Dihydroquercetin forbedrer LPS-induceret neuroinflammation og hukommelsessvigtⅡ

3. Resultater

3.1. DHQ forbedrede LPS-inducerede ændringer i rumlig genkendelseshukommelsesadfærdstest i Y-labyrint-testen

Vi udførte en rumlig genkendelseshukommelsesadfærdstest i Y-labyrint for at evaluere effekten af ​​DHQ på LPS-induceret hukommelsesmangeladfærd. Statistisk analyse ved hjælp af to-vejs ANOVA afslørede signifikante forskelle i procentdel armindgange i forsøg-1 og forsøg-2 blandt grupper [F (4, 80) ¼ 2,23, p < {{15 }}.05], arm [F (1, 80) ¼ 84,8, p < 0,05] og en signifikant interaktion mellem grupper og arm [F (4, 80) ¼ 88,3, p < 0,05].

Klik for at Rou cong rong for forbedring af hukommelsen

Yderligere analyse under anvendelse af en post-hoc-test viste et signifikant tab i den rumlige genkendelseshukommelsesadfærd med LPS-administration sammenlignet med kontrolrotter. Der var signifikante forskelle mellem kontrol-, LPS-, DHQ0.5- og 1 ug/kg-grupperne. Behandling med 2 ug/kg svækkede det LPS-inducerede tab af rumlig genkendelseshukommelse. DHQ-0.5 og DHQ-1 ug/kg viste dog ingen ændring af det LPS-inducerede tab i den rumlige genkendelseshukommelse. Det er vist i fig. 2(a).

3.2. DHQ forbedrede LPS-inducerede ændringer i nysgerrighedsadfærdstesten i Ymaze-testen

Vi undersøgte effekten af ​​DHQ på nysgerrighedsadfærd på dagen {{0}} som afbildet i fig. 2(b) nedenfor. Vi fandt signifikante forskelle i forsøg-1 og forsøg-2 blandt grupper [F (4, 80) ¼ 1,77, p < 0.05], arm [F ( 1, 80) ¼ 83,9, p < 0,05] og en signifikant interaktion mellem grupper og arm [F (4, 50) ¼ 99,7, p < 0,05] ved analyse med tovejs ANOVA.

Post-hoc-testen afslørede, at nysgerrighedsadfærden blev signifikant reduceret med LPS-administration sammenlignet med kontrolrotter. Behandling af DHQ-2 ug/kg svækkede det LPS-inducerede fald i nysgerrighedsadfærden. DHQ-0.5 ug/kg forårsagede dog ikke nogen ændring i det LPS-inducerede fald i nysgerrighedsadfærden. Effekten af ​​DHQ-2 ug/kg viste sig at være mere signifikant end DHQ-1 ug/kg til at forbedre det LPS-inducerede fald i nysgerrighedsadfærd.

3.3. DHQ forbedrede arbejdshukommelsen i Y-labyrint-testen

Effekten af ​​DHQ på svækkelse af rumlig hukommelse på dagen {{0}} efter LPS-injektion i Y-labyrint-testen er afbildet i fig. 2(c) nedenfor. Statistisk analyse ved hjælp af envejs ANOVA viste, at der var signifikante forskelle i spontan ændringsadfærd i Y-labyrint testparadigmet blandt grupper [F (4, 40) ¼ 128, p < 0,05]. Post-hoc-testen afslørede, at den spontane ændringsadfærd blev signifikant reduceret med LPS-administration sammenlignet med kontrolrotter.

Der blev også fundet signifikante forskelle mellem kontrol- og DHQ-gruppen 0.5 og 1 ug/kg. Behandling af DHQ ved 1 ug/kg og 2 ug/kg svækkede det LPS-inducerede fald i den spontane ændringsadfærd, hvilket indikerer en gevinst i arbejdshukommelsen. Effekten af ​​DHQ-2 ug/kg viste sig at være mere signifikant end DHQ-1 ug/kg, hvorimod DHQ-0.5 ug/kg ikke forårsagede nogen ændring af LPS- induceret fald i arbejdshukommelsen.

3.4. DHQ mindskede LPS-inducerede ændringer i overførselsforsinkelse (TL) i EPM-adfærdstesten

For at evaluere rumlig langtidshukommelse undersøgte vi effekten af ​​DHQ på overførselsforsinkelse på dag-9 og dag-10 efter LPS-injektion i EPM-testen som vist i figur 3(a) nedenfor. Statistisk analyse ved hjælp af to-vejs ANOVA afslørede signifikante forskelle i forsøg-1 og forsøg-2 blandt grupper [F (4, 80) ¼ 403,1, P < 0.00 .05], tid [F (1, 80) ¼ 781,4, s< 0.05] and a significant interaction between groups and time [F (4, 80) ¼ 15.11, p < 0.05]. 

Post-hoc-testen viste, at LPS-injektion signifikant øgede TL sammenlignet med kontrolrotter. Data viser, at kontrolgruppens TL var signifikant forskellig fra alle de andre grupper på dag-10, men på dag-9 var kontrolgruppens TL signifikant forskellig fra LPS, DHQ{{3} },5 og kun 1 ug/kg. DHQ-0.5 ug/kg forårsagede ingen ændring i den LPS-inducerede stigning i TL. Den LPS-inducerede stigning i TL blev dog signifikant svækket med DHQ-1 ug/kg og DHQ-2 ug/kg.

3.5. DHQ øgede åbne arme i EPM-adfærdstesten

Angstadfærd er forårsaget hos gnavere ved induktion af LPS. Effekten af ​​DHQ på procentdelen af ​​åbne arme på dagen {{0}} efter LPS-injektion i EPM-testen er afbildet i fig. 3(b) nedenfor. Envejs ANOVA viste signifikante forskelle i procentdelen af ​​åbne arme indgange blandt grupper [F (4, 40) ¼ 101, p < 0,05].

Post-hoc-testen afslørede, at LPS-injektion signifikant reducerede procentdelen af ​​åbne arme, sammenlignet med kontrolrotter. Data viste, at der var signifikante forskelle mellem kontrollen og alle andre grupper. DHQ-0.5 ug/kg forårsagede ingen ændring i det LPS-inducerede fald i procentdelen af ​​åbne arme. LPS inducerede imidlertid et fald i procentdelen af ​​åbne arme, som blev signifikant forbedret med DHQ-1 ug/kg og DHQ-2 ug/kg administration.

3.6. DHQ lindrede LPS-inducerede ændringer i åben arm tid brugt i EPM adfærdstesten

Adfærdsdataanalyse ved hjælp af envejs ANOVA viste signifikante forskelle i åben arm tid brugt blandt grupper [F (4, 40) ¼ 292.2, p.< 0.05]. The post-hoc test revealed that LPS injection significantly decreased the percentage of open-arm time spent compared to control rats. Statistical data also showed that time spent in the open arm by the control group was significantly different from all other groups. DHQ-0.5 μg/kg caused a significant change to the LPS-induced decrease in the open arm time spent. However, the LPS induced a decrease in the open arm time spent significantly improved with DHQ-1 μg/kg and DHQ-2 μg/kg even more significant than DHQ-0.5 μg/kg. It is shown in Fig. 3(c).

3.7. DHQ viste ingen effekt i det samlede antal armindgange i EPM-adfærdstesten

Effekten af ​​DHQ på samlede armindgange på dagen {{0}} efter LPS-injektion i EPM-testen er afbildet i fig. 3(d) nedenfor. Statistisk analyse ved hjælp af envejs ANOVA havde ikke vist nogen signifikant forskel i det samlede antal armindgange blandt grupper [F (4, 40) ¼ 0,894, p < 0,05]. Post-hoc-testen afslørede, at LPS-injektion ikke forårsagede nogen signifikante ændringer i det samlede antal armindgange blandt grupperne. Ingen af ​​DHQ-doserne forårsagede nogen væsentlige ændringer i de samlede armindgange.

3.8. DHQ dosisafhængigt nedsatte LPS-inducerede ændringer i immobilitetsperiode i EPM adfærdstest

Effekten af ​​DHQ på immobilitetsperioden på dagen {{0}} efter LPS-injektion i EPM-testen er afbildet i fig. 3(e) nedenfor. Envejs ANOVA afslørede signifikante forskelle i immobilitetsperioden blandt grupper [F (4, 40) ¼ 138,3, p < 0,05]. Post-hoc-testen viste, at LPS-injektion signifikant øgede immobilitetsperioden sammenlignet med kontrolrotter. DHQ0.5 viste sig ikke at forårsage ændringer i den LPS-inducerede stigning i immobilitetsperioden.

Immobilitetsperioden i kontrolgruppen var signifikant mindre end LPS og DHQ-0.5 og 1 ug/kg. Den LPS-inducerede stigning i immobilitetsperioden blev dog signifikant svækket med DHQ-1 ug/kg og DHQ-2 ug/kg, DHQ-2 ug/kg reducerede immobilitetsperioden mere signifikant end DHQ-1 ug/kg.

3.9. DHQ forbedrede den gennemsnitlige blodgennemstrømning ind i hjernen ændret ved LPS-induktion

Effekten af ​​DHQ på den gennemsnitlige cerebrale blodgennemstrømning blev evalueret på dag 10 efter LPS-injektion ved hjælp af en laser-doppler-imager er afbildet i fig. 4 nedenfor. Statistisk analyse ved anvendelse af envejs ANOVA afslørede signifikante forskelle mellem grupperne [F (4) , 25) ¼ 41,9, p < 0,05]. Post-hoc-testen viste, at LPS-injektion medførte en signifikant reduktion i den gennemsnitlige blodgennemstrømning i hjernen sammenlignet med kontrolrotter.

Blodgennemstrømningen i kontrolrotter var også signifikant anderledes sammenlignet med DHQ-0.5 og 1 ug/kg. DHQ-0.5 ug/kg og DHQ-1 ug/kg forårsagede dog ingen ændring i det LPS-inducerede fald i den gennemsnitlige blodgennemstrømning. Det LPS-inducerede fald i den gennemsnitlige blodgennemstrømning blev imidlertid signifikant forbedret med DHQ-2 ug/kg.

3.10. DHQ genoprettede niveauet af acetylcholin ændret ved LPS-induktion

Acetylcholin er en af ​​de dominerende neurotransmittere i hjernen, der er involveret i indlæring og hukommelse (Myhrer, 2003). Virkningen af ​​DHQ på LPS-inducerede ændringer i niveauet af acetylcholin er afbildet i fig. 5(a) nedenfor. Envejs ANOVA viste regneforskelle i koncentrationen af ​​acetylcholin blandt grupper [F (4, 10) ¼ 337, p < 0,05].

Post-hoc-testen viste, at LPS-injektion signifikant sænkede acetylcholinniveauerne i hippocampus-regionen sammenlignet med kontrolgruppens. DHQ-0,5 ug/kg forårsagede ikke nogen signifikant ændring af det LPS-inducerede fald i acetylcholinkoncentrationen. Imidlertid steg det LPS-inducerede fald i acetylcholinkoncentrationen signifikant med DHQ-1 ug/kg og DHQ-2 ug/kg. Imidlertid var DHQ-2 ug/kg medieret stigning i acetylcholinkoncentrationen mere signifikant end DHQ-1 ug/kg.

3.11. Effekt af DHQ på LPS-inducerede ændringer i acetylcholin-esterase-aktiviteten

Virkningen af ​​DHQ på LPS-inducerede ændringer i AchE-aktiviteten efter LPS-injektion er afbildet i fig. 5(b) nedenfor. Envejs ANOVA viste signifikante forskelle i AchE-aktivitet blandt grupper [F (4, 10) ¼ 482, p.< 0.05]. It was further proved by the post-hoc test that LPS injection significantly increased the AchE activity compared to the control group rats.

Dataene viste endvidere, at kontrolgruppens AchE-aktivitet også var signifikant mindre end alle resterende grupper. DHQ-0,5 ug/kg forårsagede ikke nogen signifikant ændring af den LPS-inducerede stigning i AchE-aktiviteten. Imidlertid inducerede LPS en stigning i AchE-aktiviteten signifikant svækket med DHQ-1 ug/kg og DHQ-2 ug/kg. DHQ-2 ug/kg-medieret reduktion i AchE-aktiviteten var mere signifikant end DHQ-1 ug/kg.

3.12. DHQ reducerede pro-inflammatorisk IL-6 i LPS-inducerede dyr

Vi undersøgte effekten af ​​DHQ på et inflammatorisk cytokin IL{{0}} efter LPS-induktion som afbildet i fig. 6 nedenfor. Statistisk analyse afslørede signifikante forskelle i koncentrationen af ​​IL-6 i de forskellige grupper. Der var signifikante forskelle mellem grupperne [F (4, 10) ¼ 3016, p < 0,05] ifølge envejs ANOVA.

Post-hoc-testen viste, at LPS-injektion forårsagede en stigning i niveauet af IL-6 sammenlignet med kontrolrotter. IL-6-koncentrationen var statistisk forskellig mellem grupperne sammenlignet med kontrolgruppen. DHQ-0.5, 1 og 2 ug/kg viste signifikante ændringer i den LPS-inducerede stigning i IL-6-niveauet. DHQ-2 ug/kg-medieret reduktion i niveauet af IL-6 var dog den mest signifikante sammenlignet med de to andre doser. DHQ-1 ug/kg viste sig at være mere signifikant end DHQ-0.5 ug/kg.

3.13. DHQ viste antioxidantaktiviteter

Vi har også udforsket antioxidantegenskaberne ved DHQ. Fig. 7 viser virkningen af ​​DHQ på antioxidantenzymerne ved LPS-induktion. Oneway ANOVA afslørede signifikante forskelle mellem grupperne [F (4,10) ¼ 186,7, p < 0.05], MDA [F (4, 10) ¼ 47,40, p < 0,05], og NO [F (4, 10) ¼ 18,76, P < 0,05] niveauer.

Post-hoc-testen afslørede, at LPS-injektion signifikant reducerede CAT-aktivitet og øgede LPO-aktivitet og øgede NO-niveauet sammenlignet med kontrolgruppen. CAT-aktivitet blev signifikant boostet med DHQ-2 ug/kg administration. Desuden blev LPO-aktivitet signifikant reduceret med DHQ-0.5, 1 og 2 ug/kg. DHQ-1 og 2 ug/kg, men ikke DHQ-0.5 ug/kg administration mindskede NO-aktiviteten signifikant sammenlignet med LPS-gruppen.

4. Diskussion

Det fremtrædende træk ved denne undersøgelse er, at DHQ viste en multimodal virkningsmekanisme ved at lindre LPS-induceret neuroinflammation og kognitive underskud. Forholdet mellem neuroinflammation og indlæring og hukommelse er blevet veletableret gennem prækliniske og kliniske undersøgelser (Liu et al., 2012). Y-labyrint er en af ​​de almindeligt anvendte labyrinter til at evaluere indlæring og hukommelse i dyremodeller.

Den spontane vekslende adfærdstest er en indikation af aktiv retrograd arbejdshukommelse i Y-Maze-testen (Onaolapo et al., 2012). LPS reducerede vekslende adfærd i Y-Maze-testen, hvilket indikerer mangler i arbejdshukommelsen.

Som vist i fig. 2 (c) minimerede DHQ-1 og 2 ug/kg signifikant det LPS-inducerede tab i arbejdshukommelsen. Det blev også fundet, at DHQ-1 og 2 ug/kg svækket LPS inducerede et fald i den nye arm og en stigning i kendt armindgang som i fig. 2 (b). Derfor forbedrede det rumlige genkendelseshukommelse.

Y-labyrintstudiet viste også, at der var en signifikant forbedring i den rumlige hukommelse med DHQ-2 ug/kg efter LPS-injektion som vist i fig. 2a. Administrationen af ​​DHQ har vist sig at forbedre den rumlige hukommelse i en oligomer-A-behandlet gnavermodel (Wang et al., 2018).

Tidligere undersøgelser (Frühauf-Perez et al., 2018) viste, at LPS-injektion forstyrrer langtidshukommelsen. Som vist i fig. 3 (a) forbedrede DHQ i dosis på 1 og 2 ug/kg behandling langtidshukommelsen i TL adfærdstesten. Sammenlignet med dag-9 viste TL-dag-10 en signifikant reduktion; dette betyder en forbedring af langtidshukommelsen. En tidligere undersøgelse (Swiergiel og Dunn, 2007) viste, at LPS-injektion forårsagede angstlignende adfærd, da den forårsagede et fald i procentdelen af ​​tilmeldinger samt tid brugt i den åbne arm i EPM-undersøgelsen.

I vores undersøgelse forbedrede DHQ signifikant angstlignende adfærd som i fig. 3 (c). LPS-infusion viste ingen effekt på forsøgsdyrs lokomotoriske aktivitet ifølge de samlede armindtastningsdata, hvilket viser, at motoriske funktioner ikke var hæmmet som i fig. 3 (c). Neuroinflammation nedsætter cerebral gennemsnitlig blodgennemstrømning (CBF) og inducerer cellulær stress, hvilket kan bidrage til kognitive defekter (Zlokovic, 2005).

Dens mekanisme kan involvere dysfunktion af den neurovaskulære enhed, hvilket fører til fejlagtig clearance af neurotoksiske molekyler fra hjernen til blodet og en ubalance mellem energimetabolisme og ernæring (Zlokovic, 2008). I denne undersøgelse reducerede LPS-injektion den gennemsnitlige CBF, og dette fald i gennemsnitlig CBF blev signifikant forbedret med DHQ-2 ug/kg, hvilket indikerer dets anti-neuroinflammatoriske aktivitet som vist i fig. 4.

Det kolinerge system har en vigtig rolle i hukommelsen, og dets ubalance er involveret i neuroinflammationspatologi (Nizri et al., 2006). Det er blevet observeret, at LPS-induktion forårsagede en stigning i AChE-aktivitet. Derfor er AChE-hæmmere blevet rapporteret at lindre neuroinflammations-induceret neurodegeneration (Nizri et al., 2006). I denne undersøgelse forårsagede LPS-induktion et signifikant fald i niveauet af Ach som vist i fig. 5 (a). og en stigning i AChE-aktivitet (fig. 5 (b)). i hippocampus.

De observerede resultater kan skyldes den neuroinflammations-inducerede neurodegeneration af kolinerge neuroner i hippocampus (Kalb et al., 2013). DHQ-1 og 2 ug/kg vendte ændringerne forårsaget af LPS-infusion i ACh-niveau og AChE-aktivitet som vist i henholdsvis Fig. 5 (a) og Fig. 5 (b). Disse data indikerer, at DHQ kan have en gavnlig effekt på det kolinerge system i neuroinflammationsmodellen af ​​LPS.

En ubalance mellem ROS-produktion og eliminering i det biologiske system fører til oxidativt stress, som spiller en afgørende rolle i det aldersrelaterede kognitive fald i neuroinflammationsrelaterede neurodegenerative sygdomme som Alzheimers og Parkinsons sygdomme (Barnham et al., 2004). De vigtigste antioxidantenzymer, herunder superoxiddismutase (SOD) og katalase (CAT), betragtes som den første linje i antioxidantforsvarssystemet mod ROS in vivo under oxidativ skade.

SOD kan omdanne superoxidanion til brintoverilte, som efterfølgende opfanges af CAT (Ighodaro og Akinloye, 2018). MDA er en anden velkendt indikator for oxidativ skade under betingelse af oxidativ stress (Chung et al., 2010). NO spiller en afgørende rolle i læring ved at facilitere langsigtet potensering i hippocampus (Bon og Garthwaite, 2003), samt at være involveret i intracellulær signalering i neuroner (Feil og Kleppisch, 2008). Interessant nok er en unormal stigning i reaktive nitrogenarter ulovlig apoptotisk celledød ved nitrosativ skade på neuroner (Nakagawa og Yokozawa, 2002).

Yderligere analyse afslørede, at LPS-administration forårsagede signifikant inhibering af antioxidantenzymet katalase og overaktivitet af visse enzymer som LPO og NO. Det observerede resultat kan skyldes den neuroinflammations-inducerede aktivering af ROS i hippocampus. Som vist i Fig. 7 (a) og Fig. 7 (b) vendte DHQ-2 ug/kg de LPS-forstærkede CAT- og LPO-aktiviteter. LPS-induceret stigning i NO-aktivitet blev reduceret med DHQ-1 og kun 2 ug/kg Fig. 7 (c).

Resultaterne viste, at DHQ har en antioxidantegenskab som rapporteret tidligere (Weidmann, 2012). LPS er en potent aktivator af mikroglia og opregulerer udviklingen af ​​pro-inflammatoriske cytokiner, herunder IL-6 og tumornekrosefaktor- (TNF-) (Monje et al., 2003). Vores undersøgelser har vist, at LPS-administration forårsagede en signifikant stigning i niveauet af IL-6 i hippocampus. Som vist i fig. 6 reducerede DHQ-2 ug/kg signifikant IL-6-niveauet i hippocampus. Resultaterne viser, at DHQ har en anti-neuroinflammatorisk aktivitet (Sah et al., 2011).

Denne effekt af DHQ kan tilskrives på grund af dens antioxidantaktivitet, da ROS-opfangning fører til en reduktion i IL-6 (Chen et al., 2014; Jain et al., 2009). I fremtidige perspektiver kan effekten af ​​DHQ på LPS og amyloid beta-induceret aktivering af NF-kappa B via toll-lignende receptor-4 aktivering i mikrogliacellerne undersøges, da NF-kappa B er en af ​​de potentielle mål for neuroinflammation og relaterede komplikationer som demens (Kim et al., 2015).

5. Konklusion

DHQ har forbedret LPS-induceret hukommelsessvækkelse og angstlignende adfærd hos rotter. Det har minimeret LPS-induceret kolinerg dysfunktion i hippocampus. Det har også vist sig at have antioxidant aktivitet. DHQ har vist anti-neuroinflammatorisk aktivitet ved at reducere IL-6 et fremtrædende cytokin involveret i neuroinflammation. Derfor peger prækliniske beviser på DHQ som en potentiel kandidat i behandlingen af ​​neuroinflammation og andre neurodegenerative lidelser, der involverer hukommelsessvækkelse.

Mekanismen for Cistanche-neurobeskyttelseseffekten

Cistanche er en traditionel kinesisk lægeurt, der har vist sig at have neurobeskyttende virkninger. Den nøjagtige mekanisme for dets virkning er ikke fuldt ud forstået, men der er voksende beviser for, at det kan være relateret til dets evne til at øge ekspressionen af ​​neurotrofiske faktorer og regulere visse signalveje i hjernen.

En af de vigtigste neurotrofiske faktorer, som Cistanche har vist sig at øge, er den hjerneafledte neurotrofiske faktor (BDNF). BDNF er et protein, der spiller en nøglerolle i vækst, differentiering og vedligeholdelse af neuroner i hjernen. Undersøgelser har vist, at når niveauerne af BDNF er højere, er der større neuronal overlevelse og plasticitet, hvilket kan hjælpe med at beskytte mod neurodegeneration.

Cistanche kan også være i stand til at regulere visse signalveje i hjernen, der er involveret i celleoverlevelse og apoptose (programmeret celledød). For eksempel har det vist sig at hæmme aktiviteten af ​​c-Jun N-terminal kinase (JNK)-vejen, hvilket kan føre til neuronernes død under visse betingelser. Ved at hæmme JNK kan Cistanche hjælpe med at beskytte neuroner mod beskadigelse og bevare deres overlevelse.

Derudover har Cistanche vist sig at have antiinflammatoriske og antioxidante virkninger, som yderligere kan hjælpe med at beskytte neuroner mod skader og vedligeholde deres funktion. Disse egenskaber gør Cistanche til et lovende terapeutisk middel til behandling af neurodegenerative lidelser såsom Alzheimers og Parkinsons sygdom.

Qadir Alam, Sairam Krishnamurthy *

Neurotherapeutics Laboratory, Department of Pharmaceutical Engineering & Technology, Indian Institute of Technology (Banaras Hindu University), Varanasi, 221005, UP, Indien