ruЯзык
Главная / Знания / Содержание

Знания

Часть 2: Ингибитор NF-kB и агонист AMPK: сетевое прогнозирование и интеграция мульти-омики для получения сигнальных путей для актеозида против болезни Альцгеймера

Mar 03, 2022

Контактное лицо: Одри Ху Whatsapp/hp: 0086 13880143964 Электронная почта:audrey.hu@wecistanche.com

Ин-Ци Ли1†, И Чен1†, Си-Ци Цзян1 , Юань-Юань Ши2 , Сяо-Ли Цзян1 , Шань-Шань Ву1 , Пин Чжоу1 , Хуэй-Ин Ван1 , Пинг Ли1* и Фэй Ли1,2*

1 Состояние Ключ Лаборатория из Естественный Лекарства, Китай Фармацевтическая Университет, Нанкин, Китай, 2 Колледж из Аптека,Синьцзянский медицинский университет, Урумчи, Китай

Болезнь Альцгеймера(AD) является наиболее частым типом деменции.актеозид(ACT) представляет собой соединение, выделенное изЦистанхе трубчатая, который обладает отличными нейропротекторными свойствами. Однако основной механизм ACT в регуляции поляризации микроглии остается плохо определенным. Поэтому была создана вычислительная сетевая модель для определения движущих целей ACT и прогнозирования его механизма путем интеграции нескольких доступных баз данных. AlCl3-индуцированная БА(Болезнь Альцгеймера) на личинках рыбок данио была успешно создана для демонстрации терапевтической эффективности АКТ. Впоследствии LPS-индуцированные клетки BV-2 выявили положительную роль ACT в поляризации M1/M2. Пути NF-kB и AMPK были дополнительно подтверждены транскриптомным анализом, метаболомным анализом, методами молекулярной биологии и молекулярной стыковкой. Исследование представило инфузионный механизм АКТ и выявило связь между метаболизмом и поляризацией микроглии с точки зрения функции митохондрий. Что еще более важно, он обеспечил систематический и всесторонний подход к обнаружению мишеней для лекарств, включая изменения в генах, метаболитах и ​​белках.

Ключевые слова: актеозид, клетки BV-2, метаболизм, секвенирование РНК, митохондрии, нейровоспаление

Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы перейти к части 1

Anti-Alzheimer's-cistanche

Лечениеболезнь Альцгеймераболезнь:Цистанхе трубчатая

ACT смягчает митохондриальную дисфункцию, индуцированную липополисахаридом BV-2

Митохондрии лежат в основе метаболических путей. Новые данные показывают, что митохондрии являются ключевым игроком в микроглиальной поляризации M1/M2. Обзор состояния митохондрий по морфологии и распределению клеток оценивали с помощью ПЭМ. После стимуляции LPS хроматин клеток BV -2 конденсировался, а цитоплазма и митохондрии уменьшались (рис. 4А). Кроме того, митохондриальные кристы группы ЛПС были неупорядочены или даже исчезли, проявляя частичный кристолиз, уменьшение размера и морфологию округлой формы. Интересно, что лечение АСТ может смягчить вызванные ЛПС морфологические изменения в митохондриях. По очереди мы рассмотрелифункция митохондрий клеток BV-2, обработанных ЛПС, включая продукцию ММП и АТФ. Производство ММП (рис. 4В) и АТФ в митохондриях (рис. 4С) было значительно улучшено в группе АКТ по ​​сравнению с таковыми в группе ЛПС. Митохондриальная дисфункция может быть связана с повышенным уровнем АФК в клетке. Анализ проточной цитометрии показал, что содержание АФК было перегружено в группе LPS (рис. 4D). К счастью, ACT устранил чрезмерное количество АФК. Это предполагает, что ACT может восстанавливать функцию митохондрий, удаляя АФК.

ACT восстанавливает функцию митохондрий за счет активации PGC-1 и UCP-2

Коактиватор γ-рецептора, активируемый пролиферативной активностью пероксисом, -1a (PGC-1a) играет важную роль в биогенезе митохондрий (Bi et al., 2019). Стимуляция LPS снижала экспрессию PGC-1a, проявляя дисфункцию митохондрий. Примечательно, что экспрессия мРНК гена PGC-1a и белка была значительно изменена обработкой ACT в обработанных LPS клетках BV-2 (рис. 4E).

Также известно, что митохондриальный разобщающий белок -2 (UCP-2) регулирует функцию митохондрий. Являясь нижележащим белком PGC-1a, он может контролировать деполяризацию MMP, индуцированную LPS, и продукцию ROS. Недавние сообщения указывают на то, что он занимает центральное место в процессе активации микроглии с противоположной регуляцией поляризации М1 и М2 (De Simone et al., 2015). Результаты вестерн-блоттинга показали, что уровень белка UCP-2 снижался после стимуляции ЛПС. Совместное лечение LPS и ACT может повышать экспрессию UCP-2 по сравнению с лечением LPS. Уровень экспрессии мРНК UCP-2 также показал аналогичные изменения (рис. 4F). Подводя итог, можно сказать, что АСТ восстанавливает функцию митохондрий за счет усиления активности PGC-1a и UCP-2.

image

ACT подавляет поляризацию микроглии M1 посредством активации AMPK

Являясь ключевым сенсором клеточной энергии, AMP-активируемая протеинкиназа (AMPK) играет важную роль в поддержании баланса клеточного метаболизма. В то же время PGC-1a является нижестоящим белком AMPK. Как показано в анализе сетевой модели, ACT может регулировать путь AMPK (рис. 1В). Результаты показали, что LPS ингибирует активацию AMPK, что приводит к

нарушения метаболизма и митохондриальная дисфункция. Примечательно, что ACT может дозозависимо увеличивать экспрессию белка p-AMPK (рис. 5А). Предполагается, что ACT может увеличивать экспрессию PGC-1a и восстанавливать митохондриальную функцию, активируя сигнальный путь AMPK.

В этом исследовании, чтобы выяснить, способствует ли активация AMPK регулирующему эффекту ACT на поляризацию M1/M2, соединение C (CC) использовали для ингибирования эффекта AMPK. В отличие от пониженного уровня NO в группе лечения ACT, CC частично блокировал эффект ACT на уровень NO (рис. 5B). Основываясь на этих результатах, ACT может регулировать поляризацию M1/M2 клеток BV-2 путем активации AMPK.

ACT связывается с NF-kB и ингибирует его, а также активирует AMPK

Молекулярный докинг применяли для подтверждения того, связывается ли АСТ с белками NF-kB и AMPKa. Полученные данные показали, что энергия связи ACT и NF-kB составляет -8,4 ккал/моль, а энергия связи ACT и AMPKa - -10,8 ккал/моль. Значительное сродство подтвердило, что ACT напрямую связывается с NF-kB и AMPKa (рис. 5C, D, F, G). Впоследствии были дополнительно изучены возможные способы связывания и взаимодействия внутри аминокислотных карманов, включая 11 аминокислотных остатков NF-kB (рис. 5E), а также 12 аминокислотных остатков AMPKa (рис. 5H). Эти результаты показали, что ACT может непосредственно влиять на NF-kB и AMPKa, ослабляя поляризацию микроглии BV-2 M1 и способствуя фенотипу M2.

cistanche benefits

Цистанхе трава

ОБСУЖДЕНИЕ

Болезнь Альцгеймерапредставляет собой прогрессирующее заболевание нейронов и когнитивной дисфункции со сложными нерегулируемыми механизмами (Fakhri et al., 2020). Накопленные данные показали, что существует значительная связь между микроглиальным воспалением в головном мозге. Микроглия — это макрофаги в головном мозге (Afridi et al., 2020), которые могут активироваться в классический воспалительный фенотип M1, характеризующийся усиленной секрецией провоспалительных цитокинов (Hanslik and Ulland, 2020). Как следствие, чрезмерная активация M1 может ускорить повреждение нейронов и нейродегенерацию и даже усугубить БА.(Болезнь Альцгеймера)(Багери-Мохаммади, 2020 г.). Таким образом, необходимо искать новые терапевтические подходы, направленные на контроль точек поляризации микроглии, чтобы обеспечить адаптивные преимущества.

Наша предыдущая работа подтвердила, что ACT оказывает значительное влияние на улучшение способности к обучению и памяти, а также на защиту нейронов у крыс (Chen Y. et al., 2020). Таким образом, настоящее исследование также доказало, что АКТ может облегчить вызванную AlCl 3- дискинезию и расстройство холинергической системы у рыбок данио. Интересно, что ACT продемонстрировал замечательную противовоспалительную активность в клетках BV-2, индуцированных LPS.

ACT подавлял поляризацию M1, ингибируя путь NK-kB. Помимо пути NF-kB, секвенирование РНК и анализ ВЭЖХ-Q-TOF-MS также обнаружили, что лечение АСТ может влиять на биосинтез аргинина, а также на биосинтез пантотената и КоА. Широко сообщалось, что iNOS может метаболизировать Arg в NO и цитруллин, тогда как Arg-1 может гидролизовать Arg в орнитин и мочевину, которые связаны с восстановлением нейронов (Rath et al., 2014). Стимуляция LPS привела к повышению активности iNOS (рис. 2D) и снижению активности Arg-1 (рис. 2E), что привело к повышению уровня NO (рис. 2C). Данные показали, что ACT снижает повышенный уровень NO за счет

биосинтеза аргинина.

Пантотеновая кислота (PA) является основным субстратом для пантотенаткиназы (Kumar et al., 2020) и метаболитом, ограничивающим скорость биосинтеза КоА. PA является облигатным предшественником ацетил-КоА, который имеет особое значение для холинергических нейронов (Xu et al., 2020) и участвует в цикле трикарбоновых кислот (TCA) (Atamna, 2004). Недавние исследования показали, что повышенная концентрация КоА может привести к изменению митохондриальной морфологии и снижению содержания АТФ (Kumar et al., 2020). В клетках BV-2, индуцированных ЛПС, наблюдалось уменьшение количества митохондрий и изменение формы митохондрий. После индукции ЛПС продукция АФК в клетках BV-2 увеличивалась. Затем перегруженные АФК вызывали атаку мембранных фосфолипидов свободными радикалами (Magnani et al., 2020), что приводило к потере ММР и, в свою очередь, к митохондриальной дисфункции и истощению АТФ. Выдающимся было то, что лечение АКТ смягчало снижение содержания ММП и АТФ. Эти данные свидетельствуют о том, что АКТ индуцирует митохондриальную дисфункцию, регулируя биосинтез пантотената и КоА.

Широко сообщалось, что поляризация микроглии тесно связана с клеточным метаболизмом (Orihuela et al., 2016). В частности, как метаболический узел, митохондрии играют замечательную роль в регуляции клеточного метаболизма. Недавно митохондрии позиционировались как ключевой детерминантный момент в поляризации микроглии (Harry et al., 2020). Чтобы лучше понять механизм АСТ, мы оценили функциональную ось митохондрий с помощью вестерн-блоттинга. Выяснилось, что АСТ вызывает митохондриальную дисфункцию путем активации оси AMPKa/PGC-1/UCP-2.

PGC-1a и UCP-2 связаны с митохондриальным биогенезом (Uittenbogaard and Chiaramello, 2014; de Oliveira Bristot et al., 2019), и их можно рассматривать как главные регуляторы АФК (Jamwal и др., 2020). В отчетах указывается, что митохондриальный биогенез, -1а-опосредованный PGC, и снижение АФК зависят от индукции UCP-2 (Uittenbogaard and Chiaramello, 2014; de Oliveira Bristot et al., 2019; Jamwal et al., 2020). Из-за перегрузки АФК экспрессия PGC-1a и UCP-2 была снижена в LPS-индуцированных клетках BV-2. Было высказано предположение, что ACT может устранять избыточное количество АФК через PGC-1a и UCP-2, тем самым восстанавливая функцию митохондрий. Согласно литературным данным, изменение PGC-1a в клетках BV-2 может способствовать регуляции поляризации. Интересно, что в предыдущем отчете было обнаружено, что повышенная экспрессия PGC-1a подавляла активность NF-kB в LPS-индуцированных клетках BV-2 (Yang et al., 2017), что уточнило взаимосвязь между PGC{{ 24}}a и NF-kB в нашем исследовании.

На экспрессию PGC-1a влияют белки восходящего пути, такие как AMPK. AMPK является ключевым белком для

поддержание клеточного гомеостаза (Qiu et al., 2020), играя различные роли в содействии поляризации M2 микроглии (Chu et al., 2019). Он модулирует метаболические пути в клетках (Szewczuk et al., 2020). Мы обнаружили, что ACT способствует активации AMPK. В то же время применение соединения С (ингибитора AMPK) блокировало действие АКТ на ослабление индуцированного ЛПС избытка NO. Следовательно, ACT также подавлял стимулированную LPS поляризацию M1 через сигнальный путь AMPK.

Впервые сообщается о механизме ACT по регуляции поляризации микроглии (рис. 6). Данные подтверждают, что АСТ может быть разработан в качестве терапевтического средства для лечения нейродегенеративных заболеваний, связанных с нейровоспалением, таких как атопический дерматит.(Болезнь Альцгеймера). В частности, мы связали поляризацию микроглии с клеточным метаболизмом, объяснив эффект АКТ изменением функции митохондрий. Идентификация этой метаболической оси как мишени уникального объекта может привести к гораздо лучшим терапевтическим подходам против поляризации микроглии M1, особенно при БА.(Болезнь Альцгеймера).

rou cong rong benefits

Анти- Альцгеймераболезнь:Цистанхе трубчатая

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

  1. Африди, Р., Ли, В.Х., и Сук, К. (2020). Микроглия пошла наперекосяк: связывая иммунометаболизм с нейродегенерацией. Фронт. Клеточные нейробиологи. 14:246. doi: 10.3389/fncel.2020.00246

  2. Агравал, И., и Джа, С. (2020). Митохондриальная дисфункция иБолезнь Альцгеймера: роль микроглии. Фронт. Стареющие нейроски. 12:252. дои: 10.3389/fnagi.2020.00252

  3. Атамна, Х. (2004). Гем, железо и митохондриальный распад при старении. Старение Res. Откр. 3, стр. 303–318. doi: 10.1016/j.arr.2004.02.002

  4. Багери-Мохаммади, С. (2020). микроглия вболезнь Альцгеймераболезнь: роль взаимодействия стволовых клеток и микроглии в гомеостазе головного мозга. Нейрохим. Рез. 46, 141–148. doi: 10.1007/с11064-020-03162-4

  5. Bi, J., Zhang, J., Ren, Y., Du, Z., Li, Q., Wang, Y., et al. (2019). Иризин облегчает ишемически-реперфузионное повреждение печени, ингибируя чрезмерное деление митохондрий, способствуя биогенезу митохондрий и уменьшая окислительный стресс. Редокс Биол. 20, 296–306. doi: 10.1016/j.redox.2018.10.019

  6. Чен Дж., Гао Л., Чжан Ю., Су Ю., Конг З., Ван Д. и соавт. (2020). Актеозид улучшал вызванные стрептозотоцином нарушения обучения и памяти за счет усиления инсулина в гиппокампе, транспорта глюкозы и энергетического метаболизма. Фитотер. Рез. 35, 392–403. дои: 10.1002/ptr.6811

  7. Чен Ю., Ли Ю. К., Фанг Дж. Ю., Ли П. и Ли Ф. (2020). Создание параллельной экспериментальной модели остеопороза в сочетании сболезнь Альцгеймераболезньу крыс и двойное действие эхинакозида и актеозида наЦистанхе трубчатая. Дж. Этнофармакол. 257, 112834. doi: 10.1016/j.jep.2020.112834

  8. Chu, X., Cao, L., Yu, Z., Xin, D., Li, T., Ma, W., et al. (2019). Обогащенный водородом физиологический раствор способствует поляризации микроглии М2 и комплемент-опосредованной потере синапсов для восстановления поведенческих дефицитов после гипоксии-ишемии у новорожденных мышей посредством активации AMPK. Дж. Нейровоспаление 16:104.

  9. де Оливейра Бристо, В. Дж., Де Бем Алвес, А. С., Кардосо, Л. Р., Да Лус Схеффер, Д., и Агуяр, А. С. младший (2019). Роль передачи сигналов PGC-1альфа/UCP2 в благотворном влиянии физических упражнений на мозг. Фронт. Неврологи. 13:292. doi: 10.3389/fnins.2019.00292

  10. Де Симоне, Р., Аймоне-Кэт, М.А., Пандольфи, М., Бернардо, А., Де Нуччио, К., Мингетти, Л., и др. (2015). Митохондриальный разобщающий белок -2 является основным регулятором ответов микроглии как M1, так и M2. Дж. Нейрохим. 135, 147–156. дои: 10.1111/jnc.13244

  11. Фахри С., Пеше М., Патруно А., Моради С.З., Иранпанах А., Фарзаи М.Х. и соавт. (2020). Ослабление Nrf2/Keap1/ARE вболезнь Альцгеймераболезньвторичными метаболитами растений: механистический обзор. Молекулы 25:4926. doi: 10.3390/ молекул25214926

  12. Ханслик, К.Л., и Улланд, Т.К. (2020). Роль микроглии и инфламмасомы Nlrp3 вболезнь Альцгеймераболезнь. Фронт. Нейрол. 11:570711. doi: 10.3389/ fneur.2020.570711

  13. Гарри, Г. Дж., Чайлдерс, Г., Гиридхаран, С., и Эрнандес, Иллинойс (2020). Связь между митохондриями и эффекторной функцией микроглии. Что мы думаем, что знаем? Нейроиммунол. Нейровоспаление. 7, 150–165.

  14. Джамвал, С., Блэкберн, Дж. К., и Элсворт, Дж. Д. (2020). Передача сигналов PPARgamma/PGC1alpha как потенциальная терапевтическая мишень для митохондриального биогенеза при нейродегенеративных заболеваниях. Фармакол. тер. 219:107705. doi: 10.1016/j. фармтера.2020.107705

  15. Ji, SL, Cao, KK, Zhao, XX, Kang, NX, Zhang, Y., Xu, QM, et al. (2019). Антиоксидантная активность фенилэтаноидных гликозидов в отношении глутамат-индуцированной нейротоксичности. Бионауч. Биотехнолог. Биохим. 83, 2016–2026 гг. дои: 10. 1080/09168451.2019.1637243

  16. Кумар А., Кумар Ю., Севак Дж. К., Кумар С., Кумар Н. и Гопинатх С. Д. (2020). Метаболомный анализ первичных клеток скелетных мышц человека при миогенной прогрессии. науч. Реп. 10:11824.

  17. Лай С., Сюн Ю., Чжоу Дж., Ян Ф., Пэн Дж., Чен Л. и др. (2019). Вербаскозид ослабляет острое воспалительное повреждение при экспериментальном кровоизлиянии в мозг, подавляя TLR4. Биохим. Биофиз. Рез. коммун. 519, 721–726. doi: 10. 1016/j.bbrc.2019.09.057

  18. Ли, Л., Ван, Ю., Ван, Х., Лв, Л., и Чжу, З.И. (2020). Метаболические ответы клеток BV-2 на пуэрарин при его поляризации с использованием ультраэффективной жидкостной хроматографии-масс-спектрометрии. Биомед. Хроматогр. 34:e4796.

  19. Ли В., Дэн Р., Цзин С., Чен Дж., Ян Д. и Шен Дж. (2020). Актеозид облегчает течение экспериментального аутоиммунного энцефаломиелита за счет ингибирования опосредованной пероксинитритом активации митофагии. Свободный Радик. биол. Мед. 146, 79–91. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2019.10.408

  20. Li, YQ, Chen, Y., Fang, JY, Jiang, SQ, Li, P., and Li, F. (2020).

  21. Интегрированная сетевая фармакология и модель рыбок данио для исследования компонентов двойного действияЦистанхе трубчатаядля лечения остеопороза иболезнь Альцгеймераболезнь. Дж. Этнофармакол. 254, 112764. doi: 10.1016/j.jep.2020. 112764

  22. Линнербауэр, М., и Ротхаммер, В. (2020). Защитные функции реактивных астроцитов при поражении центральной нервной системы. Фронт. Иммунол. 11:573256. doi: 10.3389/fimmu.2020.573256

  23. Маньяни, Н.Д., Марчини, Т., Калабро, В., Альварес, С., и Эвелсон, П. (2020). Роль митохондрий в окислительно-восстановительной сигнальной сети и ее последствия при воспалительных синдромах с сильным воздействием. Фронт. Эндокринол. (Лозанна) 11:568305. дои: 10.3389/fendo.2020.568305

  24. Ориуэла, Р., Макферсон, Калифорния, и Гарри, Г. Дж. (2016). Поляризация микроглии M1/M2 и метаболические состояния. бр. Дж. Фармакол. 173, 649–665. doi: 10.1111/bph.13139

  25. Переа, Дж. Р., Болос, М., и Авила, Дж. (2020). микроглия вболезнь Альцгеймераболезньна фоне тау-патологии. Биомолекулы 10:439.

  26. Qiu, WQ, Pan, R., Tang, Y., Zhou, XG, Wu, JM, Yu, L., et al. (2020). Полифенол семян личи ингибирует Abeta-индуцированную активацию воспалительной реакции NLRP3 посредством индукции аутофагии, опосредованной LRP1/AMPK. Биомед. Фармацевт. 130:110575. doi: 10.1016/j.biopha.2020.110575

  27. Рат М., Мюллер И., Кропф П., Клосс Э.И. и Мундер М. (2014). Метаболизм через аргиназу или синтазу оксида азота: два конкурирующих пути аргинина в макрофагах. Фронт. Иммунол. 5:532. doi: 10.3389/fimmu.2014.00532

  28. Шиао, Ю.Дж., Су, М.Х., Лин, Х.К., и Ву, Ч.Р. (2017). Актеозид и изоактеозид защищают индуцированную бета-амилоидом цитотоксичность, когнитивный дефицит и нейрохимические нарушения in vitro и in vivo. Междунар. Дж. Мол. науч. 18:895. дои: 10.3390/ijms18040895

  29. Шевчук М., Богушевска К., Казмерчак-Баранска Дж. и Карвовский Б.Т. (2020). Роль AMPK в метаболизме и ее влияние на репарацию повреждений ДНК. Мол. биол. Представитель 47, 9075–9086. doi: 10.1007/s11033-020-05900-x

  30. Цукахара Т., Ханиу Х., Уэмура Т. и Мацуда Ю. (2020). Терапевтический потенциал продукта разложения свиной печени: новые взгляды и перспективы нейровоспаления, опосредованного микроглией, при нейродегенеративных заболеваниях. Биомедицина 8:446. doi: 10.3390/биомедицины8110446

  31. Уиттенбогаард, М., и Кьярамелло, А. (2014). Митохондриальный биогенез: терапевтическая цель при нарушениях развития нервной системы и нейродегенеративных заболеваниях. Курс. фарм. Дес. 20, 5574–5593. дои: 10.2174/1381612820666140305224906

  32. Wei, W., Lu, M., Lan, X., Liu, N., Wang, H., Du, J., et al. (2019). Нейропротекторный эффект вербаскозида при гипоксически-ишемическом поражении головного мозга у новорожденных крыс. Неврологи. лат. 711:134415. doi: 10.1016/j.neulet.2019.134415

  33. Xu, J., Patassini, S., Begley, P., Church, S., Waldvogel, HJ, Faull, RLM, et al. (2020). Церебральный дефицит витамина B5 (d-пантотеновая кислота; пантотенат) как потенциально обратимая причина нейродегенерации и деменции при спорадическихболезнь Альцгеймераболезнь. Биохим. Биофиз. Рез. коммун. 527, 676–681. doi: 10. 1016/j.bbrc.2020.05.015

  34. Ян С., Сюй С., Цянь Ю. и Сяо К. (2017). Ресвератрол регулирует поляризацию микроглии М1/М2 посредством PGC-1альфа в условиях нейровоспалительного повреждения. Мозговое поведение. Иммун. 64, 162–172. дои: 10.1016/j.bbi.2017.03.003

desert cistanche

Цистанхе трубчатая


Вам также может понравиться