Molekylære veier relatert til forfremmelse av lang levetid og kognitiv forbedring av Cistanche Tubulosa i Drosophila

for mer informasjon:ali.ma@wecistanche.com

Wei-Yong Lin et al

Abstrakt:

Bakgrunn:Aldringsprosessen, inkludert fysisk dysfunksjon og aldersrelatert hukommelsessvikt (AMI), anses å være korrelert med kumulative oksidative skader og insulin/IGF-1 signalveier. Formål: Denne studien var å belyse in vivo effekter på å forsinke aldring og forbedre AMI og underliggende molekylære mekanismerCistanche tubulosa(CT), en urt som brukes i tradisjonell kinesisk medisin for å forbedre seksuell funksjon og behandle nyredysfunksjon

Metoder:Fluene, behandlet og ubehandlet med CT(Cistanche Tubulosa), ble observert for levetid, motstand mot oksidativ stress med H2O2 eller paraquat, sultanalyse, kognitiv atferd med T-labyrint og transkripsjonsnivåer av målgener med kvantitativ RT-PCR.

Resultater:Administrering av CT(Cistanche Tubulosa)forlenget gjennomsnittlig og maksimal levetid og økt motstand mot oksidativ stress hos fluer. CT(Cistanche Tubulosa)tilskudd forbedret også hukommelsesdannelse hos unge fluer og undertrykte AMI ved aldring. Flere gener og signalveier, inkludert det mekanistiske målet for rapamycin (mTOR) og Notch-nettverk, har blitt identifisert som forårsaker disse farmakologiske effektene og endringene i genuttrykket av glutamatreseptorer.

Konklusjon:Våre resultater indikerer at CT(Cistanche Tubulosa)tilskudd kan bidra til å bremse aldringsfenotyper og lindre kognitiv atferdsreduksjon hos fluer, noe som indikerer potensiell anvendelighet for å forbedre menneskers helse og redusere mottakelighet for aldersrelaterte lidelser.

Nøkkelord:Aldring,Cistanche tubulosa,Kognitiv atferd, Urt

Klikk for å Cistanche stamme produkter

Introduksjon

Etter hvert som den eldre befolkningen øker over hele verden, er det å legge til rette for sunn aldring og lang levetid et stadig viktigere folkehelseproblem for vitenskapen, samfunnet og det medisinske området. Aldringsprosessen har blitt foreslått å være kontrollert av komplekse mekanismer, drevet av et bredt samspill av genetiske og miljømessige faktorer. På grunn av gradvise skader på celle- og vevsnivå er alder en risikofaktor for og sterkt korrelert med mottakelighet for kroniske sykdommer som kreft, så vel som kardiovaskulære og nevrodegenerative sykdommer (Kenyon, 2005). Aldring reduserer også synaptisk aktivitet, ny proteinsyntese og kognitiv funksjon. Disse funksjonsendringene bidrar til aldersrelatert hukommelsessvikt (AMI) (Burke og Barnes, 2010; Schimanski og Barnes, 2010). Derfor kan utvikling av medisiner for å forsinke aldersrelatert patologi og kognitiv aldring være gunstig for menneskets livskvalitet. I denne studien brukte vi Drosophila melanogaster, som er en ideell organisme for in vivo aldringsstudier på grunn av dens korte levetid, for å evaluere medikamentets effektivitet og utforske de molekylære mekanismene som ligger til grunn for forbedring av aldring og AMI.

Herbacistanche, også kjent under det kinesiske navnet Rou CongRong, er en parasittisk plante som hovedsakelig er distribuert i ørkenene i Nordvest-Kina. To Cistanche-arter, Cistanche deserticolaY. C. Ma ogCistanchetubulosa(Schrenk) Wight er inkludert i Chinese Pharmacopoeia (2005-utgaven) for deres lignende kjemiske ingredienser og farmakologiske aktiviteter. Stamekstraktet deres har vært mye brukt i tusenvis av år som et styrkende middel, hovedsakelig for å behandle ulike symptomer, inkludert mangelfull nyrefunksjon, impotens, infertilitet og for å lette katarsis, som beskrevet i gamle kinesiske medisinske bøker. Tallrike kjemiske bestanddeler, inkludert essensielle oljer, fenyletanoidglykosider (PhGs), iridoider, lignaner og sakkarider, er blitt isolert fraCistanchearter, og to viktige PhG-komponenter, acteosid, andechinacosid er typisk valgt som markører for kvalitetsevaluering av Herba cistanche på grunn av deres betydelige farmakologiske virkninger (Wang et al., 2012).

Cistanche tubulosa(CT) ekstrakter har ulike biologiske funksjoner som inkluderer modulerende immunaktivitet, forbedre seksualfunksjonen, fremme hårvekst og andre fordeler på antioksidasjon, hepatobeskyttelse, antiosteoporotisk aktivitet og anti-tumor (Li et al., 2016; Seok et al., 2015 ; Wang et al., 2012). I tillegg viste in vitro-studie at Herbacistancheekstrakt kan beskytte dopaminlignende nevroner fra H2O2-indusert oksidativ skade og øke nivåene av nervevekstfaktor og hjerneavledet nevrotrofisk faktor betydelig (Lin et al., 2013). Echinacoside forhindret dopaminnevrondød i den MPTP-skadde musemodellen av Parkinsons sykdom (Zhao et al., 2010). Dessuten, CT(Cistanche Tubulosa)ekstrakt forbedret den kognitive dysfunksjonen gjennom å redusere amyloidavsetning og øke acetylkolin- og dopaminnivåene i en rottemodell av Alzheimers sykdom (AD) (Wu et al., 2014). Selv om den terapeutiske effekten av Herbacistancheer fortsatt nødvendig for å bekrefte, i liten størrelse, ikke-placebokontrollert klinisk studie på CT(Cistanche Tubulosa)glykosidekstrakter viste at stoffet har potensial til å behandle pasienter med mild til moderat AD og har relativt milde bivirkninger, selv etter langvarig administrering (Guo et al., 2013). Disse dataene antyder at glykosidekstrakter i Herbacistanchehar nevrobeskyttende og antidemenseffekter. Til tross for ulike fordeler med CT(Cistanche Tubulosa), dens molekylære mekanismer og effekter på å forsinke aldring og forbedre AMI har ikke blitt belyst. I denne studien, effektene av CT(Cistanche Tubulosa)på en betydelig forlengelse av levetiden forbedret motstand mot miljøstress, og undertrykt aldersrelatert kognitiv dysfunksjon ble undersøkt for å bestemme den mulige kliniske nytten av CT(Cistanche Tubulosa)ved å bremse aldringsprosessen.

Materialer og metode

Urte medisin

Opprinnelsesidentifikasjon avCistanche tubulosa(Schrenk) Wight(Orobanchaceae) (CT) ble verifisert i Ko Da PharmaceuticalCo. Ltd. (Taoyuan, Taiwan), hvor kupongprøver (10 603 205) har blitt oppbevart og CT-konsentrert urtemedisin er produsert. Kort fortalt ble den tørkede kjøttfulle stammen av CT ekstrahert i 12- ganger kokt vann i 1 time etterfulgt av filtrering. Filtratene ble samlet og utsatt for vakuum og redusert trykkkonsentrasjon i 1 time for å oppnå ekstrakter. CT-ekstraktene ble blandet med stivelse i et 1:1-forhold (vekt/vekt) og utsatt for spraygranulering for å oppnå CT-pulver.

Vedlikehold av fluebestand og levetidsmåling

Villtypefluelinjen som ble brukt i denne studien var av CantonS, hentet fra Bloomington Drosophila Stock Center. Fluer ble hevet og vedlikeholdt i maismel-standardmedier ved 25 grader i 50–60 prosent relativ fuktighet under en 12-t lys-mørke-syklus. Fremvoksende voksne fluer ble samlet innen 24 timer og separert etter kjønn. Fra tidlig voksen alder ble fluer supplert med CT. CT(Cistanche Tubulosa)pulver ble oppløst i vann og tilsatt maismelmedier ved 5,4, 10,8 og 21,6 mg/ml konsentrasjoner, som var proporsjonale med den effektive daglige dosen for oral administrering til mennesker. I en levetidsanalyse ble tjue til tretti fluer hevet i et hetteglass med eller uten CT(Cistanche Tubulosa); det ble utført minst 250 fluer for hver behandling. Matampuller ble byttet ut hver 3. til 4. dag, og døde fluer ble talt på den tiden

Stressresistensanalyser

Voksne fluer ble samlet inn og deretter forbehandlet med en kontrolldiett uten CT(Cistanche Tubulosa)og eksperimentelle dietter supplert med 5,4, 10,8 og 21,6 mg/ml CT i 20 dager ved 25 grader. For sultanalyse ble fluer holdt i ampuller med kun vått papir og evaluerte deres utholdenhet mot sultindusert oksidativt stress. For oksidativ stress-analyser ble fluene overført til matfrie hetteglass som inneholdt et filterpapir med hydrogenperoksid (H2O2) (Sigma Aldrich) i en 5 prosent glukoseløsning for å måle fluenes motstand mot H2O2-indusert hydroksylradikal (OH) −) stress. Tilsvarende ble fluer overført til hetteglass som inneholdt et filterpapir mettet med 10 mM paraquat (Sigma-Aldrich), som genererer superoksidanioner (O2 -) som forårsaker oksidativ skade på dyr. Fluer ble målt for dødelighet minst tre ganger daglig til alle var døde. Minst 250 fluer per behandling ble utført. For å klatre som si, ble fluer eksponert for paraquat i 0 og 16 timer plassert i et plastglass og banket forsiktig til bunnen. Antall fluer på toppen av hetteglasset ble talt etter 18 sekunders klatring.

Fruktbarhetsvurdering

Både jomfruelige menn og kvinner matet 5,4 og 10,8 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa)i 20 dager fungerte som eksperimentelle grupper. Ti eksperimentelle hunner ble paret med et like stort antall jomfruelige hanner, som var 9-dag gamle og ikke hadde fått CT. På samme måte ble de eksperimentelle hannene paret med jomfruhunner i samme tilstand. De parede hunnfluene ble deretter overført til en ny hetteglass for egglegging i 24 timer, og det totale antallet egg som ble lagt i ampullene ble talt manuelt. En indeks for fruktbarhet ble beregnet som gjennomsnittlig daglig eggproduksjon per hunn. Minst fem hetteglass per behandling ble utført, og totalt fluer n=50–80.

Olfaktorisk assosiativ læring og hukommelse

Fluer ble samlet etter eclosion og forbehandlet med 5,4, 10,8 og 21,6 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa)fungerte som forsøksgrupper, og kontrollfluene hadde ikke fått CT(Cistanche Tubulosa)i 5 og 20 dager ved 25 grader . En enkelt treningsforsøk ble utført i henhold til en tidligere studie (Dubnau et al., 2001). Kort fortalt ble omtrent 100 fluer sekventielt utsatt for to lukter, enten 3-oktanol (OCT, Sigma-Aldrich) eller 4-metylcykloheksanol (MCH, Sigma-Aldrich). Fluer utsatt for den første lukten (kondisjonert stimulus, CS pluss ) ble paret med 80 V elektriske støt og fikk deretter en ny lukt (CS-) uten støt. Læringsevnen ble bestemt umiddelbart etter trening og evnene til 3- og {{ 12}}t minne har utført testene etter treningsprosedyre i henholdsvis 3 og 24 timer. For å utføre testen ble de trente fluene fanget i valgpunktet til en T-labyrint der de ble eksponert samtidig for OCT og MCH. En ytelsesindeks (PI) ble beregnet for å representere unngåelse av betinget lukt. En PI på null indikerte en 50:50-fordeling, og en PI på 100 viste en 0:100-fordeling bort fra CS pluss-lukten.

Målinger av transkripsjonsnivåer gjennom sanntids kvantitativ PCR(qPCR)

Fluer ble samlet etter eclosion og forbehandlet med 5,4 og 10,8 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa)i 20 dager ved 25 grader fungerte som forsøksgrupper, og kontrollfluene hadde ikke fått CT. Det totale RNA ble ekstrahert ved hjelp av et RNeasy Mini-sett (Qiagen), og cDNA ble syntetisert fra det totale RNA gjennom revers transkripsjonsreaksjon ved å bruke en High-Capacity cDNA Reverse Transcription (Thermo Fisher Scientific). Transkripsjonsnivåene til målgener ble kvantifisert gjennom kvantitativ polymerasekjedereaksjon i sanntid (Applied Biosystems ViiATM 7 Real-Time PCR System) ved å bruke FastStart SYBR Green Master (Roche) i henhold til produsentens instruksjoner. Relative transkripsjonsmengder ble normalisert ved å bruke den sammenlignende syklusterskelmetoden med et husholdningsgen, RpLP0, som intern standard. De relative uttrykksforskjellene i målgenene til forsøksgruppene ble normalisert til de for en kontrollgruppe og presentert som en fold endring. Primerne for målgenene er oppført i tilleggstabell 1.

Nettverkskonstruksjon og analyse

For å analysere den funksjonelle tolkningen og de biologiske prosessene mediert av de differensielt uttrykte genene vi identifiserte, ble Database for Annotation, Visualization and Integrated Discovery (DAVID) brukt til å kommentere og analysere berikelsen av Kyoto Encyclopedia of Genes and Genome (KEGG) pathway and Gene Ontologi for disse genene (Jiao et al., 2012). For å analysere de direkte og indirekte interaksjonene til differensielt uttrykte gener, ble genlisten også lastet opp til søkeverktøyet for gjenfinning av interagerende gener/proteiner (STRING) for å hente interaksjonsinformasjonen og generere proteininteraksjonsnettverk (Franceschini et al., 2013).

Statistisk analyse

Alle eksperimenter ble utført med minst tre uavhengige replikater, og statistiske analyser ble utført med SigmaStat v3.5-programvare (Systat Software, Inc., IL). Data for levetidsforlengelse og oksidativt stressutfordringer ble utført med totalt antall fluer fra 25 0–350, og log-rank test ble vurdert for ulike analyser. Gruppesammenligninger for fruktbarhetsvurdering og kognitiv test ble evaluert ved enveis variansanalyse (ANOVA), etterfulgt av Dunnetts post-hoc test. Andre eksperimentelle sammenligninger ble gjort ved å utføre en Students t-test sammenlignet med kontrollgruppen. Data er representert som gjennomsnitt ± SEM, og en p-verdi på < 0,05="" ble="" ansett="" som="">

Resultater

CT-tilskudd (Cistanche Tubulosa) øker fluens levetid

For å undersøke om CT(Cistanche Tubulosa)tilskudd kan forlenge fluens levetid, fluer ble supplert med 5,4, 10,8 og 21,6 mg/ml CT umiddelbart etter eclosion ved 25 grader gjennom hele eksperimentelle prosedyrer. Våre data indikerte at CT(Cistanche Tubulosa)tilskudd kan forlenge levetiden til både hann- og hunnfluer. Som vist i fig. 1A ble levetiden til hannfluene forlenget med alle doser CT(Cistanche Tubulosa). Gjennomsnittlig levetid for gruppene supplert med 5,4, 10,8 og 21,6 mg/ml CT økte signifikant med henholdsvis 18,9 prosent, 10,3 prosent og 9,9 prosent. CT(Cistanche Tubulosa)økte også signifikant maksimal levetid for alle CT-gruppene sammenlignet med kontrollgruppen fra 88 til 102, 98 og 102 dager etter behandling med 5,4, 10,8 og 21,6 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa), henholdsvis. Hos kvinner, CT(Cistanche Tubulosa)økte den gjennomsnittlige levetiden til CT-gruppene signifikant sammenlignet med kontrollgruppen (fig. 1B). Gjennomsnittlig levetid økte opp til 18,8 prosent med 5,4 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa)og 5,5 prosent og 6,7 prosent med henholdsvis 10,8 og 21,6 mg/mlof CT. Vi observerte også at maksimal levetid ble betydelig utvidet fra 91 dager (kontroller) til 109, 98 og 102 dager ved behandling med 5,4, 10,8 og 21,6 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa), henholdsvis; den maksimale økningen i maksimal levetid var 19,8 prosent ved 5,4 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa). Resultatene våre tyder på at CT(Cistanche Tubulosa)kosttilskudd forlenger levetiden til både hann- og hunnfluer betydelig. Curcumin (10 μM) ble brukt som en positiv kontroll og effektiv i levetidsforlengelse, som vist i tilleggsfigur 1.

CT-tilskudd øker motstanden mot sult og oksidativ stress

Forlengelse av levetiden er ofte forbundet med økt motstand mot oksidativt stress under aldringsprosessen. Vi vurderte om CT(Cistanche Tubulosa)tilskudd øker motstanden mot oksidativt stress. Hann- og hunnfluer ble forbehandlet med forskjellige doser CT(Cistanche Tubulosa)i 20 dager og evaluert for deres overlevelse etter sult (fig. 2A). Gjennomsnittlig overlevelsestid og maksimal levetid for begge kjønn, sammenlignet med kontrollgruppen, viste signifikante økninger i 5,4 og 10,8 mg/ml CT-gruppene, men ikke i 21 0,6 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa)gruppe. De forbehandlede fluene ble også evaluert for deres overlevelse etter utfordringer med H2O2 og paraquat, som produserer reaktive oksygenarter (ROS) for å utløse cellulær senescens og celledød. Vi fant den CT(Cistanche Tubulosa)beskyttet både hann- og hunnfluer mot H2O2-toksisitet og forlenget deres gjennomsnittlige og maksimale levetid (fig. 2B, p < 0.01 og 0,001, ved 5,4 og 10,8 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa)henholdsvis). En lignende trend som viser økt motstand mot paraquat-utfordringen ble også observert. Hanner fluefôret med alle doser CT, og hunner, spesielt de supplert med 5,4 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa) (Cistanche Tubulosa), overlevde lenger enn kontrollene (fig. 3A, p < 0.001).="" når="" det="" gjelder="" klatreevne,="" ga="" både="" hann-="" og="" hunnfluer="" 10,8="" mg/ml="">(Cistanche Tubulosa)viste svekket paraquat-indusert lokomotorisk dysfunksjon 16 timer etter paraquatchallenge (fig. 3B, alle p < 0.05).="" disse="" resultatene="" viser="" at="" ct-tilskudd="" forbedrer="" motstanden="" mot="" noe="" oksidativt="" stress,="" noe="" som="" tyder="" på="" at="">(Cistanche Tubulosa)-indusert levetidsforlengelse er assosiert med økt antioksidativt forsvar.

Effekter av CT (Cistanche Tubulosa) på reproduksjonskapasitet

Fordi teorien om aldring indikerer at aldringsprosessen påvirker reproduksjonen negativt, undersøkte vi om CT(Cistanche Tubulosa)påvirket den produktive kondisjonen ved å analysere eggleggingsevnen til voksne fluer. Voksne fluer ble samlet etter eclosion, separert etter kjønn, og administrert 5,4 og 10,8 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa)i 20 dager. Virgin male eller hunnfluer administrert CT(Cistanche Tubulosa)ble paret med 9-daggamle fluer som ikke ble gitt CT(Cistanche Tubulosa). Vi observerte doseavhengige økninger i det daglige antallet egg lagt per hunn, nemlig 30,3 prosent og 57,2 prosent eldre fluer behandlet med 5,4 og 10,8 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa), henholdsvis sammenlignet med kontrollene (fig. 4, p < 0.05).="" disse="" dataene="" tyder="" på="" at="">(Cistanche Tubulosa)tilskudd kan lette reproduksjonsevnen hos eldre kvinner, men gjør det sannsynligvis ikke hos eldre menn.

CT (Cistanche Tubulosa) tilskudd forbedrer kognitive evner

Vi bestemte om CT(Cistanche Tubulosa)tilskudd har gunstige effekter på lærings- og hukommelsesevner, en enkelt syklus med luktassosiativ trening ble utført. Vi evaluerer læringsytelse så vel som 3-- og 24-h-minne, som har blitt ansett for å være henholdsvis mellomtidsminne og langtidshukommelse. Først ble fluer supplert med ulike doser CT(Cistanche Tubulosa)i 5 dager. Læringsevnen var lik i både CT- og kontrollgruppen (fig. 5A). Når det gjelder 3-t minne, 10,8 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa)gruppen hadde en tendens til å ha en høyere ytelsesindeks (PI) enn kontrollene (fig. 5B, 51,5 ± 3,2 versus 42,6 ± 2,1), selv om det ikke er noen signifikant forskjell. Dessuten 5,4 og 10,8 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa)forbedret {{0}}h-minnet til fluer betydelig sammenlignet med kontrollene (fig. 5C, PI=41.6 ± 3.6 og 45.9 ± 3.0 henholdsvis 29.6 ± 2.9 , p < 0.05="" og="" 0.01).="" disse="" resultatene="" indikerte="" at="" ct-supplementering="" forbedrer="" hukommelsesdannelse="" hos="" unge="" fluer.="" for="" det="" andre,="" mens="">(Cistanche Tubulosa)tilskudd økte levetiden og den oksidative motstanden til fluer, vi bestemte videre om tilskuddet også kunne forbedre kognitiv atferd hos eldre fluer. Fluer ble administrert standardfôr med eller uten 5,4, 10,8 og 21,6 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa)i 20 dager for å etterligne aldring; fluene supplert med disse dosene CT(Cistanche Tubulosa)hadde signifikant høyere PI-er for læring (henholdsvis 67,6 ± 1,9, 72,5 ± 0,5 og 75,2 ± 1,3) enn kontrollene (58,0 ± 2,0; Fig. 5D , p < 0.001), noe som tyder på at CT(Cistanche Tubulosa)har en gunstig effekt på å forsinke den aldersrelaterte nedgangen i læring. Lignende resultater viste også at 5,4 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa)gruppen hadde mer effektiv minneoppbevaring i {{0}}t (fig. 5E, 47,5 ± 1,9 versus kontroll37.{{10}} ± 2,9, p < 0,05)="" og="" 24-="" h="" minnetester="" (fig.="" 5f,="" 31,8="" ±="" 3,8="" versus="" kontroll="" 19,3="" ±="" 2,4,="" p="">< 0,01).="" disse="" resultatene="" indikerer="" at="">(Cistanche Tubulosa)Tilskudd forbedrer ikke bare hukommelsesdannelsen hos unge fluer, men forsinker også kognitiv atferdssvikt og opprettholder mer effektiv læring og hukommelsesevne med alderen.

Molekylære veier relatert til fremme av lang levetid og kognitiv forbedring av CT-tilskudd

CT(Cistanche Tubulosa)tilskudd både undertrykker AMI og forlenger levetiden. Derfor begrunnet vi at AMI- og levetidsrelaterte gener kan bestemmes ved å vurdere differensialekspresjon mellom kontrollen og 5,4 og 10,8 mg/ml CT-gruppene gjennom qPCR. Endringene i genekspresjon til de CT-behandlede fluene ble sammenlignet med de for kontrollgruppen ble vist i fig. 6A. Det oppregulerte uttrykket av flere målgener, inkludert Sirt6, Sir2, Sod, p38b og Sirt2, kan være involvert i aldringsprosessen. Transkripsjonsnivåene for S6k, raptor, Psn, Rpd3 og N økte også, noe som tyder på at CT(Cistanche Tubulosa)supplementering endrer signaltransduksjonen til TOR- og Notch-veiene. I tillegg påvirket CT-tilskudd signifikant mRNA-ekspresjonen av Nmdar1, Nmdar2 ogSkpA. For å fremheve de CT-relevante proteininteraksjonene som forlenger levetiden og forbedrer læring og hukommelse, ble et litteraturbasert proteininteraksjonsnettverk av qPCR-screenede gener opprettet (fig. 6B). Hver node representerer ett protein, mens hver kant angir en litteraturbasert interaksjon. Noder er gruppert i henhold til KEGG-veien og genontologiens biologiske prosess (GOBP). Som vist i fig. 6B er GOBP-nevroaktiv ligand-reseptorinteraksjon, som påvirker læring og hukommelse, og en annen GOBPof-aldring, som er korrelert med levetid, begge forbundet med Notch-signalveien. I tillegg er GOBP for aldring påvirket av mTOR-signalveien. Betydningen av CT-indusert genoverekspresjon på disse GOBP-ene og -veiene er beskrevet i diskusjonsdelen.

Fig. 6. Nettverksanalyse av differensielt uttrykte gener. Fluer forbehandlet med 5,4 og 10,8 mg/ml CT(Cistanche Tubulosa)og kontrolldietter ved 25 grader i 20 dager ble samlet for å kvantifisere differensiell genekspresjon. (A) De relative transkripsjonsnivåene av målgener til kontrollene ble kvantifisert gjennom qPCR. n=4 for hver gruppe. (B) Oppregulerte gener involvert i cellesignaltransduksjon og deres interaksjonsnettverk. Noder representerer gener. Gener med overekspresjon er sirklet i grønt. Kanter representerer interaksjoner mellom genprodukter. Interaksjonstyper er angitt med forskjellige farger i figuren. (For tolkning av referansene til farge i denne figurforklaringen henvises leseren til nettversjonen av denne artikkelen.)

Diskusjon

En ubalanse mellom generering og eliminering av frie radikaler av endogene antioksidative forsvarssystemer kan forårsake oksidativ skade på vev med alderen; dermed spekuleres det i at frie radikaler spiller en kritisk rolle i alderdom (Dato et al., 2013). Her viste vi at CT(Cistanche Tubulosa)tilskudd hos fluer forlenger levetiden og resulterer i høy toleranse for oksidativ skade forårsaket av H2O2 og paraquat hos begge kjønn. Studiene korrelerte med CT(Cistanche Tubulosa)og antialdring, er mindre utforsket, men ekstrakter fra C. deserticola kan forlenge levetiden hos aldringsakselererte mus utsatt for 8 (SAM-P8) mus (Zhang et al., 2014) og echinacoside, en av de viktigste forbindelsene som finnes i CT , har gunstige effekter på levetidsforlengelsen og stresstoleransen hos C. elegans (Wang et al., 2015).

Nyere dyrestudier viste at echinakosid har beskyttende effekter mot bisfenol A-indusert testikkeltoksisitet og øker testosteronbiosyntesen ved induksjon av testikulærsteroidgene enzymer, inkludert CYP11A1, 3 -HSD og CYP17A1 (Jiang et al., 2016). CT(Cistanche Tubulosa)Etanolekstrakt fremmer også levedyktigheten og kvaliteten til sædceller hos rotter (Wang et al., 2016). Selv om korrelasjonen mellom CT(Cistanche Tubulosa)og østrogen fortsatt må utforskes, rapporterte en studie at echinakosid øker ekspresjonen av østrogenreseptorer betydelig, lik den østradiolbehandlede gruppen hos ovariektomiserte rotter (Li et al., 2013). Fordi reproduksjonskapasitet oppstår negativt korrelert med alder (Kenyon, 2005), undersøkte vi om CT har fordeler hos eldre fluer. Reproduktiv kondisjon påvirket av CT(Cistanche Tubulosa)ble bare observert hos hunner, noe som tyder på at hunnfluer kan være mer responsive på CT(Cistanche Tubulosa)tilskudd. Disse resultatene avslører at CT kan ha en kjønnshormonlignende effekt og forsinke reproduktiv alderdom, i samsvar med klinisk bruk av CT(Cistanche Tubulosa)for behandling av seksuell dysfunksjon hos mennesker.

Acteosid kan belyse de beskyttende effektene for å redusere nevronapoptose og hukommelsestap i en senescent musemodell indusert av en kombinasjon av D-galaktose og AlCl3, noe som antyder at CT kan ha potensial til å ha nevrobeskyttende og minneforbedrende egenskaper (Gao et al., 2015; Peng et al., 2015). Dataene våre indikerte at hukommelsesdannelse ble forbedret hos CT-supplerte unge fluer. Derfor vurderte vi om CT(Cistanche Tubulosa)tilskudd er gunstig for hukommelsesbevaring ved aldring fordi kognitive funksjoner er kjent for å avta ved normal aldring. Resultatene våre viste at flere typer AMI, inkludert læring, 3- og 24-hmeory, kan forbedres ved CT(Cistanche Tubulosa)tilskudd i 20 dager.I følge de nevnte resultatene, CT(Cistanche Tubulosa)tilskudd kan ha gunstige effekter på lang levetid og forbedring av hukommelsesdannelse, samt forsinke AMI tilstrekkelig.

Bruk av dyremodeller letter identifiseringen av potensielle mekanismer og baneavhengigheten til CT(Cistanche Tubulosa)å bremse hjernealdring og utsette AMI på cellenivå. Vi fokuserte på molekylære mekanismer som ligger til grunn for aldring, nevronal overføring og oksidativt stress og begrunnet at AMI- og levetidsrelaterte gener kan identifiseres ved å undersøke differensielt uttrykk mellom kontroll- og CT-grupper gjennom qPCR. Notch-signalveien er svært bevart blant arter fra Drosophila til mennesker; det uttrykker i det voksne sentralnervesystemet for nevral plastisitet og regulerer nevral differensiering sammen med dets inhibitornumb under utvikling (Presente et al., 2001). Mus som bærer en heterozygot mutasjon av Notch er mangelfull i romlig læring og hukommelse (Costa et al., 2003). Presenilin (Psn) er nødvendig for å aktivere spaltningen av Notch inn i Notch intracellulære domene og knockout av Psn forårsaker svekkelse av synaptisk plastisitet og hukommelsesdannelse (Saura et al., 2004). Dataene våre avslørte en doseavhengig oppregulering av Notch og Psn i CT(Cistanche Tubulosa)supplerte fluer, med et uendret uttrykksnivå av nummen, som antyder Notch-signalveien som en potent mekanisme for hukommelsesforbedring ved CT-tilskudd. I tillegg til Notch-signalering, N-metyl-D-aspartatreseptor (NMDAR), glutamat- og D-serindrevet ionekanal i nevroner, kontrollersynaptisk plastisitet og minnefunksjon (Furukawa et al., 2005). Drosophila-genomet inneholder to NMDAR-underenheter, Nmdar1 ogNmdar2, og begge er avgjørende for minnefunksjonen. Nmdar1 knockdown i Drosophila svekker læring og hukommelse (Xia et al., 2005), mens Nmdar2-overuttrykk hos mus forbedrer læring og hukommelse (Tang et al., 2001). Dataene våre viste en doseavhengig økning i Nmdar1 og Nmdar2 oppregulering hos CT-supplerte fluer, noe som tyder på en annen potensiell mekanisme for hukommelsesforbedring ved CT(Cistanche Tubulosa)tilskudd.

Klassen O til transkriptionsfaktor (FoxO)-veien for gaffelhodebokser er bevart blant arter og kritisk i metabolisme, stresstoleranse og forlengelse av levetid (Lehtinen et al., 2006). Posttranslasjonelle modifikasjoner, inkludert fosforylering, acetylering og ubiquitylering, regulerer aktiviteten til FoxOs (van der Horst og Burgering, 2007). Stille informasjonsregulator 2 (Sir2; homologen hos pattedyr er kjent som SIRT1) regulerer aktiviteten til FoxO gjennom deacetyleringen og påvirker dyrenes levetid relatert til den insulinlignende vekstfaktor (IGF)-veien (Lemieux et al., 2005). Sirt6 defosforylerer FoxO for å forårsake levetidsforlengelse hos hannmus (Kanfi et al., 2012). Dataene våre avslørte Sir2 og Sirt6 oppregulering i CT-supplerte fluer, noe som antyder at FoxO-regulering av skjorter kan være en potent mekanisme for forlengelse av levetiden ved CT(Cistanche Tubulosa)tilskudd. Frie radikaler som produseres under metabolske prosesser forårsaker skade på DNA og proteiner, og fører dermed til en forkortet levetid. Sir2 er også et oksidativt stressresponsgen (Whitaker et al., 2013), og overuttrykt superoksiddismutase (SOD), som konverterer O2− til H2O2 og til slutt til H2O ved å bruke katalase og glutationperoksidase, har blitt rapportert å forlenge levetiden hos fluer ( Le Bourg, 2001). Våre data avslørte doseavhengig Sod og Sir2 oppregulering i CT-supplerte fluer, noe som tyder på at antioksidative veier kan være en potent mekanisme for forlengelse av levetiden ved CT(Cistanche Tubulosa)tilskudd.

En annen nøkkelvei i aldring er regulert av mTOR-kompleksene mTORC1 og mTORC2, som begge fremmer organismealdring på en evolusjonær konservativ måte. Signaler fra insulinreseptoren aktiverer mTORC1 gjennom fosfoinositid3-kinase-Akt-veien for å fremme proteinsyntese og betennelse og for å hemme autofagi og glykolyse ved å bruke distinkte nedstrømsproteiner (Johnson et al., 2013). Proteinsyntese aktiveres av ribosomalt protein S6 kinase (S6K), som danner en negativ tilbakemeldingssløyfe for å hemme insulinreseptorsignalering (Hands et al., 2009). Et hemmende mål for mTORC1 er Drosophila-proteinet lignende (sima), hvis homolog hos pattedyr er kjent som hypoksi-induserbar faktor 1 alfa (HIF1). HIF1 spiller en beskyttende rolle mot aldersavhengige skader på blodkar og motoriske nevroner (Oosthuyse et al., 2001; Rivard et al., 2000). Dataene våre avslørte et uendret ekspresjonsnivå av mTOR-komplekse underenheter, inkludert Tor, rictor og raptor, mens CT(Cistanche Tubulosa)tilskudd doseavhengig oppregulerte S6K og sima, noe som antyder en beskyttende rolle til CT(Cistanche Tubulosa)mot mTOR-aktivitet.

Konklusjoner

Til tross for at noen impliserte veier ble identifisert, bidro lang levetid og høy intelligens av CT(Cistanche Tubulosa)intervensjon kan være en polygen egenskap som påvirkes av samspillet mellom flere gener, og andre genetiske faktorer som vi ikke har belyst kan også modulere aldringsprosessen. For eldre bør opprettholdelse av ønskelig fysisk form og kognitive evner for å utsette eller forebygge demens og kroniske sykdommer være en avgjørende tilegnelse fra studier om aldring. Fordi CT(Cistanche Tubulosa), kjent som "ørkenens ginseng," har en markant helbredende effekt på forsterkning av nyre-yang, som gir næring til alle organer og fyller på den vitale essensen i tradisjonell kinesisk medisin, tror vi at vår studie gir bevis som støtter klinisk behandling av CT(Cistanche Tubulosa)og kan gi verdifull innsikt for utvikling av nye medisiner eller mattilsetningsstoffer for ikke bare å forsinke aldring og aldersrelaterte sykdommer, men også for å forbedre livskvaliteten til mennesker.

Interessekonflikt

Forfatterne erklærer at de ikke har noen interessekonflikter.

Anerkjennelser

Dette arbeidet ble støttet av China Medical University(CMU103-S-25); China Medical University Hospital (DMR-101-065,DMR-103-099); departementet for vitenskap og teknologi i Taiwan(NSC 102-2632-B-039-001-MY3, MOST 104-2632-B-039-002), og delvis av Taiwan Ministry of Health and Welfare Clinical Trial and Research Center of Excellence (MOHW105-TDU-B-212-133019).

Tilleggsmateriell

Tilleggsmateriale knyttet til denne artikkelen finner du i nettversjonen på doi:10.1016/j.phymed.2017.01.006.

Fra: 'Molekylære veier relatert til fremme av lang levetid og kognitiv forbedring avCistanche tubulosai Drosophila' avWei-Yong Lin et al

--W.-Y. Lin et al. / Fytomedisin 26 (2017) 37–44

Referanser

Burke, SN, Barnes, CA, 2010. Senescent synapser og hippocampal kretsdynamikk. Trender Neurosci. 33, 153–161.

Costa, RM, Honjo, T., Silva, AJ, 2003. Lærings- og hukommelsessvikt hos Notch-mutante mus. Curr. Biol. 13, 1348–1354.

Dato, S., Crocco, P., D'Aquila, P., de Rango, F., Bellizzi, D., Rose, G., Passarino, G., 2013. Utforsker rollen til genetisk variasjon og livsstil i oksidativt stressrespons for sunn aldring og lang levetid. Int. J. Mol. Sci. 14, 16443–16472.

Dubnau, J., Grady, L., Kitamoto, T., Tully, T., 2001. Forstyrrelse av nevrotransmisjon i Drosophila soppkropp blokkerer gjenfinning, men ikke tilegnelse av minne. Nature 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: protein-protein interaksjonsnettverk, med økt dekning og integrasjon. Nucleic Acids Res. 41, D808–D815.

Furukawa, H., Singh, SK, Mancusso, R., Gouaux, E., 2005. Underenhetsarrangement og funksjon i NMDA-reseptorer. Natur 438, 185–192.
Gao, L., Peng, XM, Huo, SX, Liu, XM, Yan, M., 2015. Minneforbedring av Acteosid (Verbascoside) i en eldre musemodell indusert av en kombinasjon av D-gal og AlCl3. Phytother. Res. 29, 1131–1136.
Guo, Q., Zhou, Y., Wang, CJ, Huang, YM, Lee, YT, Su, MH, Lu, J., 2013. En åpen, ikke-placebokontrollert studie påCistanche tubulosaglykosidkapsler (Memoregain((R))) for behandling av moderat Alzheimers sykdom. Er. J. Alzheimers Dis. Andre Demen. 28, 363–370.
Hands, SL, Proud, CG, Wyttenbach, A., 2009. mTORs rolle i aldring: proteinsyntese eller autofagi? Aldring (Albany NY) 1, 586–597.
Jiang, Z., Wang, J., Li, X., Zhang, X., 2016. Echinacoside ogCistanche tubulosa(Schenk) R. Wight forbedrer bisfenol A-indusert testikkel- og sædskade hos rotter gjennom gonadakseregulerte steroidogene enzymer. J. Ethnopharmacol 193, 321-328.
Jiao, X., Sherman, BT, Huang da, W., Stephens, R., Baseler, MW, Lane, HC, Lempicki, RA, 2012. DAVID-WS: en stateful web-tjeneste for å forenkle gen/proteinlisteanalyse. Bioinformatikk 28, 1805–1806.
Johnson, SC, Rabinovitch, PS, Kaeberlein, M., 2013. mTOR er en nøkkelmodulator for aldring og aldersrelatert sykdom. Nature 493, 338–345.
Kanfi, Y., Naiman, S., Amir, G., Peshti, V., Zinman, G., Nahum, L., Bar-Joseph, Z., Cohen, HY, 2012. Sirtuin SIRT6 regulerer levetiden hos menn mus. Nature 483, 218–221.
Kenyon, C., 2005. Plassiteten til aldring: innsikt fra langlivede mutanter. Celle 120, 449–460.
Le Bourg, E., 2001. Oksidativt stress, aldring og lang levetid i 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. En bevart MST-FOXO-signalvei formidler oksidativ-stressresponser og forlenger levetiden. Celle 125, 987–1001.
Lemieux, ME, Yang, X., Jardine, K., He, X., Jacobsen, KX, Staines, WA, Harper, ME, McBurney, MW, 2005. Sirt1-deacetylasen modulerer den insulinlignende vekstfaktorsignalveien i pattedyr. Mech. Aging Dev. 126, 1097-1105.
Li, F., Yang, X., Yang, Y., Guo, C., Zhang, C., Yang, Z., Li, P., 2013. Den antiosteoporotiske aktiviteten til echinacoside i ovariektomiserte rotter. Phytomedicine 20, 549–557.
Li, Z., Lin, H., Gu, L., Gao, J., Tzeng, CM, 2016. Herba Cistanche (Rou Cong-Rong): en av de beste farmasøytiske gaver av tradisjonell kinesisk medisin. Front Pharmacol. 7, 41.
Lin, S., Ye, S., Huang, J., Tian, ​​Y., Xu, Y., Wu, M., Wang, J., Wu, S., Cai, J., 2013. Hvordan gjør kinesisk medisiner som tonifiserer nyrene hemmer dopaminerge nevronapoptose? Nevral 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. Sletting av hypoksi-responselementet i den vaskulære endoteliale vekstfaktorpromotoren forårsaker motorneurondegenerasjon. Nat. Genet. 28, 131–138.

Peng, XM, Gao, L., Huo, SX, Liu, XM, Yan, M., 2015. Mekanismen for minneforbedring av Acteoside (Verbascoside) i Senescent Mouse Model indusert av en kombinasjon av D-gal og AlCl3. Phytother, Res. 29, 1137–1144.
Presente, A., Andres, A., Nye, JS, 2001. Krav om Notch i voksen alder for nevrologisk funksjon og lang levetid. Neuroreport 12, 3321–3325.
Rivard, A., Berthou-Soulie, L., Principe, N., Kearney, M., Curry, C., Branellec, D., Semenza, GL, Isner, JM, 2000. Aldersavhengig defekt i vaskulær endotelvekst faktorekspresjon er assosiert med redusert hypoksi-induserbar faktor 1-aktivitet. 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. Tap av presenilinfunksjon forårsaker svekkelse av hukommelse og synaptisk plastisitet etterfulgt av aldersavhengig nevrodegenerasjon. Neuron 42, 23–36.
Schimanski, LA, Barnes, CA, 2010. Neural proteinsyntese under aldring: effekter på plastisitet og hukommelse. Front Aging Neurosci. 2. Seok, J., Kim, TS, Kwon, HJ, Lee, SP, Kang, MH, Kim, BJ, Kim, MN, 2015. Effekt avCistanche Tubulosaog Laminaria Japonica-ekstrakter (MK-R7) supplerer for å forhindre mønstret hårtap og fremme hodehelsen. Clin. Nutr. Res. 4, 124–131.
Tang, YP, Wang, H., Feng, R., Kyin, M., Tsien, JZ, 2001. Differensielle effekter av berikelse på læring og minnefunksjon hos NR2B-transgene mus. Neuropharmacology 41, 779–790.
van der Horst, A, Burgering, BM, 2007. Understreker rollen til FoxO-proteiner i levetid og sykdom. Nat. Rev. Mol. Celle. Biol. 8, 440–450.
Wang, T., Chen, C., Yang, M., Deng, B., Kirby, GM, Zhang, X., 2016.Cistanche tubulosaEtanolekstrakt medierer rottekjønnshormonnivåer ved induksjon av testikkelsteroidgene enzymer. Pharm. Biol. 54, 481–487.
Wang, T., Zhang, X., Xie, W., 2012.Cistanche deserticolaYC Ma, "Desert ginseng": en anmeldelse. Er. J. Chin. Med. 40, 1123–1141.
Wang, X., Zhang, J., Lu, L., Zhou, L., 2015. Langtidseffekten av echinacoside i Caenorhabditis elegans mediert gjennom daf-16. Biosci. Bioteknologi. Biochem. 79, 1676–1683.
Whitaker, R., Faulkner, S., Miyokawa, R., Burhenn, L., Henriksen, M., Wood, JG, Helfand, SL, 2013. Økt uttrykk for Drosophila Sir2 forlenger levetiden på en doseavhengig måte. Aldring (Albany NY) 5, 682–691.
Wu, CR, Lin, HC, Su, MH, 2014. Reversering av vandige ekstrakter avCistanche tubulosafra atferdsmangler i Alzheimers sykdomslignende rottemodell: relevans for amyloidavsetning og sentral nevrotransmitterfunksjon. BMC-komplement. Altern. 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-reseptorer medierer luktlæring og hukommelse i 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. Ekstrakter av Cistanche deserticola kan motvirke immunosenescens og forlenge levetiden hos senescence-akselerert mus
Prone 8 (SAM-P8) mus. Evid. Basert komplement. Alternativ. Med. 2014, 601383.
Zhao, Q., Gao, J., Li, W., Cai, D., 2010. Nevrotrofiske og nevroredningseffekter av Echinacoside i den subakutte MPTP-musemodellen av Parkinsons sykdom. Brain Res. 1346, 224–236.