Део 2: Инхибитор НФ-кБ и агонист АМПК: Мрежно предвиђање и мулти-омиц интеграција за извођење сигналних путева за актеозид против Алцхајмерове болести

Контакт: Аудреи Ху Вхатсапп/хп: 0086 13880143964 Е-пошта:audrey.hu@wecistanche.com

Иинг-Ки Ли1†, Ии Цхен1†, Си-Ки Јианг1 , Иуан-Иуан Схи2 , Ксиао-Ли Јианг1 , Схан-Схан Ву1 , Пинг Зхоу1 , Хуи-Јинг Ванг1 , Пинг Ли1* и Феи Ли1,2*

¹ Стање Кључ Лабораторија оф Природно Лекови, Кина Пхармацеутицал Универзитет, Нањинг, Кина, ² Цоллеге оф апотека,Медицински универзитет Ксињианг, Урумки, Кина

Алцхајмерова болест(АД) је најчешћи тип деменције.Ацтеосиде(АЦТ) је једињење изоловано изЦистанцхе тубулоса, који поседује одлична неуропротективна својства. Међутим, основни механизам АЦТ у регулисању поларизације микроглије остаје лоше дефинисан. Због тога је успостављен рачунарски мрежни модел да идентификује покретачке циљеве АЦТ-а и предвиди његов механизам интеграцијом више доступних база података. АлЦл{1}}индукована АД (Алцхајмерова болест) модел у ларвама зебрице успешно је конституисан да покаже терапеутску ефикасност АЦТ-а. Након тога, ЛПС-индуковане БВ-2 ћелије су откриле позитивну улогу АЦТ-а у поларизацији М1/М2. НФ-кБ и АМПК путеви су даље потврђени транскриптомском анализом, метаболомском анализом, техникама молекуларне биологије и молекуларним спајањем. Истраживање је обезбедило инфузиони механизам АЦТ и открило везу између метаболизма и поларизације микроглије из перспективе митохондријалне функције. Што је још важније, обезбедио је систематски и свеобухватан приступ за откривање мета лекова, укључујући промене у генима, метаболитима и протеинима.

Кључне речи: актеозид, БВ-2 ћелије, метаболизам, РНА-сек, митохондрије, неуроинфламација

Кликните овде за први део

Третман заАлцхајмерова болестболест:Цистанцхе тубулоса

АЦТ митохондријална дисфункција изазвана ЛПС-ом изазвана БВ-2

Митохондрије су у сржи метаболичких путева. Докази који се развијају показују да су митохондрије кључни играч у микроглијалној М1/М2 поларизацији. Преглед статуса митохондрија у морфологији и дистрибуцији ћелија је дат ТЕМ. Након ЛПС стимулације, хроматин БВ-2 ћелија је кондензован, а цитоплазма и митохондрије су смањени (Слика 4А). Поред тога, митохондријалне кристе ЛПС групе су биле поремећене или чак нестале, показујући делимичну кристолизу, смањење величине и морфологију округлог облика. Занимљиво је да АЦТ третман може ублажити морфолошке промене на митохондријама изазване ЛПС-ом. Наизменично, прегледали смофункција митохондрија БВ-2 ћелија третираних са ЛПС, укључујући производњу ММП и АТП. Производња ММП (Слика 4Б) и АТП у митохондријама (Слика 4Ц) значајно је побољшана у АЦТ групи у поређењу са онима у ЛПС групи. Митохондријална дисфункција може бити повезана са повећаним нивоом РОС у ћелији. Анализа проточне цитометрије открила је да је садржај РОС био преоптерећен у ЛПС групи (слика 4Д). На срећу, АЦТ је елиминисао прекомерни РОС. То сугерише да АЦТ може вратити функцију митохондрија чишћењем РОС-а.

АЦТ је обновљена функција митохондрија кроз регулацију ПГЦ-1 и УЦП-2

Пероксизом пролиферативно активиран рецептор-и коактиватор-1а (ПГЦ-1а) игра важну улогу у митохондријалној биогенези (Би ет ал., 2019). Стимулација ЛПС-а је смањила експресију ПГЦ-1а, показујући дисфункцију митохондрија. Занимљиво је да су ПГЦ-1а генска мРНА и експресија протеина значајно преокренуте АЦТ третманом у БВ-2 ћелијама третираним ЛПС (Слика 4Е).

Такође је познато да протеин за раздвајање митохондрија-2 (УЦП-2) регулише функцију митохондрија. Као низводни протеин ПГЦ-1а, може да контролише деполаризацију ММП изазвану ЛПС-ом и производњу РОС. Недавни извештаји указују на то да је он централни у процесу микроглијалне активације, са супротном регулацијом М1 и М2 поларизације (Де Симоне ет ал., 2015). Резултати Вестерн блот-а су показали да је ниво протеина УЦП-2 смањен након ЛПС стимулације. Заједнички третман ЛПС-а и АЦТ-а могао би повећати експресију УЦП-2 у поређењу са ЛПС третманом. Ниво експресије мРНК УЦП-2 такође је показао сличне промене (слика 4Ф). Да сумирамо, АЦТ је обновио функцију митохондрија кроз регулацију ПГЦ-1а и УЦП-2.

АЦТ потиснута поларизација Мицроглиа М1 преко АМПК активације

Као кључни сензор ћелијске енергије, АМП-активирана протеин киназа (АМПК) игра важну улогу у одржавању равнотеже ћелијског метаболизма. У исто време, ПГЦ-1а је низводни протеин АМПК. Као што је приказано у анализи мрежног модела, АЦТ би могао да регулише АМПК пут (Слика 1Б). Резултати су открили да ЛПС инхибира активацију АМПК, што доводи до ћелије

поремећаји метаболизма и митохондријална дисфункција. Важно је напоменути да АЦТ може зависно од дозе да повећа експресију протеина п-АМПК (Слика 5А). Предлаже се да АЦТ може повећати експресију ПГЦ-1а и обновити митохондријалну функцију активирањем АМПК сигналног пута.

У овој студији, да би се истражило да ли је активација АМПК допринела регулационом ефекту АЦТ-а на поларизацију М1/М2, коришћено је једињење Ц (ЦЦ) да инхибира ефекат АМПК. За разлику од смањеног нивоа НО у групи која је третирана АЦТ, ЦЦ је делимично блокирао ефекат АЦТ на ниво НО (Слика 5Б). На основу ових резултата, АЦТ би могао да регулише М1/М2 поларизацију БВ-2 ћелија активацијом АМПК.

АЦТ се везује и инхибира НФ-кБ као и активирани АМПК

Примењено је молекуларно спајање да би се потврдило да ли се АЦТ везује за НФ-кБ и АМКа протеине. Налази су показали да је енергија везивања АЦТ и НФ-кБ била -8,4 кцал/мол, док је енергија везивања АЦТ и АМКа била -10,8 кцал/мол. Значајни афинитети су потврдили да се АЦТ директно везује за НФ-кБ и АМКа (Слике 5Ц,Д,Ф,Г). Затим су даље истражени могући начини везивања и интеракције унутар џепова аминокиселина, укључујући 11 аминокиселинских остатака НФ-кБ (Слика 5Е) као и 12 аминокиселинских остатака АМКа (Слика 5Х). Ови резултати су показали да АЦТ може директно да утиче на НФ-кБ и АМКа да би ублажио поларизацију БВ-2 микроглије М1 и промовисао фенотип М2.

Цистанцхе херб

ДИСКУСИЈА

Алцхајмерова болестје прогресивна болест неуронске и когнитивне дисфункције са сложеним нерегулисаним механизмима (Факхри ет ал., 2020). Акумулирани докази су показали да постоји значајна повезаност између инфламације у мозгу изазване микрогијом. Микроглије су макрофаги у мозгу (Африди ет ал., 2020) који се могу активирати у класични М1 инфламаторни фенотип, који карактерише појачано лучење проинфламаторних цитокина (Ханслик и Улланд, 2020). Као последица тога, прекомерна активација М1 може убрзати оштећење неурона и неуродегенерацију, па чак и погоршати АД(Алцхајмерова болест)(Багери-Мохамади, 2020). Стога је императив тражити нове терапеутске приступе који имају за циљ контролу тачака поларизације микроглије, како би се обезбедиле предности прилагођавања.

Наш претходни рад је потврдио да АЦТ има значајне ефекте на побољшање способности учења и памћења, као и на заштиту неурона код пацова (Цхен И. ет ал., 2020). Конзистентно, ова студија је такође доказала да АЦТ може да ублажи дискинезију изазвану АлЦл{1}} и поремећај холинергичког система код зебрица. Узбуђено, АЦТ је показао изузетне антиинфламаторне активности у ћелијама БВ-2 изазваним ЛПС.

АЦТ је потиснуо поларизацију М1 инхибирајући НК-кБ пут. Поред НФ-кБ пута, РНА-сек и ХПЛЦ-К-ТОФ-МС анализе су такође откриле да АЦТ третман може утицати на биосинтезу аргинина, као и на биосинтезу пантотената и ЦоА. Широко је објављено да иНОС може да метаболише Арг у НО и цитрулин, док Арг-1 може да хидролизује Арг у орнитин и уреу, који су повезани са поправком неурона (Ратх ет ал., 2014). ЛПС стимулација је довела до повећања иНОС-а (Слика 2Д) и доле регулације Арг-1 (Слика 2Е), што је резултирало повећаним нивоом НО (Слика 2Ц). Подаци су открили да је АЦТ ублажио повећани ниво НО

биосинтеза аргинина.

Пантотенска киселина (ПА) је примарни супстрат за пантотенат киназу (Кумар ет ал., 2020) и метаболит који ограничава брзину у биосинтези ЦоА. ПА је обавезни прекурсор ацетил-ЦоА, који је од посебног значаја за холинергичке неуроне (Ксу ет ал., 2020) и учествује у циклусу трикарбоксилне киселине (ТЦА) (Атамна, 2004). Недавне студије су показале да би повишена концентрација ЦоА довела до измењене морфологије митохондрија и нижег садржаја АТП (Кумар ет ал., 2020). ЛПС-индуковане БВ-2 ћелије су показале смањење броја митохондрија и промену облика митохондрија. Након индукције ЛПС, производња РОС у БВ-2 ћелијама се повећала. Затим, преоптерећени РОС је проузроковао напад слободних радикала на фосфолипиду мембране (Магнани ет ал., 2020), што је довело до губитка ММП и, заузврат, митохондријалне дисфункције и исцрпљивања АТП-а. Било је изванредно да је АЦТ третман ублажио смањење садржаја ММП и АТП. Ови подаци сугеришу да је АЦТ индуковао митохондријалну дисфункцију регулацијом биосинтезе пантотената и ЦоА.

Опширно је објављено да је поларизација микроглије блиско повезана са ћелијским метаболизмом (Орихуела ет ал., 2016). Конкретно, као метаболичко чвориште, митохондрије играју изузетну улогу у регулисању ћелијског метаболизма. Недавно су митохондрије позициониране као кључна одредница у поларизацији микроглије (Харри ет ал., 2020). Да бисмо боље разумели механизам АЦТ-а, проценили смо функционалну осу митохондрија помоћу Вестерн блота. Открило је да АЦТ изазива митохондријалну дисфункцију активацијом АМКа/ПГЦ-1/УЦП-2 осе.

ПГЦ-1а и УЦП-2 су повезани са митохондријалном биогенезом (Уиттенбогаард и Цхиарамелло, 2014; де Оливеира Бристот ет ал., 2019), и могу се сматрати главним регулаторима РОС (Јамвал ет ал., 2020). Извештаји показују да ПГЦ-1а-посредована митохондријална биогенеза и смањење РОС зависе од индукције УЦП-2 (Уиттенбогаард и Цхиарамелло, 2014; де Оливеира Бристот ет ал., 2019; Јамвал ет ал., 2020). Због преоптерећења РОС-а, експресија ПГЦ-1а и УЦП-2 је смањена у ЛПС-индукованим БВ-2 ћелијама. Сугерише да би АЦТ могао да елиминише прекомерни РОС преко ПГЦ-1а и УЦП-2, чиме би се обновила митохондријална функција. Према литератури, промена ПГЦ-1а у БВ-2 ћелијама може допринети регулисању поларизације. Занимљиво је да је претходни извештај открио да повећана експресија ПГЦ-1инхибира активност НФ-кБ у БВ-2 ћелијама изазваним ЛПС (Ианг ет ал., 2017), што је квалификовало везу између ПГЦ{{ 24}}а и НФ- кБ у нашој студији.

На експресију ПГЦ-1а утичу протеини узводног пута, као што је АМПК. АМПК је кључни протеин за

одржавање ћелијске хомеостазе (Киу ет ал., 2020), играјући различите улоге у промовисању М2 поларизације микроглије (Цху ет ал., 2019). Модулише метаболичке путеве у ћелијама (Сзевцзук ет ал., 2020). Открили смо да је АЦТ промовисао активацију АМПК. У исто време, примена једињења Ц (АМПК инхибитор) блокирала је ефекат АЦТ-а на смањење вишка НО изазваног ЛПС-ом. Стога је АЦТ такође потиснуо ЛПС-стимулисану М1 поларизацију преко АМПК сигналног пута.

Ово је први пут да се пријави механизам АЦТ за регулисање поларизације микроглије (Слика 6). Подаци потврђују да би АЦТ могао бити развијен као терапеутско средство за неуродегенеративне болести повезане са неуроинфламацијом, као што је АД(Алцхајмерова болест). Конкретно, повезали смо поларизацију микроглије са ћелијским метаболизмом, објашњавајући ефекат АЦТ-а кроз промену функције митохондрија. Идентификација ове метаболичке осе, као мете јединственог ентитета, може довести до много бољих терапијских приступа против поларизације микроглије М1, посебно у АД(Алцхајмерова болест).

Анти-Алцхајмерова болестболест:Цистанцхе тубулоса

РЕФЕРЕНЦЕ

1. Африди, Р., Лее, ВХ, и Сук, К. (2020). Мицроглиа је пошла по злу: повезивање имунометаболизма са неуродегенерацијом. Фронт. Целл Неуросци. 14:246. дои: 10.3389/фнцел.2020.00246

2. Агравал, И., и Јха, С. (2020). Митохондријална дисфункција иАлцхајмерова болест: улога микроглије. Фронт. Агинг Неуросци. 12:252. дои: 10.3389/фнаги.2020.00252

3. Атамна, Х. (2004). Хем, гвожђе и митохондријски распад старења. Агинг Рес. Рев. 3, 303–318. дои: 10.1016/ј.арр.2004.02.002

4. Багхери-Мохаммади, С. (2020). Мицроглиа инАлцхајмерова болестболест: улога интеракције матичне ћелије и микроглије у хомеостази мозга. Неуроцхем. Рес. 46, 141–148. дои: 10.1007/с11064-020-03162-4

5. Би, Ј., Зханг, Ј., Рен, И., Ду, З., Ли, К., Ванг, И., ет ал. (2019). Ирисин ублажава исхемијску повреду јетре-реперфузију тако што инхибира прекомерну митохондријалну фисију, промовише митохондријалну биогенезу и смањује оксидативни стрес. Редок Биол. 20, 296–306. дои: 10.1016/ј.редок.2018.10.019

6. Цхен, Ј., Гао, Л., Зханг, И., Су, И., Конг, З., Ванг, Д., ет ал. (2020). Ацтеосиде- побољшао учење и оштећење памћења изазвано стрептозотоцином тако што је регулисао хипокампални инсулин, транспорт глукозе и енергетски метаболизам. Пхитотхер. Рес. 35, 392–403. дои: 10.1002/птр.6811

7. Цхен, И., Ли, ИК, Фанг, ЈИ, Ли, П. и Ли, Ф. (2020). Успостављање паралелног експерименталног модела остеопорозе у комбинацији саАлцхајмерова болестболесткод пацова и двоструки ефекти ехинакозида и актеозида изЦистанцхе тубулоса. Ј. Етхнопхармацол. 257, 112834. дои: 10.1016/ј.јеп.2020.112834

8. Цху, Кс., Цао, Л., Иу, З., Ксин, Д., Ли, Т., Ма, В., ет ал. (2019). Слани раствор богат водоником подстиче поларизацију микроглије М2 и губитак синапсе посредован комплементом да би се обновили дефицити понашања након хипоксије-исхемије код неонаталних мишева путем АМПК активације. Ј. Неуроинфламација 16:104.

9. де Оливеира Бристот, ВЈ, Де Бем Алвес, АЦ, Цардосо, ЛР, Да Луз Сцхеффер, Д., и Агуиар, АС Јр. (2019). Улога ПГЦ-1алфа/УЦП2 сигнализације у благотворним ефектима физичке вежбе на мозак. Фронт. Неуросци. 13:292. дои: 10.3389/фнинс.2019.00292

10. Де Симоне, Р., Ајмоне-Цат, МА, Пандолфи, М., Бернардо, А., Де Нуццио, Ц., Мингхетти, Л., ет ал. (2015). Протеин за раздвајање митохондрија-2 је главни регулатор и М1 и М2 микроглијалних одговора. Ј. Неуроцхем. 135, 147–156. дои: 10.1111/јнц.13244

11. Факхри, С., Песце, М., Патруно, А., Моради, СЗ, Иранпанах, А., Фарзаеи, МХ, ет ал. (2020). Слабљење Нрф2/Кеап1/АРЕ инАлцхајмерова болестболестпо биљним секундарним метаболитима: механистички преглед. Молецулес 25:4926. дои: 10,3390/ молецулес25214926

12. Ханслик, КЛ и Уланд, ТК (2020). Улога микроглије и Нлрп3 инфламасома уАлцхајмерова болестболест. Фронт. Неурол. 11:570711. дои: 10.3389/ фнеур.2020.570711

13. Харри, ГЈ, Цхилдерс, Г., Гиридхаран, С., анд Хернандес, ИЛ (2020). Повезаност између функције митохондрија и ефектора микроглије. Шта мислимо да знамо? Неуроиммунол. Неуроинflамм. 7, 150–165.

14. Јамвал, С., Блацкбурн, ЈК, анд Елсвортх, ЈД (2020). ППАРгама/ПГЦ1алфа сигнализација као потенцијална терапијска мета за митохондријалну биогенезу код неуродегенеративних поремећаја. Пхармацол. Тхер. 219:107705. дои: 10.1016/ј. пхармтхера.2020.107705

15. Ји, СЛ, Цао, КК, Зхао, КСКС, Канг, НКС, Зханг, И., Ксу, КМ, ет ал. (2019). Антиоксидативна активност фенилетаноидних гликозида на неуротоксичност изазвану глутаматом. Биосци. Биотецхнол. Биоцхем. 83, 2016–2026. дои: 10. 1080/09168451.2019.1637243

16. Кумар, А., Кумар, И., Севак, ЈК, Кумар, С., Кумар, Н., и Гопинатх, СД (2020). Метаболомска анализа примарних људских ћелија скелетних мишића током миогене прогресије. Сци. Реп 10:11824.

17. Лаи, Кс., Ксионг, И., Зхоу, Ј., Ианг, Ф., Пенг, Ј., Цхен, Л., ет ал. (2019). Вербаскозид ублажава акутну инфламаторну повреду код експерименталног церебралног крварења супресијом ТЛР4. Биоцхем. Биопхис. Рес. Цоммун. 519, 721–726. дои: 10. 1016/ј.ббрц.2019.09.057

18. Ли, Л., Ванг, И., Ванг, Х., Лв, Л., и Зху, ЗИ (2020). Метаболички одговори БВ-2 ћелија на пуерарин на његову поларизацију коришћењем течне хроматографије-масене спектрометрије ултра-перформансе. Биомед. Цхроматогр. 34:е4796.

19. Ли, В., Денг, Р., Јинг, Кс., Цхен, Ј., Ианг, Д., анд Схен, Ј. (2020). Актеозид побољшава експериментални аутоимуни енцефаломијелитис инхибирањем активације митофагије посредоване пероксинитритом. Слободни Радиц. Биол. Мед. 146, 79–91. дои: 10.1016/ј.фреерадбиомед.2019.10.408

20. Ли, ИК, Цхен, И., Фанг, ЈИ, Јианг, СК, Ли, П., и Ли, Ф. (2020).

21. Интегрисана мрежна фармакологија и модел зебрице за истраживање компоненти двоструког ефектаЦистанцхе тубулосаза лечење и остеопорозе иАлцхајмерова болестболест. Ј. Етхнопхармацол. 254, 112764. дои: 10.1016/ј.јеп.2020. 112764

22. Линнербауер, М., и Ротххаммер, В. (2020). Заштитне функције реактивних астроцита након инсулта централног нервног система. Фронт. Иммунол. 11:573256. дои: 10.3389/фимму.2020.573256

23. Магнани, НД, Марцхини, Т., Цалабро, В., Алварез, С., анд Евелсон, П. (2020). Улога митохондрија у редокс сигналној мрежи и њени исходи у инфламаторним синдромима високог утицаја. Фронт. Ендоцринол. (Лозана) 11:568305. дои: 10.3389/фендо.2020.568305

24. Орихуела, Р., Мцпхерсон, ЦА, и Хари, ГЈ (2016). Микроглијална М1/М2 поларизација и метаболичка стања. Бр. Ј. Пхармацол. 173, 649–665. дои: 10.1111/ бпх.13139

25. Переа, ЈР, Болос, М., и Авила, Ј. (2020). Мицроглиа инАлцхајмерова болестболесту контексту тау патологије. Биомолецулес 10:439.

26. Киу, ВК, Пан, Р., Танг, И., Зхоу, КСГ, Ву, ЈМ, Иу, Л., ет ал. (2020). Полифенол семена личија инхибира Абета-индуковану активацију инфламасома НЛРП3 путем индукције аутофагије посредоване ЛРП1/АМПК. Биомед. Пхармацотхер. 130:110575. дои: 10.1016/ј.биопха.2020.110575

27. Ратх, М., Муллер, И., Кропф, П., Цлосс, ЕИ, и Мундер, М. (2014). Метаболизам преко аргиназе или синтазе азот-оксида: два конкурентна пута аргинина у макрофагима. Фронт. Иммунол. 5:532. дои: 10.3389/фимму.2014.00532

28. Схиао, ИЈ, Су, МХ, Лин, ХЦ, и Ву, ЦР (2017). Актеозид и изоактеозид штите цитотоксичност изазвану амилоидним бета пептидом, когнитивни дефицит и неурохемијске поремећаје ин витро и ин виво. Инт. Ј. Мол. Сци. 18:895. дои: 10.3390/ијмс18040895

29. Сзевцзук, М., Богусзевска, К., Казмиерцзак-Баранска, Ј., и Карвовски, БТ (2020). Улога АМПК у метаболизму и његов утицај на поправку оштећења ДНК. Мол. Биол. Реп. 47, 9075–9086. дои: 10,1007/с11033-020-05900-к

30. Цукахара, Т., Ханиу, Х., Уемура, Т., и Матсуда, И. (2020). Терапеутски потенцијал производа разградње јетре свиње: нови увиди и перспективе за неуроинфламацију посредовану микрогијом у неуродегенеративним болестима. Биомедицинес 8:446. дои: 10.3390/биомедицинес8110446

31. Уиттенбогаард, М., и Цхиарамелло, А. (2014). Митохондријална биогенеза: терапеутска мета за неуроразвојне поремећаје и неуродегенеративне болести. Цурр. Пхарм. Дес. 20, 5574–5593. дои: 10.2174/1381612820666140305224906

32. Веи, В., Лу, М., Лан, Кс., Лиу, Н., Ванг, Х., Ду, Ј., ет ал. (2019). Неуропротективни ефекат вербаскозида на хипоксично-исхемијско оштећење мозга код новорођених пацова. Неуросци. Летт. 711:134415. дои: 10.1016/ј.неулет.2019.134415

33. Ксу, Ј., Патассини, С., Беглеи, П., Цхурцх, С., Валдвогел, ХЈ, Фаулл, РЛМ, ет ал. (2020). Церебрални недостатак витамина Б5 (д-пантотенска киселина; пантотенат) као потенцијално реверзибилни узрок неуродегенерације и деменције код спорадичнихАлцхајмерова болестболест. Биоцхем. Биопхис. Рес. Цоммун. 527, 676–681. дои: 10. 1016/ј.ббрц.2020.05.015

34. Ианг, Кс., Ксу, С., Киан, И., и Ксиао, К. (2017). Ресвератрол регулише поларизацију микроглије М1/М2 преко ПГЦ-1алфа у условима неуроинфламаторне повреде. Браин Бехав. Иммун. 64, 162–172. дои: 10.1016/ј.бби.2017.03.003

Цистанцхе тубулоса