Молекулярні шляхи, пов’язані зі стимулюванням довголіття та когнітивним покращенням Cistanche Tubulosa у дрозофіли

для отримання додаткової інформації:ali.ma@wecistanche.com

Wei-Yong Lin та ін

Анотація:

фон:Вважається, що процес старіння, включаючи фізичну дисфункцію та вікове порушення пам’яті (AMI), пов’язаний із кумулятивними окислювальними пошкодженнями та сигнальними шляхами інсуліну/IGF-1. Мета: дане дослідження полягало у з’ясуванні in vivo вплив на уповільнення старіння та полегшення ГІМ та основні молекулярні механізмиЦистанка трубчаста(CT), трава, яка використовується в традиційній китайській медицині для поліпшення статевої функції та лікування дисфункції нирок

Методи:Мухи, оброблені та не оброблені КТ(снtanche Tubulosa), спостерігали за тривалістю життя, стійкістю до окислювального стресу з H2O2 або паракватом, аналізом голодування, когнітивною поведінкою за допомогою Т-лабіринту та рівнями транскриптів цільових генів за допомогою кількісної RT-PCR.

Результати:Проведення КТ(снtanche Tubulosa)збільшив середню та максимальну тривалість життя та підвищив стійкість до оксидативного стресу у мух. CT(снtanche Tubulosa)добавки також посилювали формування пам'яті у молодих мух і пригнічували AMI при старінні. Кілька генів і сигнальних шляхів, включаючи механічну мішень рапаміцину (mTOR) і мережі Notch, були ідентифіковані як такі, що викликають ці фармакологічні ефекти та зміни в експресії генів глутаматних рецепторів.

Висновок:Наші результати показують, що КТ(снtanche Tubulosa)добавки можуть сприяти уповільненню фенотипу старіння та полегшенню когнітивно-поведінкового зниження у мух, що вказує на потенційну застосовність для покращення здоров’я людини та зменшення сприйнятливості до вікових розладів.

Ключові слова:старіння,цистанка трубчаста,Когнітивна поведінка, Herb

Клацніть, щоб отримати продукти зі стебла цистанчі

вступ

Оскільки літнє населення в усьому світі зростає, сприяння здоровому старінню та довголіттю стає все більш важливою проблемою громадського здоров’я для науки, суспільства та сфери медичного обслуговування. Вважається, що процес старіння контролюється складними механізмами, керованими широкою взаємодією генетичних факторів і факторів навколишнього середовища. Через поступове пошкодження на клітинному та тканинному рівнях вік є фактором ризику для хронічних захворювань, таких як рак, а також серцево-судинних і нейродегенеративних захворювань, і тісно пов’язаний із ним. Старіння також знижує синаптичну активність, синтез нових білків і когнітивні функції. Ці функціональні зміни сприяють віковому погіршенню пам’яті (AMI) (Burke and Barnes, 2010; Schimanski and Barnes, 2010). Тому розробка ліків для уповільнення вікової патології та когнітивного старіння може бути корисною для якості життя людини. У цьому дослідженні ми використали Drosophila melanogaster, який є ідеальним організмом для досліджень старіння in vivo через його короткий термін життя, щоб оцінити ефективність ліків і дослідити молекулярні механізми, що лежать в основі полегшення старіння та ГІМ.

Herbaцистанче, також відомий під китайською назвою Rou CongRong, є паразитичною рослиною, яка в основному поширена в пустелях північно-західного Китаю. Два види Cistanche, Cistanche deserticolaY. C. Ма іЦистанхеtubulosa(Schrenk) Wight включені до Китайської фармакопеї (видання 2005 р.) за їхні подібні хімічні інгредієнти та фармакологічну дію. Екстракт їх стебла широко використовувався протягом тисячоліть як тонізуючий засіб, головним чином для лікування різних симптомів, включаючи недостатню функцію нирок, імпотенцію, безпліддя, а також для полегшення катарсису, як описано в стародавніх китайських медичних книгах. ЗЦистанхевиди, і два основних компоненти PhG, актеозид і ехінакозид, як правило, вибираються як маркери для оцінки якості Herba cistanche через їхню значну фармакологічну дію (Wang et al., 2012).

Цистанка трубчаста(CT) екстракти мають різноманітні біологічні функції, які включають модуляцію імунної активності, посилення сексуальної функції, сприяння росту волосся та інші переваги щодо антиоксидантної, гепатопротекторної, антиостеопоротичної активності та протипухлинної дії (Li та ін., 2016; Seok та ін., 2015). ; Ван та ін., 2012). Крім того, дослідження in vitro показало, що HerbaцистанчеЕкстракт може захистити допаміноподібні нейрони від окислювального пошкодження, спричиненого H2O2-, і значно підвищити рівень фактора росту нервів і нейротрофічного фактора, отриманого з мозку (Lin et al., 2013). Ехінакозид запобігав загибелі дофамінових нейронів у моделі хвороби Паркінсона на мишах, уражених MPTP (Zhao et al., 2010). Крім того, КТ(снtanche Tubulosa)екстракт покращив когнітивну дисфункцію шляхом зменшення відкладення амілоїду та підвищення рівнів ацетилхоліну та дофаміну в щурячій моделі хвороби Альцгеймера (AD) (Wu et al., 2014). Хоча терапевтичний ефект Herbaцистанчеяк і раніше необхідне для підтвердження невеликого неплацебо-контрольованого клінічного випробування КТ(снtanche Tubulosa)екстракти глікозидів показали, що препарат має потенціал для лікування пацієнтів з AD легкого та помірного ступеня та має відносно легкі побічні реакції навіть після тривалого застосування (Guo et al., 2013). Ці дані свідчать про те, що екстракти глікозидів у Herbaцистанчемають нейропротекторну та протидеменційну дію. Незважаючи на різні переваги КТ(снtanche Tubulosa)його молекулярні механізми та вплив на уповільнення старіння та полегшення ГІМ не з’ясовані. У цьому дослідженні ефекти КТ(снtanche Tubulosa)на значне подовження тривалості життя покращену стійкість до стресу навколишнього середовища та пригнічену вікову когнітивну дисфункцію досліджували для визначення можливої ​​клінічної користі КТ(снtanche Tubulosa)в уповільненні процесу старіння.

Матеріали та метод

Лікування травами

Ідентифікація походженняЦистанка трубчаста(Schrenk) Wight (Orobanchaceae) (CT) було перевірено в Ko Da PharmaceuticalCo. Ltd. (Таоюань, Тайвань), де зберігаються ваучерні зразки (10 603 205) і виробляється концентрований фітопрепарат CT. Коротко, висушене м’ясисте стебло CT екстрагували 12-кратно кип’яченою водою протягом 1 години з подальшою фільтрацією. Фільтрати збирали та піддавали вакууму та концентрації при зниженому тиску протягом 1 години для отримання екстрактів. Екстракти CT змішували з крохмалем у співвідношенні 1:1 (маса/маса) і піддавали гранулюванню розпиленням для отримання порошку CT.

Технічне обслуговування та вимірювання тривалості життя

Лінійка мухи дикого типу, використана в цьому дослідженні, була CantonS, отримана з Блумінгтонського центру зберігання дрозофіл. Мух вирощували та утримували в стандартному середовищі з кукурудзяним борошном при 25 градусах і відносній вологості 50–60 відсотків за 12--годинного циклу світло-темрява. З’явилися дорослих мух збирали протягом 24 годин і розділяли за статтю. З раннього дорослого віку мух доповнювали КТ. CT(снtanche Tubulosa)порошок розчиняли у воді та додавали до середовища з кукурудзяного борошна в концентраціях 5,4, 10,8 і 21,6 мг/мл, які були пропорційними ефективній добовій дозі для перорального введення людині. Під час аналізу тривалості життя від двадцяти до тридцяти мух вирощували у флаконі з їжею з КТ або без нього.(снtanche Tubulosa); щонайменше 250 мух було проведено для кожної обробки. Плакони з кормом замінювали кожні 3-4 дні, і в цей час підраховували мертвих мух

Тести на стресостійкість

Дорослих мух збирали, а потім попередньо обробляли контрольною дієтою без КТ(снtanche Tubulosa)і експериментальні дієти з додаванням 5,4, 10,8 і 21,6 мг/мл СТ протягом 20 днів при 25 градусах. Для аналізу голодування мух тримали у флаконах лише з мокрим папером і оцінювали їхню витривалість проти окисного стресу, спричиненого голодуванням. Для аналізу окисного стресу мух переносили у флакони без їжі, що містили фільтрувальний папір з перекисом водню (H2O2) (Sigma Aldrich) у 5-відсотковому розчині глюкози, щоб оцінити резистентність мух до гідроксильного радикалу (OH), викликаного H2O2-. −) стрес. Подібним чином, мух переносили у флакони, що містили фільтрувальний папір, насичений 10 мМ паракватом (Sigma-Aldrich), який генерує супероксидні аніони (O2-), які викликають окисне пошкодження тварин. Мух оцінювали на смертність щонайменше три рази на день, доки всі не загинули. Виконували щонайменше 250 мух за одну обробку. Для лазіння, наприклад, мух, які піддавалися дії параквату протягом 0 і 16 годин, поміщали в пластиковий флакон і обережно постукували по дну. Кількість мух у верхній частині флакона підраховували після 18 секунд підйому.

Оцінка плодючості

Незаймані самці та самки отримували 5,4 та 10,8 мг/мл КТ(снtanche Tubulosa)протягом 20 днів служили дослідними групами. Десять експериментальних самок було злучено з рівною кількістю незайманих самців, яким було 9-денний вік і не проходили КТ. Подібним чином експериментальних самців спаровували з незайманими самками в таких самих умовах. Потім поєднаних самок мух переносили в новий флакон для відкладання яєць на 24 години, і загальну кількість яєць, відкладених у флаконах, підраховували вручну. Індекс плодючості розраховували як середньодобову несучість однієї самки. Було проведено принаймні п’ять флаконів на обробку, а загальна кількість мух n=50–80.

Нюхове асоціативне навчання та пам'ять

Мух збирали після еклозії та попередньо обробляли 5,4, 10,8 та 21,6 мг/мл КТ(снtanche Tubulosa)служили експериментальними групами, а контрольні мухи не отримували КТ(снtanche Tubulosa)протягом 5 і 20 днів при 25 градусах. Згідно з попереднім дослідженням було проведено єдине тренувальне випробування (Dubnau et al., 2001). Коротко кажучи, приблизно 100 мух піддавалися послідовному впливу двох запахів: 3-октанолу (OCT, Sigma-Aldrich) або 4-метилциклогексанолу (MCH, Sigma-Aldrich). Мухи, які піддавалися впливу першого запаху (умовний подразник, CS plus ), були піддані електричним розрядам напругою 80 В, а потім отримали другий запах (CS-) без розрядів. Здатність до навчання була визначена відразу після навчання та здібностей 3- і {{ 12}}h пам'яті проводила тести після процедури тренування протягом 3 і 24 годин відповідно. Для проведення тесту навчених мух помістили в пастку в Т-подібному лабіринті, де вони одночасно піддавалися OCT і MCH. Індекс ефективності (PI) був розрахований, щоб показати уникнення умовного запаху. ІП, рівний нулю, вказував на розподіл 50:50, а ІП, рівний 100, показав розподіл 0:100 від CS плюс запах.

Вимірювання рівнів транскриптів за допомогою кількісної ПЛР (qPCR) у реальному часі

Мух збирали після еклозії та попередньо обробляли 5,4 та 10,8 мг/мл КТ(снtanche Tubulosa)протягом 20 днів при 25 градусах служили експериментальними групами, а контрольні мухи не отримували КТ. Загальну РНК екстрагували за допомогою набору RNeasy Mini (Qiagen), і кДНК синтезували із загальної РНК за допомогою реакції зворотної транскрипції за допомогою зворотної транскрипції кДНК високої ємності (Thermo Fisher Scientific). Рівні транскриптів цільових генів були кількісно визначені за допомогою кількісної полімеразної ланцюгової реакції в реальному часі (Applied Biosystems ViiATM 7 Real-Time PCR System) за допомогою FastStart SYBR Green Master (Roche) відповідно до інструкцій виробника. Відносну кількість транскриптів нормалізували за допомогою методу порогового значення порівняльного циклу з використанням гена домашнього обслуговування, RpLP0, як внутрішнього стандарту. Відмінності відносної експресії в цільових генах експериментальних груп були нормалізовані до відмінностей контрольної групи та представлені як кратна зміна. Праймери для цільових генів перераховані в Додатковій таблиці 1.

Побудова та аналіз мережі

Для аналізу функціональної інтерпретації та біологічних процесів, опосередкованих ідентифікованими нами генами, що диференційовано експресуються, була використана База даних для анотації, візуалізації та інтегрованого відкриття (DAVID) для анотації та аналізу збагачення шляху Кіотської енциклопедії генів і генома (KEGG) і гена Онтологія для цих генів (Jiao et al., 2012). Щоб проаналізувати пряму та непряму взаємодію диференціально експресованих генів, список генів також було завантажено в Інструмент пошуку для пошуку взаємодіючих генів/білків (STRING), щоб отримати інформацію про взаємодію та створити мережі взаємодії білків (Franceschini та ін., 2013).

Статистичний аналіз

Усі експерименти проводили принаймні у трьох незалежних повторах, а статистичні аналізи проводили за допомогою програмного забезпечення SigmaStat v3.5 (Systat Software, Inc., IL). Дані щодо подовження тривалості життя та викликів окисного стресу були отримані із загальною кількістю мух у діапазоні від 250–350, а тест логарифмічного рангу оцінювався для різних аналізів. Групові порівняння для оцінки плодючості та когнітивного тесту оцінювали за допомогою одностороннього дисперсійного аналізу (ANOVA) з наступним тестом Dunnett. Інші експериментальні порівняння проводили за допомогою t-критерію Стьюдента порівняно з контрольною групою. Дані представлені як середнє ± SEM, і p-значення < 0,05="" вважалося="">

Результати

Добавка CT (Cistanche Tubulosa) збільшує тривалість життя мух

Щоб перевірити чи КТ(снtanche Tubulosa)додавання може подовжити тривалість життя мух, мухам додавали 5,4, 10,8 і 21,6 мг/мл CT відразу після експозиції при 25 градусах протягом експериментальних процедур. Наші дані показали, що КТ(снtanche Tubulosa)добавки можуть подовжити тривалість життя як самців, так і самок мух. Як показано на рис. 1A, тривалість життя самців мух була подовжена всіма дозами ХТ(снtanche Tubulosa). Середня тривалість життя груп, які отримували 5,4, 10,8 і 21,6 мг/мл КТ, значно збільшилася на 18,9 відсотка, 10,3 відсотка і 9,9 відсотка відповідно. CT(снtanche Tubulosa)також значно збільшив максимальну тривалість життя в усіх групах КТ порівняно з контрольною групою з 88 до 102, 98 і 102 днів після лікування 5,4, 10,8 і 21,6 мг/мл КТ(снtanche Tubulosa), відповідно. У жінок КТ(снtanche Tubulosa)значно збільшив середню тривалість життя груп КТ порівняно з контрольною групою (рис. 1B). Середня тривалість життя зросла до 18,8 відсотка з 5,4 мг/мл КТ(снtanche Tubulosa)і 5,5% і 6,7% з 10,8 і 21,6 мг/мл КТ, відповідно. Ми також спостерігали, що максимальна тривалість життя була значно подовжена з 91 дня (контроль) до 109, 98 і 102 днів після лікування 5,4, 10,8 і 21,6 мг/мл СТ.(снtanche Tubulosa), відповідно; максимальна величина збільшення максимальної тривалості життя становила 19,8 відсотка при 5,4 мг/мл КТ(снtanche Tubulosa). Наші результати показують, що CT(снtanche Tubulosa)доповнення раціону значно подовжує тривалість життя як самців, так і самок мух. Куркумін (10 мкМ) використовувався як позитивний контроль і ефективний у подовженні тривалості життя, як показано на Додатковій рис. 1.

Добавка CT підвищує стійкість до голодування та окислювального стресу

Подовження тривалості життя часто асоціюється з підвищеною стійкістю до окисного стресу під час процесу старіння. Ми оцінили, чи КТ(снtanche Tubulosa)добавка підвищує стійкість до окислювального стресу. Самці та самки мух були попередньо оброблені різними дозами ХТ(снtanche Tubulosa)протягом 20 днів і оцінювали їхнє виживання після голодування (рис. 2A). Середній час виживання та максимальна тривалість життя обох статей, порівняно з контрольною групою, демонстрували значне збільшення в групах 5,4 та 10,8 мг/мл КТ, але не в21 .6 мг/мл КТ(снtanche Tubulosa)група. Попередньо оброблених мух також оцінювали на їхнє виживання після зараження H2O2 і паракватом, які виробляють активні форми кисню (АФК), щоб викликати клітинне старіння та загибель клітин. Ми виявили, що КТ(снtanche Tubulosa)захистив самців і самок мух від токсичності H2O2 і подовжив їх середню та максимальну тривалість життя (рис. 2B, p < 0.01 і 0,001, при 5,4 і 10,8 мг/мл КТ(снtanche Tubulosa), відповідно). Також спостерігалася подібна тенденція, що демонструє підвищену стійкість до виклику паракватом. Самців мух, яких годували всіма дозами КТ, а самок, особливо тих, які отримували 5,4 мг/мл КТ(снtanche Tubulosa) (снtanche Tubulosa), вижили довше, ніж контрольні (рис. 3A, p < 0.001).="" що="" стосується="" здатності="" лазити,="" як="" самцям,="" так="" і="" самкам="" мух="" вводили="" 10,8="" мг/мл="">(снtanche Tubulosa)показали послаблену локомоторну дисфункцію, спричинену паракватом, через 16 годин після зараження паракватом (рис. 3B, усі p < 0.05).="" ці="" результати="" показують,="" що="" добавки="" ct="" покращують="" стійкість="" до="" деякого="" окислювального="" стресу,="" що="" свідчить="" про="" те,="" що="">(снtanche Tubulosa)-індуковане збільшення тривалості життя пов'язане з посиленням антиоксидантного захисту.

Вплив CT (Cistanche Tubulosa) на репродуктивну здатність

Оскільки теорія старіння вказує на те, що процес старіння негативно впливає на відтворення, ми перевірили, чи КТ(снtanche Tubulosa)вплинули на репродуктивну здатність шляхом аналізу здатності дорослих мух до відкладання яєць. Дорослих мух збирали після еклозії, розділяли за статтю та вводили 5,4 та 10,8 мг/мл КТ(снtanche Tubulosa)протягом 20 днів. Віргінським самцям або самкам мух вводили КТ(снtanche Tubulosa)з’єднали з 9-денними мухами, яким не проводили КТ(снtanche Tubulosa). Ми спостерігали залежне від дози збільшення щоденної кількості відкладених яєць на самку, а саме на 30,3% і 57,2% старих мух, які отримували 5,4 і 10,8 мг/мл КТ.(снtanche Tubulosa), відповідно, порівняно з контролем (рис. 4, p < 0.05).="" ці="" дані="" свідчать="" про="" те,="" що="">(снtanche Tubulosa)добавки можуть сприяти репродуктивній здатності літніх самок, але, ймовірно, ні літніх чоловіків.

Добавка CT (Cistanche Tubulosa) покращує когнітивні здібності

Ми визначили, чи КТ(снtanche Tubulosa)добавка сприятливо впливає на здатність до навчання та пам'яті, був проведений єдиний цикл нюхово-асоціативного тренування. Ми оцінюємо ефективність навчання, а також пам’ять 3- та 24-h, яка вважається середньочасовою та довгостроковою пам’яттю відповідно. Спочатку мухам додавали різні дози ХТ(снtanche Tubulosa)протягом 5 днів. Здатність до навчання була подібною як у КТ, так і в контрольній групах (рис. 5A). Щодо 3-h пам’яті, CT 10,8 мг/мл(снtanche Tubulosa)група, як правило, мала вищий індекс продуктивності (PI), ніж контрольна (рис. 5B, 51,5 ± 3,2 проти 42,6 ± 2,1), хоча істотної різниці немає. Крім того, 5,4 та 10,8 мг/мл КТ(снtanche Tubulosa)значно покращив {{0}}-годинну пам’ять мух порівняно з контролем (рис. 5C, PI=41.6 ± 3,6 і 45,9 ± 3.0 проти 29,6 ± 2,9, відповідно , p < 0.05="" і="" 0.01).="" ці="" результати="" показали,="" що="" ct-добавка="" покращує="" формування="" пам’яті="" у="" молодих="" мух.="" по-друге,="" поки="">(снtanche Tubulosa)добавки збільшували довголіття та стійкість мух до окислення, ми додатково визначили, чи можуть добавки також покращити когнітивну поведінку літніх мух. Мухам давали стандартну їжу з або без 5,4, 10,8 та 21,6 мг/мл КТ(снtanche Tubulosa)протягом 20 днів для імітації старіння; мухи, доповнені цими дозами ХТ(снtanche Tubulosa)мали значно вищі показники ІП навчання (67,6 ± 1,9, 72,5 ± 0.5 і 75,2 ± 1,3 відповідно), ніж контрольні (58.0 ± 2.0; рис. 5D , p < 0.001), що свідчить про те, що CT(снtanche Tubulosa)має сприятливий вплив на затримку пов'язаного з віком зниження здатності до навчання. Подібні результати також показали, що 5,4 мг/мл КТ(снtanche Tubulosa)група мала більш ефективне збереження пам’яті через {{0}} год (рис. 5E, 47,5 ± 1,9 порівняно з контролем37.{{10}} ± 2,9, p < 0,05)="" і="" 24-="" h="" тести="" пам’яті="" (рис.="" 5f,="" 31,8="" ±="" 3,8="" проти="" контролю="" 19,3="" ±="" 2,4,="" p="">< 0,01).="" ці="" результати="" вказують="" на="" те,="" що="">(снtanche Tubulosa)добавки не тільки покращують формування пам’яті у молодих мух, але й затримують порушення когнітивної поведінки та зберігають ефективнішу здатність до навчання та пам’яті з віком.

Молекулярні шляхи, пов’язані зі стимулюванням довголіття та когнітивним покращенням добавок CT

CT(снtanche Tubulosa)добавки одночасно пригнічують ГІМ і подовжують тривалість життя. Таким чином, ми прийшли до висновку, що гени, пов’язані з ГІМ та довголіттям, можна визначити шляхом оцінки диференціальної експресії між контрольною групою та групами КТ 5,4 і 10,8 мг/мл за допомогою кПЦР. Зміни в експресії генів мух, оброблених CT, порівнювали зі змінами в контрольній групі, як показано на рис. 6A. Посилена експресія кількох цільових генів, включаючи Sirt6, Sir2, Sod, p38b і Sirt2, може брати участь у процесі старіння. Рівні транскрипції S6k, raptor, Psn, Rpd3 і N також зросли, що свідчить про те, що CT(снtanche Tubulosa)добавки змінюють трансдукцію сигналу їх TOR і Notch шляхів. Крім того, добавки CT значно вплинули на експресію мРНК Nmdar1, Nmdar2 і SkpA. Щоб висвітлити взаємодію протеїнів, пов’язаних із КТ, які подовжують тривалість життя та покращують навчання та пам’ять, була створена літературна мережа взаємодії білків генів, перевірених за допомогою кПЛР (рис. 6B). Кожен вузол представляє один білок, тоді як кожен край позначає одну взаємодію, засновану на літературі. Вузли групуються відповідно до шляху KEGG і біологічного процесу генної онтології (GOBP). Як показано на рис. 6B, нейроактивний ліганд-рецептор взаємодії GOBP, який впливає на навчання та пам’ять, і інший GOBP старіння, який корелює з тривалістю життя, обидва пов’язані з сигнальним шляхом Notch. Крім того, на GOBP старіння впливає сигнальний шлях mTOR. Значення CT-індукованої надекспресії генів на цих GOBP і шляхах описано в розділі Обговорення.

Рис. 6. Мережевий аналіз диференціально експресованих генів. Мухи, попередньо оброблені 5,4 та 10,8 мг/мл КТ(снtanche Tubulosa)і контрольні дієти при 25 градусах протягом 20 днів збирали для кількісного визначення диференціальної експресії генів. (A) Відносні рівні транскриптів цільових генів щодо контролю були кількісно визначені за допомогою КПЦР. n=4 для кожної групи. (B) Посилені гени, що беруть участь у трансдукції клітинного сигналу, і мережа їх взаємодії. Вузли представляють гени. Гени з надмірною експресією обведені зеленим кольором. Ребра представляють взаємодію між генними продуктами. Різними кольорами на малюнку позначені типи взаємодії. (Для тлумачення посилань на колір у легенді цього малюнка читач переходить до веб-версії цієї статті.)

Обговорення

Дисбаланс між утворенням і видаленням вільних радикалів ендогенними системами антиоксидантного захисту може спричинити окисне пошкодження тканин з віком; таким чином, припускають, що вільні радикали відіграють вирішальну роль у старінні (Dato et al., 2013). Тут ми показали, що КТ(снtanche Tubulosa)Додавання добавок у мух подовжує тривалість життя та призводить до високої толерантності до окисного пошкодження, спричиненого H2O2 та паракватом, в обох статей. Дослідження, пов'язані з КТ(снtanche Tubulosa)та антистаріння менш вивчені, але екстракти з C. deserticola можуть подовжити тривалість життя мишей, схильних до прискореного старіння 8 (SAM-P8) (Zhang et al., 2014) та ехінакозид, одна з основних сполук, які існують у CT , сприятливо впливає на подовження тривалості життя та стресостійкість C. elegans (Wang et al., 2015).

Недавні дослідження на тваринах продемонстрували, що ехінакозид має захисну дію проти токсичності яєчок, спричиненої бісфенолом А, і посилює біосинтез тестостерону шляхом індукції тестикулярностероїдних ферментів, включаючи CYP11A1, 3 -HSD і CYP17A1 (Jiang et al., 2016). CT(снtanche Tubulosa)етаноловий екстракт також сприяє життєздатності та якості сперми у щурів (Wang et al., 2016). Хоча кореляція між КТ(снtanche Tubulosa)і естроген все ще потребує вивчення, одне дослідження показало, що ехінакозид значно збільшує експресію рецепторів естрогену, подібно до групи лікування естрадіолом у щурів з оваріектомією (Li et al., 2013). Оскільки репродуктивна здатність негативно корелює з віком (Kenyon, 2005), ми перевірили, чи має КТ переваги у літніх мух. КТ впливає на репродуктивну придатність(снtanche Tubulosa)спостерігався лише у самок, що свідчить про те, що самки можуть бути більш чутливими до КТ(снtanche Tubulosa)прикорм. Ці результати показують, що КТ може мати ефект, подібний до статевих гормонів, і затримувати репродуктивне старіння, що відповідає клінічному застосуванню КТ(снtanche Tubulosa)для лікування сексуальної дисфункції у людей.

Актеозид може з’ясувати захисні ефекти для зменшення апоптозу нейронів і втрати пам’яті в моделі старіючої миші, викликаної комбінацією D-галактози та AlCl3, що свідчить про те, що КТ може мати потенціал нейрозахисних властивостей і покращення пам’яті (Gao et al., 2015; Peng та ін., 2015). Наші дані показали, що формування пам’яті покращилося у молодих мух, які отримували КТ. Тому ми оцінили, чи КТ(снtanche Tubulosa)добавки корисні для збереження пам’яті під час старіння, оскільки відомо, що когнітивні функції погіршуються при нормальному старінні. Наші результати показали, що кілька типів ГІМ, зокрема навчання, 3- і 24-пам’ять, можна полегшити за допомогою КТ(снtanche Tubulosa)прикорму протягом 20 днів. За вищевказаними результатами КТ(снtanche Tubulosa)добавки можуть сприятливо вплинути на довголіття та покращити формування пам’яті, а також достатньо відстрочити ГІМ.

Використання тваринних моделей полегшує ідентифікацію потенційних механізмів і залежності шляху КТ(снtanche Tubulosa)уповільнити старіння мозку та відстрочити ГІМ на клітинному рівні. Ми зосередилися на молекулярних механізмах, що лежать в основі старіння, передачі нейронів і окислювального стресу, і прийшли до висновку, що гени, пов’язані з ГІМ та довголіттям, можна ідентифікувати, досліджуючи диференціальну експресію між контрольною та КТ-групами за допомогою кПЦР. Сигнальний шлях Notch є висококонсервативним серед видів від дрозофіли до людини; він експресує в центральній нервовій системі дорослої людини для нейронної пластичності та регулює нейронну диференціацію разом із своїм інгібітором під час розвитку (Presente та ін., 2001). Миші, які несуть гетерозиготну мутацію Notch, мають дефіцит просторового навчання та пам’яті (Costa et al., 2003). Пресенілін (Psn) необхідний для активації розщеплення Notch у внутрішньоклітинний домен Notch, а нокаут Psn спричиняє порушення синаптичної пластичності та формування пам’яті (Saura et al., 2004). Наші дані виявили залежне від дози підвищення регуляції Notch і Psn при КТ(снtanche Tubulosa)доповнені мухи, з незмінним рівнем експресії оніміння, що передбачає сигнальний шлях Notch як потужний механізм покращення пам’яті за допомогою добавок CT. Окрім передачі сигналів Notch, рецептор N-метил-D-аспартату (NMDAR), керований глутаматом і D-серином іонний канал у нейронах контролює синаптичну пластичність і функцію пам’яті (Furukawa et al., 2005). Геном дрозофіли містить два Субодиниці NMDAR, Nmdar1 і Nmdar2, обидві мають вирішальне значення для функції пам’яті. Нокдаун Nmdar1 у Drosophila погіршує навчання та пам'ять (Xia та ін., 2005), тоді як надмірна експресія Nmdar2 у мишей покращує навчання та пам'ять (Tang та ін., 2001). Наші дані показали залежне від дози підвищення регуляції Nmdar1 і Nmdar2 у мух, які отримували КТ, що свідчить про інший потенційний механізм покращення пам’яті за допомогою КТ(снtanche Tubulosa)прикорм.

Клас O шляху транскрипційного фактора forkhead box (FoxO) зберігається серед видів і має важливе значення для метаболізму, стійкості до стресу та продовження тривалості життя (Lehtinen et al., 2006). Посттрансляційні модифікації, включаючи фосфорилювання, ацетилювання та убіквітування, регулюють активність FoxOs (van der Horst and Burgering, 2007). Регулятор тихої інформації 2 (Sir2; гомолог у ссавців відомий як SIRT1) регулює активність FoxO через деацетилювання та впливає на тривалість життя тварин, пов’язану зі шляхом інсуліноподібного фактора росту (IGF) (Lemieux et al., 2005). Sirt6 дефосфорилює FoxO, щоб подовжити тривалість життя мишей-самців (Kanfi et al., 2012). Наші дані виявили посилення регуляції Sir2 і Sirt6 у мух, доданих CT, що означає, що регуляція FoxO за допомогою Shirts може бути потужним механізмом подовження тривалості життя за допомогою CT(снtanche Tubulosa)прикорм. Вільні радикали, що утворюються під час метаболічних процесів, спричиняють пошкодження ДНК і білків, що призводить до скорочення тривалості життя. Sir2 також є геном відповіді на окислювальний стрес (Whitaker et al., 2013), і, як повідомляється, підвищена експресія супероксиддисмутази (SOD), яка перетворює O2− на H2O2 і, нарешті, на H2O за допомогою каталази та глутатіонпероксидази, подовжує тривалість життя мух ( Le Bourg, 2001). Наші дані виявили залежну від дози регуляцію Sod і Sir2 у мух, доданих CT, що свідчить про те, що антиоксидантні шляхи можуть бути потужним механізмом подовження тривалості життя за допомогою CT(снtanche Tubulosa)прикорм.

Інший ключовий шлях старіння регулюється комплексами mTOR mTORC1 і mTORC2, обидва з яких сприяють еволюційному консервативному відтворенню організму. Сигнали від рецептора інсуліну активують mTORC1 через шлях фосфоінозитид3-кінази–Akt для сприяння синтезу білка та запалення та для пригнічення аутофагії та гліколізу за допомогою окремих білків, що знаходяться нижче (Johnson et al., 2013). Синтез білка активується рибосомальною протеїн-кіназою S6 (S6K), яка утворює петлю негативного зворотного зв’язку для інгібування передачі сигналів інсулінового рецептора (Hands et al., 2009). Інгібіторною мішенню mTORC1 є подібний до білка дрозофіли (sima), гомолог якого у ссавців відомий як гіпоксія-індукований фактор 1 альфа (HIF1). HIF1 відіграє захисну роль проти залежних від віку пошкоджень кровоносних судин і моторних нейронів (Oosthuyse та ін., 2001; Rivard та ін., 2000). Наші дані виявили незмінний рівень експресії субодиниць комплексу mTOR, включаючи Tor, rictor і raptor, тоді як КТ(снtanche Tubulosa)добавки залежно від дози підвищують регуляцію S6K і sima, що вказує на захисну роль CT(снtanche Tubulosa)проти активності mTOR.

Висновки

Незважаючи на те, що виявлено деякі причетні шляхи, довголіття та високий інтелект сприяють КТ(снtanche Tubulosa)Втручання може бути аполігенною ознакою, на яку впливає взаємодія кількох генів, і інші генетичні фактори, які ми не з’ясували, також можуть модулювати процес старіння. Для людей похилого віку підтримка бажаної фізичної форми та когнітивних здібностей для того, щоб відстрочити або запобігти деменції та хронічним захворюванням, має бути вирішальним досягненням у дослідженнях старіння. Тому що КТ(снtanche Tubulosa), відомий як «женьшень пустелі», має помітний лікувальний ефект на зміцнення ниркового ян, який живить усі органи та поповнює життєво важливу сутність у традиційній китайській медицині, ми вважаємо, що наше дослідження надає докази, що підтверджують клінічне лікування КТ(снtanche Tubulosa)і може дати цінну інформацію для розробки нових ліків або харчових добавок, щоб не тільки затримати старіння та вікові захворювання, але й покращити якість життя людини.

Конфлікт інтересів

Автори заявляють, що не мають конфлікту інтересів.

Подяки

Цю роботу підтримав Китайський медичний університет (CMU103-S-25); Китайська медична університетська лікарня (DMR-101-065,DMR-103-099); Міністерство науки і технологій Тайваню (NSC 102-2632-B-039-001-MY3, MOST 104-2632-B-039-002), і частково Центром клінічних випробувань і досліджень Міністерства охорони здоров’я та соціального забезпечення Тайваню передового досвіду (MOHW105-TDU-B-212-133019).

Додаткові матеріали

Додаткові матеріали, пов’язані з цією статтею, можна знайти в онлайн-версії за адресою doi:10.1016/j.phymed.2017.01.006.

З: «Молекулярні шляхи, пов’язані зі стимулюванням довголіття та покращенням когнітивних функційЦистанка трубчастау дрозофіли' поWei-Yong Lin та ін

--В.-Й. Lin та ін. / Фітомедицина 26 (2017) 37–44

Список літератури

Берк, С.Н., Барнс, Каліфорнія, 2010. Старіючі синапси та динаміка контуру гіпокампу. Тенденції Neurosci. 33, 153–161.

Коста, Р. М., Хонджо, Т., Сільва, А. Дж., 2003. Дефіцит навчання та пам’яті у мишей-мутантів Notch. Curr. Biol. 13, 1348–1354.

Дато, С., Крокко, П., Д'Аквіла, П., де Ранго, Ф., Белліцці, Д., Роуз, Г., Пассаріно, Г., 2013. Дослідження ролі генетичної мінливості та способу життя в окислювальному відповідь на стрес для здорового старіння та довголіття. Міжн. J. Mol. наук. 14, 16443–16472.

Дубнау, Дж., Грейді, Л., Кітамото, Т., Таллі, Т., 2001. Порушення нейротрансмісії в тілі гриба дрозофіли блокує відновлення, але не придбання пам’яті. Природа 411, 476–480.

Франческіні, А., Шклярчик, Д., Франкільд, С., Кун, М., Симонович, М., Рот, А., Лін, Дж., Мінгуез, П., Борк, П., фон Мерінг, Ч. , Jensen, LJ, 2013. STRING v9.1: мережі взаємодії білок-білок із розширеним покриттям та інтеграцією. Nucleic Acids Res. 41, D808–D815.

Furukawa, H., Singh, SK, Mancusso, R., Gouaux, E., 2005. Розташування та функція субодиниці в рецепторах NMDA. Природа 438, 185–192.
Gao, L., Peng, XM, Huo, SX, Liu, XM, Yan, M., 2015. Посилення пам’яті актеозидом (вербаскозидом) у моделі мишей старіння, викликане комбінацією D-gal і AlCl3. Фітотер. рез. 29, 1131–1136.
Гуо, К., Чжоу, Ю., Ван, К.Дж., Хуан, Ю.М., Лі, Ю.Т., Су, М.Х., Лу, Дж., 2013. Відкрите неплацебо-контрольоване дослідженняЦистанка трубчастаглікозидні капсули (Memoregain((R))) для лікування хвороби Альцгеймера середньої тяжкості. Am. Хвороба Дж. Альцгеймера. Інший Демен. 28, 363–370.
Hands, SL, Proud, CG, Wyttenbach, A., 2009. Роль mTOR у старінні: синтез білка чи аутофагія? Старіння (Олбані, Нью-Йорк) 1, 586–597.
Jiang, Z., Wang, J., Li, X., Zhang, X., 2016. Ехінакозид іЦистанка трубчаста(Schenk) R. Wight покращує спричинене бісфенолом А пошкодження яєчок і сперматозоїдів у щурів за допомогою стероїдогенних ферментів, регульованих віссю гонад. J. Ethnopharmacol 193, 321–328.
Jiao, X., Sherman, BT, Huang da, W., Stephens, R., Baseler, MW, Lane, HC, Lempicki, RA, 2012. DAVID-WS: веб-сервіс із збереженням стану для полегшення аналізу списку генів/білків. Біоінформатика 28, 1805–1806.
Джонсон, SC, Rabinovitch, PS, Kaeberlein, M., 2013. mTOR є ключовим модулятором старіння та вікових захворювань. Природа 493, 338–345.
Kanfi, Y., Naiman, S., Amir, G., Peshti, V., Zinman, G., Nahum, L., Bar-Joseph, Z., Cohen, HY, 2012. Сиртуїн SIRT6 регулює тривалість життя чоловіків миші. Природа 483, 218–221.
Kenyon, C., 2005. Пластичність старіння: висновки довгоживучих мутантів. Осередок 120, 449–460.
Le Bourg, E., 2001. Окислювальний стрес, старіння та довголіття Drosophila melanogaster. FEBS Lett. 498, 183–186.
Лехтінен, М.К., Юань, З., Боуг, П.Р., Янг, Ю., Віллен, Дж., Беккер, Е.Б., ДіБакко, С., де ла Іглесія, Н., Гігі, С., Блекуелл, Т.К., Бонні, A., 2006. Збережений сигнальний шлях MST-FOXO опосередковує реакції на окислювальний стрес і подовжує тривалість життя. Осередок 125, 987–1001.
Lemieux, ME, Yang, X., Jardine, K., He, X., Jacobsen, KX, Staines, WA, Harper, ME, McBurney, MW, 2005. Деацетилаза Sirt1 модулює сигнальний шлях інсуліноподібного фактора росту в ссавці. мех. Старіння Dev. 126, 1097–1105.
Li, F., Yang, X., Yang, Y., Guo, C., Zhang, C., Yang, Z., Li, P., 2013. Антиостеопоротична активність ехінакозиду у щурів з оваріектомією. Фітомедицина 20, 549–557.
Лі, З., Лін, Х., Гу, Л., Гао, Дж., Цзен, КМ, 2016. Herba Cistanche (Rou Cong-Rong): один із найкращих фармацевтичних подарунків традиційної китайської медицини. Фронт Фармакол. 7, 41.
Лін, С., Є, С., Хуан, Дж., Тянь, Ю., Сю, Ю., Ву, М., Ван, Дж., Ву, С., Цай, Дж., 2013. Як китайська ліки, які тонізують нирки, пригнічують апоптоз дофамінергічних нейронів? Нейронна регенерація. рез. 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, Х., Дрост, М.Р., Скіот, Р., Бруйнінккс, Ф., Хіклін, Ді-Джей, Інс, К., Грессенс, П., Лупу, Ф., Плейт, К.Х., Робберехт, В., Герберт, Дж.М., Коллен , D., Carmeliet, P., 2001. Видалення елемента реакції на гіпоксію в промоторі фактора росту ендотелію судин викликає дегенерацію моторного нейрона. Нац. Жене. 28, 131–138.

Peng, XM, Gao, L., Huo, SX, Liu, XM, Yan, M., 2015. Механізм покращення пам’яті актеозидом (вербаскозидом) у моделі старіючої миші, індукований комбінацією D-gal та AlCl3. Phytother, Res. 29, 1137–1144.
Presente, A., Andres, A., Nye, JS, 2001. Вимога Notch у дорослому віці для неврологічної функції та довголіття. Нейрозвіт 12, 3321–3325.
Rivard, A., Berthou-Soulie, L., Principe, N., Kearney, M., Curry, C., Branellec, D., Semenza, GL, Isner, JM, 2000. Віковий дефект росту ендотелію судин Експресія фактора пов'язана зі зниженою активністю фактора 1, викликаної гіпоксією. J. Biol. Chem. 275, 29643–29647.
Саура, Каліфорнія, Чой, С.Й., Беглопулос, В., Малкані, С., Чжан, Д., Рао, Шанкаранараяна, Чаттарджі, Б.С., Келлехер, С., 3-й, Р.Дж., Кандел, швидка допомога, Дафф, К., Кірквуд , A., Shen, J., 2004. Втрата функції пресеніліну спричиняє порушення пам’яті та синаптичної пластичності з подальшою віковою нейродегенерацією. Нейрон 42, 23–36.
Шиманські, Л.А., Барнс, Каліфорнія, 2010. Синтез нервових білків під час старіння: вплив на пластичність і пам'ять. Передня нейрологія старіння. 2. Сок, Дж., Кім, Т. С., Квон, Х. Дж., Лі, С. П., Кан, М. Х., Кім, Б. Дж., Кім, Міннесота, 2015 р. ЕфективністьЦистанка трубчастаі екстракти ламінарії японської (MK-R7) доповнюють засіб для запобігання випадінню волосся з візерунками та зміцнення здоров’я шкіри голови. Clin. Nutr. рез. 4, 124–131.
Тан, Ю. П., Ван, Х., Фен, Р., Кінь, М., Цянь, Дж. З., 2001. Диференціальні ефекти збагачення на функції навчання та пам'яті у трансгенних мишей NR2B. Нейрофармакологія 41, 779–790.
van der Horst, A, Burgering, BM, 2007. Підкреслюючи роль білків FoxO у тривалості життя та захворюваннях. Нац. Преподобний мол. Стільниковий. Biol. 8, 440–450.
Ван, Т., Чен, К., Ян, М., Ден, Б., Кірбі, Г.М., Чжан, X., 2016.Цистанка трубчастаетаноловий екстракт опосередковує рівень статевих гормонів щурів шляхом індукції тестикулярних стероїдних ферментів. фарм. Biol. 54, 481–487.
Ван, Т., Чжан, X., Се, В., 2012.Cistanche deserticolaYC Ma, «Женьшень пустелі»: рецензія. Am. Дж. Чін. Мед. 40, 1123–1141.
Wang, X., Zhang, J., Lu, L., Zhou, L., 2015. Ефект довголіття ехінакозиду в Caenorhabditis elegans, опосередкований через daf-16. Biosci. Біотехнологія. Біохім. 79, 1676–1683.
Whitaker, R., Faulkner, S., Miyokawa, R., Burhenn, L., Henriksen, M., Wood, JG, Helfand, SL, 2013. Підвищена експресія Drosophila Sir2 подовжує тривалість життя залежно від дози. Старіння (Олбані, Нью-Йорк) 5, 682–691.
Wu, CR, Lin, HC, Su, MH, 2014. Скасування водними екстрактамиЦистанка трубчаставід поведінкових дефіцитів у моделі щурів, схожій на хворобу Альцгеймера: актуальність для відкладення амілоїду та функції центрального нейромедіатора. Доповнення BMC. Чергувати. Мед. 14, 202.
Ся, С., Міяшіта, Т., Фу, Т. Ф., Лін, В. Й., Ву, К. Л., Пізоча, Л., Лін, І. Р., Сайтое, М., Таллі, Т., Чіанг, А. С., 2005. NMDA-рецептори є посередниками нюхове навчання і пам'ять у дрозофіл. Curr. Biol. 15, 603–615.
Чжан, К., Ма, X., Хе, В., Лі, Х., Хань, С., Цзян, Ю., Ву, Х., Хань, Л., Оно, Т., Уоцу, Н., Yamaguchi, K., Ma, Z., Tu, P., 2014. Екстракти Cistanche deserticola можуть протидіяти імуностарінню та подовжувати тривалість життя у мишей із прискореним старінням
Миші Prone 8 (SAM-P8). Evid. На основі доповнення. Альтернативний. Мед. 2014, 601383.
Zhao, Q., Gao, J., Li, W., Cai, D., 2010. Нейротрофічні та нейрорятувальні ефекти ехінакозиду в підгострій мишачій моделі MPTP хвороби Паркінсона. Brain Res. 1346, 224–236.