La metformina alleuja el deteriorament neurocognitiu en l'envelliment mitjançant l'activació de la via AMK/BDNF/PI3K PART 2

El glicòsid de cistanche també pot augmentar l'activitat de la SOD en els teixits del cor i del fetge, i reduir significativament el contingut de lipofuscina i MDA a cada teixit, eliminant eficaçment diversos radicals reactius d'oxigen (OH-, H₂O₂, etc.) i protegint contra els danys de l'ADN causats. per radicals OH. Els glucòsids feniletanoides de Cistanche tenen una forta capacitat d'eliminació dels radicals lliures, una capacitat reductora superior a la de la vitamina C, milloren l'activitat de SOD en la suspensió d'esperma, redueixen el contingut de MDA i tenen un cert efecte protector sobre la funció de la membrana espermàtica. Els polisacàrids de Cistanche poden millorar l'activitat de SOD i GSH-Px en eritròcits i teixits pulmonars de ratolins senescents experimentalment causats per D-galactosa, així com reduir el contingut de MDA i col·lagen al pulmó i el plasma, i augmentar el contingut d'elastina. un bon efecte d'eliminació de DPPH, allarga el temps d'hipòxia en ratolins senescents, millora l'activitat de SOD al sèrum i retarda la degeneració fisiològica del pulmó en ratolins senescents experimentalment Amb la degeneració morfològica cel·lular, els experiments han demostrat que Cistanche té la bona capacitat antioxidant. i té el potencial de ser un fàrmac per prevenir i tractar malalties de l'envelliment de la pell. Al mateix temps, l'echinacòsid a Cistanche té una capacitat significativa per eliminar els radicals lliures DPPH i pot eliminar espècies reactives d'oxigen, prevenir la degradació del col·lagen induïda pels radicals lliures i també té un bon efecte reparador sobre el dany dels anions dels radicals lliures de timina.

Feu clic a Suplement d'arrel de Cistanche anti-envelliment

【Per a més informació: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】

A més, l'activació de la senyalització AMPK suprimeix les reaccions inflamatòries mitjançant l'activació de SIRT129, estimulant les proteïnes FOXO35 i inhibint l'estrès ER i reduint l'estrès oxidatiu. Tots aquests mecanismes reprimiran posteriorment la senyalització de NF-κB i la neuroinflamació associada a l'envelliment36. A més dels seus efectes antiinflamatoris, AMPK participa en diverses activitats, com ara l'angiogènesi, la millora de l'autofàgia i la inducció de proteïnes mitocondrials16.

Tot i que s'han informat els rols protectors depenents d'AMPK en diferents contextos, les maneres independents d'AMPK de la metformina estan menys estudiades. El present estudi va revelar que hi va haver una baixada significativa del gen PI3K al grup D-gal en comparació amb el grup control, mentre que la coadministració de metformina va provocar una regulació del seu nivell en comparació amb el grup D-gal. PI3K/Akt és una de les vies de senyalització importants en la prevenció de l'apoptosi cel·lular. L'activació de PI3K pot ser seguida de la fosforilació Akt1. Akt1 pot inhibir la fosforilació de JNK3 que promou l'activació de c-Jun. C-Jun és una proteïna que pot induir l'expressió de proteïnes apoptòtiques37. Així, l'activació d'Akt1 donarà lloc a la inactivació de JNK3 i c-Jun i, aleshores, es millora la proporció de supervivència cel·lular. Per tant, vam explorar els efectes de la metformina sobre l'apoptosi cel·lular estudiant la reacció immunohistoquímica dels marcadors apoptòtics caspasa-3 i Bcl-2. Aquest estudi va revelar un augment en l'expressió del marcador apoptòtic caspasa-3 amb una reducció de l'expressió del marcador anti-apoptòtic Bcl-2 a l'hipocamp del grup D-gal en comparació amb el control grup. Donant suport als nostres resultats, estudis anteriors van confirmar que la ROS mitocondrial indueix l'activació d'un gran nombre de proteïnes apoptòtiques mitocondrials, donant lloc a l'apoptosi cel·lular i danys als òrgans38. Moltes proteïnes apoptòtiques estan estretament relacionades amb les proteïnes antiapoptòtiques en l'envelliment induït per la injecció de D-gal39. Se sap que la caspasa-3 és un factor clau de l'apoptosi en mamífers40. La proteïna Te Bcl-2 és un actor clau en la inhibició de l'apoptosi. És un factor conegut en l'envelliment cel·lular, i la seva sobreexpressió pot prevenir eficaçment l'apoptosi induïda pels radicals lliures41. Es creu comunament que Bcl-2 actua aigües avall de l'activació de la caspasa-3 i, per tant, s'inhibeix l'apoptosi42. Com es mostra als nostres resultats, l'administració de metformina disminueix significativament la relació Caspasa-3/Bcl-2. Aquests resultats provenen d'altres estudis que suggereixen que l'activació de l'AMPK per metformina regula l'expressió de la proteïna Bcl-2 de manera que protegeix contra la mort cel·lular apoptòtica induïda per D-gal i augmenta la viabilitat neuronal43.

BDNF és un candidat molecular interessant que podria ajudar a establir un vincle entre les alteracions moleculars i bioquímiques i els defectes de memòria associats a l'envelliment. La funció cognitiva òptima està relacionada amb una plasticitat neuronal eficient. Els defectes de memòria associats a l'envelliment podrien estar acoblats a alteracions en l'expressió i la regulació de proteïnes relacionades amb la plasticitat com el BDNF, que és un factor neurotròfic important. S'ha demostrat que la reducció de BDNF condueix a l'atròfia neuronal i la mort44.

El present estudi va revelar que el nivell de BDNF al grup D-gal era significativament més baix en comparació amb el grup control. Una disminució del BDNF i/o dels seus receptors en animals envellits va ser evident en estudis anteriors45. Mizisin et al. va suggerir que el metabolisme de la galactosa per aldosa reductasa va influir en la funció i l'estructura axonal alterant la producció de nervis i músculs BDNF46. Per contra, el tractament amb metformina es va associar amb un augment significatiu de BDNF en comparació amb el grup D-gal. Els nostres resultats estaven d'acord amb els informes publicats anteriorment que demostraven que la metformina regula el BDNF mitjançant l'activació d'AMPK47.

A causa del seu paper crític en la LTP, s'ha postulat que el BDNF és una part essencial del mecanisme cel·lular que suporta la formació i el manteniment de la memòria mitjançant la promoció de la consolidació sinàptica. El BDNF augmenta l'emmagatzematge de la memòria afavorint els canvis en la morfologia de la columna vertebral que condueixen a l'estabilització de la LTP. El BDNF també pot augmentar el nombre, la mida i la complexitat de les espines dendrítiques. A més, el BDNF augmenta la neurogènesi mitjançant canvis en la proliferació cel·lular10. La unió de BDNF als receptors TrkB indueix l'activitat de PI3K que inhibeix l'apoptosi i afavoreix la supervivència cel·lular22.

En conjunt, el nostre estudi suggereix que els efectes anti-envelliment de la metformina en la millora del deteriorament neurocognitiu podrien ser, almenys en part, a causa de l'activació de la via AMPK/BDNF/PI3K.

L'hipocamp té un paper important en l'aprenentatge i la consolidació de la memòria, així com en la conducta i la regulació de l'estat d'ànim, i on la plasticitat tant funcional com estructural es produeix fins a l'edat adulta. Estudis anteriors van informar que l'hipocamp pateix diversos canvis estructurals tant de forma grossa com a nivell cel·lular amb l'envelliment48. L'estudi H & E de l'hipocamp del grup D-gal va mostrar una degeneració neuronal severa amb múltiples cossos apoptòtics i gliosi. Aquest resultat es podria explicar pels efectes nocius de la d-galactosa en la inducció de l'estrès oxidatiu, la inflamació i l'apoptosi. A més, es van avaluar els nivells d'expressió d'una proteïna marcador sinàptic (sinaptofisina) a l'hipocamp. La sinaptofisina és un marcador de plasticitat sinàptica. S'utilitza com a marcador específic per al terminal presinàptic, i el seu nivell està relacionat amb la densitat sinàptica. Els nostres resultats van mostrar que l'expressió de sinaptofisina era significativament menor en el grup D-gal en comparació amb el grup control. Aquests resultats estaven en línia amb estudis reportats anteriorment que van demostrar un deteriorament de la sinaptogènesi induït per D-galinduït a l'hipocamp3. Tanmateix, el cotractament amb metformina amb D-gal va restaurar l'expressió de la sinaptofisina i l'estructura del teixit de l'hipocamp a nivells propers als seus respectius nivells de control. L'evidència ha demostrat que la metformina promou la neurogènesi humana i dels rosegadors i millora la formació de la memòria espacial24,41. L'augment de la densitat sinàptica i la neurogènesi a l'hipocamp va de la mà de la millora dels resultats de les proves neuroconductuals en aquest grup. Això es podria explicar pels efectes antioxidants, antiinflamatoris i antiapoptòtics de la metformina, que estan mediats per l'activació de la via de senyalització AMPK/BDNF/PI3K.

Conclusions

Les nostres troballes donen suport a l'ús de D-gal en el model de rata per dur a terme estudis relacionats amb l'envelliment. Vam concloure que la metformina podria alleujar el deteriorament de la memòria i els dèficits cognitius causats per l'envelliment. Els mecanismes probablement implicats són la millora de la neuroinflamació, l'atenuació de l'estrès oxidatiu, la millora de l'expressió de la proteïna anti-apoptòtica Bcl-2, així com la promoció de la neurogènesi i la plasticitat sinàptica. Creiem que aquests mecanismes podrien estar mediats mitjançant l'activació de la via AMPK/BDNF/PI3K. Segons el que sabem, aquest és el primer estudi que demostra l'acció de la metformina en la millora del deteriorament cognitiu en rates envellides mitjançant l'activació d'aquesta via. Per tant, els nostres resultats suggereixen que la metformina és un agent anti-envelliment útil.

Disponibilitat de dades

Publicat en línia: 12 d'octubre de 2022

Referències

1. Cheng, S.-M. et al. Efectes antiapoptòtics de la diosgenina al cervell envellit induït per d-galactosa. Am. J. Chin. Med. 48(02), 391–406 (2020).

2. Feng, Q., Chen, B., Wang, C., Nie, C. i Li, T. Mecanismes sota metformina i rapamicina com a fàrmacs anti-envelliment. Preimpressió d'Autorea (2020).

3. Nam, SM et al. L'àcid ascòrbic mitiga l'envelliment cerebral induït per la d-galactosa augmentant la neurogènesi de l'hipocamp i millorant la funció de memòria. Nutrients 11(1), 176 (2019).

4. Hou, Y. et al. L'envelliment com a factor de risc de malalties neurodegeneratives. Nat. Rev. Neurol. 15(10), 565–581 (2019).

5. Tsai, S.-J. & Yin, M.-C. Efectes antiglicatius i antiinflamatoris de l'àcid protocatecuic al cervell de ratolins tractats amb d-galactosa. Química dels Aliments. Toxicol. 50, 3198–3205 (2012).

6. Zhang, Q., Li, X. i Cui, X. Neurogènesi lesionada d-galactosa a l'hipocamp de ratolins adults. Neurol. Res. 27, 552–556 (2005).

7. Fatemi, I. et al. Efecte protector de la metformina sobre el model d'envelliment induït per d-galactosa en ratolins. Iran J. Basic Med. Ciència. 21(1), 19–25 (2018).

8. Budni, J. et al. L'administració oral de d-galactosa indueix deterioraments cognitius i danys oxidatius en rates. Comportament. Cervell Res. 302, 35–43 (2015).

9. Rea, IM et al. L'edat i les malalties relacionades amb l'edat: paper dels desencadenants de la inflamació i les citocines. Davant. Immunol. 9, 586–586 (2018).

10. Miranda, M., Morici, JF, Zanoni, MB i Bekinschtein, P. Factor neurotròfic derivat del cervell: una molècula clau per a la memòria en el cervell sa i patològic. Davant. Cèl·lula. Neurosci. 13, 363–363 (2019).

11. Jinpiao, Z. et al. La metformina atenua el deteriorament neurocognitiu induït pel sevoflurà mitjançant l'autofàgia depenent d'AMPK-ULK1-en ratolins grans. Cervell Res. Bou. 157, 18–25 (2020).

12. Martin-Montalvo, A. et al. La metformina millora la salut i la vida útil dels ratolins. Nat. Commun. 4, 2192–2192 (2013).

13. Zhang, Q.-Q. et al. Teràpia amb metformina i disfunció cognitiva en pacients amb diabetis tipus 2: metaanàlisi i revisió sistemàtica. Medicina 99(10), e19378 (2020).

14. Zhao, M. et al. L'administració de metformina prevé el deteriorament de la memòria induït per la hipòxia hipobàrica a les rates. Comportament. Cervell Res. 363, 30–37 (2019).

15. Li, J., Deng, J., Sheng, W. i Zuo, Z. La metformina atenua la neuropatologia semblant a la malaltia d'Alzheimer en ratolins obesos i resistents a la leptina. Pharmacol. Bioquímica. Comportament. 101(4), 564–574 (2012).

16. Ge, XH et al. La metformina protegeix el cervell contra lesions d'isquèmia/reperfusió mitjançant les vies de senyalització PI3K/Akt1/JNK3 en rates. Physiol. Comportament. 170, 115–123 (2017).

17. Krzysztoforska, K. et al. L'administració d'àcid protocatecuic afecta la memòria i restableix el recanvi de serotonina de l'hipocamp i cortical en un model de rata de deteriorament de la memòria induït per la d-galactosa oral. Comportament. Cervell Res. 368, 111896 (2019).

18. Zou, W. et al. El sulfur d'hidrogen millora la disfunció cognitiva en rates diabètics induïdes per estreptozotocina: implica la supressió de l'estrès del reticle endoplasmàtic de l'hipocamp. Oncotarget 8(38), 64203–64216 (2017).

19. Xuan, AG et al. L'àcid valproic alleuja els defectes de memòria i atenua la deposició d'amiloide en un model de ratolí transgènic de la malaltia d'Alzheimer. Mol. Neurobiol. 51(1), 300–312 (2015).

20. Walf, AA i Frye, CA L'ús del laberint més elevat com a assaig del comportament relacionat amb l'ansietat en rosegadors. Nat. Protoc. 2(2), 322–328.

21. Dhingra, D. i Kumar, V. Activitat de millora de la memòria de la palmatina en ratolins amb laberint més elevat i laberint d'aigua de Morris. Adv. Pharmacol. Ciència.

22. Li, F., Gong, Q.-H., Wu, Q., Lu, Y.-F. & Shi, J.-S. La icariina aïllada d'Epimedium brevicornum Maxim atenua els dèficits d'aprenentatge i memòria induïts per la d-galactosa a les rates. Pharmacol. Bioquímica. Comportament. 96(3), 301–305 (2010).

23. Pourmemar, E. et al. La cerebrolisina intranasal atenua els problemes d'aprenentatge i memòria en la senescència induïda per D-galactosa en ratolins. Exp. Gerontol. 87 (Pt A), 16–22 (2017).

24. Oliveira, WH et al. Efectes de la metformina sobre la inflamació i la memòria a curt termini en ratolins diabètics induïts per estreptozotocina. Cervell Res. 1644, 149–160 (2016).

25. Meyza, KZ, Boguszewski, PM, Nikolaev, E. & Zagrodzka, J. L'edat augmenta l'ansietat i la reactivitat del circuit de por/ansietat en rates Lewis. Comportament. Cervell Res. 225(1), 192–200 (2011).

26. Kennedy, BK i Pennypacker, JK Drogues que modulen l'envelliment: el camí prometedor però difícil per davant. Trad. Res. 163(5), 456–465 (2014).

27. Chogtu, B. et al. Avaluació dels efectes aguts i crònics de la D-galactosa sobre la memòria i l'aprenentatge en rates Wistar. Clin. Psicofarmac. Neurosci. 16(2), 153–160 (2018).

28. El-Mir, MY et al. Paper neuroprotector del fàrmac antidiabètic metformina contra la mort de cèl·lules apoptòtiques a les neurones corticals primàries. J. Mol. Neurosci. 34(1), 77–87 (2008).

29. Ou, Z. et al. El tractament amb metformina prevé la deposició de placa amiloide i el deteriorament de la memòria en ratolins APP/PS1. Comportament cerebral. Immun. 69, 351–363 (2018).

30. Tao, L. et al. Efectes neuroprotectors de la metformina sobre lesions cerebrals traumàtiques en rates associades a la via de senyalització NF-κB i MAPK. Cervell Res. Bou. 140, 154–161 (2018).

31. Antero, S. & Kai, K. La proteïna quinasa activada per AMP (AMPK) controla el procés d'envelliment mitjançant una xarxa de senyalització integrada. Envelliment Res. Rev. 11(2), 230–241 (2012).

32. Meng, S. et al. La metformina activa la proteïna quinasa activada per AMP promovent la formació del complex heterotrimèric. J. Biol. Chem. 290(6), 3793–3802 (2015).

33. Ghadernezhad, N., Khalaj, L., Pazoki-Toroudi, H., Mirmasoumi, M. i Ashabi, G. El pretractament amb metformina millora l'aprenentatge i la memòria en la isquèmia cerebral anterior: el paper de la via de senyalització AMPK / BDNF / P70SK . Farmàcia. Biol. 54(10), 2211–2219 (2016).

34. Potter, WB et al. Regulació metabòlica de la plasticitat neuronal mitjançant el sensor d'energia AMPK. PLoS ONE 5(2), e8996 (2010).

35. Kauppinen, A., Suuronen, T., Ojala, J., Kaarniranta, K. i Salminen, A. Conversació antagònica entre NF-κB i SIRT1 en la regulació de la inflamació i els trastorns metabòlics. Cel·lular Signal 25(10), 1939–1948 (2013).

36. Salvadó, L. et al. L'oleat prevé l'estrès ER induït per àcids grassos saturats, la inflamació i la resistència a la insulina a les cèl·lules del múscul esquelètic mitjançant un mecanisme depenent de l'AMPK. Diabetologia 56(6), 1372–1382 (2013).

37. Qi, D. et al. La proteïna de xoc tèrmic 72 inhibeix la via de senyalització de la cinasa N-terminal 3 de c-Jun mitjançant Akt1 durant la isquèmia cerebral. J. Neurol. Ciència. 317(1–2), 123–129 (2012).

38. Chen, P., Chen, F. i Zhou, B. Efectes antioxidants, antiinflamatoris i antiapoptòtics de l'àcid elàgic al fetge i al cervell de rates tractades amb D-galactosa. Ciència. Rep 8(1), 1465 (2018).

39. D'Amelio, M., Cavallucci, V. i Cecconi, F. Senyalització de la caspasa neuronal-3: no només la mort cel·lular. La mort cel·lular difereix. 17(7), 1104–1114.

40. Feng, Y. et al. Àcid clorogènic p efectes antioxidants i antiinflamatoris en ratolins. Farmàcia. Biol. 54(6), 1027–1034 (2016).

41. Shaikh, NH, Deshmukh, VM i Walvekar, MV Alteració de la morfologia testicular i el recompte d'espermatozoides a causa del tractament amb glicowithanòlides durant l'envelliment. Asian J. Pharm. Clin. Res. 8(3), 72–77 (2015).

42. Grippa, A. et al. El complex de seipina Fld1/Ldb16 estabilitza els llocs de contacte de les gotes de lípids ER. J. Cell Biol. 211(4), 829–844 (2015).

43. Liu, C., Liang, B., Wang, Q., Wu, J. i Zou, M.-H. L'activació de la proteïna cinasa alfa1 activada per AMP alleuja l'apoptosi de les cèl·lules endotelials augmentant l'expressió de les proteïnes antiapoptòtiques Bcl-2 i la supervivència. J. Biol. Chem. 285(20), 15346–15355 (2010).

44. Takeda, M., Takahashi, M. i Matsumoto, S. La inflamació millora la supressió induïda pel factor neurotròfic derivat del cervell dels corrents de potassi dependents del voltatge en les neurones del ganglion trigemin de petit diàmetre que es projecten a la zona de transició del nucli del trigemin/interpolació caudal. . Neuroscience 261, 223–231 (2014).

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

46. ​​Mizisin, AP et al. El BDNF atenua els trastorns funcionals i estructurals en els nervis de rates alimentades amb galactosa. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 56(12), 1290–1301 (1997).

47. Chen, Q. et al. Reutilització d'agents antidiabètics com una nova oportunitat per alleujar el deteriorament cognitiu en els trastorns neurodegeneratius i neuropsiquiàtrics. Davant. Pharmacol. 12, 667874 (2021).

48. Bettio, LEB, Rajendran, L. & Gil-Mohapel, J. Els efectes de l'envelliment a l'hipocamp i el declivi cognitiu. Neurosci. Biobehav 79, 66–86 (2017).

Agraïments

Els autors agraeixen a la Facultat de Medicina de la Universitat Menoufa per oferir la majoria de les instal·lacions necessàries.

Aportacions dels autors

OA va dissenyar l'estudi i va coordinar el treball de laboratori, va realitzar els estudis amb animals, va realitzar experiments de biologia molecular, va analitzar les dades i va redactar el manuscrit. RMS va realitzar els estudis d'histopatologia i immunohistoquímica i va analitzar les dades. RAAAE va participar en el disseny de l'estudi, va realitzar estudis amb animals, va participar en l'anàlisi bioquímica i va ajudar a redactar el manuscrit. Tots els autors van aprovar la versió final del manuscrit. Els autors declaren que totes les dades es van generar internament i que no es va utilitzar cap fàbrica de paper.

Finançament

El finançament d'accés obert el proporciona Te Science, Technology & Innovation Funding Authority (STDF) en col·laboració amb Te Egyptian Knowledge Bank (EKB).

Interessos competitius

Els autors no declaren interessos en competència.

Informació adicional

La correspondència i les sol·licituds de materials s'han d'adreçar a OA

【Per a més informació: david.deng@wecistanche.com / WhatApp:86 13632399501】