메트포르민은 AMPK/BDNF/PI3K 경로의 활성화를 통해 노화의 신경인지 장애를 완화합니다. 2부
Jun 02, 2023
Cistanche의 배당체는 또한 심장 및 간 조직에서 SOD의 활성을 증가시킬 수 있으며 각 조직에서 리포푸신 및 MDA의 함량을 크게 감소시켜 다양한 활성 산소 라디칼(OH-, H₂O₂ 등)을 효과적으로 제거하고 이로 인한 DNA 손상으로부터 보호합니다. OH-라디칼에 의해. Cistanche phenylethanoid glycosides는 자유 라디칼의 강력한 소거 능력, 비타민 C보다 높은 환원 능력, 정자 현탁액에서 SOD의 활동을 개선하고 MDA의 함량을 감소시키며 정자 막 기능에 대한 특정 보호 효과가 있습니다. Cistanche 다당류는 D-갈락토스에 의해 유발된 실험적으로 노화된 쥐의 적혈구 및 폐 조직에서 SOD 및 GSH-Px의 활성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 폐 및 혈장의 MDA 및 콜라겐 함량을 감소시키고 엘라스틴 함량을 증가시킬 수 있습니다. DPPH에 대한 우수한 소거 효과, 노화된 쥐의 저산소증 시간 연장, 혈청 내 SOD 활성 개선, 실험적으로 노화된 쥐의 폐의 생리학적 퇴행 지연 피부 노화 질환을 예방하고 치료하는 약물이 될 가능성이 있습니다. 동시에 Cistanche의 echinacoside는 DPPH 자유 라디칼을 제거하는 상당한 능력을 가지고 있으며 활성 산소 종을 제거하고 자유 라디칼로 인한 콜라겐 분해를 방지하며 티민 자유 라디칼 음이온 손상에 대한 우수한 복구 효과도 있습니다.
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또한 AMPK 신호 활성화는 SIRT129 활성화, FOXO 단백질35 자극 및 ER 스트레스 억제, 산화 스트레스 감소를 통해 염증 반응을 억제합니다. 이러한 모든 메커니즘은 노화와 관련된 NF-κB 신호 및 신경염증을 억제합니다36. 항염증 효과 외에도 AMPK는 혈관신생, 자가포식 강화, 미토콘드리아 단백질 유도 등 다양한 활동에 관여합니다.
다양한 맥락에서 AMPK 의존적 보호 역할이 보고되었지만 메트포르민의 AMPK 독립적 방식은 덜 연구되었습니다. 본 연구에서는 대조군에 비해 D-gal군에서 PI3K 유전자의 유의한 하향조절이 있는 반면, 메트포르민 병용투여는 D-gal군에 비해 PI3K 유전자의 수준이 상향조절됨을 밝혔다. PI3K/Akt는 세포 사멸 예방에서 중요한 신호 전달 경로 중 하나입니다. PI3K의 활성화에 이어 Akt1 인산화가 뒤따를 수 있습니다. Akt1은 c-Jun의 활성화를 촉진하는 JNK3의 인산화를 억제할 수 있습니다. C-Jun은 apoptotic 단백질의 발현을 유도할 수 있는 단백질이다37. Tus, Akt1 활성화는 JNK3 및 c-Jun의 불활성화로 이어지며, 그러면 세포 생존율이 향상됩니다. 따라서 우리는 apoptotic marker인 caspase-3와 Bcl-2의 면역조직화학적 반응을 연구하여 metformin이 세포의 apoptosis에 미치는 영향을 조사하였다. 이 연구는 대조군과 비교했을 때 D-gal 그룹의 해마에서 anti-apoptotic marker Bcl-2의 발현 감소와 함께 apoptotic marker caspase-3의 발현 증가를 밝혔습니다. 그룹. 우리의 결과를 뒷받침하는 이전 연구에서는 미토콘드리아 ROS가 다수의 미토콘드리아 세포사멸 단백질의 활성화를 유도하여 세포 사멸 및 장기 손상을 유발한다는 사실을 확인했습니다. 많은 apoptotic 단백질은 D-gal39의 주입에 의해 유도된 노화에서 anti-apoptotic 단백질과 밀접한 관련이 있습니다. Caspase-3는 포유류에서 세포사멸의 핵심 인자로 알려져 있습니다40. Te Bcl-2 단백질은 아폽토시스 억제에 핵심적인 역할을 합니다. 그것은 세포 노화의 알려진 요인이며, 그것의 과발현은 자유 라디칼에 의해 유도된 세포사멸을 효과적으로 예방할 수 있습니다41. 일반적으로 Bcl-2은 caspase-3 활성화의 하류에서 작용하여 세포자살이 억제된다고 믿어집니다42. 결과에서 볼 수 있듯이 메트포르민 투여는 Caspase-3/Bcl-2 비율을 크게 감소시킵니다. 이러한 결과는 메트포르민에 의한 AMPK의 활성화가 Bcl-2 단백질 발현을 상향 조절하여 D-gal에 의해 유도된 세포사멸 세포 사멸을 방지하고 신경 생존력을 증가시킨다는 다른 연구 결과입니다43.
BDNF는 분자 및 생화학적 변화와 노화와 관련된 기억 결함 사이의 연관성을 확립하는 데 도움이 될 수 있는 흥미로운 분자 후보입니다. 최적의 인지 기능은 효율적인 신경 가소성과 관련이 있습니다. 노화와 관련된 기억 결함은 중요한 신경 영양 인자인 BDNF와 같은 가소성 관련 단백질의 발현 및 조절의 변화와 결합될 수 있습니다. BDNF의 감소가 신경 세포 위축 및 사망을 초래한다는 것이 입증되었습니다44.
본 연구는 D-gal 그룹의 BDNF 수준이 대조군에 비해 유의하게 낮았다는 것을 밝혔다. 노화 동물에서 BDNF 및/또는 그 수용체의 감소는 이전 연구45에서 분명했습니다. Mizisinet al. 알도스 환원효소에 의한 갈락토스 대사가 신경 및 근육 BDNF46의 생성을 변경함으로써 축삭 기능 및 구조에 영향을 미친다고 제안했습니다. 반대로 메트포르민 치료는 D-gal 그룹과 비교할 때 BDNF의 유의한 증가와 관련이 있었습니다. 우리의 결과는 메트포르민이 AMPK 활성화47를 통해 BDNF를 상향 조절한다는 것을 입증한 이전에 발표된 보고서와 일치했습니다.
LTP에서의 중요한 역할로 인해 BDNF는 시냅스 통합을 촉진하여 기억 형성 및 유지를 지원하는 세포 메커니즘의 필수 부분으로 가정되었습니다. BDNF는 LTP의 안정화로 이어지는 척추 형태의 변화를 선호하여 메모리 저장을 증가시킵니다. BDNF는 또한 수지상 가시의 수, 크기 및 복잡성을 증가시킬 수 있습니다. 또한 BDNF는 세포 증식의 변화를 통해 신경 발생을 증가시킵니다10. TrkB 수용체에 대한 BDNF의 결합은 PI3K 활성을 유도하여 세포사멸을 억제하고 세포 생존을 촉진합니다22.
종합하면, 우리의 연구는 신경인지 장애를 개선하는 메트포르민의 노화 방지 효과가 적어도 부분적으로는 AMPK/BDNF/PI3K 경로의 활성화로 인한 것일 수 있음을 시사합니다.
해마는 행동과 기분 조절뿐만 아니라 학습과 기억 강화에 중요한 역할을 하며 기능적 및 구조적 가소성이 모두 성인기에 잘 발생합니다. 이전 연구에서는 해마가 노화에 따라 세포 수준과 육안적으로 여러 가지 구조적 변화를 겪는다고 보고했습니다48. D-gal 그룹의 해마에 대한 H&E 연구에서 다중 세포사멸 소체와 신경교증을 동반한 심각한 신경 변성이 나타났습니다. 이 결과는 산화 스트레스, 염증 및 세포 사멸 유도에서 d-galactose의 유해한 영향으로 설명될 수 있습니다. 또한 해마에서 시냅스 마커 단백질(synaptophysin)의 발현 수준을 평가했습니다. Synaptophysin은 시냅스 가소성의 마커입니다. 시냅스 전 말단의 특정 마커로 사용되며 그 수준은 시냅스 밀도와 관련이 있습니다. 우리의 결과는 synaptophysin의 발현이 대조군에 비해 D-gal 그룹에서 유의하게 낮았다는 것을 보여주었습니다. 이러한 결과는 해마에서 D-gal 유도된 시냅스 생성 손상을 입증한 이전에 보고된 연구와 일치합니다3. 그러나 D-gal과 함께 메트포르민을 함께 처리하면 시냅토파이신 발현과 해마 조직 구조가 각각의 제어 수준에 가까운 수준으로 회복되었습니다. 메트포르민이 설치류와 인간의 신경 발생을 촉진하고 공간 기억 형성을 향상시킨다는 증거가 있습니다24,41. 해마의 시냅스 밀도 및 신경 발생의 증가는 이 그룹의 신경 행동 테스트 결과의 개선과 함께 진행됩니다. 이는 AMPK/BDNF/PI3K 신호 전달 경로의 활성화에 의해 매개되는 메트포르민의 항산화, 항염증 및 항아폽토시스 효과로 설명될 수 있습니다.
결론
우리의 연구 결과는 노화 관련 연구를 수행하기 위해 쥐 모델에서 D-gal의 사용을 지원합니다. 우리는 메트포르민이 노화로 인한 기억 장애와 인지 장애를 완화할 수 있다고 결론지었습니다. 관련된 메커니즘은 신경 염증의 개선, 산화 스트레스의 감쇠, 세포 사멸 방지 단백질 Bcl-2의 발현 강화, 신경 발생 및 시냅스 가소성의 촉진입니다. 우리는 이러한 메커니즘이 AMPK/BDNF/PI3K 경로의 활성화를 통해 매개될 수 있다고 믿었습니다. 우리가 아는 한, 이것은 이 경로의 활성화를 통해 늙은 쥐의 인지 장애 개선에 대한 메트포르민의 작용을 입증한 첫 번째 연구입니다. 따라서 우리의 연구 결과는 메트포르민이 유용한 노화 방지제임을 시사합니다.
데이터 가용성
온라인 게시: 2022년 10월 12일
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감사의 말
저자는 대부분의 필요한 시설을 제공한 Menoufa University의 의과대학에 감사를 표합니다.
저자 기여
OA는 연구를 설계하고 실험실 작업을 조정하고 동물 연구를 수행하고 분자 생물학 실험을 수행하고 데이터를 분석하고 원고 초안을 작성했습니다. RMS는 조직병리학 및 면역조직화학 연구를 수행하고 데이터를 분석했습니다. RAAAE는 연구 설계에 참여하고, 동물 연구를 수행하고, 생화학 분석에 참여하고, 원고 작성을 도왔습니다. 모든 저자는 원고의 최종 버전을 승인했습니다. 저자는 모든 데이터가 사내에서 생성되었으며 제지 공장이 사용되지 않았음을 선언합니다.
펀딩
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경쟁 관심
저자는 경쟁 이익을 선언하지 않습니다.
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