Molekularni putovi povezani s promicanjem dugovječnosti i kognitivnim poboljšanjem Cistanche Tubulosa u Drosophili

za više informacija:ali.ma@wecistanche.com

Wei-Yong Lin i sur

Sažetak:

Pozadina:Smatra se da je proces starenja, uključujući fizičku disfunkciju i oštećenje pamćenja povezano sa starenjem (AMI), u korelaciji s kumulativnim oksidativnim oštećenjima i signalnim putovima inzulina/IGF-1. Svrha: Ova studija je bila razjasniti in vivo učinci na odgađanje starenja i ublažavanje AMI i temeljni molekularni mehanizmiCistanche tubulosa(CT), biljka koja se koristi u tradicionalnoj kineskoj medicini za poboljšanje spolne funkcije i liječenje disfunkcije bubrega

Metode:Mušice, liječene i neliječene CT-om(Cistanche Tubulosa), promatrani su za životni vijek, otpornost na oksidativni stres s H2O2 ili parakvatom, test gladovanja, kognitivno ponašanje s T-labirintom i razine prijepisa ciljnih gena s kvantitativnom RT-PCR.

Rezultati:Primjena CT-a(Cistanche Tubulosa)produljen srednji i maksimalni životni vijek i povećana otpornost na oksidativni stres kod muha. CT(Cistanche Tubulosa)suplementacija je također poboljšala formiranje pamćenja kod mladih mušica i potisnula AMI nakon starenja. Nekoliko gena i signalnih putova, uključujući mehaničku metu rapamicina (mTOR) i Notch mreže, identificirani su kao uzročnici ovih farmakoloških učinaka i promjena u ekspresiji gena glutamatnih receptora.

Zaključak:Naši rezultati pokazuju da CT(Cistanche Tubulosa)suplementacija može pridonijeti usporavanju fenotipa starenja i ublažavanju kognitivno-bihevioralnog pada kod mušica, što ukazuje na potencijalnu primjenjivost za poboljšanje ljudskog zdravlja i smanjenje osjetljivosti na poremećaje povezane sa starenjem.

Ključne riječi:Starenje,Cistanche tubulosa,Kognitivno ponašanje, Herb

Kliknite za Cistanche stem proizvode

Uvod

Kako se starija populacija diljem svijeta povećava, omogućavanje zdravog starenja i dugovječnosti postaje sve važnija javnozdravstvena briga za znanost, društvo i područje medicinske skrbi. Pretpostavlja se da proces starenja kontroliraju složeni mehanizmi, potaknuti širokom međuigrom genetskih i okolišnih čimbenika. Zbog postupnih oštećenja na staničnoj i tkivnoj razini, dob je čimbenik rizika za sklonost kroničnim bolestima poput raka te kardiovaskularnim i neurodegenerativnim bolestima iu visokoj je korelaciji s njom (Kenyon, 2005.). Starenje također smanjuje sinaptičku aktivnost, sintezu novih proteina i kognitivnu funkciju. Ove funkcionalne promjene pridonose oštećenju pamćenja povezanom sa starenjem (AMI) (Burke i Barnes, 2010.; Schimanski i Barnes, 2010.). Stoga bi razvoj lijekova za odgađanje patologije povezane sa starenjem i kognitivnog starenja mogao biti koristan za kvalitetu ljudskog života. U ovoj smo studiji upotrijebili Drosophilu melanogaster, koja je idealan organizam za in vivo studije starenja zbog svog kratkog životnog vijeka, kako bismo procijenili učinkovitost lijeka i istražili molekularne mehanizme koji leže u osnovi ublažavanja starenja i AMI.

Herbacistanche, također poznata pod svojim kineskim imenom Rou CongRong, je parazitska biljka koja je uglavnom rasprostranjena u pustinjama sjeverozapadne Kine. Dvije vrste Cistanche, Cistanche deserticolaY. C. Ma iCistanchetubuloza(Schrenk) Wight uključeni su u Kinesku farmakopeju (izdanje iz 2005.) zbog sličnih kemijskih sastojaka i farmakoloških aktivnosti. Ekstrakt njihove stabljike naširoko se koristi tisućama godina kao tonik, uglavnom za liječenje različitih simptoma, uključujući slabu funkciju bubrega, impotenciju, neplodnost i za olakšavanje katarze, kao što je opisano u drevnim kineskim medicinskim knjigama. Brojni kemijski sastojci, uključujući eterična ulja, feniletanoidne glikozide (PhG), iridoide, lignane i saharide, izolirani su izCistanchevrste, a dvije glavne PhG komponente, akteozid i ehinakozid obično se odabiru kao markeri za procjenu kvalitete Herba cistanche zbog njihovog značajnog farmakološkog djelovanja (Wang et al., 2012.).

Cistanche tubulosa(CT) ekstrakti posjeduju različite biološke funkcije koje uključuju modulaciju imunološke aktivnosti, poboljšanje seksualne funkcije, poticanje rasta kose i druge dobrobiti na antioksidaciju, hepatoprotekciju, antiosteoporotsku aktivnost i antitumor (Li i sur., 2016.; Seok i sur., 2015.). ; Wang i sur., 2012). Osim toga, in vitro studija otkrila je da Herbacistancheekstrakt može zaštititi neurone slične dopaminu od oksidativnog oštećenja izazvanog H2O2- i značajno povećati razine faktora rasta živaca i neurotrofnog faktora koji potiče iz mozga (Lin et al., 2013.). Ehinakozid je spriječio smrt dopaminskih neurona u mišjem modelu Parkinsonove bolesti oštećenom MPTP-om (Zhao et al., 2010.). Štoviše, CT(Cistanche Tubulosa)ekstrakt je ublažio kognitivnu disfunkciju smanjenjem taloženja amiloida i povećanjem razina acetilkolina i dopamina u štakorskom modelu Alzheimerove bolesti (AD) (Wu et al., 2014.). Iako je terapijski učinak Herbacistanchei dalje je potrebno potvrditi kliničko ispitivanje CT-a male veličine, ne-placebom kontrolirano(Cistanche Tubulosa)Ekstrakti glikozida pokazali su da lijek ima potencijal za liječenje bolesnika s blagim do umjerenim AD-om i da ima relativno blage nuspojave, čak i nakon dugotrajne primjene (Guo et al., 2013.). Ovi podaci sugeriraju da su glikozidni ekstrakti u Herbicistancheimaju neuroprotektivne i antidementne učinke. Unatoč raznim dobrobitima CT-a(Cistanche Tubulosa), njegovi molekularni mehanizmi i učinci na odgađanje starenja i ublažavanje AMI nisu razjašnjeni. U ovoj studiji, učinci CT-a(Cistanche Tubulosa)značajno produljenje životnog vijeka, poboljšana otpornost na stres iz okoliša i potisnuta kognitivna disfunkcija povezana sa starenjem ispitana je kako bi se odredila moguća klinička korisnost CT-a(Cistanche Tubulosa)u usporavanju procesa starenja.

Materijali i metoda

Biljna medicina

Identifikacija podrijetlaCistanche tubulosa(Schrenk) Wight(Orobanchaceae) (CT) je verificiran u Ko Da PharmaceuticalCo. Ltd. (Taoyuan, Tajvan), gdje se čuvaju uzorci vaučera (10,603,205) i proizvodi CT koncentrirani biljni lijek. Ukratko, osušena mesnata stabljika CT-a ekstrahirana je u 12-kratno prokuhanu vodu 1 h nakon čega je uslijedila filtracija. Filtrati su sakupljeni i podvrgnuti vakuumu i koncentraciji pod sniženim tlakom 1 h da se dobiju ekstrakti. CT ekstrakti su pomiješani sa škrobom u omjeru 1:1 (w/w) i podvrgnuti granulaciji raspršivanjem za dobivanje CT praha.

Održavanje zaliha muha i mjerenje životnog vijeka

Divlji tip mušice korišten u ovoj studiji bio je CantonS, dobiven iz Bloomington Drosophila Stock Center. Muhe su uzgajane i održavane u standardnom mediju kukuruznog brašna na 25 stupnjeva i 50-60 posto relativne vlažnosti u ciklusu 12- h svjetlo-tama. Odrasle muhe koje su se pojavile sakupljene su unutar 24 sata i razdvojene po spolu. Od rane odrasle dobi, muhe su dopunjene CT-om. CT(Cistanche Tubulosa)prašak je otopljen u vodi i dodan mediju kukuruznog brašna u koncentracijama od 5,4, 10,8 i 21,6 mg/ml, koje su bile proporcionalne efektivnoj dnevnoj dozi za oralnu primjenu kod ljudi. U analizi životnog vijeka, dvadeset do trideset muha uzgajano je u bočici s hranom sa ili bez CT-a(Cistanche Tubulosa); najmanje 250 muha je provedeno za svaki tretman. Bočice s hranom mijenjane su svaka 3 do 4 dana i tada su se brojale mrtve muhe

Testovi otpornosti na stres

Odrasle muhe su sakupljene, a zatim prethodno tretirane kontrolnom dijetom bez CT-a(Cistanche Tubulosa)i eksperimentalne dijete s dodatkom 5,4, 10.8 i 21,6 mg/ml CT-a tijekom 20 dana na 25 stupnjeva. Za analizu gladovanja, muhe su držane u bočicama samo s mokrim papirima i procijenjena je njihova otpornost na oksidativni stres izazvan gladovanjem. Za testove oksidativnog stresa, muhe su prebačene u bočice bez hrane koje su sadržavale filter papir s vodikovim peroksidom (H2O2) (Sigma Aldrich) u 5-postotnoj otopini glukoze kako bi se izmjerila otpornost mušica na H2O2-inducirani hidroksilni radikal (OH −) stres. Slično, muhe su prebačene u bočice koje sadrže filter papir zasićen s 10 mM parakvata (Sigma-Aldrich), koji stvara superoksidne anione (O2-) koji uzrokuju oksidacijska oštećenja životinja. Muhe su ocjenjivane na smrtnost najmanje tri puta dnevno dok sve nisu umrle. Izvršeno je najmanje 250 muha po tretmanu. Za penjanje, recimo, mušice izložene parakvatu 0 i 16 sati stavljene su u plastičnu bočicu i nježno udarene o dno. Broj muha na vrhu bočice izbrojan je nakon 18 sekundi penjanja.

Procjena plodnosti

I djevičanski mužjaci i ženke hranjeni su 5,4 i 10,8 mg/ml CT-a(Cistanche Tubulosa)20 dana služili su kao eksperimentalne skupine. Deset pokusnih ženki pareno je s jednakim brojem djevičanskih mužjaka koji su bili stari 9-dan i nisu primili CT. Slično tome, eksperimentalni mužjaci su pareni s djevičanskim ženkama u istim uvjetima. Sparene ženke mušica su zatim prebačene u novu bočicu za polaganje jaja na 24 sata, a ukupna jajašca položena u bočice su ručno prebrojana. Indeks plodnosti izračunat je kao srednja dnevna proizvodnja jaja po ženki. Provedeno je najmanje pet bočica po tretmanu, a ukupno muha n=50–80.

Olfaktorno asocijativno učenje i pamćenje

Muhe su sakupljene nakon eklozije i prethodno tretirane s 5,4, 10,8 i 21,6 mg/ml CT-a(Cistanche Tubulosa)služile su kao eksperimentalne skupine, a kontrolne muhe nisu primile CT(Cistanche Tubulosa)5 i 20 dana na 25 stupnjeva. Provedeno je jedno ispitivanje treninga prema prethodnoj studiji (Dubnau et al., 2001). Ukratko, približno 100 muha bilo je uzastopno izloženo dvama mirisima, ili 3-oktanolu (OCT, Sigma-Aldrich) ili 4-metil cikloheksanolu (MCH, Sigma-Aldrich). Muhe izložene prvom mirisu (uvjetovani podražaj, CS plus ) uparene su s električnim šokovima od 80 V, a zatim su primile drugi miris (CS-) bez šokova. Sposobnost učenja određena je odmah nakon treninga i sposobnosti 3- i {{ 12}}h memorija provela je testove nakon treninga za 3 odnosno 24 sata. Za izvođenje testa, trenirane muhe su bile zarobljene u odabranu točku T-labirinta u kojem su bile izložene istovremeno OCT i MCH. Izračunat je indeks učinka (PI) koji predstavlja izbjegavanje neugodnih mirisa. PI od nula označava distribuciju 50:50, a API od 100 pokazuje distribuciju 0:100 od CS plus mirisa.

Mjerenja razine prijepisa putem kvantitativne PCR (qPCR) u stvarnom vremenu

Muhe su sakupljene nakon eklozije i prethodno tretirane s 5,4 i 10,8 mg/ml CT-a(Cistanche Tubulosa)20 dana na 25 stupnjeva služile su kao eksperimentalne skupine, a kontrolne muhe nisu primile CT. Ukupna RNA ekstrahirana je korištenjem RNeasy Mini kompleta (Qiagen), a cDNA je sintetizirana iz ukupne RNA reakcijom obrnute transkripcije korištenjem High-Capacity cDNA Reverse Transcription (Thermo Fisher Scientific). Razine prijepisa ciljnih gena kvantificirane su kvantitativnom lančanom reakcijom polimeraze u stvarnom vremenu (Applied Biosystems ViiATM 7 Real-Time PCR System) pomoću FastStart SYBR Green Master (Roche) prema uputama proizvođača. Relativne količine transkripata normalizirane su uporabom metode praga komparativnog ciklusa s ahousekeeping genom, RpLP0, kao internim standardom. Relativne razlike u ekspresiji ciljnih gena eksperimentalnih skupina normalizirane su na one kontrolne skupine i predstavljene kao višestruka promjena. Početnice za ciljne gene navedene su u Dodatnoj tablici 1.

Izgradnja i analiza mreže

Za analizu funkcionalne interpretacije i bioloških procesa posredovanih različito izraženim genima koje smo identificirali, baza podataka za označavanje, vizualizaciju i integrirano otkriće (DAVID) korištena je za označavanje i analizu obogaćivanja Kyoto Encyclopedia of Genes and Genome (KEGG) puta i gena Ontologija za te gene (Jiao et al., 2012). Kako bi se analizirale izravne i neizravne interakcije različito izraženih gena, popis gena također je prenesen u Search Tool for the Retrieval of Interacting Genes/Proteins (STRING) kako bi se dohvatile informacije o interakciji i generirale mreže interakcije proteina (Franceschini et al., 2013).

Statistička analiza

Svi eksperimenti su provedeni s najmanje tri nezavisna ponavljanja, a statističke analize su provedene sa softverom SigmaStat v3.5 (Systat Software, Inc., IL). Podaci o produljenju životnog vijeka i izazovima oksidativnog stresa izvedeni su s ukupnim brojem muha u rasponu od 250–350, a log-rank test je procijenjen za različite analize. Grupne usporedbe za procjenu plodnosti i kognitivni test procijenjene su jednosmjernom analizom varijance (ANOVA), nakon čega je slijedio Dunnettov post-hoc test. Ostale eksperimentalne usporedbe napravljene su provođenjem Studentovog t-testa u usporedbi s kontrolnom skupinom. Podaci su predstavljeni kao srednja vrijednost ± SEM, a p-vrijednost < 0,05="" smatrana="" je="">

Rezultati

Dodatak CT (Cistanche Tubulosa) produljuje životni vijek muhe

Kako bi se ispitalo je li CT(Cistanche Tubulosa)suplementacija može produžiti životni vijek muhe, mušicama je dodano 5,4, 10,8 i 21,6 mg/ml CT-a odmah nakon eklozije na 25 stupnjeva tijekom eksperimentalnih postupaka. Naši podaci pokazuju da je CT(Cistanche Tubulosa)suplementacija može produljiti životni vijek i mužjaka i ženki muha. Kao što je prikazano na sl. Kao što je prikazano na slici 1A, životni vijek mužjaka produljen je svim dozama CT-a(Cistanche Tubulosa). Prosječni životni vijek skupina koje su suplementirane s 5,4, 10,8 i 21,6 mg/ml CT-a značajno se povećao za 18,9 posto, 10,3 posto odnosno 9,9 posto. CT(Cistanche Tubulosa)također je značajno povećao maksimalni životni vijek svih CT skupina u usporedbi s kontrolnom skupinom s 88 na 102, 98 i 102 dana nakon tretmana s 5,4, 10,8 i 21,6 mg/ml CT-a.(Cistanche Tubulosa), odnosno. Kod žena CT(Cistanche Tubulosa)značajno povećao prosječni životni vijek CT skupina u usporedbi s kontrolnom skupinom (slika 1B). Prosječna životna dob povećala se do 18,8 posto s 5,4 mg/ml CT-a(Cistanche Tubulosa)i 5,5 posto i 6,7 posto s 10,8 odnosno 21,6 mg/mlof CT. Također smo uočili da je maksimalni životni vijek značajno produljen s 91 dana (kontrole) na 109, 98 i 102 dana nakon tretmana s 5,4, 10,8 i 21,6 mg/ml CT-a.(Cistanche Tubulosa), odnosno; maksimalna veličina povećanja maksimalnog životnog vijeka bila je 19,8 posto pri 5,4 mg/ml CT-a(Cistanche Tubulosa). Naši rezultati sugeriraju da CT(Cistanche Tubulosa)dodatak prehrani značajno produljuje životni vijek mužjaka i ženki muha. Kurkumin (10 μM) korišten je kao pozitivna kontrola i učinkovit u produljenju životnog vijeka, kao što je prikazano na Dodatnoj slici 1.

Dodatak CT-u povećava otpornost na gladovanje i oksidativni stres

Produljenje životnog vijeka često je povezano s povećanom otpornošću na oksidativni stres tijekom procesa starenja. Procijenili smo je li CT(Cistanche Tubulosa)suplementacija povećava otpornost na oksidativni stres. Muške i ženke mušica prethodno su tretirane različitim dozama CT-a(Cistanche Tubulosa)20 dana i procijenjeno njihovo preživljavanje nakon gladovanja (slika 2A). Srednje vrijeme preživljavanja i maksimalni životni vijek oba spola, u usporedbi s onima kontrolne skupine, pokazali su značajna povećanja u skupinama koje su primale 5,4 i 10,8 mg/ml CT, ali ne iu21 .6 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa)skupina. Prethodno tretirane mušice također su procijenjene na njihov opstanak nakon izazova s ​​H2O2 i parakvatom, koji proizvode reaktivne kisikove vrste (ROS) da potaknu stanično starenje i smrt stanice. Otkrili smo da CT(Cistanche Tubulosa)zaštitio i muške i ženke od toksičnosti H2O2 i produžio njihov srednji i maksimalni životni vijek (Slika 2B, p < 0.01 i 0,001, pri 5,4 i 10,8 mg/ml CT-a(Cistanche Tubulosa), odnosno). Također je primijećen sličan trend koji pokazuje povećanu otpornost na izazove parakvatom. Muške mušice hranjene svim dozama CT-a, a ženke, posebno one kojima je dodana doza od 5,4 mg/ml CT-a(Cistanche Tubulosa) (Cistanche Tubulosa), preživjeli su dulje od kontrola (Slika 3A, p < 0.001).="" što="" se="" tiče="" sposobnosti="" penjanja,="" i="" mužjaci="" i="" ženke="" su="" primili="" 10,8="" mg/ml="">(Cistanche Tubulosa)pokazali su oslabljenu lokomotornu disfunkciju izazvanu paraquatom 16 h nakon paraquatchallenge (Slika 3B, svi p < 0.05).="" ovi="" rezultati="" otkrivaju="" da="" suplementacija="" ct-om="" poboljšava="" otpornost="" na="" neki="" oksidativni="" stres,="" sugerirajući="" da="">(Cistanche Tubulosa)-inducirano produljenje životnog vijeka povezano je s povećanom antioksidativnom obranom.

Učinci CT-a (Cistanche Tubulosa) na reproduktivnu sposobnost

Budući da teorija starenja ukazuje na to da proces starenja negativno utječe na reprodukciju, ispitali smo je li CT(Cistanche Tubulosa)utjecao na reproduktivnu sposobnost analizirajući sposobnost polaganja jaja odraslih muha. Odrasle muhe sakupljene su nakon eklozije, razdvojene po spolu i davane su im 5,4 i 10,8 mg/ml CT-a(Cistanche Tubulosa)za 20 dana. Virgin mužjaci ili ženke mušica kojima je primijenjen CT(Cistanche Tubulosa)su pareni s 9-dnevnim muhama kojima nije primijenjen CT(Cistanche Tubulosa). Uočili smo povećanje dnevnog broja položenih jaja po ženki ovisno o dozi, točnije 30,3 posto i 57,2 posto starih muha tretiranih s 5,4 i 10,8 mg/ml CT-a.(Cistanche Tubulosa), odnosno, u usporedbi s kontrolama (slika 4, p < 0.05).="" ovi="" podaci="" sugeriraju="" da="">(Cistanche Tubulosa)suplementacija bi mogla olakšati reproduktivnu sposobnost kod starijih žena, ali vjerojatno ne i kod starijih muškaraca.

CT (Cistanche Tubulosa) suplementacija poboljšava kognitivne sposobnosti

Utvrdili smo je li CT(Cistanche Tubulosa)suplementacija povoljno utječe na sposobnost učenja i pamćenja, proveden je jedan ciklus olfaktornoasocijativnog treninga. Ocjenjujemo uspješnost učenja kao i 3- i 24-h memoriju, koja se smatra srednjoročnom odnosno dugoročnom memorijom. Prvo, mušicama su dodane različite doze CT-a(Cistanche Tubulosa)za 5 dana. Sposobnost učenja bila je slična iu CT iu kontrolnoj skupini (slika 5A). Što se tiče 3-h memorije, CT od 10,8 mg/ml(Cistanche Tubulosa)grupa imala je veći indeks performansi (PI) od kontrolne skupine (Slika 5B, 51,5 ± 3,2 u odnosu na 42,6 ± 2,1), iako nema značajne razlike. Štoviše, 5,4 i 10,8 mg/ml CT-a(Cistanche Tubulosa)značajno je poboljšalo {{0}}h pamćenje muha u usporedbi s kontrolama (Slika 5C, PI=41.6 ± 3,6 i 45,9 ± 3.0 naspram 29,6 ± 2,9, respektivno , p < 0.05="" i="" 0.01).="" ovi="" rezultati="" su="" pokazali="" da="" ct="" suplementacija="" poboljšava="" formiranje="" pamćenja="" kod="" mladih="" mušica.="" drugo,="" dok="">(Cistanche Tubulosa)suplementacija povećala dugovječnost i otpornost muha na oksidaciju, dodatno smo utvrdili može li suplementacija također poboljšati kognitivno ponašanje kod starijih muha. Muhama je davana standardna hrana sa ili bez 5,4, 10,8 i 21,6 mg/ml CT-a.(Cistanche Tubulosa)20 dana za oponašanje starenja; muhe nadopunjene ovim dozama CT-a(Cistanche Tubulosa)imali značajno viši PI učenja (67,6 ± 1,9, 72,5 ± 0.5, odnosno 75,2 ± 1,3) od kontrolne skupine (58.0 ± 2.0; slika 5D , p < 0.001), što sugerira da je CT(Cistanche Tubulosa)ima povoljan učinak na odgađanje opadanja učenja povezanog s godinama. Slični rezultati također su otkrili da 5,4 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa)grupa je imala učinkovitije zadržavanje memorije u {{0}}h (Slika 5E, 47,5 ± 1,9 u odnosu na kontrolu37.{{10}} ± 2,9, p < 0,05)="" i="" 24-="" h="" testovi="" pamćenja="" (slika="" 5f,="" 31,8="" ±="" 3,8="" u="" odnosu="" na="" kontrolu="" 19,3="" ±="" 2,4,="" p="">< 0,01).="" ovi="" rezultati="" pokazuju="" da="">(Cistanche Tubulosa)suplementacija ne samo da poboljšava formiranje pamćenja kod mladih mušica, već također odgađa oštećenje kognitivnog ponašanja i održava učinkovitije učenje i sposobnost pamćenja s godinama.

Molekularni putovi povezani s promicanjem dugovječnosti i kognitivnim poboljšanjem suplementacije CT-om

CT(Cistanche Tubulosa)suplementacija suzbija AMI i produljuje životni vijek. Stoga smo zaključili da bi se geni povezani s AMI i dugovječnošću mogli odrediti procjenom diferencijalne ekspresije između kontrolne i 5,4 i 10,8 mg/ml CT skupina putem qPCR-a. Promjene u ekspresiji gena muha tretiranih CT-om uspoređene su s onima u kontrolnoj skupini prikazane su na slici 6A. Pojačana ekspresija nekoliko ciljnih gena, uključujući Sirt6, Sir2, Sod, p38b i Sirt2, mogla bi biti uključena u proces starenja. Razine transkripta S6k, raptor, Psn, Rpd3 i N također su porasle, što sugerira da CT(Cistanche Tubulosa)suplementacija mijenja prijenos signala njihTOR i Notch putova. Osim toga, dodatak CT značajno je utjecao na ekspresiju mRNA Nmdar1, Nmdar2 i SkpA. Kako bi se istaknule CT-relevantne interakcije proteina koje produljuju životni vijek i poboljšavaju učenje i pamćenje, stvorena je mreža proteinskih interakcija qPCR pregledanih gena temeljena na literaturi (Slika 6B). Svaki čvor predstavlja jedan protein, dok svaki rub označava jednu interakciju temeljenu na literaturi. Čvorovi su grupirani prema KEGG putu i biološkom procesu genske ontologije (GOBP). Kao što je prikazano na slici 6B, interakcija GOBP neuroaktivni ligand-receptor, koja utječe na učenje i pamćenje, i drugi GOBP starenja, koji je u korelaciji sa životnim vijekom, povezani su s Notch signalnim putem. Osim toga, na GOBP starenja utječe signalni put mTOR. Značaj prekomjerne ekspresije gena izazvane CT-om na ovim GOBP-ovima i putevima opisan je u odjeljku Rasprave.

Slika 6. Mrežna analiza različito izraženih gena. Mušice prethodno tretirane s 5,4 i 10,8 mg/ml CT-a(Cistanche Tubulosa)i kontrolne dijete na 25 stupnjeva tijekom 20 dana prikupljene su za kvantificiranje diferencijalne ekspresije gena. (A) Relativne razine transkripta ciljnih gena u odnosu na kontrole kvantificirane su pomoću qPCR-a. n=4 za svaku grupu. (B) Upregulirani geni uključeni u prijenos staničnog signala i njihova mreža interakcija. Čvorovi predstavljaju gene. Geni s prekomjernom ekspresijom zaokruženi su zelenom bojom. Rubovi predstavljaju interakcije među genskim produktima. Tipovi interakcija na slici su označeni različitim bojama. (Za tumačenje referenci na boju u ovoj legendi slike, čitatelj se upućuje na web verziju ovog članka.)

Rasprava

Neravnoteža između stvaranja i eliminacije slobodnih radikala endogenim antioksidativnim obrambenim sustavima može uzrokovati oksidativno oštećenje tkiva s godinama; stoga se nagađa da slobodni radikali igraju ključnu ulogu u starenju (Dato et al., 2013.). Ovdje smo pokazali taj CT(Cistanche Tubulosa)suplementacija kod muha produljuje životni vijek i rezultira visokom tolerancijom na oksidativna oštećenja uzrokovana H2O2 i parakvatom kod oba spola. Studije u korelaciji s CT-om(Cistanche Tubulosa)i antistarenje, manje su istraženi, ali ekstrakti iz C. deserticola, mogu produžiti životni vijek kod miševa 8 (SAM-P8)sklonih ubrzanom starenju (Zhang et al., 2014.) i ehinakozid, jedan od glavnih spojeva koji postoje u CT-u , povoljno utječe na produljenje životnog vijeka i otpornost na stres kod C. elegans (Wang et al., 2015.).

Nedavne studije na životinjama pokazale su da ehinakozid ima zaštitne učinke protiv toksičnosti testisa izazvane bisfenolom A i pojačava biosintezu testosterona indukcijom testikularnih steroidnih enzima, uključujući CYP11A1, 3 -HSD i CYP17A1 (Jiang et al., 2016.). CT(Cistanche Tubulosa)etanolni ekstrakt također potiče održivost i kvalitetu sperme u štakora (Wang i sur., 2016.). Iako je korelacija između CT(Cistanche Tubulosa)a estrogen tek treba istražiti, jedna je studija izvijestila da ehinakozid značajno povećava ekspresiju estrogenskih receptora, slično skupini liječenoj estradiolom u štakora s ovariektomijom (Li et al., 2013.). Budući da je reproduktivni kapacitet u negativnoj korelaciji s dobi (Kenyon, 2005.), ispitali smo ima li CT koristi kod starijih muha. CT utječe na reproduktivnu sposobnost(Cistanche Tubulosa)primijećen je samo kod ženki, što sugerira da bi ženke mogle bolje reagirati na CT(Cistanche Tubulosa)dopunu. Ovi rezultati otkrivaju da CT može imati učinak sličan spolnim hormonima i odgoditi reproduktivno starenje, u skladu s kliničkom upotrebom CT-a(Cistanche Tubulosa)za liječenje seksualne disfunkcije kod ljudi.

Akteozid može razjasniti zaštitne učinke na smanjenje apoptoze neurona i gubitka pamćenja u modelu miša u starijoj dobi izazvani kombinacijom D-galaktoze i AlCl3, sugerirajući da bi CT mogao imati neuroprotektivna svojstva i svojstva poboljšanja pamćenja (Gao et al., 2015.; Peng i sur., 2015). Naši podaci pokazuju da se formiranje pamćenja poboljšalo kod mladih muha koje su dobile dodatak CT-u. Stoga smo procijenili je li CT(Cistanche Tubulosa)suplementacija je korisna za zadržavanje pamćenja nakon starenja jer je poznato da kognitivne funkcije opadaju u normalnom starenju. Naši su rezultati otkrili da se nekoliko vrsta AMI-a, uključujući učenje, 3- i 24-pamćenje, može ublažiti CT-om(Cistanche Tubulosa)suplementacije 20 dana.Prema navedenim rezultatima CT(Cistanche Tubulosa)suplementacija može imati korisne učinke na dugovječnost i poboljšanje formiranja pamćenja, kao i dovoljno odgoditi AMI.

Korištenje životinjskih modela olakšava identifikaciju potencijalnih mehanizama i ovisnosti o putu CT-a(Cistanche Tubulosa)usporiti starenje mozga i odgoditi AMI na staničnoj razini. Usredotočili smo se na molekularne mehanizme koji leže u osnovi starenja, prijenosa neurona i oksidativnog stresa i zaključili da bi se geni povezani s AMI i dugovječnošću mogli identificirati ispitivanjem diferencijalne ekspresije između kontrolne i CT skupine putem qPCR-a. Notch signalni put visoko je očuvan među vrstama od Drosophile do ljudi; izražava se u središnjem živčanom sustavu odrasle osobe za neuralnu plastičnost i regulira neuralnu diferencijaciju zajedno sa svojim inhibicijskim otupljivanjem tijekom razvoja (Presente et al., 2001). Miševi koji nose heterozigotnu mutaciju Notcha imaju nedostatak u prostornom učenju i pamćenju (Costa et al., 2003). Presenilin (Psn) je potreban za aktiviranje cijepanja Notch-a u unutarstaničnu domenu Notch-a, a izbacivanje Psn-a uzrokuje oštećenje sinaptičke plastičnosti i formiranje pamćenja (Saura et al., 2004.). Naši podaci su otkrili povećanje regulacije Notch i Psn u CT-u ovisno o dozi(Cistanche Tubulosa)dopunjene mušice, s nepromijenjenom razinom ekspresije utrnulosti, što implicira Notch signalni put kao snažan mehanizam poboljšanja pamćenja CT dopunom. Uz Notch signalizaciju, N-metil-D-aspartatni receptor (NMDAR), ionski kanal u neuronima vođen glutamatom i D-serinom, kontrolira sinaptičku plastičnost i funkciju pamćenja (Furukawa et al., 2005). Genom Drosophile sadrži dva NMDAR podjedinice, Nmdar1 i Nmdar2, i obje su ključne u funkciji pamćenja. Obaranje Nmdar1 kod Drosophile otežava učenje i pamćenje (Xia et al., 2005), dok prekomjerna ekspresija Nmdar2 kod miševa poboljšava učenje i pamćenje (Tang et al., 2001). Naši podaci pokazali su povećanje regulacije Nmdar1 i Nmdar2 ovisno o dozi kod muha s dodatkom CT-a, što ukazuje na još jedan potencijalni mehanizam poboljšanja pamćenja pomoću CT-a(Cistanche Tubulosa)dopunu.

Klasa O puta transkripcijskog faktora forkhead box (FoxO) očuvana je među vrstama i kritična je u metabolizmu, toleranciji na stres i produljenju životnog vijeka (Lehtinen et al., 2006.). Posttranslacijske modifikacije, uključujući fosforilaciju, acetilaciju i ubikvitilaciju, reguliraju aktivnost FoxOs (van der Horst i Burgering, 2007). Tihi informacijski regulator 2 (Sir2; homolog kod sisavaca poznat je kao SIRT1) regulira aktivnost FoxO kroz deacetilaciju i utječe na životni vijek životinja povezan s putem faktora rasta sličnog inzulinu (IGF) (Lemieux et al., 2005). Sirt6 defosforilira FoxO kako bi produžio životni vijek kod mužjaka miševa (Kanfi et al., 2012.). Naši podaci otkrili su pojačanu regulaciju Sir2 i Sirt6 kod muha s dodatkom CT-a, što implicira da bi regulacija FoxO pomoću Shirtsa mogla biti snažan mehanizam produljenja životnog vijeka pomoću CT-a(Cistanche Tubulosa)dopunu. Slobodni radikali koji nastaju tijekom metaboličkih procesa uzrokuju oštećenje DNK i proteina, što dovodi do skraćivanja životnog vijeka. Sir2 je također gen odgovora na oksidativni stres (Whitaker et al., 2013), a pretjerano izražena superoksid dismutaza (SOD), koja pretvara O2− u H2O2 i konačno u H2O pomoću katalaze i glutation peroksidaze, navodno produljuje životni vijek kod muha ( Le Bourg, 2001). Naši podaci otkrili su regulaciju Sod i Sir2 ovisnu o dozi u muha s dodatkom CT-a, što sugerira da bi antioksidativni putovi mogli biti snažan mehanizam produljenja životnog vijeka pomoću CT-a(Cistanche Tubulosa)dopunu.

Još jedan ključni put u starenju reguliran je mTOR kompleksima mTORC1 i mTORC2, od kojih oba potiču oslikavanje organizma na evolucijski konzervativan način. Signali s inzulinskog receptora aktiviraju mTORC1 putem fosfoinozitid3-kinaze–Akt puta za promicanje sinteze proteina i upale te za inhibiciju autofagije i glikolize korištenjem različitih proteina nizvodno (Johnson et al., 2013.). Sintezu proteina aktivira ribosomska proteinska S6 kinaza (S6K), koja tvori petlju negativne povratne sprege za inhibiciju signalizacije inzulinskog receptora (Hands i sur., 2009.). Inhibicijski cilj mTORC1 je Drosophila protein sličan (sima), čiji je homolog kod sisavaca poznat kao faktor 1 alfa inducibilan hipoksijom (HIF1). HIF1 igra zaštitnu ulogu protiv oštećenja krvnih žila i motoričkih neurona ovisnih o dobi (Oosthuyse et al., 2001; Rivard et al., 2000). Naši podaci otkrili su nepromijenjenu razinu ekspresije podjedinica mTOR kompleksa, uključujući Tor, rictor i raptor, dok CT(Cistanche Tubulosa)suplementacija ovisno o dozi regulirana naviše S6K i sima, što ukazuje na zaštitnu ulogu CT-a(Cistanche Tubulosa)protiv aktivnosti mTOR-a.

Zaključci

Unatoč identificiranju nekih impliciranih putova, dugovječnost i visoka inteligencija pridonose CT-om(Cistanche Tubulosa)Intervencija može biti apoligena osobina na koju utječe međuigra više gena, a drugi genetski čimbenici koje nismo razjasnili također mogu modulirati proces starenja. Za starije osobe, održavanje poželjne tjelesne kondicije i kognitivnih sposobnosti kako bi se odgodila ili spriječila demencija i kronične bolesti trebalo bi biti ključno postignuće iz studija o starenju. Jer CT(Cistanche Tubulosa), poznat kao "pustinjski ginseng", ima izrazito ljekovito djelovanje na jačanje bubrežnog yanga, koji hrani sve organe i nadopunjuje vitalnu esenciju u tradicionalnoj kineskoj medicini, vjerujemo da naša studija pruža dokaze koji podupiru kliničko liječenje CT-a(Cistanche Tubulosa)i mogao bi pružiti vrijedan uvid u razvoj novih lijekova ili dodataka hrani ne samo za odgodu starenja i bolesti povezanih sa starenjem, već i za poboljšanje kvalitete ljudskog života.

Sukob interesa

Autori izjavljuju da nisu u sukobu interesa.

Priznanja

Ovaj je rad podržalo Kinesko medicinsko sveučilište (CMU103-S-25); Kineska medicinska sveučilišna bolnica (DMR-101-065,DMR-103-099); Ministarstvo znanosti i tehnologije u Tajvanu (NSC 102-2632-B-039-001-MY3, MOST 104-2632-B-039-002), i djelomično Tajvansko Ministarstvo zdravstva i socijalne skrbi Centar za klinička ispitivanja i istraživanja izvrsnosti (MOHW105-TDU-B-212-133019).

Dopunski materijali

Dodatni materijal povezan s ovim člankom može se pronaći u internetskoj verziji na doi:10.1016/j.phymed.2017.01.006.

Iz: 'Molekularni putovi povezani s promicanjem dugovječnosti i kognitivnim poboljšanjemCistanche tubulosau Drosophila' poWei-Yong Lin i sur

--W.-Y. Lin i sur. / Fitomedicina 26 (2017) 37–44

Reference

Burke, SN, Barnes, CA, 2010. Stare sinapse i dinamika hipokampalnog kruga. Trends Neurosci. 33, 153–161.

Costa, RM, Honjo, T., Silva, AJ, 2003. Deficiti učenja i pamćenja kod Notch mutantnih miševa. Curr. Biol. 13, 1348–1354.

Dato, S., Crocco, P., D'Aquila, P., de Rango, F., Bellizzi, D., Rose, G., Passarino, G., 2013. Istraživanje uloge genetske varijabilnosti i načina života u oksidativnom odgovor na stres za zdravo starenje i dugovječnost. Int. J. Mol. Sci. 14, 16443–16472.

Dubnau, J., Grady, L., Kitamoto, T., Tully, T., 2001. Poremećaj neurotransmisije u tijelu gljive Drosophila blokira vraćanje, ali ne i stjecanje pamćenja. Priroda 411, 476–480.

Franceschini, A., Szklarczyk, D., Frankild, S., Kuhn, M., Simonović, M., Roth, A., Lin, J., Minguez, P., Bork, P., von Mering, C. , Jensen, LJ, 2013. STRING v9.1: mreže protein-protein interakcije, s povećanom pokrivenošću i integracijom. Nucleic Acids Res. 41, D808-D815.

Furukawa, H., Singh, SK, Mancusso, R., Gouaux, E., 2005. Raspored i funkcija podjedinica u NMDA receptorima. Priroda 438, 185–192.
Gao, L., Peng, XM, Huo, SX, Liu, XM, Yan, M., 2015. Poboljšanje pamćenja akteozida (verbaskozida) u modelu starijih miševa induciranog kombinacijom D-gal i AlCl3. fitoter. Res. 29, 1131–1136.
Guo, Q., Zhou, Y., Wang, CJ, Huang, YM, Lee, YT, Su, MH, Lu, J., 2013. Otvorena, placebom kontrolirana studija oCistanche tubulosaglikozidne kapsule (Memoregain((R))) za liječenje umjerene Alzheimerove bolesti. Am. J. Alzheimer Dis. Drugi Demen. 28, 363–370.
Hands, SL, Proud, CG, Wyttenbach, A., 2009. Uloga mTOR-a u starenju: sinteza proteina ili autofagija? Starenje (Albany NY) 1, 586–597.
Jiang, Z., Wang, J., Li, X., Zhang, X., 2016. Echinacoside iCistanche tubulosa(Schenk) R. Wight poboljšava oštećenje testisa i sperme izazvano bisfenolom A kod štakora pomoću steroidogenih enzima reguliranih osovinom gonada. J. Ethnopharmacol 193, 321–328.
Jiao, X., Sherman, BT, Huang da, W., Stephens, R., Baseler, MW, Lane, HC, Lempicki, RA, 2012. DAVID-WS: web usluga s praćenjem stanja za olakšavanje analize popisa gena/proteina. Bioinformatika 28, 1805–1806.
Johnson, SC, Rabinovitch, PS, Kaeberlein, M., 2013. mTOR je ključni modulator starenja i bolesti povezanih sa starenjem. Priroda 493, 338–345.
Kanfi, Y., Naiman, S., Amir, G., Peshti, V., Zinman, G., Nahum, L., Bar-Joseph, Z., Cohen, HY, 2012. Sirtuin SIRT6 regulira životni vijek kod muškaraca miševi. Priroda 483, 218–221.
Kenyon, C., 2005. Plastičnost starenja: uvidi dugovječnih mutanata. Ćelija 120, 449–460.
Le Bourg, E., 2001. Oksidativni stres, starenje i dugovječnost 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. Očuvani MST-FOXO signalni put posreduje u odgovorima na oksidativni stres i produljuje životni vijek. Ćelija 125, 987–1001.
Lemieux, ME, Yang, X., Jardine, K., He, X., Jacobsen, KX, Staines, WA, Harper, ME, McBurney, MW, 2005. Sirt1 deacetilaza modulira inzulinu sličan signalni put faktora rasta u sisavci. Mech. Starenje Dev. 126, 1097–1105.
Li, F., Yang, X., Yang, Y., Guo, C., Zhang, C., Yang, Z., Li, P., 2013. Antiosteoporotička aktivnost ehinakozida u štakora s ovariektomijom. Fitomedicina 20, 549–557.
Li, Z., Lin, H., Gu, L., Gao, J., Tzeng, CM, 2016. Herba Cistanche (Rou Cong-Rong): jedan od najboljih farmaceutskih darova tradicionalne kineske medicine. Front Pharmacol. 7, 41.
Lin, S., Ye, S., Huang, J., Tian, ​​Y., Xu, Y., Wu, M., Wang, J., Wu, S., Cai, J., 2013. Kako kineski lijekovi koji toniziraju bubrege inhibiraju apoptozu dopaminergičkih neurona? Neuralna 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. Brisanje elementa odgovora na hipoksiju u promotoru faktora rasta vaskularnog endotela uzrokuje degeneraciju motornog neurona. Nat. Genet. 28, 131–138.

Peng, XM, Gao, L., Huo, SX, Liu, XM, Yan, M., 2015. Mehanizam poboljšanja pamćenja akteozida (verbaskozida) u modelu senescentnog miša izazvan kombinacijom D-gal i AlCl3. Phytother, Res. 29, 1137–1144.
Presente, A., Andres, A., Nye, JS, 2001. Potreba za Notchom u odrasloj dobi za neurološku funkciju i dugovječnost. Neuroizvještaj 12, 3321–3325.
Rivard, A., Berthou-Soulie, L., Principe, N., Kearney, M., Curry, C., Branellec, D., Semenza, GL, Isner, JM, 2000. Defekt u rastu vaskularnog endotela ovisan o dobi Ekspresija faktora povezana je sa smanjenom aktivnošću faktora 1 induciranog hipoksijom. 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. Gubitak funkcije presenilina uzrokuje oštećenje pamćenja i sinaptičke plastičnosti nakon čega slijedi neurodegeneracija ovisna o dobi. Neuron 42, 23–36.
Schimanski, LA, Barnes, CA, 2010. Sinteza neuralnih proteina tijekom starenja: učinci na plastičnost i pamćenje. Front Aging Neurosci. 2. Seok, J., Kim, TS, Kwon, HJ, Lee, SP, Kang, MH, Kim, BJ, Kim, MN, 2015. UčinkovitostCistanche Tubulosai ekstrakt Laminaria Japonica (MK-R7) dodatak u sprječavanju ispadanja kose s šarama i promicanju zdravlja vlasišta. Clin. Nutr. Res. 4, 124–131.
Tang, YP, Wang, H., Feng, R., Kyin, M., Tsien, JZ, 2001. Diferencijalni učinci obogaćivanja na funkciju učenja i pamćenja kod NR2B transgenih miševa. Neuropharmacology 41, 779–790.
van der Horst, A, Burgering, BM, 2007. Ističući ulogu FoxO proteina u životnom vijeku i bolesti. Nat. Rev. Mol. Ćelija. Biol. 8, 440–450.
Wang, T., Chen, C., Yang, M., Deng, B., Kirby, GM, Zhang, X., 2016.Cistanche tubulosaetanolni ekstrakt posreduje u razini spolnih hormona štakora indukcijom steroidnih enzima testisa. Pharm. Biol. 54, 481–487.
Wang, T., Zhang, X., Xie, W., 2012.Cistanche deserticolaYC Ma, "Pustinjski ginseng": recenzija. Am. J. Chin. Med. 40, 1123–1141.
Wang, X., Zhang, J., Lu, L., Zhou, L., 2015. Učinak dugovječnosti ehinakozida u Caenorhabditis elegans posredovan preko daf-16. Biosci. biotehnologija. Biochem. 79, 1676–1683.
Whitaker, R., Faulkner, S., Miyokawa, R., Burhenn, L., Henriksen, M., Wood, JG, Helfand, SL, 2013. Povećana ekspresija Drosophile Sir2 produljuje životni vijek na način ovisan o dozi. Starenje (Albany NY) 5, 682–691.
Wu, CR, Lin, HC, Su, MH, 2014. Poništavanje vodenim ekstraktimaCistanche tubulosaiz poremećaja ponašanja u modelu štakora sličnom Alzheimerovoj bolesti: relevantnost za taloženje amiloida i funkciju središnjeg neurotransmitera. BMC komplement. Alternativa. 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 receptori posreduju olfaktorno učenje i pamćenje kod Drosophile. 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. Ekstrakti Cistanche deserticola mogu antagonizirati imunosenescenciju i produžiti životni vijek kod miševa ubrzanog starenja
Prone 8 (SAM-P8) miševi. Evid. Na temelju komplementa. Alternat. Med. 2014, 601383.
Zhao, Q., Gao, J., Li, W., Cai, D., 2010. Neurotrofični i neurospašavajući učinci ehinakozida u subakutnom MPTP mišjem modelu Parkinsonove bolesti. Brain Res. 1346, 224–236.