A metformin enyhíti a neurokognitív károsodást az öregedés során az AMPK/BDNF/PI3K útvonal aktiválásával 2. RÉSZ

A cisztanche glikozidja növelheti az SOD aktivitását a szív- és májszövetekben, és jelentősen csökkentheti az egyes szövetek lipofuscin- és MDA-tartalmát, hatékonyan megkötve a különböző reaktív oxigéngyököket (OH-, H2O₂ stb.) és megvédheti a DNS-károsodást. OH-gyökök által. A Cistanche feniletanoid glikozidok erős szabad gyökfogó képességgel rendelkeznek, nagyobb redukáló képességgel rendelkeznek, mint a C-vitamin, javítják a SOD aktivitását a spermiumszuszpenzióban, csökkentik az MDA-tartalmat, és bizonyos védő hatást fejtenek ki a spermium membrán működésére. A cistanche poliszacharidok fokozhatják a SOD és a GSH-Px aktivitását a D-galaktóz által okozott kísérletileg öregedő egerek eritrocitáiban és tüdőszöveteiben, valamint csökkenthetik a tüdő és a plazma MDA- és kollagéntartalmát, valamint növelhetik az elasztintartalmat. jó eltávolító hatás a DPPH-ra, meghosszabbítja a hipoxia idejét öregedő egerekben, javítja a SOD aktivitását a szérumban, és késlelteti a tüdő fiziológiás degenerációját kísérletileg öregedő egerekben A sejtmorfológiai degenerációval a kísérletek kimutatták, hogy a Cistanche jó antioxidáns képességgel rendelkezik és potenciálisan gyógyszer lehet a bőröregedési betegségek megelőzésére és kezelésére. Ugyanakkor a Cistanche-ban található echinakozid jelentős mértékben képes megkötni a DPPH szabad gyököket, és képes megkötni a reaktív oxigénfajtákat, megakadályozza a szabad gyökök által kiváltott kollagén lebomlását, valamint jó javító hatással van a timin szabad gyökök anionjainak károsodására.

Kattintson az Öregedésgátló Cistanche gyökérkiegészítő elemre

【További információ: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

Ezenkívül az AMPK jelátvitel aktiválása elnyomja a gyulladásos reakciókat a SIRT129 aktiválásával, a FOXO fehérjék stimulálásával35 és az ER stressz gátlásával, valamint az oxidatív stressz csökkentésével. Mindezek a mechanizmusok ezt követően elnyomják az NF-κB jelátvitelt és az öregedéssel kapcsolatos ideggyulladást36. Gyulladáscsökkentő hatásai mellett az AMPK számos tevékenységben vesz részt, beleértve az angiogenezist, az autofágia fokozását és a mitokondriális fehérje indukcióját16.

Bár AMPK-függő védő szerepekről különböző összefüggésekben számoltak be, a metformin AMPK-független módjait kevésbé tanulmányozták. A jelen tanulmány kimutatta, hogy a PI3K gén szignifikáns downregulációja volt a D-gal csoportban a kontrollcsoporthoz képest, míg a metformin együttes adagolása a D-gal csoporthoz képest a szint emelkedéséhez vezetett. A PI3K/Akt az egyik fontos jelátviteli út a sejtapoptózis megelőzésében. A PI3K aktiválását Akt1 foszforiláció követheti. Az Akt1 gátolja a JNK3 foszforilációját, ami elősegíti a c-Jun aktiválását. A C-Jun egy olyan fehérje, amely képes apoptotikus fehérjék expresszióját indukálni37. A Tus, Akt1 aktiváció a JNK3 és a c-Jun inaktivációját eredményezi, és így a sejtek túlélési aránya javul. Ezért a metformin sejtapoptózisra gyakorolt ​​hatását a kaszpáz-3 és a Bcl-2 apoptotikus markerek immunhisztokémiai reakciójának vizsgálatával tártuk fel. Ez a vizsgálat feltárta az apoptotikus marker kaszpáz-3 expressziójának növekedését az anti-apoptotikus marker Bcl-2 expressziójának csökkenésével a D-gal csoport hippocampusában a kontrollhoz képest. csoport. Eredményeinket alátámasztva korábbi tanulmányok megerősítették, hogy a mitokondriális ROS nagyszámú mitokondriális apoptotikus fehérje aktiválódását indukálja, ami sejt apoptózishoz és szervkárosodáshoz vezet38. Számos apoptotikus fehérje szorosan kapcsolódik az anti-apoptotikus fehérjékhez a D-gal39 injekciója által kiváltott öregedésben. A kaszpáz-3 köztudottan az emlősök apoptózisának kulcstényezője40. A Te Bcl-2 fehérje kulcsszerepet játszik az apoptózis gátlásában. Ismert tényező a sejtöregedésben, és túlzott expressziója hatékonyan megelőzheti a szabad gyökök által kiváltott apoptózist41. Általánosan úgy gondolják, hogy a Bcl{31}} a kaszpáz-3 aktiválása után hat, és így az apoptózis gátolt42. Eredményeink szerint a metformin alkalmazása jelentősen csökkenti a kaszpáz-3/Bcl-2 arányt. Ezek az eredmények más tanulmányokból származnak, amelyek arra utalnak, hogy az AMPK metformin általi aktiválása fokozza a Bcl-2 fehérje expresszióját, így védelmet nyújt a D-gal által kiváltott apoptotikus sejthalál ellen, és növeli a neuronok életképességét43.

A BDNF egy érdekes molekuláris jelölt, amely segíthet kapcsolatot teremteni az öregedéssel kapcsolatos molekuláris és biokémiai változások és memóriahibák között. Az optimális kognitív funkció a hatékony neuronális plaszticitáshoz kapcsolódik. Az öregedéssel kapcsolatos memóriahibák összefüggésbe hozhatók a plaszticitással kapcsolatos fehérjék, például a BDNF expressziójának és szabályozásának megváltozásával, amely fontos neurotróf faktor. Kimutatták, hogy a BDNF csökkentése idegi sorvadáshoz és halálhoz vezet44.

A jelen tanulmány kimutatta, hogy a BDNF szint a D-gal csoportban szignifikánsan alacsonyabb volt, mint a kontrollcsoportban. A BDNF és/vagy receptorainak csökkenése az idősödő állatokban nyilvánvaló volt a korábbi vizsgálatokban45. Mizisin et al. azt javasolta, hogy az aldóz-reduktáz által kiváltott galaktóz metabolizmus befolyásolta az axonok működését és szerkezetét azáltal, hogy megváltoztatta az ideg- és izom-BDNF46 termelését. Éppen ellenkezőleg, a metformin kezelés a BDNF jelentős növekedésével járt a D-gal csoporthoz képest. Eredményeink egybevágtak a korábban publikált jelentésekkel, amelyek azt mutatták, hogy a metformin az AMPK aktiválása révén fokozza a BDNF-et47.

Az LTP-ben betöltött kritikus szerepe miatt a BDNF-ről feltételezték, hogy a sejtmechanizmus lényeges része, amely támogatja a memória kialakulását és fenntartását a szinaptikus konszolidáció elősegítésével. A BDNF növeli a memória tárolását azáltal, hogy előnyben részesíti a gerinc morfológiájában bekövetkező változásokat, amelyek az LTP stabilizálásához vezetnek. A BDNF növelheti a dendrit tüskék számát, méretét és összetettségét is. Ezenkívül a BDNF növeli a neurogenezist a sejtproliferáció változásai révén10. A BDNF kötődése a TrkB receptorokhoz PI3K aktivitást indukál, amely gátolja az apoptózist és elősegíti a sejtek túlélését22.

Összességében tanulmányunk azt sugallja, hogy a metformin öregedésgátló hatása a neurokognitív károsodás javításában, legalábbis részben, az AMPK/BDNF/PI3K útvonal aktiválásának köszönhető.

A hippokampusz fontos szerepet játszik a tanulásban és a memória megszilárdításában, valamint a viselkedésben és a hangulatszabályozásban, és ahol mind a funkcionális, mind a strukturális plaszticitás már felnőttkorban is megjelenik. Korábbi tanulmányok arról számoltak be, hogy a hippokampusz az öregedéssel számos szerkezeti változáson megy keresztül, mind durván, mind sejtszinten48. A D-gal csoportban végzett hippocampus H&E vizsgálata súlyos neuronális degenerációt mutatott többszörös apoptotikus testtel és gliózissal. Ez az eredmény a d-galaktóz oxidatív stressz, gyulladás és apoptózis kiváltására gyakorolt ​​káros hatásaival magyarázható. Ezenkívül értékeltük egy szinaptikus marker fehérje (szinaptofizin) expressziós szintjét a hippocampusban. A szinaptofizin a szinaptikus plaszticitás markere. A preszinaptikus terminális specifikus markereként használják, és szintje a szinaptikus sűrűséghez kapcsolódik. Eredményeink azt mutatták, hogy a szinaptofizin expressziója szignifikánsan alacsonyabb volt a D-gal csoportban, mint a kontroll csoportban. Ezek az eredmények összhangban voltak a korábban közölt tanulmányokkal, amelyek a D-galindukált szinaptogenezis károsodását mutatták be a hippocampusban3. A metformin D-gal-lal történő együttes kezelés azonban visszaállította a szinaptofizin expresszióját és a hippocampális szövet szerkezetét a megfelelő kontrollszintekhez közeli szintre. Bizonyítékok bizonyítják, hogy a metformin elősegíti a rágcsálók és az emberi neurogenezist, és fokozza a térbeli memória kialakulását24,41. A szinaptikus denzitás és a neurogenezis növekedése a hippocampusban együtt jár a neuroviselkedési tesztek eredményeinek javulásával ebben a csoportban. Ez a metformin antioxidáns, gyulladásgátló és antiapoptotikus hatásával magyarázható, amelyet az AMPK/BDNF/PI3K jelátviteli útvonal aktiválása közvetít.

Következtetések

Eredményeink alátámasztják a D-gal használatát patkánymodellben az öregedéssel kapcsolatos vizsgálatok elvégzésére. Arra a következtetésre jutottunk, hogy a metformin enyhítheti az öregedés okozta memóriazavarokat és kognitív zavarokat. Valószínűleg az ideggyulladás enyhítése, az oxidatív stressz mérséklése, az anti-apoptotikus Bcl-2 fehérje expressziójának fokozása, valamint a neurogenezis és a szinaptikus plaszticitás elősegítése. Úgy gondoltuk, hogy ezek a mechanizmusok az AMPK/BDNF/PI3K útvonal aktiválásán keresztül közvetíthetők. Legjobb tudomásunk szerint ez az első olyan tanulmány, amely bemutatja a metformin hatását az idős patkányok kognitív károsodásának javítására ezen útvonal aktiválása révén. Ezért eredményeink arra utalnak, hogy a metformin hasznos öregedésgátló szer.

Az adatok elérhetősége

Online közzététel: 2022. október 12

Hivatkozások

1. Cheng, S.-M. et al. A diosgenin apoptotikus hatásai a d-galaktóz által kiváltott öregedő agyban. Am. J. Chin. Med. 48(02), 391–406 (2020).

2. Feng, Q., Chen, B., Wang, C., Nie, C. & Li, T. Mechanisms under Metformin and Rapamycin as Anti-aging Drugs. Authorea Pre-prints (2020).

3. Nam, SM et al. Az aszkorbinsav csökkenti a d-galaktóz által kiváltott agyi öregedést a hippocampalis neurogenezis fokozásával és a memóriafunkció javításával. Nutrients 11 (1), 176 (2019).

4. Hou, Y. et al. Az öregedés, mint a neurodegeneratív betegségek kockázati tényezője. Nat. Neurol tiszteletes. 15(10), 565–581 (2019).

5. Tsai, S.-J. & Yin, M.-C. A protokatekuinsav antiglikatív és gyulladáscsökkentő hatásai a d-galaktózzal kezelt egerek agyában. Food Chem. Toxicol. 50, 3198–3205 (2012).

6. Zhang, Q., Li, X. & Cui, X. d-Galaktóz károsította a neurogenezist felnőtt egerek hippocampusában. Neurol. Res. 27, 552–556 (2005).

7. Fatemi, I. et al. A metformin védő hatása a d-galaktóz által kiváltott öregedési modellre egerekben. Iran J. Basic Med. Sci. 21 (1), 19–25 (2018).

8. Budni, J. et al. A d-galaktóz orális adagolása kognitív károsodásokat és oxidatív károsodást okoz patkányokban. Behav. Brain Res. 302, 35–43 (2015).

9. Rea, IM et al. Életkorral és életkorral összefüggő betegségek: A gyulladást kiváltó okok és a citokinek szerepe. Elülső. Immunol. 9, 586–586 (2018).

10. Miranda, M., Morici, JF, Zanoni, MB & Bekinschtein, P. Agyi eredetű neurotróf faktor: Az egészséges és patológiás agy memóriájának kulcsmolekula. Elülső. Sejt. Neurosci. 13, 363–363 (2019).

11. Jinpiao, Z. et al. A metformin az AMPK-ULK1-dependens autofágián keresztül mérsékli a szevoflurán által kiváltott neurokognitív károsodást idős egerekben. Brain Res. Bika. 157, 18–25 (2020).

12. Martin-Montalvo, A. et al. A metformin javítja az egerek egészségét és élettartamát. Nat. Commun. 4, 2192–2192 (2013).

13. Zhang, Q.-Q. et al. Metformin terápia és kognitív diszfunkció 2-es típusú cukorbetegségben szenvedő betegeknél: metaanalízis és szisztematikus áttekintés. Medicine 99 (10), e19378 (2020).

14. Zhao, M. et al. A metformin beadása megakadályozza a hipobáriás hipoxia által kiváltott memóriazavart patkányokban. Behav. Brain Res. 363, 30–37 (2019).

15. Li, J., Deng, J., Sheng, W. & Zuo, Z. A metformin csökkenti az Alzheimer-kórhoz hasonló neuropatológiát elhízott, leptinrezisztens egerekben. Pharmacol. Biochem. Behav. 101 (4), 564–574 (2012).

16. Ge, XH et al. A metformin megvédi az agyat az ischaemia/reperfúziós sérüléstől a PI3K/Akt1/JNK3 jelátviteli útvonalakon keresztül patkányokban. Physiol. Behav. 170, 115–123 (2017).

17. Krzysztoforska, K. et al. A protokatekuinsav beadása befolyásolja a memóriát, és helyreállítja a hippocampalis és a corticalis szerotonincserét egy orális d-galaktóz által kiváltott memóriazavar patkánymodelljében. Behav. Brain Res. 368, 111896 (2019).

18. Zou, W. et al. A hidrogén-szulfid javítja a kognitív diszfunkciót streptozotocin által kiváltott cukorbeteg patkányokban: A hippocampalis endoplazmatikus retikulum stresszének elnyomását vonja maga után. Oncotarget 8(38), 64203–64216 (2017).

19. Xuan, AG et al. A valproinsav enyhíti a memóriahibákat és gyengíti az amiloid lerakódását az Alzheimer-kór transzgénikus egérmodelljében. Mol. Neurobiol. 51 (1), 300–312 (2015).

20. Walf, AA & Frye, CA. Az emelkedett plusz labirintus alkalmazása rágcsálók szorongással kapcsolatos viselkedésének vizsgálatára. Nat. Protoc. 2. (2), 322–328.

21. Dhingra, D. & Kumar, V. A palmatine memóriajavító aktivitása egerekben emelt plusz labirintus és Morris vízi labirintus használatával. Adv. Pharmacol. Sci.

22. Li, F., Gong, Q.-H., Wu, Q., Lu, Y.-F. & Shi, J.-S. Az Epimedium brevicornum Maximból izolált icariin csökkenti a d-galaktóz által kiváltott tanulási és memóriazavarokat patkányokban. Pharmacol. Biochem. Behav. 96 (3), 301–305 (2010).

23. Pourmemar, E. et al. Az intranazális cerebrolizin gyengíti a tanulási és memóriazavarokat a D-galaktóz által kiváltott öregedésben egerekben. Exp. Gerontol. 87 (Pt A), 16–22 (2017).

24. Oliveira, WH et al. A metformin hatása a gyulladásra és a rövid távú memóriára streptozotocin által kiváltott cukorbeteg egerekben. Brain Res. 1644, 149–160 (2016).

25. Meyza, KZ, Boguszewski, PM, Nikolaev, E. & Zagrodzka, J. Az életkor növeli a szorongást és a félelem/szorongás kör reaktivitását Lewis patkányokban. Behav. Brain Res. 225 (1), 192–200 (2011).

26. Kennedy, BK & Pennypacker, JK Az öregedést befolyásoló gyógyszerek: ígéretes, de nehéz út áll előttünk. Ford. Res. 163. (5), 456–465. (2014).

27. Chogtu, B. et al. A D-galaktóz akut és krónikus hatásainak értékelése a memóriára és a tanulásra Wistar patkányokban. Clin. Pszichofarmakon. Neurosci. 16. (2), 153–160. (2018).

28. El-Mir, MY et al. A metformin antidiabetikus gyógyszer neuroprotektív szerepe az apoptotikus sejthalál ellen az elsődleges kortikális neuronokban. J. Mol. Neurosci. 34. (1), 77–87. (2008).

29. Ou, Z. et al. A metformin kezelés megakadályozza az amiloid plakkok lerakódását és a memória romlását APP/PS1 egerekben. Brain Behav. Immun. 69, 351–363 (2018).

30. Tao, L. et al. A metformin neuroprotektív hatásai traumás agysérülésekre patkányokban, amelyek az NF-κB és MAPK jelátviteli útvonalhoz kapcsolódnak. Brain Res. Bika. 140, 154–161 (2018).

31. Antero, S. & Kai, K. Az AMP-aktivált protein kináz (AMPK) integrált jelátviteli hálózaton keresztül szabályozza az öregedési folyamatot. Aging Res. Rev. 11(2), 230–241 (2012).

32. Meng, S. et al. A metformin aktiválja az AMP-aktivált protein-kinázt azáltal, hogy elősegíti a heterotrimer komplex kialakulását. J. Biol. Chem. 290(6), 3793–3802 (2015).

33. Ghadernezhad, N., Khalaj, L., Pazoki-Toroudi, H., Mirmasoumi, M. & Ashabi, G. Metformin prereatment enhanced learning and memory in cerebralis forebrain ischaemia: The role of the AMPK/BDNF/P70SK signaling pathway . Pharm. Biol. 54(10), 2211–2219 (2016).

34. Potter, WB et al. A neuronális plaszticitás metabolikus szabályozása az AMPK energiaérzékelő által. PLoS ONE 5(2), e8996 (2010).

35. Kauppinen, A., Suuronen, T., Ojala, J., Kaarniranta, K. & Salminen, A. Antagonistic crosstalk between NF-κB and SIRT1 in the regulaation of gyulladás and metabolic disorders. Cell Signal 25(10), 1939–1948 (2013).

36. Salvadó, L. et al. Az oleát egy AMPK-függő mechanizmuson keresztül megakadályozza a telített zsírsavak által kiváltott ER stresszt, gyulladást és inzulinrezisztenciát a vázizomsejtekben. Diabetologia 56(6), 1372–1382 (2013).

37. Qi, D. et al. A 72-es hősokk-fehérje gátolja a c-Jun N-terminális kináz 3 jelátviteli útvonalat az Akt1-en keresztül agyi ischaemia során. J. Neurol. Sci. 317 (1–2), 123–129 (2012).

38. Chen, P., Chen, F. & Zhou, B. Az ellagsav antioxidáns, gyulladásgátló és anti-apoptotikus hatásai D-galaktózzal kezelt patkányok májában és agyában. Sci. Rep. 8(1), 1465 (2018).

39. D'Amelio, M., Cavallucci, V. & Cecconi, F. Neuronális kaszpáz-3 jelátvitel: Nem csak sejthalál. Sejthalál különbség. 17. (7), 1104–1114.

40. Feng, Y. et al. A klorogénsav antioxidáns és gyulladásgátló hatása egerekben. Pharm. Biol. 54 (6), 1027–1034 (2016).

41. Shaikh, NH, Deshmukh, VM & Walvekar, MV A herék morfológiájában és a spermiumok számában bekövetkezett változás a gliko-anolid kezelés következtében az öregedés során. Asian J. Pharm. Clin. Res. 8(3), 72–77 (2015).

42. Grippa, A. et al. Az Fld1/Ldb16 seipin komplex stabilizálja az ER-lipidcseppek érintkezési helyeit. J. Cell Biol. 211(4), 829–844 (2015).

43. Liu, C., Liang, B., Wang, Q., Wu, J. és Zou, M.-H. Az AMP-aktivált protein kináz alfa1 aktiválása enyhíti az endotélsejtek apoptózisát azáltal, hogy fokozza az anti-apoptotikus fehérjék Bcl-2 és survivin expresszióját. J. Biol. Chem. 285(20), 15346–15355 (2010).

44. Takeda, M., Takahashi, M. & Matsumoto, S. A feszültségtől függő káliumáramok gyulladásos, agyi eredetű neurotróf faktor-indukált elnyomása kis átmérőjű trigeminus ganglion neuronokban, amelyek a trigeminus magba interpolálódnak/caudalis átmeneti zónák . Neuroscience 261, 223–231 (2014).

45. Joseph, J., Cole, G., Head, E. & Ingram, D. Nutrition, brain aging and neurodegeneration. J. Neurosci. 29(41), 12795–12801 (2009).

46. ​​Mizisin, AP et al. A BDNF enyhíti a funkcionális és szerkezeti rendellenességeket a galaktózzal táplált patkányok idegeiben. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 56(12), 1290–1301 (1997).

47. Chen, Q. et al. Az antidiabetikus szerek újrahasznosítása, mint új lehetőség a neurodegeneratív és neuropszichiátriai betegségek kognitív károsodásának enyhítésére. Elülső. Pharmacol. 12, 667874 (2021).

48. Bettio, LEB, Rajendran, L. & Gil-Mohapel, J. Az öregedés hatásai a hippocampusban és a kognitív hanyatlás. Neurosci. Biobehav 79, 66–86 (2017).

Köszönetnyilvánítás

A szerzők köszönetet mondanak a Menoufa Egyetem Orvostudományi Karának, hogy biztosították a legtöbb szükséges létesítményt.

Szerzői hozzájárulások

Az OA tervezte a tanulmányt és koordinálta a laboratóriumi munkát, végezte az állatkísérleteket, végzett molekuláris biológiai kísérleteket, elemezte az adatokat és elkészítette a kéziratot. Az RMS elvégezte a kórszövettani és immunhisztokémiai vizsgálatokat és elemezte az adatokat. A RAAAE részt vett a vizsgálat tervezésében, állatkísérleteket végzett, részt vett a biokémiai elemzésben, és segített a kézirat elkészítésében. Minden szerző jóváhagyta a kézirat végleges változatát. A szerzők kijelentik, hogy minden adatot házon belül generáltak, és nem használtak papírgyárat.

Finanszírozás

A nyílt hozzáférésű finanszírozást a Te Science, Technology & Innovation Funding Authority (STDF) biztosítja a Te Egyptian Knowledge Bank (EKB) együttműködésével.

Versengő érdekek

A szerzők nem nyilatkoznak egymással versengő érdekekről.

További információ

A levelezést és az anyagok iránti kérelmeket az OA-hoz kell címezni

【További információ: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】