Molekulární cesty související s podporou dlouhověkosti a kognitivním zlepšením Cistanche Tubulosa u Drosophila

další informace:ali.ma@wecistanche.com

Wei-Yong Lin a kol

Abstraktní:

Pozadí:Proces stárnutí, včetně fyzické dysfunkce a zhoršení paměti související s věkem (AMI), se považuje za korelující s kumulativním oxidačním poškozením a signálními cestami inzulínu/IGF-1. Účel: Tato studie měla objasnit in vivo účinky na zpomalení stárnutí a zlepšení AMI a základní molekulární mechanismyCistanche tubulosa(CT), bylina používaná v tradiční čínské medicíně ke zlepšení sexuální funkce a léčbě dysfunkce ledvin

Metody:Mouchy, ošetřené a neošetřené CT(Cistanche Tubulosa), byly pozorovány pro délku života, odolnost vůči oxidativnímu stresu s H2O2 nebo paraquatem, test hladovění, kognitivní chování s T-bludištěm a hladiny transkriptů cílových genů pomocí kvantitativní RT-PCR.

Výsledek:Podávání CT(Cistanche Tubulosa)prodloužil střední a maximální životnost a zvýšil odolnost proti oxidačnímu stresu u much. ČT(Cistanche Tubulosa)suplementace také zlepšila tvorbu paměti u mladých much a potlačila stárnutí AMIupon. Bylo identifikováno několik genů a signálních drah, včetně mechanistického cíle rapamycinu (mTOR) a sítí Notch, které způsobují tyto farmakologické účinky a změny v genové expresi glutamátových receptorů.

Závěr:Naše výsledky ukazují, že CT(Cistanche Tubulosa)suplementace může přispět ke zpomalení fenotypů stárnutí a zmírnění kognitivně-behaviorálního poklesu u much, což naznačuje potenciální použitelnost pro zlepšení lidského zdraví a snížení náchylnosti k poruchám souvisejícím s věkem.

klíčová slova:Stárnutí,Cistanche tubulosa,Kognitivní chování, Herb

Kliknutím zobrazíte kmenové produkty Cistanche

Úvod

Vzhledem k tomu, že stárnoucí populace na celém světě roste, je podpora zdravého stárnutí a dlouhověkosti stále důležitějším problémem veřejného zdraví pro vědu, společnost a oblast lékařské péče. Bylo navrženo, že proces stárnutí je řízen složitými mechanismy, poháněnými širokou souhrou genetických a environmentálních faktorů. Vzhledem k postupnému poškozování na buněčné a tkáňové úrovni je věk rizikovým faktorem pro náchylnost k chronickým onemocněním, jako je rakovina, stejně jako kardiovaskulární a neurodegenerativní onemocnění, a vysoce s ním koreluje (Kenyon, 2005). Stárnutí také snižuje synaptickou aktivitu, syntézu nových proteinů a kognitivní funkce. Tyto funkční změny přispívají k poškození paměti související s věkem (AMI) (Burke a Barnes, 2010; Schimanski a Barnes, 2010). Vývoj léků na oddálení patologie související s věkem a kognitivního stárnutí by proto mohl být prospěšný pro kvalitu lidského života. V této studii jsme použili Drosophila melanogaster, což je ideální organismus pro studie stárnutí in vivo kvůli své krátké životnosti, k hodnocení účinnosti léku a prozkoumání molekulárních mechanismů, které jsou základem zmírnění stárnutí a AMI.

Herbacistanche, také známý pod svým čínským názvem Rou CongRong, je parazitická rostlina, která se vyskytuje hlavně v pouštích severozápadní Číny. Dva druhy Cistanche, Cistanche deserticolaY. C. Ma aCistanchetubulosa(Schrenk) Wight jsou zahrnuty v čínském lékopisu (vydání 2005) pro jejich podobné chemické přísady a farmakologické aktivity. Extrakt z jejich stonku se po tisíce let široce používá jako tonikum, zejména k léčbě různých příznaků, včetně nedostatečné funkce ledvin, impotence, neplodnosti a pro usnadnění katarze, jak je popsáno ve starých čínských lékařských knihách. Řada chemických složek, včetně esenciálních olejů, fenylethanoidových glykosidů (PhG), iridoidů, lignanů a sacharidů, byla izolována zCistancheDruhy a dvě hlavní složky PhG, akteosid a andechinakosid jsou typicky vybrány jako markery pro hodnocení kvality Herba cistanche kvůli jejich významným farmakologickým účinkům (Wang et al., 2012).

Cistanche tubulosa(CT) extrakty mají různé biologické funkce, které zahrnují modulaci imunitní aktivity, posílení sexuální funkce, podporu růstu vlasů a další přínosy pro antioxidaci, hepatoprotekci, antiosteoporotickou aktivitu a protinádorovou aktivitu (Li et al., 2016; Seok et al., 2015 Wang a kol., 2012). Kromě toho studie in vitro odhalila, že Herbacistancheextrakt může chránit neurony podobné dopaminu před oxidačním poškozením vyvolaným H2O2-a významně zvyšuje hladiny nervového růstového faktoru a mozkového neurotrofického faktoru (Lin et al., 2013). Echinakosid zabránil smrti dopaminových neuronů u myšího modelu Parkinsonovy choroby s lézí MPTP (Zhao et al., 2010). Navíc ČT(Cistanche Tubulosa)extrakt zlepšil kognitivní dysfunkci snížením ukládání amyloidu a zvýšením hladin acetylcholinu a dopaminu u potkaního modelu Alzheimerovy choroby (AD) (Wu et al., 2014). I když terapeutický účinek Herbycistancheje stále zapotřebí k potvrzení, malé velikosti, neplacebem kontrolované klinické studie na CT(Cistanche Tubulosa)glykosidové extrakty ukázaly, že lék má potenciál léčit pacienty s mírnou až středně těžkou AD a vykazuje relativně mírné nežádoucí účinky, a to i po dlouhodobém podávání (Guo et al., 2013). Tyto údaje naznačují, že v Herbě jsou glykosidové extraktycistanchemají neuroprotektivní účinky a působí proti demenci. Přes různé výhody CT(Cistanche Tubulosa),jeho molekulární mechanismy a účinky na oddálení stárnutí a zlepšení AMI nebyly objasněny. V této studii jsou účinky CT(Cistanche Tubulosa)na významném prodloužení délky života byla zkoumána zlepšená odolnost vůči environmentálnímu stresu a potlačená kognitivní dysfunkce související s věkem, aby se určila možná klinická užitečnost CT(Cistanche Tubulosa)ve zpomalení procesu stárnutí.

Materiály a metoda

Bylinková medicína

Identifikace původuCistanche tubulosa(Schrenk) Wight(Orobanchaceae) (CT) byl ověřen v Ko Da PharmaceuticalCo. Ltd. (Taoyuan, Tchaj-wan), kde byly uchovávány voucherové vzorky (10 603 205) a kde se vyrábí CT koncentrovaný bylinný lék. Stručně řečeno, vysušená masitá nať CT byla extrahována v 12-násobně převařené vodě po dobu 1 hodiny s následnou filtrací. Filtráty byly shromážděny a podrobeny vakuu a zahuštění za sníženého tlaku po dobu 1 hodiny, aby se získaly extrakty. CT extrakty byly smíchány se škrobem v poměru 1:1 (hmotn./hmotn.) a podrobeny sprejové granulaci pro získání CT prášku.

Údržba mušek a měření životnosti

Divoký typ mušky použité v této studii byl z CantonS, získaný z Bloomington Drosophila Stock Center. Mouchy byly chovány a udržovány ve standardním médiu kukuřičné mouky při 25 stupních při 50–60procentní relativní vlhkosti v 12-hodinovém cyklu světlo-tma. Vznikající dospělé mouchy byly shromážděny během 24 hodin a odděleny podle pohlaví. Od rané dospělosti byly mouchy doplněny CT. ČT(Cistanche Tubulosa)Prášek byl rozpuštěn ve vodě a přidán do média kukuřičné mouky v koncentracích 5,4, 10,8 a 21,6 mg/ml, které byly úměrné účinné denní dávce pro orální podávání člověku. Při analýze délky života bylo dvacet až třicet much vychováno v lahvičce s jídlem s nebo bez CT(Cistanche Tubulosa); pro každé ošetření bylo provedeno alespoň 250 much. Lahvičky s jídlem byly vyměňovány každé 3 až 4 dny a v tu dobu byly počítány mrtvé mouchy

Testy odolnosti vůči stresu

Dospělé mouchy byly odebrány a poté předem ošetřeny kontrolní dietou bez CT(Cistanche Tubulosa)a experimentální diety doplněné 5,4, 10,8 a 21,6 mg/ml CT po dobu 20 dnů při 25 stupních. Pro analýzu hladovění byly mouchy drženy v lahvičkách pouze s vlhkými papíry a vyhodnocovaly se jejich výdrž proti oxidačnímu stresu vyvolanému hladověním. Pro testy oxidačního stresu byly mouchy přeneseny do lahviček bez potravy obsahujících filtrační papír s peroxidem vodíku (H2O2) (Sigma Aldrich) v 5% roztoku glukózy, aby se změřila odolnost much proti H2O2-indukovaným hydroxylovým radikálům (OH −) stres. Podobně byly mouchy přeneseny do lahviček obsahujících filtrační papír nasycený 10 mM paraquatem (Sigma-Aldrich), který vytváří superoxidové anionty (O2 -), které způsobují oxidační poškození zvířat. Mouchy byly hodnoceny na mortalitu alespoň třikrát denně, dokud nebyly všechny mrtvé. Bylo provedeno alespoň 250 much na ošetření. Pro lezení byly mouchy vystavené působení paraquatu po dobu 0 a 16 hodin umístěny do plastové lahvičky a jemně poklepány na dno. Počet much na vrcholu lahvičky byl spočítán po 18 sekundách lezení.

Posouzení plodnosti

Jak panenští samci, tak samice krmili 5,4 a 10,8 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa)po dobu 20 dnů sloužily jako experimentální skupiny. Deset experimentálních samic bylo spářeno se stejným počtem panenských samců, kteří byli 9-denní a nedostali CT. Podobně byli pokusní samci páření s panenskými samicemi ve stejném stavu. Spárované mušky byly poté přeneseny do nové lahvičky pro kladení vajíček po dobu 24 hodin a celkový počet vajíček snesených do lahviček byl spočítán ručně. Anindex plodnosti byl vypočten jako průměrná denní produkce vajec na samici. Bylo provedeno alespoň pět lahviček na ošetření a celkový počet much n=50–80.

Čichové asociativní učení a paměť

Mouchy byly odebrány po ekloze a předem ošetřeny 5,4, 10,8 a 21,6 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa)sloužily jako experimentální skupiny a kontrolní mouchy nedostaly CT(Cistanche Tubulosa)po dobu 5 a 20 dnů při 25 stupních . Jedna tréninková studie byla provedena podle předchozí studie (Dubnau et al., 2001). Stručně řečeno, přibližně 100 much bylo vystaveno postupně dvěma pachům, buď 3-oktanolu (OCT, Sigma-Aldrich) nebo 4-methylcyklohexanolu (MCH, Sigma-Aldrich). Mouchy vystavené prvnímu pachu (podmíněný stimul, CS plus ) byly spárovány s 80 V elektrickými výboji a poté obdržely druhý pach (CS-) bez výbojů. Schopnost učení byla stanovena ihned po tréninku a schopnosti 3- a {{ 12}}h paměť provedla test po tréninku po dobu 3 a 24 hodin. K provedení testu byly trénované mouchy uvězněny do vybraného bodu T-bludiště, ve kterém byly současně vystaveny OCT a MCH. Byl vypočítán výkonnostní index (PI), který představuje podmíněné vyhýbání se zápachu. Hodnota PI nula indikovala distribuci 50:50 a hodnota API 100 ukázala distribuci 0:100 mimo CS plus zápach.

Měření úrovní transkriptu pomocí kvantitativní PCR v reálném čase (qPCR)

Mouchy byly odebrány po ekloze a předem ošetřeny 5,4 a 10,8 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa)po dobu 20 dnů při 25 stupních sloužily jako experimentální skupiny a kontrolní mouchy nedostaly CT. Celková RNA byla extrahována pomocí soupravy RNeasy Mini kit (Qiagen) a cDNA byla syntetizována z celkové RNA reverzní transkripční reakcí pomocí vysokokapacitní cDNA reverzní transkripce (Thermo Fisher Scientific). Hladiny transkriptu cílových genů byly kvantifikovány pomocí kvantitativní polymerázové řetězové reakce v reálném čase (Applied Biosystems ViiATM 7 Real-Time PCR System) pomocí FastStart SYBR Green Master (Roche) podle pokynů výrobce. Relativní četnost transkriptů byla normalizována pomocí metody srovnávacího prahu cyklu s ahousekeeping genem, RpLP0, jako vnitřním standardem. Rozdíly relativní exprese v cílových genech experimentálních skupin byly normalizovány na rozdíly v kontrolní skupině a prezentovány jako násobná změna. Primery pro cílové geny jsou uvedeny v doplňkové tabulce 1.

Konstrukce a analýza sítě

K analýze funkční interpretace a biologických procesů zprostředkovaných odlišně exprimovanými geny, které jsme identifikovali, byla použita Databáze pro anotaci, vizualizaci a integrované objevování (DAVID) k anotaci a analýze obohacení cesty kjótské encyklopedie genů a genomu (KEGG) a genu. Ontologie pro tyto geny (Jiao et al., 2012). Pro analýzu přímých a nepřímých interakcí odlišně exprimovaných genů byl seznam genů také nahrán do vyhledávacího nástroje pro získávání interagujících genů/proteinů (STRING), aby se získaly informace o interakcích a vytvořily se sítě interakcí s proteiny (Franceschini et al., 2013).

Statistická analýza

Všechny experimenty byly provedeny s alespoň třemi nezávislými replikáty a statistické analýzy byly provedeny pomocí softwaru SigmaStat v3.5 (Systat Software, Inc., IL). Údaje o prodloužení životnosti a oxidačním stresu byly provedeny s celkovým počtem much v rozmezí 250–350 a log-rank test byl hodnocen pro různé analýzy. Skupinová srovnání pro hodnocení plodnosti a kognitivní test byla hodnocena jednosměrnou analýzou rozptylu (ANOVA), následovanou Dunnettovým post-hoc testem. Další experimentální srovnání byla provedena provedením Studentova t-testu ve srovnání s kontrolní skupinou. Data jsou uvedena jako průměr ± SEM a p-hodnota < 0,05="" byla="" považována="" za="">

Výsledek

Suplementace CT (Cistanche Tubulosa) zvyšuje životnost mušek

Prozkoumat, zda CT(Cistanche Tubulosa)suplementace může prodloužit životnost mouchy, mouchy byly doplněny 5,4, 10,8 a 21,6 mg/ml CT ihned po ekloze při 25 stupních během experimentálních postupů. Naše data naznačovala, že CT(Cistanche Tubulosa)suplementace může prodloužit životnost samců i samic much. Jak je znázorněno na Obr. 1A, životnost samců much byla prodloužena o všechny dávky CT(Cistanche Tubulosa). Průměrná délka života ve skupinách doplněných CT 5,4, 10,8 a 21,6 mg/ml se významně zvýšila o 18,9 procenta, 10,3 procenta a 9,9 procenta, v tomto pořadí. ČT(Cistanche Tubulosa)také významně zvýšila maximální životnost všech skupin CT ve srovnání s kontrolní skupinou z 88 na 102, 98 a 102 dnů po léčbě 5,4, 10,8 a 21,6 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa), resp. U žen CT(Cistanche Tubulosa)významně zvýšily průměrnou délku života CT skupin ve srovnání s kontrolní skupinou (obr. 1B). Průměrná délka života se zvýšila až na 18,8 procenta s 5,4 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa)a 5,5 procenta a 6,7 ​​procenta s 10,8 a 21,6 mg/ml CT, v daném pořadí. Také jsme pozorovali, že maximální délka života byla významně prodloužena z 91 dnů (kontroly) na 109, 98 a 102 dnů po léčbě CT 5,4, 10,8 a 21,6 mg/ml.(Cistanche Tubulosa), respektive; maximální velikost zvýšení maximální délky života byla 19,8 procenta při 5,4 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa). Naše výsledky naznačují, že CT(Cistanche Tubulosa)suplementace stravy výrazně prodlužuje životnost samců i samic much. Kurkumin (10 μM) byl použit jako pozitivní kontrola a účinný při prodloužení životnosti, jak je znázorněno na doplňkovém obrázku 1.

Suplementace CT zvyšuje odolnost vůči hladovění a oxidativnímu stresu

Prodloužení životnosti je často spojeno se zvýšenou odolností vůči oxidativnímu stresu během procesu stárnutí. Posuzovali jsme zdaCT(Cistanche Tubulosa)suplementace zvyšuje odolnost vůči oxidativnímu stresu. Samci a samice much byli předem ošetřeni různými dávkami CT(Cistanche Tubulosa)po dobu 20 dnů a hodnotili se z hlediska jejich přežití po hladovění (obr. 2A). Průměrná doba přežití a maximální délka života obou pohlaví, ve srovnání s kontrolní skupinou, vykazovaly signifikantní zvýšení ve skupinách s CT 5,4 a 10,8 mg/ml, ale ne ve skupině 21 0,6 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa)skupina. Předem ošetřené mouchy byly také hodnoceny z hlediska jejich přežití po expozici H2O2 a paraquatu, které produkují reaktivní formy kyslíku (ROS) ke spuštění buněčné senescence a buněčné smrti. Zjistili jsme, že CT(Cistanche Tubulosa)ochránila samce i samičky much proti toxicitě H2O2 a prodloužila jejich střední a maximální životnost (obr. 2B, p < 0.{5}}1 a 0,001, při 5,4 a 10,8 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa), respektive). Byl také pozorován podobný trend vykazující zvýšenou odolnost vůči expozici paraquatem. Samci krmení muškami všemi dávkami CT a samice, zejména ty, které byly doplněny 5,4 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa) (Cistanche Tubulosa)přežily déle než kontroly (obr. 3A, p < 0,001).="" pokud="" jde="" o="" schopnost="" šplhání,="" samci="" i="" samice="" mušek="" podali="" 10,8="" mg/ml="">(Cistanche Tubulosa)vykazovali oslabenou lokomotorickou dysfunkci vyvolanou paraquatem 16 hodin po aplikaci paraquat (obr. 3B, všechny p < 0,05).="" tyto="" výsledky="" ukazují,="" že="" suplementace="" ct="" zlepšuje="" odolnost="" vůči="" určitému="" oxidativnímu="" stresu,="" což="" naznačuje,="" že="">(Cistanche Tubulosa)- indukované prodloužení životnosti je spojeno se zvýšenou antioxidační obranou.

Účinky CT (Cistanche Tubulosa) na reprodukční kapacitu

Protože teorie stárnutí naznačuje, že proces stárnutí negativně ovlivňuje reprodukci, zkoumali jsme, zda CT(Cistanche Tubulosa)ovlivnění reprodukční zdatnosti analýzou schopnosti dospělých much snášet vajíčka. Dospělé mouchy byly odebrány po ekloze, odděleny podle pohlaví a bylo jim podáno 5,4 a 10,8 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa)po dobu 20 dnů. Panenské samce nebo samice mušek podávané CT(Cistanche Tubulosa)byly spářeny s 9-denními mouchami, kterým nebylo aplikováno CT(Cistanche Tubulosa). Pozorovali jsme na dávce závislé zvýšení denního počtu snesených vajíček na samici, konkrétně 30,3 procenta a 57,2 procenta starých much ošetřených 5,4 a 10,8 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa), respektive ve srovnání s kontrolami (obr. 4, p < 0.05).="" tyto="" údaje="" naznačují,="" že="">(Cistanche Tubulosa)suplementace by mohla usnadnit reprodukční kapacitu starých žen, ale pravděpodobně ne u starších mužů.

Suplementace CT (Cistanche Tubulosa) zlepšuje kognitivní schopnosti

Zjišťovali jsme, zda CT(Cistanche Tubulosa)suplementace má příznivé účinky na schopnosti učení a paměti, byl proveden jediný cyklus čichově-asociativního tréninku. Hodnotíme výkonnost při učení a také 3- a 24-h paměť, která byla považována za střednědobou paměť a za dlouhodobou paměť. Nejprve byly mouchy doplněny různými dávkami CT(Cistanche Tubulosa)po dobu 5 dnů. Schopnost učení byla podobná jak v CT, tak v kontrolní skupině (obr. 5A). Pokud jde o 3-h paměť, CT 10,8 mg/ml(Cistanche Tubulosa)skupina měla tendenci mít vyšší výkonnostní index (PI) než kontrolní skupina (obr. 5B, 51,5 ± 3,2 versus 42,6 ± 2,1), i když zde nebyl žádný významný rozdíl. Navíc 5,4 a 10,8 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa)významně zlepšila {{0}}h paměť much ve srovnání s kontrolami (obr. 5C, PI=41,6 ± 3,6 a 45,9 ± 3.0 oproti 29,6 ± 2,9, v tomto pořadí , p < 0,05="" a="" 0,01).="" tyto="" výsledky="" ukázaly,="" že="" suplementace="" ct="" zlepšuje="" tvorbu="" paměti="" u="" mladých="" much.="" za="" druhé,="" zatímco="">(Cistanche Tubulosa)suplementace zvýšila životnost a oxidační odolnost much, dále jsme určili, zda suplementace může také zlepšit kognitivní chování u starých much. Mouchám bylo podáváno standardní jídlo s nebo bez 5,4, 10,8 a 21,6 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa)po dobu 20 dnů k napodobení stárnutí; mouchy doplněné těmito dávkami CT(Cistanche Tubulosa)měl významně vyšší PI učení (67,6 ± 1,9, 72,5 ± 0,5 a 75,2 ± 1,3, v tomto pořadí) než kontrolní skupina (58.0 ± 2.0; obr. 5D , p < 0.001), což naznačuje, že CT(Cistanche Tubulosa)má příznivý vliv na oddálení poklesu učení souvisejícího s věkem. Podobné výsledky také ukázaly, že CT 5,4 mg/ml(Cistanche Tubulosa)skupina měla efektivnější uchování paměti za {{0}}h (obr. 5E, 47,5 ± 1,9 oproti kontrole37.{{10}} ± 2,9, p < 0,05)="" a="" 24-="" h="" testy="" paměti="" (obr.="" 5f,="" 31,8="" ±="" 3,8="" versus="" kontrola="" 19,3="" ±="" 2,4,="" p="">< 0,01).="" tyto="" výsledky="" ukazují,="" že="">(Cistanche Tubulosa)suplementace nejen zlepšuje tvorbu paměti u mladých much, ale také oddaluje zhoršení kognitivního chování a udržuje s věkem efektivnější schopnost učení a paměti.

Molekulární dráhy související s podporou dlouhověkosti a kognitivním zlepšením suplementace CT

ČT(Cistanche Tubulosa)suplementace jak potlačuje AMI, tak prodlužuje životnost. Proto jsme usoudili, že geny související s AMI a dlouhověkostí by mohly být určeny posouzením rozdílné exprese mezi kontrolní skupinou a skupinami s 5,4 a 10,8 mg/ml CT pomocí qPCR. Změny v genové expresi much ošetřených CT byly porovnány se změnami v kontrolní skupině, jak je ukázáno na obr. 6A. Upregulovaná exprese několika cílových genů, včetně Sirt6, Sir2, Sod, p38b a Sirt2, může být zapojena do procesu stárnutí. Hladiny transkriptů S6k, raptor, Psn, Rpd3 a N se také zvýšily, což naznačuje, že CT(Cistanche Tubulosa)suplementace mění přenos signálu jejich TOR a Notch drah. Kromě toho suplementace CT významně ovlivnila expresi mRNA Nmdar1, Nmdar2 a SkpA. Pro zvýraznění proteinových interakcí relevantních pro CT, které prodlužují životnost a zlepšují učení a paměť, byla vytvořena síť proteinových interakcí založená na literatuře s geny prověřovanými qPCR (obr. 6B). Každý uzel představuje jeden protein, zatímco každý okraj označuje jednu interakci založenou na literatuře. Uzly jsou seskupeny podle dráhy KEGG a biologického procesu genové ontologie (GOBP). Jak je znázorněno na obr. 6B, neuroaktivní interakce ligand-receptor GOBP, která ovlivňuje učení a paměť, a další GOBP stárnutí, které koreluje s délkou života, jsou oba spojeny se signální dráhou Notch. Navíc je GOBP stárnutí ovlivněno signální dráhou mTOR. Význam nadměrné exprese genu indukované CT na těchto GOBP a drahách je popsán v sekci Diskuse.

Obr. 6. Síťová analýza odlišně exprimovaných genů. Mouchy předem ošetřené 5,4 a 10,8 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa)a kontrolní diety při 25 stupních po dobu 20 dnů byly shromážděny pro kvantifikaci diferenciální genové exprese. (A) Relativní hladiny transkriptů cílových genů ke kontrolám byly kvantifikovány pomocí qPCR. n=4 pro každou skupinu. (B) Upregulované geny zapojené do přenosu buněčného signálu a jejich interakční síť. Uzly představují geny. Geny s nadměrnou expresí jsou zakroužkovány zeleně. Hrany představují interakce mezi genovými produkty. Typy interakce jsou na obrázku označeny různými barvami. (Pro výklad odkazů na barvu v této legendě obrázku se čtenář odkazuje na webovou verzi tohoto článku.)

Diskuse

Nerovnováha mezi tvorbou a eliminací volných radikálů endogenními antioxidačními obrannými systémy může způsobit oxidační poškození tkání s věkem; proto se spekuluje, že volné radikály hrají kritickou roli při stárnutí (Dato et al., 2013). Tady jsme ukázali to CT(Cistanche Tubulosa)suplementace u much prodlužuje životnost a vede k vysoké toleranci vůči oxidačnímu poškození způsobenému H2O2 a paraquatem u obou pohlaví. Studie korelovaly s CT(Cistanche Tubulosa)andantiaging, jsou méně prozkoumány, ale extrakty z C. deserticola mohou prodloužit život u myší náchylných k stárnutí s akcelerací 8 (SAM-P8) (Zhang et al., 2014) a echinakosid, jedna z hlavních sloučenin, které existují v CT , má příznivé účinky na prodloužení životnosti a toleranci stresu u C. elegans (Wang et al., 2015).

Nedávné studie na zvířatech prokázaly, že echinakosid má ochranné účinky proti testikulární toxicitě vyvolané bisfenolem A a zvyšuje biosyntézu testosteronu indukcí testikulárních steroidních enzymů, včetně CYP11A1, 3 -HSD a CYP17A1 (Jiang et al., 2016). ČT(Cistanche Tubulosa)ethanolový extrakt také podporuje životaschopnost a kvalitu spermií u potkanů ​​(Wang et al., 2016). I když korelace mezi CT(Cistanche Tubulosa)a estrogen stále potřebuje prozkoumat, jedna studie uvedla, že echinakosid významně zvyšuje expresi estrogenových receptorů, podobně jako skupina léčená estradiolem u krys po ovariektomii (Li et al., 2013). Protože reprodukční kapacita negativně koreluje s věkem (Kenyon, 2005), zkoumali jsme, zda má CT výhody u starých much. Reprodukční zdatnost ovlivněná CT(Cistanche Tubulosa)byl pozorován pouze u samic, což naznačuje, že samice much by mohly lépe reagovat na CT(Cistanche Tubulosa)suplementace. Tyto výsledky ukazují, že CT může mít účinek podobný pohlavním hormonům a zpomalit reprodukční senescenci, což je v souladu s klinickým použitím CT(Cistanche Tubulosa)pro léčbu sexuální dysfunkce u lidí.

Akteosid může objasnit ochranné účinky na snížení apoptózy neuronů a ztráty paměti u senescentního myšího modelu vyvolaného kombinací D-galaktózy a AlCl3, což naznačuje, že CT může mít potenciál mít neuroprotektivní vlastnosti a vlastnosti zlepšující paměť (Gao et al., 2015; Peng a kol., 2015). Naše data naznačovala, že tvorba paměti se zlepšila u mladých much s CT. Proto jsme posuzovali, zda CT(Cistanche Tubulosa)suplementace je prospěšná pro udržení paměti při stárnutí, protože je známo, že kognitivní funkce při normálním stárnutí klesají. Naše výsledky odhalily, že několik typů rozhraní AMI, včetně učení, 3- a 24-paměti, lze pomocí CT zlepšit(Cistanche Tubulosa)suplementace na 20 dní.Podle výše uvedených výsledků CT(Cistanche Tubulosa)suplementace může mít příznivé účinky na dlouhověkost a posílení tvorby paměti a také dostatečně oddálit AMI.

Použití zvířecích modelů usnadňuje identifikaci potenciálních mechanismů a závislosti dráhy CT(Cistanche Tubulosa)ke zpomalení stárnutí mozku a odložení AMI na buněčné úrovni. Zaměřili jsme se na molekulární mechanismy, které jsou základem stárnutí, neuronálního přenosu a oxidačního stresu, a usoudili jsme, že geny související s AMI a dlouhověkostí by mohly být identifikovány zkoumáním rozdílné exprese mezi kontrolními a CT skupinami prostřednictvím qPCR. Signální dráha Notch je vysoce konzervovaná mezi druhy od Drosophila po lidi; V centrálním nervovém systému dospělých se projevuje neurální plasticita a reguluje neurální diferenciaci spolu se svým inhibitorem během vývoje (Presente et al., 2001). Myši nesoucí heterozygotní mutaci Notch mají nedostatek prostorového učení a paměti (Costa et al., 2003). Presenilin (Psn) je nezbytný pro aktivaci štěpení Notch do intracelulární domény Notch a knockout Psn způsobuje zhoršení synaptické plasticity a tvorby paměti (Saura et al., 2004). Naše data odhalila na dávce závislou upregulaci Notch a Psn v CT(Cistanche Tubulosa)doplněné mouchy, s nezměněnou úrovní exprese znecitlivění, což implikuje signální dráhu Notch jako účinný mechanismus zlepšení paměti pomocí CT suplementace. Kromě signalizace Notch, N-methyl-D-aspartátový receptor (NMDAR), glutamátem a D-serinem řízený iontový kanál v neuronech, řídí synaptickou plasticitu a paměťovou funkci (Furukawa et al., 2005). Genom Drosophila obsahuje dva Podjednotky NMDAR, Nmdar1 a Nmdar2 a obě jsou klíčové pro funkci paměti. Knockdown Nmdar1 u Drosophila zhoršuje učení a paměť (Xia et al., 2005), zatímco nadměrná exprese Nmdar2 u myší zlepšuje učení a paměť (Tang et al., 2001). Naše data ukázala na dávce závislé zvýšení upregulace Nmdar1 a Nmdar2 u much doplněných CT, což naznačuje další potenciální mechanismus zlepšení paměti pomocí CT(Cistanche Tubulosa)suplementace.

Třída O dráhy transkripčního faktoru forkhead box (FoxO) je mezi druhy konzervovaná a kritická pro metabolismus, toleranci stresu a prodloužení délky života (Lehtinen et al., 2006). Posttranslační modifikace, včetně fosforylace, acetylace a ubiquitylace, regulují aktivitu FoxOs (van der Horst a Burgering, 2007). Tichý informační regulátor 2 (Sir2; homolog u savců je znám jako SIRT1) reguluje aktivitu FoxO prostřednictvím deacetylace a ovlivňuje délku života zvířat související s dráhou inzulínu podobného růstového faktoru (IGF) (Lemieux et al., 2005). Sirt6 defosforyluje FoxO, aby způsobil prodloužení života u samců myší (Kanfi et al., 2012). Naše data odhalila upregulaci Sir2 a Sirt6 u much doplněných CT, což naznačuje, že regulace FoxO pomocí Shirts může být silným mechanismem prodloužení životnosti pomocí CT.(Cistanche Tubulosa)suplementace. Volné radikály produkované během metabolických procesů poškozují DNA a proteiny, což vede ke zkrácení životnosti. Sir2 je také gen reakce na oxidativní stres (Whitaker et al., 2013) a bylo hlášeno, že nadměrně exprimovaná superoxiddismutáza (SOD), která převádí O2− na H2O2 a nakonec na H2O pomocí katalázy a glutathionperoxidázy, prodlužuje životnost much ( Le Bourg, 2001). Naše data odhalila na dávce závislou upregulaci Sod a Sir2 u much s CT, což naznačuje, že antioxidační dráhy mohou být silným mechanismem prodloužení životnosti pomocí CT(Cistanche Tubulosa)suplementace.

Další klíčová cesta stárnutí je regulována mTOR komplexy mTORC1 a mTORC2, které oba podporují organizmování evolučně konzervativním způsobem. Signály z inzulinového receptoru aktivují mTORC1 prostřednictvím fosfoinositid3-kinázy–Akt dráhy, aby podpořily syntézu proteinů a zánět a inhibovaly autofagii a glykolýzu pomocí odlišných downstream proteinů (Johnson et al., 2013). Syntéza proteinu je aktivována ribozomální protein S6 kinázou (S6K), která tvoří negativní zpětnovazební smyčku k inhibici signalizace inzulínového receptoru (Hands et al., 2009). Inhibičním cílem mTORC1 je protein podobný Drosophila (sima), jehož homolog u savců je znám jako hypoxií indukovatelný faktor 1 alfa (HIF1). HIF1 hraje ochrannou roli proti poškození krevních cév a motorických neuronů v závislosti na věku (Oosthuyse et al., 2001; Rivard et al., 2000). Naše data odhalila nezměněnou úroveň exprese komplexních podjednotek mTOR, včetně Tor, ricor a raptor, zatímco ČT(Cistanche Tubulosa)suplementace v závislosti na dávce upregulovala S6K a sima, což naznačuje aprotektivní roli CT(Cistanche Tubulosa)proti aktivitě mTOR.

Závěry

Přestože byly identifikovány některé implikované cesty, dlouhověkost a vysoká inteligence přispěly CT(Cistanche Tubulosa)intervencí může být apolygenní rys ovlivněný souhrou více genů a proces stárnutí mohou modulovat i jiné genetické faktory, které jsme neobjasnili. Pro seniory by mělo být udržení žádoucí fyzické zdatnosti a kognitivních schopností za účelem oddálení nebo prevence demence a chronických onemocnění zásadním poznatkem ze studií o stárnutí. Protože ČT(Cistanche Tubulosa), známý jako "ženšen pouště", má výrazný léčebný účinek na posílení jangu ledvin, který vyživuje všechny orgány a doplňuje životně důležitou esenci v tradiční čínské medicíně, věříme, že naše studie poskytuje důkazy podporující klinickou léčbu CT(Cistanche Tubulosa)a mohla by poskytnout cenný pohled na vývoj nových léků nebo potravinářských přídatných látek, které nejen oddálí stárnutí a nemoci související s věkem, ale také zlepší kvalitu lidského života.

Konflikt zájmů

Autoři prohlašují, že nejsou ve střetu zájmů.

Poděkování

Tato práce byla podpořena Čínskou lékařskou univerzitou (CMU103-S-25); China Medical University Hospital (DMR-101-065,DMR-103-099); ministerstvo vědy a technologie na Tchaj-wanu (NSC 102-2632-B-039-001-MY3, MOST 104-2632-B-039-002) ​​a částečně tchajwanské ministerstvo zdravotnictví a sociální péče pro klinické zkoušky a výzkumné centrum of Excellence (MOHW105-TDU-B-212-133019).

Doplňkové materiály

Doplňkový materiál spojený s tímto článkem lze nalézt v online verzi na adrese doi:10.1016/j.phymed.2017.01.006.

Od: 'Molekulární cesty související s podporou dlouhověkosti a kognitivním zlepšenímCistanche tubulosav Drosophila' odWei-Yong Lin a kol

--W.-Y. Lin a kol. / Fytomedicína 26 (2017) 37–44

Reference

Burke, SN, Barnes, CA, 2010. Senescentní synapse a dynamika hipokampálního okruhu. Trendy Neurosci. 33, 153–161.

Costa, RM, Honjo, T., Silva, AJ, 2003. Deficity učení a paměti u mutantních myší Notch. Curr. Biol. 13, 1348–1354.

Dato, S., Crocco, P., D'Aquila, P., de Rango, F., Bellizzi, D., Rose, G., Passarino, G., 2013. Zkoumání role genetické variability a životního stylu v oxidativním reakce na stres pro zdravé stárnutí a dlouhověkost. Int. J. Mol. Sci. 14, 16443–16472.

Dubnau, J., Grady, L., Kitamoto, T., Tully, T., 2001. Narušení neurotransmise v těle houby Drosophila blokuje vyhledávání, ale ne získávání paměti. Příroda 411, 476–480.

Franceschini, A., Szklarczyk, D., Frankild, S., Kuhn, M., Simonovic, M., Roth, A., Lin, J., Minguez, P., Bork, P., von Mering, C. , Jensen, LJ, 2013. STRING v9.1: sítě interakce protein-protein se zvýšeným pokrytím a integrací. Nucleic Acids Res. 41, D808–D815.

Furukawa, H., Singh, SK, Mancusso, R., Gouaux, E., 2005. Uspořádání a funkce podjednotek v NMDA receptorech. Příroda 438, 185–192.
Gao, L., Peng, XM, Huo, SX, Liu, XM, Yan, M., 2015. Zlepšení paměti Acteosidem (Verbascoside) v modelu senescentních myší vyvolané kombinací D-gal a AlCl3. Phytother. Res. 29, 1131–1136.
Guo, Q., Zhou, Y., Wang, CJ, Huang, YM, Lee, YT, Su, MH, Lu, J., 2013. Otevřená, placebem nekontrolovaná studie oCistanche tubulosaglykosidové tobolky (Memoregain((R))) pro léčbu středně těžké Alzheimerovy choroby. Dopoledne. J. Alzheimer's Dis. Jiný Demen. 28, 363–370.
Hands, SL, Proud, CG, Wyttenbach, A., 2009. Role mTOR ve stárnutí: syntéza proteinů nebo autofagie? Stárnutí (Albany NY) 1, 586–597.
Jiang, Z., Wang, J., Li, X., Zhang, X., 2016. Echinacoside andCistanche tubulosa(Schenk) R. Wight zmírňuje poškození varlat a spermií vyvolané bisfenolem A u potkanů ​​prostřednictvím steroidogenních enzymů regulovaných osou gonád. J. Ethnopharmacol 193, 321–328.
Jiao, X., Sherman, BT, Huang da, W., Stephens, R., Baseler, MW, Lane, HC, Lempicki, RA, 2012. DAVID-WS: stavová webová služba pro usnadnění analýzy seznamu genů/proteinů. Bioinformatika 28, 1805–1806.
Johnson, SC, Rabinovitch, PS, Kaeberlein, M., 2013. mTOR je klíčovým modulátorem stárnutí a nemocí souvisejících s věkem. Příroda 493, 338–345.
Kanfi, Y., Naiman, S., Amir, G., Peshti, V., Zinman, G., Nahum, L., Bar-Joseph, Z., Cohen, HY, 2012. Sirtuin SIRT6 reguluje délku života u mužů myši. Příroda 483, 218–221.
Kenyon, C., 2005. Plasticita stárnutí: pohledy od dlouhověkých mutantů. Cela 120, 449–460.
Le Bourg, E., 2001. Oxidační stres, stárnutí a dlouhověkost u Drosophila melanogaster. FEBS Lett. 498, 183–186.
Lehtinen, MK, Yuan, Z., Boag, PR, Yang, Y., Villen, J., Becker, EB, DiBacco, S., de la Iglesia, N., Gygi, S., Blackwell, TK, Bonni, A., 2006. Konzervovaná signální dráha MST-FOXO zprostředkovává reakce na oxidační stres a prodlužuje životnost. Cela 125, 987–1001.
Lemieux, ME, Yang, X., Jardine, K., He, X., Jacobsen, KX, Staines, WA, Harper, ME, McBurney, MW, 2005. Sirt1 deacetyláza moduluje signální dráhu inzulinového růstového faktoru v savců. Mech. Aging Dev. 126, 1097–1105.
Li, F., Yang, X., Yang, Y., Guo, C., Zhang, C., Yang, Z., Li, P., 2013. Antiosteoporotická aktivita echinakosidu u krys po ovariektomii. Fytomedicína 20, 549–557.
Li, Z., Lin, H., Gu, L., Gao, J., Tzeng, CM, 2016. Herba Cistanche (Rou Cong-Rong): jeden z nejlepších farmaceutických darů tradiční čínské medicíny. Front Pharmacol. 7, 41.
Lin, S., Ye, S., Huang, J., Tian, ​​Y., Xu, Y., Wu, M., Wang, J., Wu, S., Cai, J., 2013. How do Chinese léky, které tonizují ledviny, inhibují apoptózu dopaminergních neuronů? Neural Regen. Res. 8, 2820–2826.

Oosthuyse, B., Moons, L., Storkebaum, E., Beck, H., Nuyens, D., Brusselmans, K., Van Dorpe, J., Hellings, P., Gorselink, M., Heymans, S. , Theilmeier, G., Dewerchin, M., Laudenbach, V., Vermylen, P., Raat, H., Acker, T., Vleminckx, V., Van Den Bosch, L., Cashman, N., Fujisawa, H., Drost, MR, Sciot, R., Bruyninckx, F., Hicklin, DJ, Ince, C., Gressens, P., Lupu, F., Plate, KH, Robberecht, W., Herbert, JM, Collen , D., Carmeliet, P., 2001. Delece prvku odezvy na hypoxii v promotoru vaskulárního endoteliálního růstového faktoru způsobuje degeneraci motorických neuronů. Nat. Genet. 28, 131–138.

Peng, XM, Gao, L., Huo, SX, Liu, XM, Yan, M., 2015. Mechanismus posílení paměti Acteosidem (Verbascoside) v modelu Senescent Mouse indukovaném kombinací D-gal a AlCl3. Phytother, Res. 29, 1137–1144.
Presente, A., Andres, A., Nye, JS, 2001. Požadavek Notch v dospělosti pro neurologické funkce a dlouhověkost. Neuroreport 12, 3321–3325.
Rivard, A., Berthou-Soulie, L., Principe, N., Kearney, M., Curry, C., Branellec, D., Semenza, GL, Isner, JM, 2000. Věkem závislý defekt růstu cévního endotelu exprese faktoru je spojena se sníženou hypoxií indukovatelnou aktivitou faktoru 1. J. Biol. Chem. 275, 29643–29647.
Saura, CA, Choi, SY, Beglopoulos, V., Malkani, S., Zhang, D., Rao, Shankaranarayana, Chattarji, BS, Kelleher, S., 3rd, RJ, Kandel, ER, Duff, K., Kirkwood , A., Shen, J., 2004. Ztráta funkce presenilin způsobuje poruchy paměti a synaptické plasticity následované věkem závislou neurodegenerací. Neuron 42, 23–36.
Schimanski, LA, Barnes, CA, 2010. Syntéza nervových proteinů během stárnutí: účinky na plasticitu a paměť. Front Aging Neurosci. 2. Seok, J., Kim, TS, Kwon, HJ, Lee, SP, Kang, MH, Kim, BJ, Kim, MN, 2015. ÚčinnostCistanche Tubulosaa výtažky z Laminaria Japonica (MK-R7) doplňují v prevenci vzorovaného vypadávání vlasů a podporují zdraví pokožky hlavy. Clin. Nutr. Res. 4, 124–131.
Tang, YP, Wang, H., Feng, R., Kyin, M., Tsien, JZ, 2001. Diferenciální účinky obohacení na funkci učení a paměti u transgenních myší NR2B. Neurofarmakologie 41, 779–790.
van der Horst, A, Burgering, BM, 2007. Zdůraznění role FoxO proteinů v délce života a nemoci. Nat. Mol. Buňka. Biol. 8, 440–450.
Wang, T., Chen, C., Yang, M., Deng, B., Kirby, GM, Zhang, X., 2016.Cistanche tubulosaethanolový extrakt zprostředkovává hladiny pohlavních hormonů u potkanů ​​indukcí testikulárních steroidgenních enzymů. Pharm. Biol. 54, 481–487.
Wang, T., Zhang, X., Xie, W., 2012.Cistanche deserticolaYC Ma, "Pouštní ženšen": recenze. Dopoledne. J. Chin. Med. 40, 1123–1141.
Wang, X., Zhang, J., Lu, L., Zhou, L., 2015. Účinek dlouhověkosti echinacosidu u Caenorhabditis elegans zprostředkovaný prostřednictvím daf-16. Biosci. Biotechnol. Biochem. 79, 1676–1683.
Whitaker, R., Faulkner, S., Miyokawa, R., Burhenn, L., Henriksen, M., Wood, JG, Helfand, SL, 2013. Zvýšená exprese Drosophila Sir2 prodlužuje životnost způsobem závislým na dávce. Stárnutí (Albany NY) 5, 682–691.
Wu, ČR, Lin, HC, Su, MH, 2014. Reverze pomocí vodných extraktůCistanche tubulosaz behaviorálních deficitů v modelu potkanů ​​podobných Alzheimerově chorobě: význam pro ukládání amyloidu a funkci centrálního neurotransmiteru. Doplněk BMC. Alternativní. Med. 14, 202.
Xia, S., Miyashita, T., Fu, TF, Lin, WY, Wu, CL, Pyzocha, L., Lin, IR, Saitoe, M., Tully, T., Chiang, AS, 2005. NMDA receptory zprostředkovávají čichové učení a paměť u Drosophila. Curr. Biol. 15, 603–615.
Zhang, K., Ma, X., He, W., Li, H., Han, S., Jiang, Y., Wu, H., Han, L., Ohno, T., Uotsu, N., Yamaguchi, K., Ma, Z., Tu, P., 2014. Extrakty z Cistanche deserticola mohou antagonizovat imunosenescenci a prodloužit životnost u myší s akcelerací senescence
Myši Prone 8 (SAM-P8). Evid. Založený doplněk. Alternativa. Med. 2014, 601383.
Zhao, Q., Gao, J., Li, W., Cai, D., 2010. Neurotrofické a neurozáchranné účinky echinakosidu u subakutního MPTP myšího modelu Parkinsonovy choroby. Brain Res. 1346, 224–236.