادات الأكسدة الإنزيمية (مثل سوبر أكسيد ديسموتاز) وغير الإنزيمية (مثل فيتامين C) للتخفيف من التلف التأكسدي. ومع ذلك، يمكن أن تؤدي عوامل مثل الشيخوخة إلى تقليل نشاط إنزيمات مضادات الأكسدة، مما يؤدي إلى زيادة الإجهاد التأكسدي والمشاكل الصحية المرتبطة مثل الالتهاب والخلل الأيضي.
تسلط الورقة الضوء على إمكانيات مضادات الأكسدة الغذائية، وخاصة الزنجبيل (Zingiber officinale)، في مواجهة الإجهاد التأكسدي ودعم صحة الكبد. تُظهر المركبات النشطة بيولوجيًا في الزنجبيل، بما في ذلك الزنجبيلول والشوغول، خصائص مضادة للأكسدة ملحوظة من خلال التقاط الجذور الحرة وتعديل مسارات الدفاع الخلوية، مثل تنشيط مسار Nrf2-ARE وكبح إشارة NF-κB. على الرغم من النتائج الواعدة من الدراسات المخبرية ودراسات الحيوانات بشأن التأثيرات الواقية للزنجبيل ضد التلف التأكسدي، هناك فجوة ملحوظة في الأبحاث المتعلقة بتأثيراته المعتمدة على الجرعة في الجسم الحي، خاصة فيما يتعلق بالعمر. تهدف الدراسة الحالية إلى التحقيق في كيفية تأثير جرعات مختلفة من الزنجبيل على نظام الدفاع المضاد للأكسدة في الكبد لدى الفئران، مع فرضية أن الجرعات الأعلى ستنتج تأثيرات وقائية أكبر، خاصة في الموضوعات الأكبر سنًا.
طرق البحث
استخدمت الدراسة 144 من ذكور فئران سويس ويبستر، تتراوح أعمارها بين 3 و6 و12 شهرًا، للتحقيق في آثار مكملات الزنجبيل على الإجهاد التأكسدي في الكبد. تم اختيار هذا النوع من الفئران لوظائفه الكبدية القوية والتغيرات الأكسدية المرتبطة بالعمر، والتي تعتبر ذات صلة لنمذجة الإجهاد التأكسدي وتقييم التدخلات الغذائية. لتقليل التباين الناتج عن التقلبات الهرمونية، تم استخدام ذكور الفئران فقط، على الرغم من أنه يجب على الأبحاث المستقبلية النظر في تضمين الإناث لاستكشاف الاستجابات المرتبطة بالجنس. تم إيواء الفئران في ظروف محكومة مع الوصول الحر إلى علف قياسي أو علف مكمل بالزنجبيل، الذي احتوى على 0.6% أو 1.8% من مسحوق الزنجبيل المجفف.
شمل التصميم التجريبي ثلاثة علاجات غذائية عبر ثلاث مجموعات عمرية، مع تخصيص 16 فأرًا لكل مجموعة، مما يضمن قوة إحصائية كافية لاكتشاف أحجام تأثير متوسطة إلى كبيرة باستخدام ANOVA. تم اختيار تركيزات الزنجبيل بناءً على دراسات سابقة تشير إلى تأثيرات مضادة للأكسدة وحامية للكبد عند مستويات مماثلة. على وجه التحديد، تم اعتبار التركيز 0.6% معتدلاً، بينما كان 1.8% يهدف إلى تقييم النشاط البيولوجي المعزز دون تجاوز الحدود الغذائية الآمنة. التزمت الدراسة بالإرشادات الأخلاقية لأبحاث الحيوانات، حيث تم إجراء جميع الإجراءات تحت الأذونات المناسبة للتعامل مع الحيوانات.
النتائج
تحققت الدراسة من تأثير مكملات الزنجبيل الغذائية على أنظمة الدفاع المضادة للأكسدة في الكبد لدى الفئران من أعمار مختلفة، باستخدام اختبارات كيميائية حيوية وإنزيمية. أشارت النتائج إلى أن نشاط التقاط الجذور الحرة DPPH أظهر استجابات تعتمد على العمر والجرعة تجاه الزنجبيل. أظهرت الفئران الضابطة انخفاضًا في نشاط التقاط الجذور الحرة مع تقدم العمر، وكان ذلك ملحوظًا بشكل خاص في مجموعة الفئران التي تبلغ من العمر 6 أشهر (p ≤ 0.001) ومجموعة الفئران التي تبلغ من العمر 12 شهرًا (p ≤ 0.05) مقارنة بمجموعة الفئران التي تبلغ من العمر 3 أشهر. على العكس، زادت مكملات الزنجبيل في الفئران الأكبر سنًا (6 و12 شهرًا) بشكل كبير من نشاط التقاط DPPH، مما عكس الانخفاض المرتبط بالعمر الذي لوحظ في الضوابط.
انخفضت السعة الإجمالية المضادة للأكسدة، المقاسة بمعادلات تروكس، مع تقدم العمر في الحيوانات الضابطة، وخاصة في مجموعة الفئران التي تبلغ من العمر 12 شهرًا (p ≤ 0.01). حسنت مكملات الزنجبيل السعة الإجمالية المضادة للأكسدة عبر جميع الفئات العمرية، مع أكبر زيادة ملحوظة في مجموعة الفئران التي تبلغ من العمر 12 شهرًا والتي تلقت 1.8% من الزنجبيل (3.31 ± 0.33 مقابل 1.86 ± 0.66 معادلات تروكس، p ≤ 0.001). بالإضافة إلى ذلك، أظهرت مستويات فيتامين C في الكبد والمحتوى الكلي من الفينولات انخفاضات مرتبطة بالعمر في الضوابط، لكن مكملات الزنجبيل زادت عمومًا هذه المستويات، خاصة في مجموعة الفئران التي تبلغ من العمر 6 أشهر. بينما انخفض نشاط سوبر أكسيد ديسموتاز (SOD) مع تقدم العمر، لم يغير الزنجبيل بشكل ملحوظ مستويات SOD مقارنة بالضوابط. انخفضت مستويات المالونديالديهايد (MDA) مع تقدم العمر في الضوابط، وقللت مكملات الزنجبيل بشكل ملحوظ من مستويات MDA في الفئران التي تبلغ من العمر 3 أشهر (p ≤ 0.001). بشكل عام، حسنت مكملات الزنجبيل مختلف المعلمات المضادة للأكسدة عبر مجموعات عمرية مختلفة، خاصة عند التركيزات الأعلى.
المناقشة
توضح قسم المناقشة في هذه الدراسة آثار مكملات الزنجبيل الغذائية على أنظمة الدفاع المضادة للأكسدة في الكبد لدى الفئران عبر مجموعات عمرية مختلفة. تكشف النتائج عن تفاعل معقد بين العمر والجرعة، مما يبرز انخفاضًا في المعلمات الرئيسية المضادة للأكسدة—مثل نشاط التقاط الجذور الحرة DPPH، السعة الإجمالية المضادة للأكسدة، مستويات فيتامين C، ونشاط سوبر أكسيد ديسموتاز (SOD)—مع التقدم في العمر. تتوافق هذه النتائج مع الأدبيات الموجودة التي تربط الشيخوخة بتقليل الدفاعات المضادة للأكسدة وزيادة الإجهاد التأكسدي، مما يمكن أن يؤدي إلى خلل في الكبد. بشكل ملحوظ، وُجد أن الجرعات الأعلى من الزنجبيل (1.8%) تعزز السعة المضادة للأكسدة، خاصة لدى الفئران الأكبر سنًا، مما يشير إلى أن المركبات النشطة بيولوجيًا في الزنجبيل قد تتصدى بفعالية للإجهاد التأكسدي المرتبط بالعمر من خلال آليات مثل التقاط الأنواع التفاعلية للأكسجين وتنظيم أنظمة مضادات الأكسدة الذاتية.
تحدد الدراسة أيضًا التباينات المرتبطة بالعمر في الاستجابة لمكملات الزنجبيل، حيث أظهرت الفئران الأصغر سنًا نشاطًا منخفضًا في التقاط DPPH، ربما بسبب أنظمتها المضادة للأكسدة القوية بالفعل. قد تعكس هذه الظاهرة “تأثير السقف”، حيث يكون الإدخال الإضافي لمضادات الأكسدة غير ضروري أو غير مثمر. على النقيض، أظهرت الفئران الأكبر سنًا تحسينات ملحوظة في المعلمات المضادة للأكسدة، مما يشير إلى أن مكملات الزنجبيل قد تستعيد توازن الأكسدة والاختزال في سياق حيث تكون الدفاعات الطبيعية compromised. تشير النتائج إلى أن الزنجبيل قد يكون مفيدًا بشكل خاص لتعزيز الدفاعات المضادة للأكسدة في الكبد لدى الأفراد الأكبر سنًا، مما يتماشى مع فوائده المحتملة الأوسع لمكافحة الشيخوخة. يُشجع البحث المستقبلي على استكشاف الآليات الجزيئية وراء هذه التأثيرات المرتبطة بالعمر وتحسين استراتيجيات الجرعات للتدخلات المضادة للأكسدة الفعالة.
القيود
تقدم الدراسة عدة قيود يجب الاعتراف بها عند تفسير نتائجها. أولاً، بينما تم تقييم النشاط الكلي لسوبر أكسيد ديسموتاز (SOD)، لم يميز الاختبار بين أيزوformas SOD (مثل SOD1 وSOD2) أو يقيم إنزيمات مضادة للأكسدة الأخرى مثل الكاتلاز أو الجلوتاثيون بيروكسيداز. قد تؤدي هذه السهو إلى إخفاء التأثيرات الخاصة بالأيزوform أو التعويضية التي قد تؤثر على قياسات النشاط الكلي. بالإضافة إلى ذلك، فإن الاستخدام الحصري للحيوانات الذكرية، على الرغم من أنه يتحكم في التباين الهرموني، يتجاهل الاختلافات المحتملة المرتبطة بالجنس في أنظمة الدفاع المضادة للأكسدة، خاصة بالنظر إلى دور الإستروجين في تعديل الإشارات الأكسيدية والتعبير عن إنزيمات مضادة للأكسدة الرئيسية.
علاوة على ذلك، بينما لوحظت اتجاهات عبر مجموعات العمر والجرعة، لم تحقق بعض الاختلافات—خاصة في التقاط DPPH، السعة الإجمالية المضادة للأكسدة، ونشاط SOD—دلالة إحصائية، مما يستدعي تفسيرًا حذرًا ويشير إلى الحاجة إلى أحجام عينات أكبر أو تحليلات جزيئية مستهدفة للتحقق. يحد غياب التحليلات النسخية أو البروتينية من فهم المسارات الجزيئية التي تؤثر عليها الزنجبيل، مثل إشارات Nrf2 أو NF-κB، التي تعتبر حاسمة في تنظيم الدفاعات المضادة للأكسدة. أخيرًا، قد لا تعكس مدة المكملات التي تبلغ 3 أشهر بشكل كافٍ التأثيرات طويلة الأمد للزنجبيل الغذائي على وظيفة الكبد وتوازن الأكسدة والاختزال، مما يشير إلى أن الأبحاث المستقبلية يجب أن تتضمن فترات دراسة أطول ونطاقًا أوسع من المؤشرات الحيوية لتوضيح التأثير المستدام وملف الأمان للزنجبيل في نماذج الشيخوخة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fphar.2025.1597599
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40444047
Publication Date: 2025-05-15
Author(s): Maima Matin et al.
Primary Topic: Ginger and Zingiberaceae research
Overview
The study investigates the effects of dietary ginger (Zingiber officinale) supplementation on liver antioxidant defense systems in male Swiss Webster mice across different ages (3, 6, and 12 months). The research involved administering either standard feed or feed supplemented with 0.6% or 1.8% dried ginger powder for three months, followed by an analysis of various antioxidant parameters, including DPPH radical scavenging activity, total antioxidant capacity, vitamin C levels, total phenolic content, superoxide dismutase (SOD) activity, malondialdehyde (MDA) levels, and reduced glutathione (GSH) concentrations. The findings revealed significant age-related declines in antioxidant parameters in control animals, while ginger supplementation exhibited dose- and age-dependent effects. Notably, older mice (6 and 12 months) showed increased antioxidant activity with ginger supplementation, particularly at the higher dose, whereas younger mice (3 months) displayed decreased DPPH scavenging activity.
The study concludes that ginger supplementation significantly enhances liver antioxidant defenses, particularly in older mice, by improving key markers such as GSH levels and total antioxidant capacity. The results underscore the necessity for personalized dietary interventions based on age and dosage, as well as the importance of appropriate dosing strategies. Future research is encouraged to explore the molecular mechanisms behind these age-specific effects and the long-term benefits of ginger supplementation on liver health. Overall, this research positions ginger as a promising dietary supplement for mitigating age-associated oxidative stress and supporting liver health in aging populations.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the concept of oxidative stress, characterized by an imbalance between reactive oxygen species (ROS) production and the body’s detoxification capabilities, particularly in the liver, which is vulnerable to oxidative damage from various external and internal factors. The liver employs a complex defense system, producing both enzymatic (e.g., superoxide dismutase) and non-enzymatic antioxidants (e.g., vitamin C) to mitigate oxidative damage. However, factors such as aging can diminish antioxidant enzyme activity, leading to increased oxidative stress and associated health issues like inflammation and metabolic dysfunction.
The paper highlights the potential of dietary antioxidants, particularly ginger (Zingiber officinale), in counteracting oxidative stress and supporting liver health. Ginger’s bioactive compounds, including gingerol and shogaol, exhibit significant antioxidant properties by scavenging free radicals and modulating cellular defense pathways, such as activating the Nrf2-ARE pathway and inhibiting NF-κB signaling. Despite the promising findings from in vitro and animal studies regarding ginger’s protective effects against oxidative damage, there is a noted gap in research concerning its dose-dependent effects in vivo, particularly in relation to age. The current study aims to investigate how varying doses of ginger influence the liver’s antioxidant defense system in mice, with the hypothesis that higher doses will yield greater protective effects, especially in older subjects.
Methods
The study utilized 144 male Swiss Webster mice, aged 3, 6, and 12 months, to investigate the effects of ginger supplementation on liver oxidative stress. This mouse strain was chosen for its robust hepatic function and age-dependent redox alterations, which are relevant for modeling oxidative stress and evaluating dietary interventions. To minimize variability from hormonal fluctuations, only male mice were used, although future research should consider including females to explore sex-specific responses. Mice were housed under controlled conditions with ad libitum access to standard or ginger-supplemented diets, which contained either 0.6% or 1.8% dried ginger powder.
The experimental design included three dietary treatments across the three age groups, with 16 mice allocated to each group, ensuring sufficient statistical power to detect medium-to-large effect sizes using ANOVA. The ginger concentrations were selected based on previous studies indicating antioxidant and hepatoprotective effects at similar levels. Specifically, the 0.6% concentration was deemed moderate, while 1.8% was intended to assess enhanced biological activity without exceeding safe dietary limits. The study adhered to ethical guidelines for animal research, with all procedures conducted under the appropriate animal handling permissions.
Results
The study investigated the impact of dietary ginger supplementation on liver antioxidant defense systems in mice of varying ages, employing biochemical and enzymatic assays. Results indicated that DPPH radical scavenging activity exhibited both age- and dose-dependent responses to ginger. Control mice showed a decline in scavenging activity with age, particularly significant in the 6-month-old group (p ≤ 0.001) and the 12-month-old group (p ≤ 0.05) compared to the 3-month-old group. Conversely, ginger supplementation in older mice (6- and 12-month-olds) significantly enhanced DPPH scavenging activity, reversing the age-related decline observed in controls.
Total antioxidant capacity, measured in Trolox equivalents, decreased with age in control animals, notably in the 12-month-old group (p ≤ 0.01). Ginger supplementation improved total antioxidant capacity across all age groups, with the most significant increase in the 12-month-old group receiving 1.8% ginger (3.31 ± 0.33 vs. 1.86 ± 0.66 Trolox equivalents, p ≤ 0.001). Additionally, liver vitamin C levels and total phenolic content showed age-related declines in controls, but ginger supplementation generally increased these levels, particularly in the 6-month-old group. While superoxide dismutase (SOD) activity declined with age, ginger did not significantly alter SOD levels compared to controls. Malondialdehyde (MDA) levels decreased with age in controls, and ginger supplementation notably reduced MDA levels in 3-month-old mice (p ≤ 0.001). Overall, ginger supplementation enhanced various antioxidant parameters across different age groups, particularly at higher concentrations.
Discussion
The discussion section of this study elucidates the effects of ginger dietary supplementation on liver antioxidant defense systems in mice across different age groups. The findings reveal a complex interplay between age and dosage, highlighting a decline in key antioxidant parameters—such as DPPH radical scavenging activity, total antioxidant capacity, vitamin C levels, and superoxide dismutase (SOD) activity—with aging. These results corroborate existing literature that associates aging with diminished antioxidant defenses and increased oxidative stress, which can lead to liver dysfunction. Notably, higher doses of ginger (1.8%) were found to enhance antioxidant capacity, particularly in older mice, suggesting that ginger’s bioactive compounds may effectively counteract age-related oxidative stress through mechanisms such as scavenging reactive oxygen species and upregulating endogenous antioxidant systems.
The study also identifies age-dependent variations in the response to ginger supplementation, with younger mice exhibiting reduced DPPH scavenging activity, potentially due to their already robust antioxidant systems. This phenomenon may reflect a “ceiling effect,” where additional antioxidant input is unnecessary or counterproductive. In contrast, older mice showed significant improvements in antioxidant parameters, indicating that ginger supplementation may restore redox homeostasis in a context where natural defenses are compromised. The results imply that ginger could be particularly beneficial for enhancing liver antioxidant defenses in older individuals, aligning with its broader potential anti-aging benefits. Future research is encouraged to explore the molecular mechanisms behind these age-specific effects and to optimize dosing strategies for effective antioxidant interventions.
Limitations
The study presents several limitations that must be acknowledged when interpreting its findings. Firstly, while total superoxide dismutase (SOD) activity was evaluated, the assay did not differentiate between SOD isoforms (e.g., SOD1 and SOD2) or assess other antioxidant enzymes such as catalase or glutathione peroxidase. This oversight may obscure isoform-specific or compensatory effects that could influence total activity measurements. Additionally, the exclusive use of male animals, although it controls for hormonal variability, neglects potential sex-specific differences in antioxidant defense systems, particularly given the role of estrogen in modulating redox signaling and the expression of key antioxidant enzymes.
Moreover, while trends were observed across age and dose groups, certain differences—especially in DPPH scavenging, total antioxidant capacity, and SOD activity—did not achieve statistical significance, warranting cautious interpretation and suggesting the need for larger sample sizes or targeted molecular analyses for validation. The absence of transcriptomic or proteomic analyses limits the understanding of the molecular pathways influenced by ginger, such as Nrf2 or NF-κB signaling, which are critical in regulating antioxidant defenses. Lastly, the 3-month duration of supplementation may not adequately reflect the long-term effects of dietary ginger on liver function and redox balance, indicating that future research should incorporate longer study periods and a broader range of biomarkers to better elucidate the sustained impact and safety profile of ginger in aging models.