Dihydroquercetin zmírňuje LPS-indukovaný neurozánět a deficit pamětiⅡ

3. Výsledky

3.1. DHQ zlepšila LPS-indukované změny v testu chování paměti prostorového rozpoznávání v testu Y-bludiště

Provedli jsme test paměťového chování v prostorovém rozpoznávání v Y-bludišti, abychom vyhodnotili účinek DHQ na chování s deficitem paměti vyvolané LPS. Statistická analýza pomocí dvoucestné analýzy ANOVA odhalila významné rozdíly v procentuálních záznamech ramen ve studii-1 a studii-2 mezi skupinami [F (4, 80) ¼ 2,23, p < {{15 }}.05], rameno [F (1, 80) ¼ 84,8, p < 0,05] a významná interakce mezi skupinami a ramenem [F (4, 80) ¼ 88,3, p < 0,05].

Klikněte na Rou cong rong pro zlepšení paměti

Další analýza za použití post-hoc testu ukázala významnou ztrátu v chování paměti prostorového rozpoznávání při podávání LPS ve srovnání s kontrolními potkany. Mezi kontrolní skupinou, LPS, DHQ0 0,5 a 1 ug/kg byly významné rozdíly. Léčba 2 ug/kg zmírnila LPS indukovanou ztrátu prostorové rozpoznávací paměti. DHQ-0,5 a DHQ-1 ug/kg však nevykazovaly žádnou změnu ztráty způsobené LPS v paměti prostorového rozpoznávání. Je znázorněn na obr. 2(a).

3.2. DHQ zlepšil LPS-indukované změny v testu chování zvědavosti v testu Ymaze

Zkoumali jsme vliv DHQ na chování zvědavosti v den {{0}}, jak je znázorněno na obr. 2(b) níže. Zjistili jsme významné rozdíly ve studii-1 a studii-2 mezi skupinami [F (4, 80) ¼ 1,77, p < 0,05], skupina [F ( 1, 80) ¼ 83,9, p < 0,05] a významnou interakci mezi skupinami a ramenem [F (4, 50) ¼ 99,7, p < 0,05] při analýze pomocí dvoucestné ANOVA.

Post-hoc test odhalil, že chování zvědavosti bylo významně sníženo při podávání LPS ve srovnání s kontrolními potkany. Léčba DHQ-2 ug/kg zmírnila LPS-indukovaný pokles v chování zvědavosti. DHQ -0,5 ug/kg však nezpůsobilo žádnou změnu v LPS indukovaném poklesu chování zvědavosti. Bylo zjištěno, že účinek DHQ-2 ug/kg je významnější než DHQ-1 ug/kg ve zlepšení LPS-indukovaného poklesu chování zvědavosti.

3.3. DHQ zlepšila pracovní paměť v testu Y-bludiště

Účinek DHQ na zhoršení prostorové paměti v den {{0}} po injekci LPS v testu Y-bludiště je znázorněn na obr. 2(c) níže. Statistická analýza s použitím jednocestné ANOVA ukázala, že mezi skupinami byly významné rozdíly v chování spontánních změn v paradigmatu Y-bludiště [F (4, 40) ¼ 128, p < 0,05]. Post-hoc test odhalil, že spontánní alterační chování bylo významně sníženo při podávání LPS ve srovnání s kontrolními potkany.

Významné rozdíly byly také nalezeny mezi kontrolní skupinou a skupinou s DHQ 0,5 a 1 ug/kg. Léčba DHQ v dávkách 1 ug/kg a 2 ug/kg zeslabila LPS-indukovaný pokles spontánního alteračního chování, což ukazuje na zlepšení pracovní paměti. Bylo zjištěno, že účinek DHQ-2 ug/kg je významnější než DHQ-1 ug/kg, zatímco DHQ -0,5 ug/kg nezpůsobilo žádnou změnu LPS- indukovaný pokles pracovní paměti.

3.4. DHQ zmírnila LPS-indukované změny v přenosové latenci (TL) v testu chování EPM

Abychom vyhodnotili prostorovou dlouhodobou paměť, studovali jsme vliv DHQ na přenosovou latenci v den-9 a den-10 po injekci LPS v testu EPM, jak je znázorněno na obr. 3(a) níže. Statistická analýza pomocí dvoucestné analýzy ANOVA odhalila významné rozdíly ve studii-1 a studii-2 mezi skupinami [F (4, 80) ¼ 403,1, P < 0.{12}} 0,05], čas [F (1, 80) ¼ 781,4, str< 0.05] and a significant interaction between groups and time [F (4, 80) ¼ 15.11, p < 0.05]. 

Post-hoc test odhalil, že injekce LPS významně zvýšila TL ve srovnání s kontrolními potkany. Data ukazují, že TL kontrolní skupiny se významně lišila od všech ostatních skupin v den-10, ale v den-9 se TL kontrolní skupiny významně lišila od LPS, DHQ{{3} },5 a pouze 1 ug/kg. DHQ-0.5 ug/kg nezpůsobilo žádnou změnu LPS-indukovaného zvýšení TL. Zvýšení TL vyvolané LPS však bylo významně zmírněno pomocí DHQ-1 ug/kg a DHQ-2 ug/kg.

3.5. DHQ zvýšil počet otevřených ramen v testu chování EPM

Úzkostné chování je u hlodavců způsobeno indukcí LPS. Vliv DHQ na procento vstupů do otevřené paže v den {{0}} po injekci LPS v testu EPM je znázorněn na obr. 3(b) níže. Jednosměrná ANOVA ukázala významné rozdíly v procentech vstupů do otevřeného ramene mezi skupinami [F (4, 40) ¼ 101, p < 0,05].

Post-hoc test odhalil, že injekce LPS významně snížila procento vstupů s otevřenou paží ve srovnání s kontrolními potkany. Data ukázala, že mezi kontrolou a všemi ostatními skupinami byly významné rozdíly. DHQ -0,5 ug/kg nezpůsobilo žádnou změnu v poklesu procenta vstupů s otevřenou paží vyvolané LPS. LPS však vyvolal snížení procenta vstupů do otevřeného ramene, které se významně zvýšilo s podáváním DHQ -1 ug/kg a DHQ -2 ug/kg.

3.6. DHQ zmírnil LPS-indukované změny v době otevřené paže strávené v testu chování EPM

Analýza behaviorálních dat pomocí jednosměrné ANOVA ukázala významné rozdíly v době strávené v otevřené paži mezi skupinami [F (4, 40) ¼ 292,2, p< 0.05]. The post-hoc test revealed that LPS injection significantly decreased the percentage of open-arm time spent compared to control rats. Statistical data also showed that time spent in the open arm by the control group was significantly different from all other groups. DHQ-0.5 μg/kg caused a significant change to the LPS-induced decrease in the open arm time spent. However, the LPS induced a decrease in the open arm time spent significantly improved with DHQ-1 μg/kg and DHQ-2 μg/kg even more significant than DHQ-0.5 μg/kg. It is shown in Fig. 3(c).

3.7. DHQ nevykazoval žádný vliv na celkový počet položek paží v testu chování EPM

Vliv DHQ na celkový počet vstupů do paže v den {{0}} po injekci LPS v testu EPM je znázorněn na obr. 3(d) níže. Statistická analýza s použitím jednocestné ANOVA neukázala žádný významný rozdíl v celkovém počtu vstupů do ramene mezi skupinami [F (4, 40) ¼ 0,894, p < 0,05]. Post-hoc test odhalil, že injekce LPS nezpůsobila žádné významné změny v celkovém počtu vstupů do ramene mezi skupinami. Žádná z dávek DHQ nezpůsobila žádné významné změny v celkovém počtu vstupů do ramene.

3.8. DHQ v závislosti na dávce snižoval LPS-indukované změny v období nehybnosti v testu chování EPM

Vliv DHQ na období imobility v den {{0}} po injekci LPS v testu EPM je znázorněn na obr. 3(e) níže. Jednocestná ANOVA odhalila významné rozdíly v období imobility mezi skupinami [F (4, 40) ¼ 138,3, p < 0,05]. Post-hoc test ukázal, že injekce LPS významně prodloužila dobu imobility ve srovnání s kontrolními potkany. Bylo zjištěno, že DHQ0,5 nezpůsobuje žádné změny v LPS-indukovaném zvýšení v období imobility.

Období imobility v kontrolní skupině bylo významně kratší než LPS a DHQ -0,5 a 1 ug/kg. Zvýšení období imobility vyvolané LPS však bylo významně zmírněno s DHQ-1 ug/kg a DHQ-2 ug/kg, DHQ-2 ug/kg snížilo období imobility výrazněji než DHQ-1 ug/kg.

3.9. DHQ zlepšila průměrný průtok krve do mozku pozměněná indukcí LPS

Účinek DHQ na střední průtok krve mozkem byl hodnocen 1. den0 po injekci LPS pomocí laserového Dopplerova zobrazovače je znázorněn na obr. 4 níže Statistická analýza pomocí jednocestné ANOVA odhalila významné rozdíly mezi skupinami [F (4 , 25) ¼ 41,9, p < 0,05]. Post-hoc test odhalil, že injekce LPS přinesla významné snížení průměrného průtoku krve do mozku ve srovnání s kontrolními potkany.

Průtok krve u kontrolních potkanů ​​byl také významně odlišný ve srovnání s DHQ -0,5 a 1 ug/kg. Nicméně DHQ -0,5 ug/kg a DHQ -1 ug/kg nezpůsobily žádnou změnu LPS-indukovaného poklesu průměrného průtoku krve. Pokles průměrného průtoku krve vyvolaný LPS se však významně zlepšil s DHQ -2 ug/kg.

3.10. DHQ obnovila hladinu acetylcholinu změněnou indukcí LPS

Acetylcholin je jedním z dominantních neurotransmiterů v mozku, které se podílejí na učení a paměti (Myhrer, 2003). Účinek DHQ na LPS-indukované změny hladiny acetylcholinu je znázorněn na obr. 5(a) níže. Jednosměrná ANOVA ukázala rozdíly v koncentraci acetylcholinu mezi skupinami [F (4, 10) ¼ 337, p < 0,05].

Post-hoc test ukázal, že injekce LPS významně snížila hladiny acetylcholinu v oblasti hippocampu ve srovnání s kontrolní skupinou. DHQ-0.5 ug/kg nezpůsobilo žádnou významnou změnu v LPS-indukovaném poklesu koncentrace acetylcholinu. Pokles koncentrace acetylcholinu vyvolaný LPS se však významně zvýšil s DHQ -1 ug/kg a DHQ -2 ug/kg. Zvýšení koncentrace acetylcholinu zprostředkované DHQ -2 ug/kg však bylo významnější než DHQ -1 ug/kg.

3.11. Účinek DHQ na LPS-indukované změny v aktivitě acetylcholinesterázy

Účinek DHQ na LPS-indukované změny v aktivitě AchE po injekci LPS je znázorněn na obr. 5(b) níže. Jednocestná ANOVA ukázala významné rozdíly v aktivitě AchE mezi skupinami [F (4, 10) ¼ 482, p< 0.05]. It was further proved by the post-hoc test that LPS injection significantly increased the AchE activity compared to the control group rats.

Data dále ukázala, že aktivita AchE kontrolní skupiny byla také významně nižší než u všech zbývajících skupin. DHQ-0,5 ug/kg nezpůsobilo žádnou významnou změnu LPS-indukovaného zvýšení aktivity AchE. LPS však vyvolal zvýšení aktivity AchE významně zeslabené s DHQ -1 ug/kg a DHQ -2 ug/kg. DHQ -2 ug/kg zprostředkované snížení aktivity AchE bylo významnější než DHQ -1 ug/kg.

3.12. DHQ snížila prozánětlivý IL-6 u zvířat indukovaných LPS

Studovali jsme účinek DHQ na zánětlivý cytokin IL {{0}} po indukci LPS, jak je znázorněno na obr. 6 níže. Statistická analýza odhalila významné rozdíly v koncentraci IL-6 v různých skupinách. Mezi skupinami byly významné rozdíly [F (4, 10) ¼ 3016, p < 0,05] podle jednocestné ANOVA.

Post-hoc test ukázal, že injekce LPS způsobila nárůst hladiny IL-6 ve srovnání s kontrolními potkany. Koncentrace IL-6 byla statisticky odlišná mezi skupinami ve srovnání s kontrolní skupinou. DHQ-0.5, 1 a 2 ug/kg vykazovaly významné změny v LPS-indukovaném zvýšení hladiny IL-6. Snížení hladiny IL-6 zprostředkované DHQ-2 ug/kg však bylo nejvýznamnější ve srovnání s ostatními dvěma dávkami. Bylo zjištěno, že DHQ-1 ug/kg je významnější než DHQ-0,5 ug/kg.

3.13. DHQ vykazoval antioxidační aktivitu

Prozkoumali jsme také antioxidační vlastnosti DHQ. Obr. 7 ukazuje účinek DHQ na antioxidační enzymy při indukci LPS. Jednocestná ANOVA odhalila významné rozdíly mezi skupinami [F (4,10) ¼ 186,7, p < 0.05], MDA [F (4, 10) ¼ 47,40, p < 0,05] a NO [F (4, 10) ¼ 18,76, P < 0,05].

Post-hoc test odhalil, že injekce LPS významně snížila aktivitu CAT a zvýšila aktivitu LPO a zvýšila hladinu NO ve srovnání s kontrolní skupinou. Aktivita CAT byla významně zvýšena podáváním DHQ-2 ug/kg. Kromě toho byla aktivita LPO významně zmírněna pomocí DHQ -0.5, 1 a 2 ug/kg. Podání DHQ-1 a 2 ug/kg, ale ne DHQ-0,5 ug/kg významně zmírnilo aktivitu NO ve srovnání se skupinou LPS.

4. Diskuze

Hlavním rysem této studie je, že DHQ vykazovala multimodální mechanismus účinku zmírněním LPS-indukovaného neurozánětu a kognitivních deficitů. Vztah mezi neurozánětem a učením a pamětí byl dobře prokázán prostřednictvím preklinických a klinických studií (Liu et al., 2012). Y-bludiště je jedním z běžně používaných bludišť pro hodnocení učení a paměti na zvířecích modelech.

Behaviorální test spontánní alternace je indikací aktivní retrográdní pracovní paměti v testu Y-Maze (Onaolapo et al., 2012). LPS snížil chování střídání v testu Y-Maze, což ukazuje na deficity v pracovní paměti.

Jak je znázorněno na obr. 2 (c), DHQ-1 a 2 ug/kg významně minimalizovaly ztráty v pracovní paměti vyvolané LPS. Bylo také zjištěno, že DHQ-1 a 2 ug/kg atenuovaného LPS vyvolaly pokles v novém rameni a zvýšení známého vstupu do ramene jako na obr. 2 (b). Proto zlepšil paměť prostorového rozpoznávání.

Studie Y-bludiště také ukázala, že došlo k významnému zlepšení prostorové paměti s DHQ -2 ug/kg po injekci LPS, jak je znázorněno na obr. 2a. Ukázalo se, že podávání DHQ zlepšuje prostorovou paměť v modelu hlodavců ošetřených oligomerem A (Wang et al., 2018).

Předchozí studie (Frühauf-Perez et al., 2018) ukázaly, že injekce LPS narušuje dlouhodobou paměť. Jak je znázorněno na obr. 3 (a), DHQ v dávce 1 a 2 ug/kg léčby zlepšila dlouhodobou paměť v TL behaviorálním testu. Ve srovnání se dnem-9 vykázal den TL-10 výrazné snížení; to znamená zlepšení dlouhodobé paměti. Dřívější studie (Swiergiel a Dunn, 2007) ukázala, že injekce LPS způsobila chování podobné úzkosti, protože ve studii EPM způsobila snížení procenta vstupů i času stráveného v otevřené paži.

V naší studii DHQ významně zlepšilo chování podobné úzkosti podle obr. 3 (c). Infuze LPS nevykázala žádný účinek na lokomotorickou aktivitu testovaných zvířat podle celkových údajů o vstupech do paží, což ukazuje, že motorické funkce nebyly narušeny jako na obr. 3 (c). Neurozánět snižuje střední průtok krve mozkem (CBF) a vyvolává buněčný stres, který by mohl přispívat ke kognitivním poruchám (Zlokovic, 2005).

Jeho mechanismus může zahrnovat dysfunkci neurovaskulární jednotky, která vede k chybné clearance neurotoxických molekul z mozku do krve a nerovnováze mezi energetickým metabolismem a výdejem výživy (Zlokovic, 2008). V této studii injekce LPS snížila průměrnou hodnotu CBF a toto snížení průměrné hodnoty CBF se významně zlepšilo s DHQ-2 ug/kg, což ukazuje na její protineurozánětlivou aktivitu, jak je znázorněno na obr. 4.

Cholinergní systém má důležitou roli v paměti a jeho nerovnováha se podílí na neurozánětlivé patologii (Nizri et al., 2006). Bylo pozorováno, že indukce LPS způsobila zvýšení aktivity AChE. Proto bylo hlášeno, že inhibitory AChE zlepšují neurodegeneraci vyvolanou neurozánětem (Nizri et al., 2006). V této studii indukce LPS způsobila významný pokles hladiny Ach, jak je znázorněno na obr. 5 (a). a zvýšení aktivity AChE (obr. 5 (b)). v hippocampu.

Pozorované výsledky by mohly být způsobeny neurozánětlivě indukovanou neurodegenerací cholinergních neuronů v hippocampu (Kalb et al., 2013). DHQ-1 a 2 ug/kg zvrátily změny způsobené infuzí LPS v hladině ACh a aktivitě AChE, jak je znázorněno na Obr. 5 (a) a Obr. 5 (b). Tato data naznačují, že DHQ může mít příznivý účinek na cholinergní systém v modelu neurozánětlivého LPS.

Nerovnováha mezi produkcí a eliminací ROS v biologickém systému vede k oxidativnímu stresu, který hraje kritickou roli v kognitivním poklesu souvisejícím s věkem u neurodegenerativních onemocnění souvisejících s neurozánětmi, jako je Alzheimerova a Parkinsonova choroba (Barnham et al., 2004). Hlavní antioxidační enzymy, včetně superoxiddismutázy (SOD) a katalázy (CAT), jsou považovány za první linii antioxidačního obranného systému proti ROS in vivo během oxidačního poškození.

SOD dokáže přeměnit superoxidový anion na peroxid vodíku, který je následně vychytáván CAT (Ighodaro a Akinloye, 2018). MDA je dalším známým indikátorem oxidačního poškození v podmínkách oxidačního stresu (Chung et al., 2010). NO hraje klíčovou roli při učení tím, že usnadňuje dlouhodobou potenciaci v hipokampu (Bon a Garthwaite, 2003), stejně jako je zapojen do intracelulární signalizace v neuronech (Feil a Kleppisch, 2008). Je zajímavé, že abnormální nárůst reaktivních druhů dusíku nedovoluje apoptotickou buněčnou smrt nitrosativním poškozením neuronů (Nakagawa a Yokozawa, 2002).

Další analýza odhalila, že podávání LPS způsobilo významnou inhibici antioxidačního enzymu katalázy a nadměrnou aktivitu některých enzymů jako LPO a NO. Pozorovaný výsledek by mohl být způsoben neuroinflamací indukovanou aktivací ROS v hippocampu. Jak je znázorněno na obr. 7 (a) a obr. 7 (b), DHQ -2 ug/kg zvrátilo aktivity CAT a LPO se zvýšenou LPS. LPS-indukované zvýšení aktivity NO bylo sníženo DHQ-1 a pouze 2 ug/kg Obr. 7 (c).

Výsledky ukázaly, že DHQ má antioxidační vlastnosti, jak bylo uvedeno dříve (Weidmann, 2012). LPS je účinným aktivátorem mikroglií a up-reguluje tvorbu prozánětlivých cytokinů, včetně IL-6 a tumor nekrotizujícího faktoru- (TNF-) (Monje et al., 2003). Naše studie ukázaly, že podávání LPS způsobilo významné zvýšení hladiny IL-6 v hipokampu. Jak je znázorněno na obr. 6, DHQ-2 ug/kg významně snížilo hladinu IL-6 v hippocampu. Výsledky ukazují, že DHQ má protineurozánětlivou aktivitu (Sah et al., 2011).

Tento účinek DHQ lze připsat jeho antioxidační aktivitě, protože vychytávání ROS vede ke snížení IL-6 (Chen et al., 2014; Jain et al., 2009). V budoucích perspektivách lze prozkoumat účinek DHQ na LPS a amyloidem beta-indukovanou aktivaci NF-kappa B prostřednictvím aktivace toll-like receptor-4 v mikrogliálních buňkách, protože NF-kappa B je jedním z potenciálních cíle pro neurozánět a související komplikace, jako je demence (Kim et al., 2015).

5. Závěr

DHQ zlepšilo LPS-indukované poškození paměti a chování podobné úzkosti u potkanů. Minimalizoval LPS-indukovanou cholinergní dysfunkci v hippocampu. Bylo také prokázáno, že má antioxidační aktivitu. DHQ prokázala protineurozánětlivou aktivitu snížením IL-6, prominentního cytokinu zapojeného do neurozánětu. Předklinické důkazy tedy poukazují na DHQ jako na potenciálního kandidáta v léčbě neurozánětu a dalších neurodegenerativních poruch zahrnujících zhoršení paměti.

Mechanismus neuroprotektivního účinku Cistanche

Cistanche je tradiční čínská léčivá bylina, u které byly prokázány neuroprotektivní účinky. Přesný mechanismus jeho účinku není zcela objasněn, ale přibývá důkazů, že může souviset s jeho schopností zvyšovat expresi neurotrofických faktorů a regulovat určité signální dráhy v mozku.

Jedním z hlavních neurotrofických faktorů, které Cistanche prokazatelně zvyšuje, je neurotrofický faktor odvozený od mozku (BDNF). BDNF je protein, který hraje klíčovou roli v růstu, diferenciaci a udržování neuronů v mozku. Studie ukázaly, že když jsou hladiny BDNF vyšší, dochází k většímu přežití a plasticitě neuronů, což může pomoci chránit před neurodegenerací.

Cistanche může být také schopen regulovat určité signální dráhy v mozku, které se podílejí na přežití buněk a apoptóze (programované buněčné smrti). Například bylo prokázáno, že inhibuje aktivitu c-Jun N-terminální kinázové (JNK) dráhy, která může za určitých podmínek vést ke smrti neuronů. Inhibicí JNK může Cistanche pomoci chránit neurony před poškozením a zachovat jejich přežití.

Kromě toho bylo prokázáno, že Cistanche má protizánětlivé a antioxidační účinky, které mohou dále pomoci chránit neurony před poškozením a udržovat jejich funkci. Tyto vlastnosti činí Cistanche slibným terapeutickým prostředkem pro léčbu neurodegenerativních poruch, jako je Alzheimerova a Parkinsonova choroba.

Qadir Alam, Sairam Krishnamurthy *

Neuroterapeutická laboratoř, Katedra farmaceutického inženýrství a technologie, Indian Institute of Technology (Banaras Hindu University), Varanasi, 221005, UP, Indie