Metformin zmírňuje neurokognitivní poškození při stárnutí prostřednictvím aktivace dráhy AMK/BDNF/PI3K ČÁST 2
Jun 02, 2023
Glykosid cistanche může také zvýšit aktivitu SOD v srdeční a jaterní tkáni a významně snížit obsah lipofuscinu a MDA v každé tkáni, účinně zachycovat různé reaktivní kyslíkové radikály (OH-, H₂O₂ atd.) a chránit před způsobeným poškozením DNA. OH-radikály. Cystanche fenylethanoidové glykosidy mají silnou schopnost vychytávání volných radikálů, vyšší redukční schopnost než vitamín C, zlepšují aktivitu SOD v suspenzi spermií, snižují obsah MDA a mají určitý ochranný účinek na funkci membrány spermií. Polysacharidy Cistanche mohou zvýšit aktivitu SOD a GSH-Px v erytrocytech a plicních tkáních experimentálně senescentních myší způsobených D-galaktózou, stejně jako snížit obsah MDA a kolagenu v plicích a plazmě a zvýšit obsah elastinu. dobrý čisticí účinek na DPPH, prodlužuje dobu hypoxie u senescentních myší, zlepšuje aktivitu SOD v séru a oddaluje fyziologickou degeneraci plic u experimentálně senescentních myší Experimenty prokázaly, že Cistanche má dobrou antioxidační schopnost s buněčnou morfologickou degenerací a má potenciál být lékem k prevenci a léčbě nemocí stárnutí kůže. Zároveň má echinakosid v Cistanche významnou schopnost vychytávat volné radikály DPPH a dokáže vychytávat reaktivní formy kyslíku, bránit volnými radikály indukované degradaci kolagenu a má také dobrý opravný účinek na poškození aniontů volnými radikály thyminu.
Klikněte na Anti-aging Cistanche Root Supplement
【Další informace: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:{0}}】
Aktivace signalizace AMPK také potlačuje zánětlivé reakce prostřednictvím aktivace SIRT129, stimulace proteinů FOXO35 a inhibice stresu ER a snížení oxidačního stresu. Všechny tyto mechanismy následně potlačí signalizaci NF-KB a neurozánět spojený se stárnutím36. Kromě svých protizánětlivých účinků se AMPK účastní různých aktivit, včetně angiogeneze, zesílení autofagie a indukce mitochondriálních proteinů16.
Ačkoli byly hlášeny protektivní role závislé na AMPK v různých kontextech, způsoby metforminu nezávislé na AMPK jsou méně studovány. Tato studie odhalila, že došlo k významné downregulaci genu PI3K ve skupině D-gal ve srovnání s kontrolní skupinou, zatímco společné podávání metforminu vedlo k up-regulaci jeho hladiny ve srovnání se skupinou D-gal. PI3K/Akt je jednou z důležitých signálních drah v prevenci buněčné apoptózy. Po aktivaci PI3K může následovat fosforylace Akt1. Aktl může inhibovat fosforylaci JNK3, která podporuje aktivaci c-Jun. C-Jun je protein, který může indukovat expresi apoptotických proteinů37. Tus, Aktl aktivace bude mít za následek inaktivaci JNK3 a c-Jun, a pak se zlepší podíl přežití buněk. Proto jsme zkoumali účinky metforminu na buněčnou apoptózu studiem imunohistochemické reakce apoptotických markerů kaspázy{17}} a Bcl{18}}. Tato studie odhalila zvýšení exprese apoptotického markeru kaspázy-3 se snížením exprese antiapoptotického markeru Bcl{21}} v hipokampu skupiny D-gal ve srovnání s kontrolou skupina. Na podporu našich výsledků předchozí studie potvrdily, že mitochondriální ROS indukuje aktivaci velkého počtu mitochondriálních apoptotických proteinů, což vede k buněčné apoptóze a poškození orgánů38. Mnoho apoptotických proteinů úzce souvisí s antiapoptotickými proteiny při stárnutí indukovaném injekcí D-gal39. Je známo, že kaspáza{27}} je klíčovým faktorem apoptózy u savců40. Protein Te Bcl-2 je klíčovým hráčem v inhibici apoptózy. Je známým faktorem stárnutí buněk a jeho nadměrná exprese může účinně zabránit apoptóze vyvolané volnými radikály41. Obecně se má za to, že Bcl-2 působí po aktivaci kaspázy-3, a tím je inhibována apoptóza42. Jak ukazují naše výsledky, podávání metforminu významně snižuje poměr kaspáza-3/Bcl-2. Tyto výsledky pocházejí z jiných studií, které naznačují, že aktivace AMPK metforminem up-reguluje expresi Bcl-2 proteinu, takže chrání před apoptotickou buněčnou smrtí vyvolanou D-gal a zvyšuje životaschopnost neuronů43.
BDNF je zajímavý molekulární kandidát, který by mohl pomoci vytvořit spojení mezi molekulárními a biochemickými změnami a poruchami paměti spojenými se stárnutím. Optimální kognitivní funkce je spojena s účinnou neuronální plasticitou. Poruchy paměti spojené se stárnutím mohou být spojeny se změnami v expresi a regulaci proteinů souvisejících s plasticitou, jako je BDNF, který je důležitým neurotrofním faktorem. Bylo prokázáno, že snížení BDNF vede k neuronální atrofii a smrti44.
Tato studie odhalila, že hladina BDNF ve skupině D-gal byla významně nižší ve srovnání s kontrolní skupinou. Pokles BDNF a/nebo jeho receptorů u stárnoucích zvířat byl evidentní v předchozích studiích45. Mizisin a kol. navrhli, že metabolismus galaktózy aldózoreduktázou ovlivnil axonální funkci a strukturu změnou produkce nervového a svalového BDNF46. Naopak léčba metforminem byla spojena s významným zvýšením BDNF ve srovnání se skupinou D-gal. Naše výsledky byly v souladu s dříve publikovanými zprávami, které prokázaly, že metformin up-reguluje BDNF prostřednictvím aktivace AMPK47.
Vzhledem ke své kritické roli v LTP se předpokládá, že BDNF je nezbytnou součástí buněčného mechanismu podporujícího tvorbu a udržování paměti podporou synaptické konsolidace. BDNF zvyšuje ukládání paměti tím, že podporuje změny v morfologii páteře vedoucí ke stabilizaci LTP. BDNF může také zvýšit počet, velikost a složitost dendritických trnů. Kromě toho BDNF zvyšuje neurogenezi prostřednictvím změn v buněčné proliferaci10. Vazba BDNF na receptory TrkB indukuje aktivitu PI3K, která inhibuje apoptózu a podporuje přežití buněk22.
Celkově naše studie naznačuje, že účinky metforminu proti stárnutí při zlepšování neurokognitivního poškození by mohly být, alespoň částečně, způsobeny aktivací dráhy AMPK/BDNF/PI3K.
Hipokampus hraje důležitou roli v učení a upevňování paměti, stejně jako v chování a regulaci nálady, a kde se funkční i strukturální plasticita vyskytuje až do dospělosti. Předchozí studie uváděly, že hipokampus prochází stárnutím několika strukturálními změnami jak hrubě, tak na buněčné úrovni48. Studie H&E hipokampu ve skupině D-gal ukázala závažnou neuronální degeneraci s mnohočetnými apoptotickými tělísky a gliózou. Tento výsledek lze vysvětlit škodlivými účinky d-galaktózy při indukci oxidačního stresu, zánětu a apoptózy. Dále jsme hodnotili hladiny exprese synaptického markerového proteinu (synaptofyzinu) v hippocampu. Synaptofyzin je marker synaptické plasticity. Používá se jako specifický marker presynaptického zakončení a jeho hladina souvisí se synaptickou hustotou. Naše výsledky ukázaly, že exprese synaptofyzinu byla významně nižší ve skupině D-gal ve srovnání s kontrolní skupinou. Tyto výsledky byly v souladu s dříve publikovanými studiemi, které prokázaly poškození synaptogeneze vyvolané D-gal v hipokampu3. Společná léčba metforminem s D-gal však obnovila expresi synaptofyzinu a strukturu hipokampální tkáně na úrovně blízké jejich příslušným kontrolním hladinám. Důkazy ukázaly, že metformin podporuje neurogenezi hlodavců a lidí a zvyšuje tvorbu prostorové paměti24,41. Zvýšení synaptické hustoty a neurogeneze v hippocampu jde ruku v ruce se zlepšením výsledků neurobehaviorálních testů v této skupině. To lze vysvětlit antioxidačními, protizánětlivými a antiapoptotickými účinky metforminu, které jsou zprostředkovány aktivací signální dráhy AMPK/BDNF/PI3K.
Závěry
Naše zjištění podporují použití D-gal v modelu potkanů k provádění studií souvisejících se stárnutím. Došli jsme k závěru, že metformin by mohl zmírnit poruchy paměti a kognitivní deficity způsobené stárnutím. Pravděpodobně zapojenými mechanismy jsou zmírnění neurozánětu, zmírnění oxidačního stresu, zvýšení exprese antiapoptotického proteinu Bcl-2, stejně jako podpora neurogeneze a synaptické plasticity. Věřili jsme, že tyto mechanismy mohou být zprostředkovány aktivací dráhy AMPK/BDNF/PI3K. Podle našich nejlepších znalostí se jedná o první studii, která demonstruje účinek metforminu na zlepšení kognitivního poškození u starých potkanů prostřednictvím aktivace této dráhy. Naše zjištění proto naznačují, že metformin je užitečným prostředkem proti stárnutí.
Dostupnost dat
Zveřejněno online: 12. října 2022
Reference
1. Cheng, S.-M. a kol. Antiapoptotické účinky diosgeninu v d-galaktózou indukovaném stárnutí mozku. Dopoledne. 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. Předtisky Authorea (2020).
3. Nam, SM a kol. Kyselina askorbová zmírňuje stárnutí mozku vyvolané d-galaktózou zvýšením neurogeneze hipokampu a zlepšením funkce paměti. Živiny 11(1), 176 (2019).
4. Hou, Y. a kol. Stárnutí jako rizikový faktor neurodegenerativních onemocnění. Nat. Neurol. 15(10), 565–581 (2019).
5. Tsai, S.-J. & Yin, M.-C. Antiglykativní a protizánětlivé účinky kyseliny protokatechuové v mozku myší léčených d-galaktózou. Food Chem. Toxicol. 50, 3198–3205 (2012).
6. Zhang, Q., Li, X. & Cui, X. Neurogeneze poškozená d-galaktózou v hippocampu dospělých myší. Neurol. Res. 27, 552-556 (2005).
7. Fatemi, I. a kol. Ochranný účinek metforminu na model stárnutí indukovaného d-galaktózou u myší. Iran J. Basic Med. Sci. 21(1), 19–25 (2018).
8. Budní, J. a kol. Orální podávání d-galaktózy indukuje kognitivní poruchy a oxidační poškození u potkanů. Chovej se. Brain Res. 302, 35–43 (2015).
9. Rea, IM a kol. Věk a nemoci související s věkem: Role spouštěčů zánětu a cytokinů. Přední. Immunol. 9, 586–586 (2018).
10. Miranda, M., Morici, JF, Zanoni, MB & Bekinschtein, P. Neurotrofický faktor odvozený z mozku: Klíčová molekula pro paměť ve zdravém a patologickém mozku. Přední. Buňka. Neurosci. 13, 363–363 (2019).
11. Jinpiao, Z. a kol. Metformin zmírňuje sevofluranem indukované neurokognitivní poškození prostřednictvím autofagie závislé na AMPK-ULK1- u starých myší. Brain Res. Býk. 157, 18–25 (2020).
12. Martin-Montalvo, A. a kol. Metformin zlepšuje zdraví a životnost u myší. Nat. Commun. 4, 2192–2192 (2013).
13. Zhang, Q.-Q. a kol. Léčba metforminem a kognitivní dysfunkce u pacientů s diabetem 2. typu: metaanalýza a systematický přehled. Medicína 99(10), e19378 (2020).
14. Zhao, M. a kol. Podávání metforminu zabraňuje poškození paměti vyvolané hypobarickou hypoxií u potkanů. Chovej se. Brain Res. 363, 30–37 (2019).
15. Li, J., Deng, J., Sheng, W. & Zuo, Z. Metformin zmírňuje neuropatologii podobnou Alzheimerově chorobě u obézních myší rezistentních na leptin. Pharmacol. Biochem. Chovej se. 101(4), 564–574 (2012).
16. Ge, XH a kol. Metformin chrání mozek před ischemickým/reperfuzním poškozením prostřednictvím signálních drah PI3K/Akt1/JNK3 u potkanů. Physiol. Chovej se. 170, 115–123 (2017).
17. Krzysztoforska, K. a kol. Podávání protokatechuové kyseliny ovlivňuje paměť a obnovuje hipokampální a kortikální serotoninový obrat na potkaním modelu orální d-galaktosou indukované poruchy paměti. Chovej se. Brain Res. 368, 111896 (2019).
18. Zou, W. a kol. Sirovodík zlepšuje kognitivní dysfunkci u diabetických potkanů indukovaných streptozotocinem: Zahrnuje supresi při stresu hippokampálního endoplazmatického retikula. Oncotarget 8(38), 64203–64216 (2017).
19. Xuan, AG a kol. Kyselina valproová zmírňuje defekty paměti a zmírňuje ukládání amyloidu u transgenního myšího modelu Alzheimerovy choroby. Mol. Neurobiol. 51(1), 300–312 (2015).
20. Walf, AA & Frye, CA Použití vyvýšeného plus bludiště jako test chování souvisejícího s úzkostí u hlodavců. Nat. Protoc. 2(2), 322–328.
21. Dhingra, D. & Kumar, V. Paměť zvyšující aktivita palmatinu u myší pomocí vyvýšeného plusového bludiště a Morrisova vodního bludiště. Adv. Pharmacol. Sci.
22. Li, F., Gong, Q.-H., Wu, Q., Lu, Y.-F. & Shi, J.-S. Icariin izolovaný z Epimedium brevicornum Maxim zmírňuje deficity učení a paměti vyvolané d-galaktózou u potkanů. Pharmacol. Biochem. Chovej se. 96(3), 301–305 (2010).
23. Pourmemar, E. a kol. Intranazální cerebrolysin zmírňuje poruchy učení a paměti při stárnutí vyvolaném D-galaktózou u myší. Exp. Gerontol. 87(Pt A), 16–22 (2017).
24. Oliveira, WH a kol. Účinky metforminu na zánět a krátkodobou paměť u diabetických myší vyvolaných streptozotocinem. Brain Res. 1644, 149–160 (2016).
25. Meyza, KZ, Boguszewski, PM, Nikolaev, E. & Zagrodzka, J. Věk zvyšuje úzkost a reaktivitu okruhu strachu/úzkosti u potkanů Lewis. Chovej se. Brain Res. 225(1), 192–200 (2011).
26. Kennedy, BK & Pennypacker, JK Léky, které modulují stárnutí: Slibná, ale obtížná cesta před námi. Přel. Res. 163(5), 456–465 (2014).
27. Chogtu, B. a kol. Hodnocení akutních a chronických účinků D-galaktózy na paměť a učení u potkanů Wistar. Clin. Psychofarmakon. Neurosci. 16(2), 153–160 (2018).
28. El-Mir, MY a kol. Neuroprotektivní role antidiabetika metforminu proti apoptotické buněčné smrti v primárních kortikálních neuronech. J. Mol. Neurosci. 34(1), 77–87 (2008).
29. Ou, Z. a kol. Léčba metforminem zabraňuje ukládání amyloidních plaků a zhoršení paměti u APP/PS1 myší. Chování mozku. Immun. 69, 351–363 (2018).
30. Tao, L. a kol. Neuroprotektivní účinky metforminu na traumatické poškození mozku u potkanů spojené se signální dráhou NF-KB a MAPK. Brain Res. Býk. 140, 154–161 (2018).
31. Antero, S. & Kai, K. AMP-aktivovaná proteinkináza (AMPK) řídí proces stárnutí prostřednictvím integrované signální sítě. Ageing Res. Rev. 11(2), 230–241 (2012).
32. Meng, S. a kol. Metformin aktivuje AMP-aktivovanou proteinkinázu podporou tvorby heterotrimerního komplexu. J. Biol. Chem. 290(6), 3793–3802 (2015).
33. Ghadernezhad, N., Khalaj, L., Pazoki-Toroudi, H., Mirmasoumi, M. & Ashabi, G. Předběžná léčba metforminem posílila učení a paměť u mozkové ischemie předního mozku: Úloha signální dráhy AMPK/BDNF/P70SK . Pharm. Biol. 54(10), 2211–2219 (2016).
34. Potter, WB a kol. Metabolická regulace neuronální plasticity energetickým senzorem AMPK. PLoS ONE 5(2), e8996 (2010).
35. Kauppinen, A., Suuronen, T., Ojala, J., Kaarniranta, K. & Salminen, A. Antagonistický přeslech mezi NF-κB a SIRT1 v regulaci zánětu a metabolických poruch. Cell Signal 25(10), 1939–1948 (2013).
36. Salvadó, L. a kol. Oleát zabraňuje ER stresu vyvolanému nasycenými mastnými kyselinami, zánětu a inzulínové rezistenci v buňkách kosterního svalstva prostřednictvím mechanismu závislého na AMPK. Diabetologia 56(6), 1372–1382 (2013).
37. Qi, D. a kol. Protein tepelného šoku 72 inhibuje signální dráhu c-Jun N-terminální kinázy 3 prostřednictvím Akt1 během mozkové ischemie. J. Neurol. Sci. 317(1–2), 123–129 (2012).
38. Chen, P., Chen, F. & Zhou, B. Antioxidační, protizánětlivé a antiapoptotické účinky kyseliny ellagové v játrech a mozku krys léčených D-galaktózou. Sci. Rep. 8(1), 1465 (2018).
39. D'Amelio, M., Cavallucci, V. & Cecconi, F. Neuronální kaspázová-3 signalizace: Nejen buněčná smrt. Cell Death Differ. 17(7), 1104–1114.
40. Feng, Y. a kol. Kyselina chlorogenová p antioxidační a protizánětlivé účinky u myší. Pharm. Biol. 54(6), 1027–1034 (2016).
41. Shaikh, NH, Deshmukh, VM & Walvekar, MV Změny v morfologii varlat a počtu spermií v důsledku léčby glykowithanolidy během stárnutí. Asian J. Pharm. Clin. Res. 8(3), 72–77 (2015).
42. Grippa, A. a kol. Seipinový komplex Fld1/Ldb16 stabilizuje kontaktní místa ER-lipidových kapiček. J. Cell Biol. 211(4), 829–844 (2015).
43. Liu, C., Liang, B., Wang, Q., Wu, J. & Zou, M.-H. Aktivace AMP-aktivované proteinkinázy alfa1 zmírňuje apoptózu endoteliálních buněk zvýšením exprese antiapoptotických proteinů Bcl-2 a survivinu. J. Biol. Chem. 285(20), 15346–15355 (2010).
44. Takeda, M., Takahashi, M. & Matsumoto, S. Potlačení napěťově řízených draslíkových proudů v neuronech trigeminálních ganglií o malém průměru vystupujících do interpolací jádra trigeminu/přechodové zóny caudalis indukované zánětem posíleným mozkovým neurotrofickým faktorem . Neuroscience 261, 223–231 (2014).
45. Joseph, J., Cole, G., Head, E. & Ingram, D. Výživa, stárnutí mozku a neurodegenerace. J. Neurosci. 29(41), 12795–12801 (2009).
46. Mizisin, AP a kol. BDNF zmírňuje funkční a strukturální poruchy v nervech krys krmených galaktózou. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 56(12), 1290-1301 (1997).
47. Chen, Q. a kol. Nové využití antidiabetických látek jako nová příležitost ke zmírnění kognitivního poškození u neurodegenerativních a neuropsychiatrických poruch. Přední. Pharmacol. 12, 667874 (2021).
48. Bettio, LEB, Rajendran, L. & Gil-Mohapel, J. Účinky stárnutí v hippocampu a kognitivní pokles. Neurosci. Biobehav 79, 66–86 (2017).
Poděkování
Autoři děkují Lékařské fakultě Menoufa University za poskytnutí většiny požadovaných zařízení.
Autorské příspěvky
OA navrhla studii a koordinovala laboratorní práci, prováděla studie na zvířatech, prováděla molekulárně biologické experimenty, analyzovala data a vypracovala rukopis. RMS provedla histopatologické a imunohistochemické studie a analyzovala data. RAAAE se podílela na návrhu studie, prováděla studie na zvířatech, podílela se na biochemické analýze a pomáhala při koncipování rukopisu. Všichni autoři schválili konečnou verzi rukopisu. Autoři prohlašují, že veškerá data byla vytvořena interně a že nebyla použita žádná papírna.
Financování
Financování s otevřeným přístupem poskytuje Te Science, Technology & Innovation Funding Authority (STDF) ve spolupráci s Te Egyptian Knowledge Bank (EKB).
Konkurenční zájmy
Autoři neuvádějí žádné konkurenční zájmy.
Dodatečné informace
Korespondence a požadavky na materiály by měly být adresovány OA
【Další informace: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:{0}}】
