Metforminul atenuează afectarea neurocognitivă în îmbătrânire prin activarea căii AMK/BDNF/PI3K PARTEA 2

Glicozidul cistanchei poate crește, de asemenea, activitatea SOD în țesuturile inimii și hepatice și poate reduce semnificativ conținutul de lipofuscină și MDA din fiecare țesut, eliminând eficient diferiți radicali reactivi de oxigen (OH-, H₂O₂ etc.) și protejând împotriva daunelor cauzate de ADN. prin radicalii OH. Glicozidele feniletanoide Cistanche au o capacitate puternică de captare a radicalilor liberi, o capacitate de reducere mai mare decât vitamina C, îmbunătățește activitatea SOD în suspensia de spermă, reduc conținutul de MDA și au un anumit efect protector asupra funcției membranei spermatozoizilor. Polizaharidele Cistanche pot spori activitatea SOD și GSH-Px în eritrocite și țesuturi pulmonare ale șoarecilor senescenți experimental cauzate de D-galactoză, precum și pot reduce conținutul de MDA și colagen în plămâni și plasmă și pot crește conținutul de elastină, au un bun efect de curățare asupra DPPH, prelungește timpul de hipoxie la șoarecii senescenți, îmbunătățește activitatea SOD în ser și întârzie degenerarea fiziologică a plămânilor la șoarecii senescenți experimental. Cu degenerarea morfologică celulară, experimentele au arătat că Cistanche are o bună capacitate antioxidantă. și are potențialul de a fi un medicament pentru prevenirea și tratarea bolilor de îmbătrânire a pielii. În același timp, echinacozidul din Cistanche are o capacitate semnificativă de a elimina radicalii liberi DPPH și poate elimina speciile reactive de oxigen, poate preveni degradarea colagenului indusă de radicalii liberi și, de asemenea, are un efect bun de reparare asupra daunelor anionice a radicalilor liberi de timină.

Faceți clic pe Supliment anti-îmbătrânire de rădăcină de Cistanche

【Pentru mai multe informații: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

De asemenea, activarea semnalizării AMPK suprimă reacțiile inflamatorii prin activarea SIRT129, stimulând proteinele FOXO35 și inhibând stresul ER și reducând stresul oxidativ. Toate aceste mecanisme vor reprima ulterior semnalizarea NF-kB și neuroinflamația asociată cu îmbătrânirea36. Pe lângă efectele sale antiinflamatorii, AMPK este implicată în diferite activități, inclusiv angiogeneză, îmbunătățirea autofagiei și inducerea proteinelor mitocondriale16.

Deși au fost raportate rolurile de protecție dependente de AMPK în diferite contexte, modurile independente de AMPK ale metforminei sunt mai puțin studiate. Studiul de față a arătat că a existat o reducere semnificativă a genei PI3K în grupul D-gal în comparație cu grupul de control, în timp ce administrarea concomitentă de metformină a condus la o reglare în creștere a nivelului său în comparație cu grupul D-gal. PI3K/Akt este una dintre căile importante de semnalizare în prevenirea apoptozei celulare. Activarea PI3K poate fi urmată de fosforilarea Akt1. Akt1 poate inhiba fosforilarea JNK3 care promovează activarea c-Jun. C-Jun este o proteină care poate induce expresia proteinelor apoptotice37. Prin urmare, activarea Akt1 va avea ca rezultat inactivarea JNK3 și c-Jun și, apoi, proporția de supraviețuire celulară este îmbunătățită. Prin urmare, am explorat efectele metforminei asupra apoptozei celulare prin studierea reacției imunohistochimice a markerilor apoptotici caspaza-3 și Bcl{-2. Acest studiu a relevat o creștere a expresiei markerului apoptotic caspazei-3 cu o reducere a expresiei markerului anti-apoptotic Bcl{-2 în hipocampul grupului D-gal în comparație cu controlul grup. Susținând rezultatele noastre, studiile anterioare au confirmat că ROS mitocondrial induce activarea unui număr mare de proteine ​​apoptotice mitocondriale, ducând la apoptoză celulară și leziuni ale organelor38. Multe proteine ​​apoptotice sunt strâns legate de proteinele anti-apoptotice în îmbătrânirea indusă de injectarea cu D-gal39. Caspaza-3 este cunoscută a fi un factor cheie al apoptozei la mamifere40. Proteina Te Bcl-2 este un jucător cheie în inhibarea apoptozei. Este un factor cunoscut în îmbătrânirea celulară, iar supraexpresia sa poate preveni eficient apoptoza indusă de radicalii liberi41. Se crede în mod obișnuit că Bcl-2 acționează în aval de activarea caspazei-3 și, astfel, apoptoza este inhibată42. După cum se arată în rezultatele noastre, administrarea de metformină scade semnificativ raportul Caspază-3/Bcl-2. Aceste rezultate au fost ale altor studii care sugerează că activarea AMPK de către metformină reglează în sus expresia proteinei Bcl-2, astfel încât protejează împotriva morții celulare apoptotice induse de D-gal și crește viabilitatea neuronală43.

BDNF este un candidat molecular interesant care ar putea ajuta la stabilirea unei legături între modificările moleculare și biochimice și defectele de memorie asociate cu îmbătrânirea. Funcția cognitivă optimă este legată de plasticitatea neuronală eficientă. Defecte de memorie asociate cu îmbătrânirea ar putea fi cuplate cu modificări în expresia și reglarea proteinelor legate de plasticitate, cum ar fi BDNF, care este un factor neurotrofic important. S-a demonstrat că reducerea BDNF duce la atrofie neuronală și moarte44.

Studiul de față a arătat că nivelul BDNF în grupul D-gal a fost semnificativ mai scăzut în comparație cu grupul de control. O scădere a BDNF și/sau a receptorilor săi la animalele în vârstă a fost evidentă în studiile anterioare45. Mizisin și colab. a sugerat că metabolismul galactozei de către aldoza reductază a influențat funcția și structura axonală prin modificarea producției de BDNF46 nervos și muscular. Dimpotrivă, tratamentul cu metformină a fost asociat cu o creștere semnificativă a BDNF în comparație cu grupul D-gal. Rezultatele noastre au fost în acord cu rapoartele publicate anterior, care au demonstrat că metforminul reglează BDNF prin activarea AMPK47.

Datorită rolului său critic în LTP, BDNF a fost postulat a fi o parte esențială a mecanismului celular care susține formarea și menținerea memoriei prin promovarea consolidării sinaptice. BDNF crește stocarea memoriei prin favorizarea modificărilor morfologiei coloanei vertebrale care conduc la stabilizarea LTP. BDNF poate crește, de asemenea, numărul, dimensiunea și complexitatea coloanelor dendritice. În plus, BDNF crește neurogeneza prin modificări în proliferarea celulară10. Legarea BDNF la receptorii TrkB induce activitatea PI3K care inhibă apoptoza și promovează supraviețuirea celulară22.

Luat împreună, studiul nostru sugerează că efectele anti-îmbătrânire ale metforminei în îmbunătățirea deficienței neurocognitive ar putea fi, cel puțin parțial, din cauza activării căii AMPK/BDNF/PI3K.

Hipocampul joacă un rol important în învățarea și consolidarea memoriei, precum și în comportamentele și reglarea dispoziției, și acolo unde atât plasticitatea funcțională, cât și cea structurală apar până la vârsta adultă. Studiile anterioare au raportat că hipocampul suferă mai multe modificări structurale atât grosolane, cât și la nivel celular odată cu îmbătrânirea48. Studiul H & E al hipocampului din grupul D-gal a arătat degenerare neuronală severă cu corpi apoptotici multipli și glioză. Acest rezultat ar putea fi explicat prin efectele nocive ale d-galactozei în inducerea stresului oxidativ, a inflamației și a apoptozei. În plus, am evaluat nivelurile de expresie ale unei proteine ​​marker sinaptice (sinaptofizina) în hipocamp. Sinaptofizina este un marker al plasticității sinaptice. Este folosit ca marker specific pentru terminalul presinaptic, iar nivelul acestuia este legat de densitatea sinaptică. Rezultatele noastre au arătat că expresia sinaptofizinei a fost semnificativ mai mică în grupul D-gal în comparație cu grupul de control. Aceste rezultate au fost în conformitate cu studiile raportate anterior care au demonstrat afectarea sinaptogenezei induse de D-gali în hipocamp3. Cu toate acestea, co-tratamentul cu metformină cu D-gal a restabilit expresia sinaptofizinei și structura țesutului hipocampic la niveluri apropiate de nivelurile lor de control respective. Dovezile au arătat că metformina promovează neurogeneza rozătoarelor și umane și îmbunătățește formarea memoriei spațiale24,41. Creșterea densității sinaptice și a neurogenezei în hipocamp merge mână în mână cu îmbunătățirea rezultatelor testelor neurocomportamentale la acest grup. Acest lucru ar putea fi explicat prin efectele antioxidante, antiinflamatorii și antiapoptotice ale metforminei, care sunt mediate de activarea căii de semnalizare AMPK/BDNF/PI3K.

Concluzii

Descoperirile noastre sprijină utilizarea D-gal în modelul de șobolan pentru a efectua studii legate de îmbătrânire. Am ajuns la concluzia că metformina ar putea atenua tulburările de memorie și deficitele cognitive cauzate de îmbătrânire. Mecanismele probabil implicate sunt ameliorarea neuro-inflamației, atenuarea stresului oxidativ, îmbunătățirea expresiei proteinei anti-apoptotice Bcl-2, precum și promovarea neurogenezei și plasticității sinaptice. Am crezut că aceste mecanisme ar putea fi mediate prin activarea căii AMPK/BDNF/PI3K. Din câte cunoștințele noastre, acesta este primul studiu care demonstrează acțiunea metforminei asupra îmbunătățirii deficiențelor cognitive la șobolanii în vârstă prin activarea acestei căi. Prin urmare, descoperirile noastre sugerează că metformina este un agent anti-îmbătrânire util.

Disponibilitatea datelor

Publicat online: 12 octombrie 2022

Referințe

1. Cheng, S.-M. et al. Efectele anti-apoptotice ale diosgeninei în creierul îmbătrânit indus de d-galactoză. A.m. J. Chin. Med. 48(02), 391–406 (2020).

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

3. Nam, SM și colab. Acidul ascorbic atenuează îmbătrânirea creierului indusă de d-galactoză prin creșterea neurogenezei hipocampului și îmbunătățirea funcției de memorie. Nutrienți 11(1), 176 (2019).

4. Hou, Y. şi colab. Îmbătrânirea ca factor de risc pentru boli neurodegenerative. Nat. Rev. Neurol. 15(10), 565–581 (2019).

5. Tsai, S.-J. & Yin, M.-C. Efectele antiglicative și antiinflamatorii ale acidului protocatecuic în creierul șoarecilor tratați cu d-galactoză. Food Chim. Toxicol. 50, 3198–3205 (2012).

6. Zhang, Q., Li, X. & Cui, X. neurogeneza lezată d-galactoză în hipocampul șoarecilor adulți. Neurol. Res. 27, 552–556 (2005).

7. Fatemi, I. et al. Efectul protector al metforminei asupra modelului de îmbătrânire indusă de d-galactoză la șoareci. Iran J. Basic Med. Sci. 21(1), 19–25 (2018).

8. Budni, J. şi colab. Administrarea orală de d-galactoză induce tulburări cognitive și leziuni oxidative la șobolani. Comportament. Brain Res. 302, 35–43 (2015).

9. Rea, IM și colab. Vârsta și bolile legate de vârstă: Rolul declanșatorilor de inflamație și al citokinelor. Față. Imunol. 9, 586–586 (2018).

10. Miranda, M., Morici, JF, Zanoni, MB & Bekinschtein, P. Factorul neurotrofic derivat din creier: O moleculă cheie pentru memorie în creierul sănătos și patologic. Față. Celulă. Neurosci. 13, 363–363 (2019).

11. Jinpiao, Z. şi colab. Metformina atenuează afectarea neurocognitivă indusă de sevofluran prin autofagie dependentă de AMPK-ULK1-la șoarecii în vârstă. Brain Res. Taur. 157, 18–25 (2020).

12. Martin-Montalvo, A. et al. Metformina îmbunătățește durata de sănătate și durata de viață la șoareci. Nat. comun. 4, 2192–2192 (2013).

13. Zhang, Q.-Q. et al. Terapia cu metformină și disfuncția cognitivă la pacienții cu diabet zaharat de tip 2: o meta-analiză și o revizuire sistematică. Medicină 99(10), e19378 (2020).

14. Zhao, M. şi colab. Administrarea de metformin previne afectarea memoriei induse de hipoxia hipobară la șobolani. Comportament. Brain Res. 363, 30–37 (2019).

15. Li, J., Deng, J., Sheng, W. & Zuo, Z. Metformin atenuează neuropatologia asemănătoare bolii Alzheimer la șoarecii obezi, rezistenți la leptină. Pharmacol. Biochim. Comportament. 101(4), 564–574 (2012).

16. Ge, XH şi colab. Metforminul protejează creierul împotriva leziunilor de ischemie/reperfuzie prin căile de semnalizare PI3K/Akt1/JNK3 la șobolani. Physiol. Comportament. 170, 115–123 (2017).

17. Krzysztoforska, K. și colab. Administrarea acidului protocatecuic afectează memoria și restabilește turnover-ul serotoninei din hipocamp și cortical într-un model de șobolan de afectare a memoriei indusă de d-galactoză orală. Comportament. Brain Res. 368, 111896 (2019).

18. Zou, W. et al. Hidrogenul sulfurat ameliorează disfuncția cognitivă la șobolanii diabetici induși de streptozotocină: implicând supresia în stresul reticulului endoplasmatic hipocampal. Oncotarget 8(38), 64203–64216 (2017).

19. Xuan, AG și colab. Acidul valproic atenuează defectele de memorie și atenuează depunerea de amiloid într-un model de șoarece transgenic al bolii Alzheimer. Mol. Neurobiol. 51(1), 300–312 (2015).

20. Walf, AA și Frye, CA. Utilizarea labirintului plus elevat ca un test al comportamentului legat de anxietate la rozătoare. Nat. Protoc. 2(2), 322–328.

21. Dhingra, D. și Kumar, V. Activitatea de îmbunătățire a memoriei a palmatinei la șoareci folosind labirintul crescut plus și labirintul de apă Morris. Adv. Pharmacol. Sci.

22. Li, F., Gong, Q.-H., Wu, Q., Lu, Y.-F. & Shi, J.-S. Icariina izolată din Epimedium brevicornum Maxim atenuează deficitele de învățare și memorie induse de d-galactoză la șobolani. Pharmacol. Biochim. Comportament. 96(3), 301–305 (2010).

23. Pourmemar, E. et al. Cerebrolizina intranazală atenuează tulburările de învățare și memorie în senescența indusă de D-galactoză la șoareci. Exp. Gerontol. 87(Pt A), 16–22 (2017).

24. Oliveira, WH et al. Efectele metforminei asupra inflamației și memoriei pe termen scurt la șoarecii diabetici induși de streptozotocină. Brain Res. 1644, 149–160 (2016).

25. Meyza, KZ, Boguszewski, PM, Nikolaev, E. & Zagrodzka, J. Vârsta crește anxietatea și reactivitatea circuitului frică/anxietate la șobolanii Lewis. Comportament. Brain Res. 225(1), 192–200 (2011).

26. Kennedy, BK & Pennypacker, JK Medicamente care modulează îmbătrânirea: calea promițătoare, dar dificilă. Transl. Res. 163(5), 456–465 (2014).

27. Chogtu, B. et al. Evaluarea efectelor acute și cronice ale D-galactozei asupra memoriei și învățării la șobolanii Wistar. Clin. Psihofarmac. Neurosci. 16(2), 153–160 (2018).

28. El-Mir, MY et al. Rolul neuroprotector al medicamentului antidiabetic metformin împotriva morții celulelor apoptotice în neuronii corticali primari. J. Mol. Neurosci. 34(1), 77–87 (2008).

29. Ou, Z. şi colab. Tratamentul cu metformin previne depunerea plăcii de amiloid și afectarea memoriei la șoarecii APP/PS1. Comportamentul creierului. Imun. 69, 351–363 (2018).

30. Tao, L. şi colab. Efectele neuroprotectoare ale metforminei asupra leziunilor cerebrale traumatice la șobolani asociate cu calea de semnalizare NF-κB și MAPK. Brain Res. Taur. 140, 154–161 (2018).

31. Antero, S. & Kai, K. protein kinaza activată de AMP (AMPK) controlează procesul de îmbătrânire printr-o rețea de semnalizare integrată. Imbatranire Res. Apoc. 11(2), 230–241 (2012).

32. Meng, S. şi colab. Metformina activează protein kinaza activată de AMP prin promovarea formării complexului heterotrimeric. J. Biol. Chim. 290(6), 3793–3802 (2015).

33. Ghadernezhad, N., Khalaj, L., Pazoki-Toroudi, H., Mirmasoumi, M. & Ashabi, G. Pretratamentul cu metformin a îmbunătățit învățarea și memoria în ischemia creierului anterior cerebral: Rolul căii de semnalizare AMPK/BDNF/P70SK . Farmacia. Biol. 54(10), 2211–2219 (2016).

34. Potter, WB et al. Reglarea metabolică a plasticității neuronale de către senzorul de energie AMPK. PLoS ONE 5(2), e8996 (2010).

35. Kauppinen, A., Suuronen, T., Ojala, J., Kaarniranta, K. & Salminen, A. Diafonie antagonistă între NF-kB și SIRT1 în reglarea inflamației și a tulburărilor metabolice. Cell Signal 25(10), 1939–1948 (2013).

36. Salvadó, L. și colab. Oleatul previne stresul ER indus de acizi grași saturati, inflamația și rezistența la insulină în celulele musculare scheletice printr-un mecanism dependent de AMPK. Diabetologia 56(6), 1372–1382 (2013).

37. Qi, D. şi colab. Proteina de șoc termic 72 inhibă calea de semnalizare a kinazei 3 N-terminale c-Jun prin Akt1 în timpul ischemiei cerebrale. J. Neurol. Sci. 317(1–2), 123–129 (2012).

38. Chen, P., Chen, F. & Zhou, B. Efectele antioxidante, antiinflamatorii și anti-apoptotice ale acidului elagic în ficat și creier la șobolani tratați cu D-galactoză. Sci. Rep. 8(1), 1465 (2018).

39. D'Amelio, M., Cavallucci, V. & Cecconi, F. Semnalizarea caspazei neuronale-3: nu numai moartea celulelor. Moartea celulară diferă. 17(7), 1104–1114.

40. Feng, Y. et al. Acidul clorogenic p efecte antioxidare și antiinflamatoare la șoareci. Farmacia. Biol. 54(6), 1027–1034 (2016).

41. Shaikh, NH, Deshmukh, VM & Walvekar, MV Alterarea morfologiei testiculare și a numărului de spermatozoizi din cauza tratamentului cu glicowithanolide în timpul îmbătrânirii. Asian J. Pharm. Clin. Res. 8(3), 72–77 (2015).

42. Grippa, A. şi colab. Complexul de seipin Fld1/Ldb16 stabilizează locurile de contact ale picăturilor de lipide ER. J. Cell Biol. 211(4), 829–844 (2015).

43. Liu, C., Liang, B., Wang, Q., Wu, J. & Zou, M.-H. Activarea proteinei kinazei alfa1 activată de AMP atenuează apoptoza celulelor endoteliale prin creșterea expresiei proteinelor anti-apoptotice Bcl-2 și supraviețuirii. J. Biol. Chim. 285(20), 15346–15355 (2010).

44. Takeda, M., Takahashi, M. & Matsumoto, S. Inflamația a îmbunătățit suprimarea indusă de factorul neurotrofic derivat din creier a curenților de potasiu dependenți de tensiune în neuronii ganglionului trigemen de diametru mic care se proiectează către zona de tranziție a nucleului trigemenului interpolează/caudala . Neuroscience 261, 223–231 (2014).

45. Joseph, J., Cole, G., Head, E. & Ingram, D. Nutriție, îmbătrânirea creierului și neurodegenerarea. J. Neurosci. 29(41), 12795–12801 (2009).

46. ​​Mizisin, AP și colab. BDNF atenuează tulburările funcționale și structurale la nivelul nervilor șobolanilor hrăniți cu galactoză. J. neuropathol. Exp. Neurol. 56(12), 1290–1301 (1997).

47. Chen, Q. şi colab. Reutilizarea agenților antidiabetici ca o nouă oportunitate de a atenua tulburările cognitive în tulburările neurodegenerative și neuropsihiatrice. Față. Pharmacol. 12, 667874 (2021).

48. Bettio, LEB, Rajendran, L. & Gil-Mohapel, J. Efectele îmbătrânirii în hipocampus și declinul cognitiv. Neurosci. Biobehav 79, 66–86 (2017).

Mulțumiri

Autorii mulțumesc Facultății de Medicină de la Universitatea Menoufa pentru furnizarea celor mai multe dintre facilitățile necesare.

Contribuții ale autorului

OA a proiectat studiul și a coordonat munca de laborator, a efectuat studiile pe animale, a efectuat experimente de biologie moleculară, a analizat datele și a redactat manuscrisul. RMS a efectuat studiile de histopatologie și imunohistochimie și a analizat datele. RAAAE a participat la proiectarea studiului, a efectuat studii pe animale, a participat la analiza biochimică și a ajutat la elaborarea manuscrisului. Toți autorii au aprobat versiunea finală a manuscrisului. Autorii declară că toate datele au fost generate intern și că nu a fost folosită nicio fabrică de hârtie.

Finanțarea

Finanțarea cu acces deschis este oferită de Te Science, Technology & Innovation Funding Authority (STDF) în cooperare cu Te Egyptian Knowledge Bank (EKB).

Interese concurente

Autorii nu declară interese concurente.

Informații suplimentare

Corespondența și cererile de materiale trebuie adresate OA

【Pentru mai multe informații: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】