Del 1|En kinesisk urteformel, Tonic The Kindney, forbedrer muskelatrofi via regulering av mitokondriell kvalitetskontrollprosess hos 5/6 nefrektomerte rotter

Kontakt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-post:audrey.hu@wecistanche.com

Dongtao Wang1,3, Jianping Chen2, Xinhui Liu1, Ping Zheng1, Gaofeng Song1, Tiegang Yi1,2 og Shunmin Li1

Muskelatrofi er en av de alvorlige komplikasjonene ved kronisk nyresykdom (CKD). Dysregulering av prosessen med mitokondriell kvalitetskontroll (MQC), inkludert redusert mitokondriell biogenese, svekker mitokondriell dynamikk og induserer aktivering av mitofagi, spiller en viktig rolle i å mediere muskelsvinn. Denne studien hadde som mål å observere effekten av Jian-Pi-Yi-Shen (JPYS) avkok på muskelatrofi hos CKD-rotter og utforske dens mulige mekanisme for regulering av MQC-prosesser. De 5/6 nefrektomiserte rottene ble tilfeldig fordelt i 2 grupper: CKD-gruppe og JPYS-gruppe. Dessuten var sham-opererte rotter en sham-gruppe. Alle rottene ble behandlet i 6 uker. Resultatene viste at administrering av JPYS-avkok forhindret kroppsvektstap, muskeltap, reduksjon av muskelfiberstørrelse, muskelproteinnedbrytning og økt muskelproteinsyntese. I tillegg økte JPYS-avkok mitokondrieinnholdet og biogeneseproteiner og nedregulerte autofagi- og mitofagiproteinene. Videre økte JPYS-avkok mitokondrielle fusjonsproteiner, mens de reduserte mitokondrielle fisjonsproteiner. Som konklusjon økte JPYS-avkok mitokondrieinnhold og biogenese, gjenopprettet balansen mellom fisjon og fusjon, og hemmet autofagi-lysosombanen (mitofagi). Samlet viste dataene våre at JPYS-avkok er gunstig for muskelatrofi ved CKD, som kan være assosiert med moduleringen av MQC-prosessen.

Cistanche tubulosa forhindrer nyresykdom, klikk her for å få prøven

Kronisk nyre sykdom(CKD) er preget av et progressivt tap i nyrefunksjon over en periode på måneder eller år. Enorme studier har blitt påvist at dens virkningsmekanisme er relatert til overdreven akkumulering av ekstracellulær matrise og podocyttap og betennelse, samt dysfunksjonene i lipidmetabolismen og aminometabolismen1–6. Noen få rapporter indikerte at CKD er assosiert med muskelatrofi, som direkte korrelerer med dødelighet og sykelighet7. Potensielle stimuli av muskelatrofi ved CKD inkluderer acidose, angiotensin II-produksjon, betennelse, oppregulering av ubiquitin-proteasom- og autofagi-lysosomsystemene (UPS og ALS), og dysregulering av prosesser for mitokondriell kvalitetskontroll (MQC)8, 9. Dessverre , forebyggende og terapeutiske intervensjoner som blokkerer muskelatrofi er fortsatt i de innledende utviklingsstadiene. Flere og flere pasienter aksepterte komplementære eller alternative terapier som tradisjonell kinesisk medisin (TCM)10–14. Vi undersøkte om aTradisjonell kinesisk medisin, Jian-Pi-Yi-Shen (JPYS) avkok, ville forhindre muskelatrofi ved å modulere MQC-prosessen.

UPS er anerkjent som den viktigste bidragsyteren til muskelproteolyse, ansvarlig for 50 prosent eller mer av den totale proteinnedbrytningen i skjelettmuskulaturen. UPS er den viktigste intracellulære proteinnedbrytningsveien, som 1Department of Nephrology, Shenzhen Traditional Chinese Medicine Hospital, Guangzhou University of Chinese Medicine, Shenzhen, 518033, Kina. 2Shenzhen Key Laboratory of Hospital Chinese Medicine Preparation, Shenzhen Traditional Chinese Medicine Hospital, Guangzhou University of Chinese Medicine, Shenzhen, 518033, Kina. 3Department of Nephrology, Ruikang Affiliated Hospital, Guangxi University of Chinese Medicine, Nanning, 530011, Kina. Dongtan Wang og Jianping Chen bidro like mye til dette arbeidet. Korrespondanse og forespørsler om materialer bør rettes til DW kan bryte ned myofibrilproteinene til deres komponenter (aktin, myosin, troponin og tropomyosin)15. Disse proteinene er målrettet og degradert av to muskelspesifikke E3 ubiquitin(Ub)-ligaser, muskelatrofi F-Box (MAFbx/Atrogin-1) og muskelspesifikk RING-fingerprotein (MuRF1)16, 17. Parallelt med ovenfor pathway, antas ALS å målrette og spalte langlivede proteiner, bulkcytoplasma og organeller gjennom lysosomale maskineri18. Aktiveringen av UPS- og ALS-relaterte gener blokkeres normalt av Akt gjennom negativ regulering av Forkhead box O (FoxO) transkripsjonsfaktorer, inkludert FoxO1, FoxO3a og FoxO4. Translokasjonen og transkripsjonsaktiviteten til FoxO-medlemmer er tilstrekkelig til å øke atrogin-1 og MuRF1-ekspresjon, og forårsake muskelatrofi.

MQC-prosesser er tett regulert av flere prosesser, f.eks. biogenese, fusjon, fisjon og mitofagi. Det er rapportert atkroniske sykdommeraktivere en mitokondriell respons som forbedrer "kvaliteten" til skjelettmuskel-mitokondrieceller på forskjellige molekylære nivåer: (i) biogenese gjennom virkningen av nøkkelregulatorenes peroksisomproliferatoraktiverte reseptor gamma-koaktivator 1-alfa (PGC{{2) }} ), nukleær respiratorisk faktor 1/2 (NRF-1/2), adenosin 5'-monofosfat (AMP)-aktivert proteinkinase (AMPK) og ATP-syntese; (ii) dynamikk ved mitokondriell remodellering av GTPase-proteiner som mitofusin-2 (Mfn-2) og optisk atrofi 1 (OPA-1) for fusjon og dynaminrelatert protein 1 (DRP{{ 16}}) og fisjon 1 (Fis-1) for fisjon; (iii) omsetning av skadede mitokondrier ved mitofagi gjennom PTEN-indusert antatt kinase 1 (PINK1), Parkin og Bnip3/Nix (BNIP3L); og (iv) kvalitetskontroll ved nedbrytning av feilfoldede proteiner eller igjen deler av skadede mitokondrier av det proteolytiske systemet med chaperoner og proteaser20. Det har blitt rapportert at mitokondriell biogenese ble redusert involvert i muskelatrofi, som ble fremmet av PGC-1 og AMPK 21, 22. Prosessen med MQC inkludert mitokondriell fusjon, fisjon, biogenese og mitofagi i CKD muskelatrofi er fortsatt uklart.

TCM har blitt rapportert å være effektiv for behandling av muskelatrofi23–26. Imidlertid var det lite tilgjengelig informasjon i litteraturen om hvorvidt kinesisk urtemedisin med anti-muskelatrofieffekt kan påvirke MQC-prosessen ved CKD. JPYS-avkok har vært mye brukt i behandling av underernæring med milt- og nyre-qi-mangelsyndrom ved CKD i mange år. Det er imidlertid fortsatt behov for ytterligere studier av dens detaljerte anti-underernæring og reverserende muskelatrofimekanisme. Her hadde vi som mål å undersøke hvordan dysregulering av MQC-prosessen induserer muskelsvinn og om JPYS-avkok hemmer muskelatrofi gjennom å modulere MQC-prosessen effektivt.

cistanche tubulosa-ekstrakt: behandling av kroniske nyresykdommer

Resultater

Endringer i nyrefunksjonen.

På slutten av studien viste CKD-gruppen signifikant høyere nivåer av serumkreatinin (Scr) og blodurea-nitrogen (BUN) sammenlignet med sham-gruppen. Interessant nok ble JPYS-avkok funnet å redusere nivåene av Scr og BUN. Nivået av serumalbumin (ALB) var imidlertid ikke signifikant forskjellig mellom alle grupper (tabell 1).

JPYS-avkok forbedrer muskelatrofi.

Kroppsvekten til CKD-gruppen var signifikant lavere enn den for falske gruppen ved begynnelsen av behandlingen; Det var imidlertid ingen forskjeller i kroppsvekt mellom CKD- og JPYS-gruppene. Interessant nok viste JPYS-gruppen åpenbar forbedring av kroppsvekt ved behandling på 5 og 6 uker sammenlignet med CKD-gruppen (fig. 1a). Økningen i kroppsvekt fra tilsetning av JPYS inkluderte en økning i vekten av gastrocnemius (Gastroc) og tibialis anterior (TA) muskler i CKD-gruppen (fig. 1b, c). Den forbedrede muskelmassen i JPYS-gruppen ble bekreftet av en økning i det gjennomsnittlige tverrsnittsarealet av myofiber i TA-muskler i CKD-gruppen (fig. 1d,e).

JPYS-avkok øker proteinsyntesen og undertrykker proteinnedbrytning.

Proteinsyntesehastigheten var lavere i CKD-gruppen enn i sham-gruppen, og JPYS-avkok ble funnet å øke hastigheten på proteinsyntese (fig. 2a). På den annen side var proteinnedbrytningshastigheten høyere i CKD-gruppen enn i shamgruppen, som ble fullstendig hemmet av JPYS-avkok (fig. 2b).

JPYS-avkok hemmer ubiquitin-proteasomsystemet og FoxO3a-aktivering.

Proteinmarkører i muskelubiquitin-proteasomsystemet og FoxO3a er presentert i fig. 3a. CKD-gruppen viste en økning i uttrykket av Atrogin-1 og MuRF-1, og disse endringene ble opphevet ved JPYS-avkok (fig. 3b,c). For å bekrefte relevansen av endringene i muskelproteolyse sett hos CKD-rottene, målte vi aktivitetene til 20S-proteasomet. Både chymotrypsin- og trypsinlignende aktiviteter var høyere i CKD-gruppen enn i shamgruppen, mens de ble svekket med JPYS-avkok (fig. 3g,h). I tillegg ble det fosforylerte (p)-FoxO3a og p-FoxO3a/FoxO3a-forholdet redusert i CKD-gruppen, mens JPYS-avkok utløste en økning sammenlignet med CKD-gruppen (fig. 3d,f). Som vist i fig. 3e ble det basale proteininnholdet i FoxO3a oppregulert i CKD-gruppen, og dette ble også forhindret av JPYS-avkok.

JPYS-avkok forbedrer muskelmitokondriell innhold og avvikende muskelmorfologiske egenskaper.

Mitokondrielt innhold ble vurdert ved bruk av SDH-farging av Gastroc-muskler (fig. 4a). SDH-aktiviteten, som representerer mitokondriell mengde, ble markant redusert i CKD-gruppen og JPYS-avkok motvirket denne responsen (fig. 4b). På den annen side avslørte SDH-farging at type I (sakte oksidativt) og I (hurtig oksidativt glykolytisk) muskelfibre, som er mitokondrierrike fibre, ble betydelig redusert, og type IIb (raske glykolytiske) fibre ble økt i CKD-gruppen . Ganske interessant viste JPYS-avkok et skifte i muskelfibertype i CKD-gruppen, karakterisert ved en reduksjon i type IIb-fibre og en betydelig økning i type I og IIa muskelfibre (fig. 4c). I samsvar med reduksjonen i SDH-aktivitet, avslørte TEM-morfologien også store endringer på sarkomerisk nivå, med abnormiteter i samsvar med færre og mindre mitokondrier (svarte piler; Fig. 4e,f) og med markant tynnere Z-linjer (hvite piler; Fig. 4d) i CKD-gruppen. På samme måte virket I-båndet, hovedsakelig bestående av tynne aktinfilamenter, tynnere eller helt fraværende i CKD-gruppen (parentes; fig. 4d). Viktigere, disse endringene ble forhindret av JPYS avkoksbehandling.

forebygge nyresykdommer: cistanche tubulosaekstrakt

JPYS avkok øker mitokondriell biogenese.

Proteinmarkører i muskelmitokondriell biogenese er presentert i fig. 5a. Te Cox IV-protein kan brukes effektivt som en mitokondriell belastningskontroll og representerer mitokondrielt innhold, som var i samsvar med resultatene av SDH-aktivitet (fig. 5b). I tillegg ble mitokondrielle biogeneseproteiner NRF-1 og PGC-1 også redusert i CKD-gruppen, og disse endringene ble reversert med JPYS-avkok (fig. 5c-e). Imidlertid var proteinnivåene for ATP5B og p-AMPK / AMPK-rasjonen uendret fra alle grupper (fig. 5d-f).

JPYS-avkok hemmer autofagi og mitofagi.

Autofagi og mitofagi-relaterte proteiner ble påvist ved Western blotting (fig. 6a). Nivået av Beclin-1-protein og LC3II/LC3I-rasjon ble oppregulert i CKD-gruppen og dette ble forsinket av JPYS-avkok (fig. 6b,c). Bidraget fra autophagy-adapteren p62 har vist seg å være unødvendig for mitofagi, som ble økt i CKD-gruppen og svekket av JPYS-avkok (fig. 6d). Interessant nok ble nivåene av PINK1- og Parkin-proteiner betydelig økt i CKD-gruppen, og disse endringene ble forhindret av JPYS-avkok (fig. 6f, g). Imidlertid var det ingen forskjeller i BNIP3L-ekspresjon mellom alle grupper (fig. 6e).

JPYS-avkok reduserer mitokondriell fisjon og øker mitokondriell fusjon.

Mitokondriell fusjon og fisjonsrelaterte proteiner ble påvist ved Western blotting (fig. 7a). Nivåene av nøkkelfissjonsproteinene Fis-1 og Drop-1 var signifikant høyere i CKD-gruppen, mens disse endringene ble hindret av JPYS-behandling (fig. 7b,c). Imidlertid ble nøkkelfusjonsproteinene OPA-1 og Mfn-2-nivåer redusert i CKD-gruppen, og denne reduksjonen ble forhindret av JPYS-behandling (fig. 7d,e).

forhindre nyresvikt cistanche tubulosa ekstrakt