DEL ÉN Echinacoside øker sædmengden hos rotter ved å målrette mot den hypotalamiske androgenreseptoren

Hvordan stimulerer echinacoside østrogen og øker sædcellene?

Zhihui Jiang1,2, Bo Zhou2, Xinping Li2, Gordon M. Kirby3 & Xiaoying Zhang1,2

Mannlig infertilitet er et stort helseproblem med en estimert prevalens på 4,2 prosent av mannlig infertilitet på verdensbasis. Vårt tidlige arbeid viste at Cistanche-ekstrakter beskytter mot sædskade hos mus og detechinacoside(ECH) er en av de viktigste aktive komponentene. Her rapporterer vi en vesentlig rolle forECH, et naturlig produkt som reverserer eller beskytter mot oligo som aspermi hos rotter.ECHble analysert ved HPLC, kvantiteten og kvaliteten på sædcellene ble evaluert og hormonnivåene ble bestemt ved radioimmu-sorbentanalyse. ECH reduserte nivåer av androgenreseptor (AR) og nøkkelsteroidogene-relaterte gener som bestemt ved Western blot og qPCR-analyse. Samspillet mellomECHog AR ble evaluert ved indirekte ELISA og molekylær docking. Resultatene viser at ECH kombinert med hypotalamisk AR i lommen til Met-894 og Val-713 hemmer overføringen av AR fracytoplasma til kjerner i hypothalamus. Mens negativ tilbakemelding av kjønnshormonregulering ble hemmet, ble positiv tilbakemelding stimulert for å øke utskillelsen av luteiniserende hormon og testosteron, og deretter øke spermmengden. Til sammen viser disse dataeneatECHblokkerer AR-aktivitet i hypothalamus for å øke mengden sperm og beskytte mot oligo aspermia hos rotter.

For mer informasjon vennligst kontakt:Joanna.jia@wecistanche.com

Cistanche deserticola har mange effekter, klikk her for å vite mer

Produksjonen av testosteron i testikkelceller er sterkt regulert av hypothalamus-hypofyse-gonadal aksen (HPG) ved å danne en homeostatisk tilbakemeldingssløyfe1. Gonadotropin-frigjørende hormon (GnRH), utskilt av hypothalamus, kan stimulere utskillelsen av luteiniserende hormon (LH) fra hypofysen, som ytterligere stimulerer testosteronproduksjonen i testikkel-Leydig-celler. Testosteron biosyntetiseres av en rekke steroidogene enzymer. Som en av hovedveiene kan steroidogent akutt regulatorisk (StAR) protein transportere kolesterol fra intracellulære kilder inn i mitokondriene2 hvor det blir eksponert for kolesterolsidekjedespaltningsenzym (CYP11A1), 3 -hydroksysteroiddehydrogenase (HSD3), { {10}}hydroksylase (CYP17A1) og 17-hydroksysteroiddehydrogenase (HSD 17 ) som katalyserer omdannelsen av kolesterol til testosteron3,4. Testosteron strømmer deretter negativt tilbake til HPG-elementet for å nedregulere ytterligere LH-sekresjon på en doseavhengig måte.

Effekten av testosteron på HPG-aksens tilbakemeldingssløyfe skjer ved binding til androgenreseptoren (AR), som finnes i både hypothalamus og hypofysen5. Hos musene fører ablasjon av AR og minimal testosteronproduksjon til at nivåene av LH og follikkelstimulerende hormon (FSH) øker6, noe som tyder på at AR deltar i reguleringen av den negative fôringsløyfen. Den klassiske genomiske mekanismen for testosteronsignalering oppstår når testosteron diffunderer inn i cellen og binder seg til AR. Dette ligand-reseptorkomplekset translokerer deretter til kjernen hvor det binder seg til androgenresponselementer (ARE) i de regulatoriske områdene til testosteronresponsive gener for å modifisere deres translokasjon. Testosteron induserer også den ikke-klassiske veien for steroidhormonvirkning, preget av raske hendelser som fører til aktivering av cytosoliske signalkaskader som normalt utløses av vekstfaktorer7,8. Klassiske og ikke-klassiske testosteronveier bidrar begge til å opprettholde spermatogenese og fruktbarhet. Imidlertid er funksjonen til AR viktigere i den klassiske banen ettersom testosteron virker for å øke sædkvaliteten.

Echinacoside(ECH) er en av de bioaktive komponentene avledet fra medisinplanteartene Echinacea9 og Cistanche10. Med et bredt spekter av farmakologiske aktiviteter er ekstrakter av Echinacea et av de mest populære urtetilskuddene i Europa og USA, hovedsakelig på grunn av deres antioksidantegenskaper11 og deres evne til å forhindre forkjølelse12. Interessant nok,Cistancheekstrakter ogECHhar tradisjonelt blitt brukt som et styrkende middel for å kurere reproduktiv dysfunksjon og for å øke mannlig seksuell aktivitet i tradisjonell kinesisk medisin10. Noen OTC-produkter av Cistanche-ekstraksjon har blitt utviklet som nærende kosttilskudd og blir stadig mer populært i helsekostmarkedene i Kina og noen andre asiatiske land (China Food and Drug Administration)13. Imidlertid er de underliggende mekanismene tilECHhandlingen er fortsatt uklar. Mannlig infertilitet er et stort helseproblem med en estimert prevalens på 4,2 prosent av mannlig infertilitet på verdensbasis14. Diagnosen mannlig infertilitet er for tiden basert på studiet av sædkvalitet, inkludert analyse av sædparametere som sædkonsentrasjon, motilitet og morfologi15. Den østrogen-lignende bisfenol A (BPA) er en utbredt miljøforurensning som har blitt studert for sin innvirkning på mannlig fertilitet hos flere dyrearter og mennesker16. BPA forstyrrer hypothalamus-hypofyse-gonadal aksen, hemmer uttrykket av testikkelsteroidogene enzymer og syntesen av testosteron hos hannvalpene17, og forårsaker en tilstand av hypogonadotrop hypogonadisme18. I denne studien undersøker vi effektene avECHpå sædkvalitet og hormonnivåer. I tillegg ble BPA valgt som et spermskademodellmiddel for å videre studere den beskyttende effekten avECHmot dårlig sædkvalitet.

Resultater ECH øker spermmengden. Spermatallene i cauda epididymis, spermlevedyktighet og sædmotilitet er presentert i tabell 1. Behandling med 80 mg/kg ECH og 15 mg/kg testosteronpropionat (TP) økte antallet epididymale sædceller betydelig. Det var imidlertid ingen signifikant forskjell i spermlevedyktighet og spermmotilitet.

ECH øker testosteron- og LH-nivåene i serum, encephalon pluss hypofyse og testikler. ECH-behandling økte spesielt LH-nivåer i serum, encephalon pluss hypofyse og testikler (fig. 1A). I ECH(H)-gruppen økte LH-nivåene signifikant med 1.1-ganger i serum, 1.4-ganger i encephalon pluss hypofyse og 1.2-ganger i testis. Testosteron ble signifikant økt med 1,5 og 1,3- ganger i henholdsvis encephalon pluss hypofyse og testis, men ikke i serum etter ECH(H)-behandling. Etter TP-behandling ble testosteronnivåene betydelig økt med 1,6, 1,8 og 1,4- ganger i serum, encephalon pluss hypofyse og testis.

ECH increased steroidogenic enzyme gene expression. ECH significantly increased the expressions of key steroidogenic enzymes in the testis (Fig. 1B). The mRNA levels of CYP11A1, CYP17A1, HSD3β1/2, and HSD17β in the ECH(H) group were increased more than 3-fold, while the levels of StAR mRNA showed no significant differences with all ECH treatments (p>0.05). TP endret ikke uttrykket av CYP11A1, CYP17A1, HSD3 1/2 og HSD17 signifikant. Dette gjenspeiles i en omfattende varmekartanalyse av effekten av ECH på steroidogent enzymuttrykk, noe som indikerer at ECH økte mRNA-nivåene av CYP11A1, CYP17A1, HSD3 1/2 og HSD17, og spesielt HSD3 1/, betydelig. 2 (fig. IC).

ECH kan krysse blod-hjerne-barrieren og i mindre grad blod-testis-barrieren. For å evaluere androgen-tilbakemeldingssløyfen ved HPG-aksen, ble ECHs evne til å gå inn i hypothalamus evaluert i en serie PK-studier. ECH-konsentrasjoner ble påvist i hypothalamus etter 12 timers enkelt oral administrering av 30mg/kg ECH, og ECH viste markert hypothalamus-penetrans med gjennomsnittlig hypothalamus/plasma-forhold på 33,92 prosent (fig. 2A). Te T1/2-verdiene var 2,61±0,42 timer og 1,88±0,22 timer i henholdsvis plasma og hypothalamus (fig. 2B). Imidlertid ble svært begrenset tilgang av ECH til testis oppdaget ved bruk av HPLC. Konsentrasjonene av ECH i testiklene var 0.083 ug/mL, 0,043 ug/mL og 0,028 ug/mL ved henholdsvis 0,5 t, 1 t og 1,5 t etter behandling .

ECH reduserer hypotalamisk AR-translokasjon til kjernen. For å teste effekten av ECH på AR-translokasjonen ble uttrykket av AR i cytoplasmaet og kjernen til testis og hypothalamus bestemt ved bruk av western blot-analyse. Som vist i fig. 3A, nedregulerte ECH AR-protein i hypothalamuskjerner med fem ganger sammenlignet med kontrollgruppen. Behandling med enzalutamid, en AR-hemmer, reduserte nivåene av AR-protein i hypothalamuskjerner med 4.8- ganger. Spesielt var cytoplasmatisk AR høyere med ECH-behandling og enzalutamidbehandling enn kontroller, noe som tyder på at ECH blokkerer AR-transport fra cytoplasma til kjernen i hypothalamus. Som forventet hemmer ikke ECH AR-transport fra cytoplasma til kjernen i testis (fig. 3B).

ECH økte uttrykket av HPG-akse-relaterte gener. ECH økte uttrykkene av LH , LHR , GnRH 1 og Gnrhr signifikant i blandingspoolene av encephalon pluss hypofyse, men det var ingen signifikant forskjell i GnRH 1-nivåer etter TP-behandling. Varmekartanalysen viser at uttrykkene av GnRH 1 og LH var høyest blant HPG-akse-relaterte gener.

AR er et mål for ECH. For å bekrefte relasjonene mellom ECH og AR, ble ECH-Ovalbumin (ECH-OVA) syntetisert (fig. 5A, B). Molekylvekten til ECH-OVA er større enn OVA, så de har forskjellig mobilitetshastighet (fig. 5A), og absorbanstoppen til ECH-OVA er mellom ECH og OVA (fig. 5B),

antyder at ECH ble vellykket konjugert til OVA. Indirekte ELISA-resultater (fig. 5C) viser at anti-AR-antistoff er i stand til å detektere AR-protein som er tilstede i brønner som inneholder ECH-OVA (indikert med anti-OVA-antistoff), noe som tyder på at ECH kan binde seg til AR-protein. ECH kombineres med AR-lomme av Met-894 og Val-713. Forbindelse ECH ble forankret til AF2-setet på overflaten av den humane AR, og den teoretiske bindingsmodusen til ECH og AR ble vist i fig. 5D. Compound ECH adopterte en kompakt konformasjonsbinding ved lommen til den menneskelige AR. De to fenylgruppene av ECH binder seg ved det hydrofobe domenet til AR-lommen og opprettholdt nære hydrofobe kontakter med restene Leu-712, Val-716, Met-734, Ile-737 , Met-894 og Ile-898, mens de to andre sidene av ECH var plassert ved inngangen til lommen og fikk bare noen få kontakter. Detaljert analyse viste at både Met-894 (bindingslengde: 2,4Å) og Val-713 (bindingslengde: 2,7Å) dannet hydrogenbindinger med hydroksy1-gruppene i ECH, som var hovedinteraksjonen mellom ECH og menneskelig AR. ECH demper BPA-indusert reproduksjonsskade. For å undersøke effekten av ECH på reproduksjonsskader, ble sædkvaliteten og nivåene av kjønnshormoner og steroidogene enzymer undersøkt i BPA-induserte mus. Som vist i fig. 6, reduserte BPA-behandling signifikant antall sædceller og sædmotilitet med henholdsvis 26,5 prosent og 39,2 prosent. ECH-administrasjon forhindret reduksjonen i spermantall og spermmotilitet med henholdsvis 35,5 prosent og 30,1 prosent. BPA-administrasjon resulterte også i en signifikant reduksjon i LH- og T-sekresjon, og ECH økte nivåene av LH og T betraktelig med henholdsvis 24,1 prosent og 18,3 prosent sammenlignet med BPA-behandling alene (fig. 6A, B). mRNA-nivåene av StAR, CYP17A1, 3 -HSD og 17 -HSD i BPA-ECH-behandling var signifikant økt sammenlignet med BPA-behandling (fig. 6C, D).