Del 2: Huperzine A og dets neurobeskyttende molekylære signalering ved Alzheimers sygdom

Kontakt:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791

Venligst klik her til del 1

Venligst klik her til del 3

Cistanche kan hjælpe med Alzheimers sygdom

3. Neuroprotektiv molekylær signalering af HupA mod AD

Detneurobeskyttendeeffekter af HupA-behandling er resultatet af kolinerg signalering, som øger neurotrofisk faktorekspression, synaptisk aktivitet, antagonisme af N-methyl-D-aspartat (NMDA) receptoren (NMDAR), modulering af ROS og neuronal overlevelse [3,9].

Synaptisk vesikelfrigivelse er en af ​​Hupa'sneurobeskyttendemekanismer. Under den synaptiske vesikelcyklus i CNS-synapser fyldes synaptiske vesikler med neurotransmittere via aktiv transport og danner en vesikelpulje. Fyldte vesikler dokker ved den aktive zone, hvor de gennemgår en primingsreaktion, der gør dem kompetente til Ca2 plus-udløst fusion-poreåbning [47]. I dette trin fungerer synaptotagminer som Ca2 plus sensorer; faktisk mangler synaptotagmin- 1 knockout en synkroniseret og hurtig frigivelse af neurotransmittere, hvilket viser, hvor relevant deres funktion er [47]. HupA fremmer synaptotagmin-ekspression, forbedrer synaptisk vesikeleksocytose og neurotransmitterfrigivelse [48] (se tabel 1).

Som tidligere nævnt hæmmer HupA AChE, så efter HupA-behandling vil acetylcholin ophobes. Acetylcholin-signalering virker hovedsageligt gennem 7nAChRs og 4 2nAChRs, hvilket producerer en anti-inflammatorisk respons [39]. Acetylcholin-signalering modulerer funktionen af ​​neurale progenitorceller gennem den mitogenaktiverede proteinkinaser/ekstracellulære signalregulerede kinaser (MAPK/ERK)-vej, som også aktiveres som en reaktion på HupA, der udøverneurobeskyttendefunktioner [49]. Det samme sker med hjerneafledt neurotrofisk faktor (BDNF)/tropomyosin receptor kinase B (TrkB) signalering, som igen aktiverer phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K)/Akt serin-threoninkinase-vejen (se tabel 1). Aktivering af det BDNF/TrkB-afhængige PI3K/TrkB/pattedyrsmål for rapamycin (mTOR) signalvej undertrykker apoptose og bidrager til neuronal overlevelse [50]. Den kolinerge stigning i BDNF i basale forhjernens kolinerge neuroner forbedrer induktionen og vedligeholdelsen af ​​langsigtet potensering (LTP), synaptisk transmission (ved at virke på præ- og postsynaptiske steder) og den præsynaptiske frigivelse af den excitatoriske neurotransmitter glutamat [51], forhindrer således kolinerge neurontab og bevarer kognitive funktioner [52,53]. Endelig øger HupA niveauerne af phosphoryleret cyklisk adenosinmonophosphat-responsivt element-bindende protein (CREB) i hippocampus, som interagerer med BDNF i CREB/BDNF-vejen, essentiel i flere gen-kognition-miljø-interaktioner [54]. En af de vigtigsteneurobeskyttendeeffekter af HupA er forbedring af A-akkumulering og neurotoksicitet gennem forskellige kolinerge mekanismer [55]. For det første forstyrrer HupA gennem sin AChEI-aktivitet AChE-A-interaktion, som beskrevet i det foregående afsnit (se figur 2) [19,56,57], hvilket dæmper p53-medieret neuronal død [37]. HupA udøver en lignende virkning med det postsynaptiske celleadhæsionsmolekyle neuroligin 1 (NL1) [48]. NL1 har et ekstracellulært domæne med en høj grad af lighed med cholinesteraser (ChEs) [58,59]. Interaktion mellem NL1- og A-oligomerer er blevet rapporteret. Det oprensede ekstracellulære ChE-lignende domæne af NL1 binder direkte til A-oligomerer [60], og A-oligomerer associeres med NL1 ved excitatoriske hippocampale synapser [61]. Som med AChE interagerer HupA med det ChE-lignende domæne af NL1 [46], hvilket forstyrrer A-NL1-interaktionen og nedregulerer oligomeriseringsinduceret excitotoksicitet (se tabel 1). Udover at forstyrre interaktionen med A-oligomerer, afhjælper HupA også A-akkumulering. Selvom HupA ikke har nogen effekt på produktionen af ​​APP'en, modulerer den dens spaltning.

APP'en spaltes af en af ​​to mulige veje. I den nonamyloidogene -secretase-vej spaltes APP af en -secretase, såsom disintegrin og metalloproteinase-domæneholdigt protein 10 (ADAM10), hvilket producerer det opløselige ektodomæne af APP (sAPP) og et membranbundet intracellulært C-terminalt fragment (C83). ). Yderligere bearbejdning af en y-sekretase spalter C83, hvilket giver et 3-kDa-peptid (P3) og et APP-intracellulært domæne (AICD) [62]. P3 og AICD er begge neurotrofe ogneurobeskyttende[26]. På den anden side, i /y-sekretase amyloidogene pathway, er spaltningen lavet af BACE1, og det giver det lidt kortere opløselige APP fragment (sAPP) og et C99 fragment. Yderligere behandling af en y-sekretase spalter C99 og frigiver AICD og A-peptidet, et kendetegn for AD-patologi [62].

HupA øger ekspressionen af ​​sAPPa- og C83-fragmenterne [26,32], og det genopretter dosisafhængigt den konstitutive ekspression af ADAM10, mens den nedregulerer membrantranslokationen af ​​BACE1, hvilket hindrer BACE1-APP-association (se figur 3) ).

Tabel 1. Molekylære mål for HupA's kolinerge mekanismer i demensrelaterede patologier og virkninger af behandling.

(AChE: acetylcholinesterase; nAChRs: nikotiniske acetylcholinreceptorer; Bcl-2: B-cellelymfom-2; Bax: Bcl-2-lignende protein 4; Gsk-3: glykogensyntasekinase -3: mTOR: pattedyrmål for rapamycin; BDNF: hjerneafledt neurotrofisk faktor; TrkB: tropomyosinreceptorkinase B).

Figur 3. HupA regulerer APP-behandling. HupA øger dosisafhængigt aktiviteten af ​​den nonamyloidogene vej gennem spaltningen af ​​amyloid precursorprotein (APP) med en -sekretase, hvilket producerer opløselige -APP-fragmenter, P3-peptid og et C83-fragment. Disse er både neurotrofiske og neurobeskyttende og opreguleres efter HupA-behandling. HupA reducerer også niveauerne af BACE1, en /y-sekretase, der producerer opløselige -APP-fragmenter i det, der er kendt som den amyloidogene vej, foruden C99-fragmentet, der spaltes for at danne A-peptidet. Disse produkter udløser apoptotiske reaktioner, såsom neuronal membranblødning og cellekrympning, hvilket fører til celledød (APP: amyloid precursor protein; BACE1: beta-site amyloid precursor protein spaltende enzym 1; sAPP: opløseligt amyloid precursor protein-; sAPP: opløseligt amyloid precursorprotein-).

Aktivering af mAChR'er og proteinkinase C (PKC)/MAPK-veje er blevet foreslået som en mekanisme for denne effekt [15,23,46], såvel som HupA-medieret stigning i phosphorylering af ERK1/2, der også kan regulere ADAM10-transkription. En anden mekanisme for den kolinerge modulering af APP-behandling er aktiveringen af ​​Wnt-signalering. Wnt-signalering spiller en afgørende rolle i præsynaptisk samling, postsynaptisk differentiering ved hvirveldyrs perifere neuromuskulære synapser, stamcelledifferentiering og udvikling og vedligeholdelse af CNS [63-65]. Nylige beviser tyder på, at det også regulerer vaskulær stabilitet, BBB-integritet og inflammation [66]. I den kanoniske Wnt-pathway eller Wnt/-catenin-pathway binder Wnt-ligander til receptorer fra Frizzled (FZD) og low-density lipoprotein-related protein (LRP) familierne på celleoverfladen og aktiverer adskillige cytoplasmatiske relækomponenter, herunder GSK{{ 13}} og adenomatøs polyposis coli (APC), som endelig signalerer til -catenin. -catenin kommer ind i kernen og danner et kompleks med lymfoid enhancer-bindende faktor 1 (LEF1) for at aktivere transskriptionen af ​​Wnt-målgener. Wnt-signalveje, der er uafhængige af -catenin, omtales som ikke-kanoniske veje, som inkluderer den plane cellepolaritets (PCP)-vej, også kendt som Wnt/Jun N-terminal kinase (JNK)-vejen, og Wnt/Ca2-vejen. plus pathway [63] (se figur 4).

Figur 4. HupA påvirker Wnt-signalering. HupA påvirker både kanonisk og ikke-kanonisk Wnt-signalering. Med hensyn til kanonisk signalering modulerer HupA Wnt/-catenin-vejen ved at nedregulere GSK-3-aktivitet. HupA øger phosphoryleringsniveauerne af GSK-3 / , som stabiliserer -catenin og opregulerer ekspression af dets målgener, relateret til synaptisk plasticitet og neuronal overlevelse, samtidig med at tau-hyperphosphorylering og A-neurotoksicitet forhindres. HupA interagerer også med den ikke-kanoniske vej via PKC/MAPK-signalering. PKC-aktivering hæmmer også GSK-3-aktivitet og spiller en rolle i at opregulere ekspressionen af ​​-sekretasen, forhindre A-akkumulering og neuronal apoptose (Wnt: vingeløst-relateret integrationssted; GSK3: glykogensyntasekinase 3; PKC: proteinkinase C; MAPK: mitogenaktiveret proteinkinase).

Hæmning af Wnt-signalering forårsager kognitive defikter, øger tau-phosphorylering, øger A 1-42-peptidkoncentrationer og A 42/A 40-forholdet i hippocampus og reducerer A 1-42-koncentrationer i cerebrospinalvæsken, hvilket tyder på insufficiens på tværs af BBB [18]. Aktivering af Wnt-signalering af HupA forbedrer således A-byrden og kognitive mangler [23,25,32].

Wnt-signalering modulerer også den ikke-namyloidogene behandling af APP, da transkriptionel aktivering af Wnt-målgener ved -catenin-translokation dirigerer APP-behandling mod ADAM10, mens BACE1-transkription undertrykkes, og dermed forbinder Wnt-signalering og A-akkumulering [67], som tidligere nævnt. GSK-3 er en af ​​Wnts cytoplasmatiske relækomponenter, og dets øgede aktivering forårsager øget phosphorylering af -catenin, som hæmmer kanonisk Wnt-signalering [63], og AD-kendetegn såsom overdreven tau-proteinphosphorylering og A-generering. Derudover er det vist, at A forringer PI3K/Akt-signalering, hvilket fører til aktivering af GSK-3. Dette skaber en feedback-loop, der inducerer tau-hyperphosphorylering, neurofibrillær sammenfiltring, synaptotoksicitet, synaptisk tab og til sidst neuronal død [64]. Men som tidligere nævnt øger HupA PKC-signalering, og PKC hæmmer GSK-3-aktivitet, hvilket forhindrer tau-phosphorylering og A-produktion (se figur 4) [32]. Gennem aktiveringen af ​​Wnt- og PKC-signalering redder HupA-behandling den ikke-namyloidogene behandling af APP, hvilket indikerer, at disse veje kan være centrale for HupA'erneurobeskyttendeeffekter mod A-byrde [32] (se tabel 1). Desuden beskytter HupA gennem disse mekanismer den præsynaptiske struktur og synaptiske plasticitet [26,32,61,68] (se tabel 1).

cistanche pharma specialfor Alzheimers sygdom

HupA virker også via ikke-cholinerge mekanismer, målrettet mitokondriel struktur og funktion samt Fe2 plus homeostase. Mitokondrielle forstyrrelser er blevet beskrevet i AD-patologi, herunder ændringer i morfologi, en kompromitteret tricarboxylsyre (TCA) cyklus, reduceret cytochrom C (CytoC) oxidaseaktivitet og oxidativt stress [69]. A kan akkumulere i mitokondrierne og interagere med mitokondrieprotein A-bindende alkoholdehydrogenase (ABAD), hvilket forårsager forstyrrelser, der fører til neurotoksicitet og apoptose. En akkumulering og mitokondriel dysfunktion synergerer for at aktivere neurodegenerative veje involveret i kognitivt tab [52,53]. Mitokondrier initierer apoptose ved at frigive proteiner såsom CytoC fra intermembrane og Intracoastal rum, efterfulgt af aktivering af caspaser og apoptose-inducerende faktor (AIF) (en caspase-uafhængig apoptose pathway). Ydre membranpermeabilisering fører til mitokondriel metabolisk svigt med efterfølgende mitokondriel hævelse og neuronal død [69]. Til gengæld kan APP-overekspression påvirke mitokondriel funktion ved at afbryde NIPSNAP1-proteinlokalisering i mitokondriematrixen gennem direkte interaktion, hvilket ændrer bindingen af ​​dihydrolipoyltransacylase- og dihydrolipoyltransacetylasekomponenterne i det forgrenede ketoacidkompleks og pyruvatdehydrogenasekomplekset i mitokondrielle indre [ 37] (se figur 5). HupA hæmmer den cytoplasmatiske translokation af CytoC og caspase-3-spaltning [69], dæmper apoptotisk-inducerende signaler (se tabel 2) og forhindrer muligvis APP-induceret mitokondriel dysfunktion ved at vende forstyrrelsen af ​​NIPSNAP1-proteinlokaliseringen i mitokondriel-matrixen. [37]. HupA opregulerer også glutathionperoxidase (GSH-Px), superoxiddismutase (SOD) og katalase (CAT), hvilket forhindrer oxidativt stress [70]. HupA-medieret neurobeskyttelse involverer muligvis restaurering af en intakt dobbeltmembran, som genopretter membranpotentialet og ATP-produktion, hvilket betyder bevaret energihomeostase [35,52] (se tabel 2). Proteomisk analyse bekræfter, at HupA øger ekspressionen af ​​proteiner involveret i oxidativ phosphorylering [37].

Figur 5. HupA redder mitokondriel integritet efter eksponering for A . A krydser mitokondrie-dobbeltmembranen og aggregeres i matrixen. Mitokondrielle forstyrrelser omfatter ændringer i morfologi, kompromitteret TCA-cyklus og reduceret CytoC-oxidaseaktivitet. Celledød initieres ved at frigive proteiner fra intermembrane og Intracoastal rum, som aktiverer caspaser og AIF (caspase-uafhængig apoptose pathway). Ydre membranpermeabilisering fører til mitokondriel metabolisk svigt med efterfølgende mitokondriel hævelse, ROS-akkumulering og neuronal død. HupA-behandling forhindrer A-akkumulering i matrixen samt A-interaktion med mitokondrieproteiner. HupA forhindrer frigivelsen af ​​CytoC og efterfølgende apoptose. Det redder også overordnet membranstabilitet og beskytter dermed mitokondriel enzymaktivitet, membranpotentiale og ATP-dannelse. HupA beriger også proteiner involveret i oxidativ phosphorylering, hvilket forbedrer mitokondriel respiration (ABAD: amyloid beta-bindende alkoholdehydrogenase; CAT: katalase; GSH-PX: glutathionperoxidase; SOD: superoxiddismutase; ROS: reaktive oxygenarter; IMS: intermembranrum; : cytokrom C; Cas-3: caspase-3; AIF: apoptose-inducerende faktor).

Tabel 2. Molekylære mål for HupA's ikke-kolinerge mekanismer i demens-relaterede og virkninger af behandling.

Cytotec: cytochrom C; Cas-3: caspase-3; AIF: apoptose-inducerende faktor; CAT: katalase; GSH-PX: glutathionperoxidase; SOD: superoxiddismutase; TFR1: transferrinreceptor 1; ROS: reaktive oxygenarter; APP: Amyloid precursorprotein; IRP: jernregulerende protein).

Med hensyn til Fe2 plus homeostase er det blevet rapporteret, at AD musemodeller har forhøjede niveauer af Fe2 plus i cortex og hippocampus sammenlignet med WT mus. Følgelig er ekspressionen af ​​transferrinreceptorprotein 1 (TFR1) opreguleret i APPswe/PS1dE9-mus, hvilket forklarer stigningen i Fe2 plus optagelse [34]. Fe2 plus -medieret neurodegeneration kan stamme fra nedreguleringen af ​​-sekretaseaktivitet, der hæmmer den nonamylaaaoidogene vej, med en samtidig stigning i APP-ekspression på grund af et funktionelt jern-responsivt element (IRE), der er blevet identificeret i APP-promotoren, hvilket ville forklare hvorfor APP-niveauer stiger efter Fe2 plus behandling og falder efter chelatorbehandling. En alternativ forklaring kunne være, at den translationelle ekspression af APP kunne styres via frigivelsen af ​​en klassisk repressorinteraktion mellem APP mRNA og jernregulerende protein-1 (IRP-1) [34]. HupA kan fungere direkte som en Fe2 plus chelator, hvilket reducerer IRP's kapacitet-1 til at inducere APP-oversættelse [34]. HupA nedregulerer også TFR1-ekspression i mus in vivo, hvilket reducerer optagelsen af ​​transferrinbundet jern (TBI) i neuroner [34] (se figur 6) (se tabel 2).

herba epimedium sagittatum

Endelig er det bemærkelsesværdigt, at HupA reducerer ekspression af proinflammatoriske cytokiner gennem aktivering af nAChR'er. Aktivering af den cholinerge anti-inflammatoriske vej resulterer den efferente bue af den inflammatoriske refleks i CNS i undertrykt inflammatorisk cytokinekspression og systemiske inflammatoriske responser. Aktiveringen af ​​7nAChR nedregulerer makrofager, mikroglia og astrocytteraktivering, hvilket hæmmer produktionen af ​​proinflammatoriske cytokiner, mens anti-inflammatorisk cytokinekspression ikke ændres [10,46,71]. De kolinerge anti-inflammatoriske virkninger af HupA nedregulerer IL-1, IL-6 og TNF-sekretion og NF-kB-signalering, hvilket dæmper neuroinflammatorisk respons [72].

Figur 6. HupA regulerer Fe2 plus homeostase. HupA forhindrer ophobning af Fe2 plus inde i neuronerne. Det kan fungere som en chelator, mens det også nedregulerer ekspressionen af ​​TFR1 og forhindrer Fe2 plus optagelse i cellen. Ved at reducere Fe2 plus koncentrationen inde i neuronet, reducerer HupA APP translation. Fe2 plus binder IRP'et og frigiver det fra APP mRNA, som derefter kan blive oversat. I nærvær af HupA falder Fe2 plus koncentrationen, og mindre IRP frigives, oversættes meningsløst APP. HupA reducerer indirekte ROS gennem alle disse mekanismer (TFR1: transferrinreceptor 1; Tf: transferrin; TBI: transferrinbundet jern; ROS: reaktive oxygenarter; APP: Amyloid-precursorprotein; IRP: jernregulerende protein).

echinacoside til hukommelse