Deel 2: Huperzine A en zijn neuroprotectieve moleculaire signalering bij de ziekte van Alzheimer

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

Pls klik hier om deel 1

Pls klik hier om deel 3

Cistanche kan helpen bij de ziekte van Alzheimer

3. Neuroprotectieve moleculaire signalering van HupA tegen AD

Deneuroprotectiefeffecten van HupA-behandeling zijn het gevolg van cholinerge signalering, die de expressie van neurotrofe factoren, synaptische activiteit, antagonisme van de N-methyl-D-aspartaat (NMDA) -receptor (NMDAR), modulatie van ROS en neuronale overleving verhoogt [3,9].

Synaptische blaasjesafgifte is een van Hupa'sneuroprotectiefmechanismen. Tijdens de synaptische blaasjescyclus in CZS-synapsen worden synaptische blaasjes via actief transport gevuld met neurotransmitters en vormen ze een vesikelpool. Gevulde blaasjes dokken aan in de actieve zone, waar ze een priming-reactie ondergaan die ze competent maakt voor Ca2 plus-getriggerde fusie-porie-opening [47]. In deze stap fungeren synaptotagmins als Ca2 plus-sensoren; in feite mist synaptotagmin- 1 knock-out een gesynchroniseerde en snelle afgifte van neurotransmitters, wat aantoont hoe relevant hun functie is [47]. HupA bevordert de expressie van synaptotagmine, waardoor exocytose van synaptische vesikels en afgifte van neurotransmitters wordt verbeterd [48] (zie tabel 1).

Zoals eerder vermeld, remt HupA AChE, dus na HupA-behandeling zal acetylcholine zich ophopen. Acetylcholine-signalering werkt voornamelijk via 7nAChR's en 4 2nAChR's, en produceert een ontstekingsremmende respons [39]. Acetylcholine-signalering moduleert de functie van neurale voorlopercellen via de door mitogeen geactiveerde proteïnekinasen/extracellulaire signaalgereguleerde kinasen (MAPK/ERK)-route, die ook wordt geactiveerd als een reactie op HupA, waardoorneuroprotectieffuncties [49]. Hetzelfde gebeurt met van de hersenen afgeleide neurotrofe factor (BDNF)/tropomyosine receptor kinase B (TrkB) signalering, die op zijn beurt de fosfatidylinositol 3-kinase (PI3K)/Akt serine-threonine kinase route activeert (zie tabel 1). Activering van het BDNF/TrkB-afhankelijke PI3K/TrkB/zoogdier doelwit van rapamycine (mTOR) signaalroute onderdrukt apoptose en draagt ​​bij aan neuronale overleving [50]. De cholinerge toename van BDNF in cholinerge neuronen in de basale voorhersenen verbetert de inductie en instandhouding van langetermijnpotentiëring (LTP), synaptische transmissie (door in te werken op pre- en postsynaptische plaatsen) en de presynaptische afgifte van de exciterende neurotransmitter glutamaat [51], waardoor cholinerge neuronverlies wordt voorkomen en cognitieve functies behouden blijven [52,53]. Ten slotte verhoogt HupA de niveaus van gefosforyleerd cyclisch adenosinemonofosfaat-responsief element-bindend eiwit (CREB) in de hippocampus, dat een interactie aangaat met BDNF in de CREB/BDNF-route, essentieel in meerdere gen-cognitie-omgevingsinteracties [54]. Een van de hoofdneuroprotectiefeffecten van HupA is de verbetering van A-accumulatie en neurotoxiciteit door verschillende cholinerge mechanismen [55]. Ten eerste verstoort HupA, door zijn AChEI-activiteit, AChE-A-interactie, zoals beschreven in de vorige sectie (zie figuur 2) [19,56,57], waardoor p53-gemedieerde neuronale dood [37] wordt verzacht. HupA oefent een vergelijkbare werking uit met het postsynaptische celadhesiemolecuul neuroligine 1 (NL1) [48]. NL1 heeft een extracellulair domein met een hoge mate van gelijkenis met cholinesterasen (ChEs) [58,59]. Interactie tussen NL1- en A-oligomeren is gemeld. Het gezuiverde extracellulaire ChE-achtige domein van NL1 bindt direct aan A-oligomeren [60], en A-oligomeren associëren met NL1 bij prikkelende hippocampale synapsen [61]. Net als bij AChE interageert HupA met het ChE-achtige domein van NL1 [46], waardoor de A-NL1-interactie wordt verstoord en door oligomerisatie geïnduceerde excitotoxiciteit wordt verlaagd (zie tabel 1). Naast het verstoren van de interactie met A-oligomeren, verlicht HupA ook A-accumulatie. Ook al heeft HupA geen effect op de aanmaak van de APP, het moduleert wel zijn decolleté.

De APP wordt gesplitst door een van de twee mogelijke routes. In de -secretase niet-amyloïdogene route wordt de APP gesplitst door een -secretase zoals desintegrine en metalloproteïnase domein-bevattend eiwit 10 (ADAM10), waardoor het oplosbare ectodomein van APP (sAPP) en een membraangebonden intracellulair C-terminaal fragment (C83 ). Verdere verwerking door een y-secretase splitst de C83, wat een 3-kDa peptide (P3) en een APP intracellulair domein (AICD) [62] oplevert. P3 en AICD zijn beide neurotroof enneuroprotectief[26]. Aan de andere kant, in de /y-secretase amyloïdogene route, wordt de splitsing gemaakt door BACE1, en dit levert het iets kortere oplosbare APP-fragment (sAPP) en een C99-fragment op. Verdere verwerking door een y-secretase splitst C99 en maakt het AICD en het A-peptide vrij, een kenmerk van AD-pathologie [62].

HupA verhoogt de expressie van de sAPPa- en C83-fragmenten [26,32] en herstelt dosisafhankelijk de constitutieve expressie van ADAM10, terwijl het de membraantranslocatie van BACE1 naar beneden reguleert, wat de BACE1-APP-associatie belemmert (zie figuur 3 ).

Tabel 1. Moleculaire doelwitten van HupA's cholinerge mechanismen bij aan dementie gerelateerde pathologieën en effecten van behandeling.

(AChE: acetylcholinesterase; nAChRs: nicotine-acetylcholinereceptoren; Bcl-2: B-cellymfoom-2; Bax: Bcl-2-achtig eiwit 4; Gsk-3: glycogeensynthasekinase -3: mTOR: zoogdierdoelwit van rapamycine; BDNF: van de hersenen afgeleide neurotrofe factor; TrkB: tropomyosinereceptorkinase B).

Figuur 3. HupA regelt APP-verwerking. HupA verhoogt dosisafhankelijk de activiteit van de niet-amyloïdogene route door de splitsing van amyloïde precursoreiwit (APP) door een -secretase, waardoor oplosbare -APP-fragmenten, P3-peptide en een C83-fragment worden geproduceerd. Deze zijn zowel neurotroof als neuroprotectief en worden na behandeling met HupA opgereguleerd. HupA verlaagt ook de niveaus van BACE1, een /y-secretase dat oplosbare -APP-fragmenten produceert in wat bekend staat als de amyloïdogene route, naast het C99-fragment dat wordt gesplitst om het A-peptide te vormen. Deze producten veroorzaken apoptotische reacties, zoals blebbing van het neuronale membraan en celkrimp, wat leidt tot celdood (APP: amyloïde precursor-eiwit; BACE1: beta-site amyloïde precursor-eiwit-splitsend enzym 1; sAPP: oplosbaar amyloïde precursor-eiwit-; sAPP: oplosbaar amyloïde voorloper eiwit-).

Activering van mAChR's en eiwitkinase C (PKC)/MAPK-routes zijn voorgesteld als een mechanisme voor dit effect [15,23,46], evenals HupA-gemedieerde toename van fosforylering van ERK1/2, die ook ADAM10-transcriptie kan reguleren. Een ander mechanisme voor de cholinerge modulatie van APP-verwerking is de activering van Wnt-signalering. Wnt-signalering speelt een cruciale rol bij presynaptische assemblage, postsynaptische differentiatie bij perifere neuromusculaire synapsen van gewervelde dieren, stamceldifferentiatie en de ontwikkeling en instandhouding van het CZS [63-65]. Recent bewijs suggereert dat het ook de vasculaire stabiliteit, BBB-integriteit en ontsteking reguleert [66]. In de canonieke Wnt-route of Wnt/-catenine-route binden Wnt-liganden aan receptoren van de Frizzled (FZD) en low-density lipoproteïne-gerelateerd eiwit (LRP) families op het celoppervlak en activeren ze verschillende cytoplasmatische relaiscomponenten, waaronder GSK{{ 13}} en adenomateuze polyposis coli (APC), die uiteindelijk signaleren naar -catenine. -catenine komt de kern binnen en vormt een complex met lymfoïde versterker-bindende factor 1 (LEF1) om de transcriptie van Wnt-doelgenen te activeren. Wnt-signaleringsroutes die onafhankelijk zijn van -catenine worden niet-canonieke routes genoemd, waaronder de planaire celpolariteit (PCP) route, ook bekend als de Wnt/Jun N-terminale kinase (JNK) route, en de Wnt/Ca2 plus-route [63] (zie figuur 4).

Figuur 4. HupA beïnvloedt Wnt-signalering. HupA beïnvloedt zowel canonieke als niet-canonieke Wnt-signalering. Met betrekking tot canonieke signalering moduleert HupA de Wnt/-catenine-route door de GSK-3-activiteit neerwaarts te reguleren. HupA verhoogt de fosforylatieniveaus van GSK-3 / , dat -catenine stabiliseert en de expressie van zijn doelgenen opreguleert, gerelateerd aan synaptische plasticiteit en neuronale overleving, terwijl tau-hyperfosforylering en A-neurotoxiciteit worden voorkomen. HupA interageert ook met de niet-canonieke route via PKC / MAPK-signalering. PKC-activering remt ook de GSK-3-activiteit en speelt een rol bij het opreguleren van de expressie van het -secretase, waardoor A-accumulatie en neuronale apoptose wordt voorkomen (Wnt: vleugelloze-gerelateerde integratieplaats; GSK3: glycogeensynthasekinase 3; PKC: eiwitkinase C; MAPK: door mitogeen geactiveerd proteïnekinase).

Remming van Wnt-signalering veroorzaakt cognitieve deficiënties, verhoogt de tau-fosforylering, verhoogt de A1-42-peptideconcentraties en de A42/A40-verhouding in de hippocampus en verlaagt de A1-42-concentraties in de cerebrospinale vloeistof, wat wijst op onvoldoende klaring over de BBB [18]. Activering van Wnt-signalering door HupA verbetert dus de A-last en cognitieve tekortkomingen [23,25,32].

Wnt-signalering moduleert ook de niet-amyloïdogene verwerking van APP, aangezien transcriptionele activering van Wnt-doelgenen door -catenine-translocatie de APP-verwerking naar ADAM10 stuurt terwijl BACE1-transcriptie wordt onderdrukt, waardoor Wnt-signalering en A-accumulatie [67] worden gekoppeld, zoals eerder vermeld. GSK-3 is een van Wnt's cytoplasmatische relaiscomponenten en de verhoogde activering ervan veroorzaakt verhoogde fosforylering van -catenine, wat canonieke Wnt-signalering remt [63], en AD-kenmerken zoals overmatige tau-eiwitfosforylering en A-generatie. Bovendien is aangetoond dat A de PI3K/Akt-signalering schaadt, wat leidt tot de activering van GSK-3 . Dit creëert een feedbacklus die tau-hyperfosforylering, vorming van neurofibrillaire kluwen, synaptotoxiciteit, synaptisch verlies en uiteindelijk neuronale dood induceert [64]. Zoals eerder vermeld, verhoogt HupA echter de PKC-signalering en remt PKC de GSK-3-activiteit, waardoor tau-fosforylering en A-productie wordt voorkomen (zie figuur 4) [32]. Door de activering van Wnt- en PKC-signalering redt HupA-behandeling de niet-amyloïdogene verwerking van APP, wat aangeeft dat deze routes mogelijk centraal staan ​​in HupA'sneuroprotectiefeffecten tegen A-last [32] (zie tabel 1). Bovendien beschermt HupA via deze mechanismen de presynaptische structuur en synaptische plasticiteit [26,32,61,68] (zie tabel 1).

cistanche pharma specialvoorde ziekte van Alzheimer

HupA werkt ook via niet-cholinerge mechanismen, gericht op de mitochondriale structuur en functie, evenals op Fe2 plus homeostase. Mitochondriale verstoringen zijn beschreven in AD-pathologie, waaronder veranderingen in morfologie, een gecompromitteerde tricarbonzuur (TCA) cyclus, verminderde cytochroom C (CytoC) oxidase-activiteit en oxidatieve stress [69]. A kan zich ophopen in de mitochondriën en interageert met het mitochondriale proteïne A - bindende alcoholdehydrogenase (ABAD), wat verstoringen veroorzaakt die leiden tot neurotoxiciteit en apoptose. Een accumulatie en mitochondriale disfunctie werken samen om neurodegeneratieve paden te activeren die betrokken zijn bij cognitief verlies [52,53]. Mitochondriën initiëren apoptose door eiwitten zoals CytoC vrij te geven uit intermembrane en Intracoastal-ruimten, gevolgd door de activering van caspases en apoptose-inducerende factor (AIF) (een caspase-onafhankelijke apoptose-route). Permeabilisatie van het buitenmembraan leidt tot mitochondriaal metabool falen met daaropvolgende mitochondriale zwelling en neuronale dood [69]. Op zijn beurt kan overexpressie van APP de mitochondriale functie beïnvloeden door de NIPSNAP1-eiwitlokalisatie in de mitochondriale matrix te verstoren door directe interactie, waardoor de binding van de dihydrolipoyltransacylase- en dihydrolipoyltransacetylasecomponenten van het vertakte ketozuurcomplex en pyruvaatdehydrogenasecomplex in het mitochondriale binnenmembraan verandert [ 37] (zie figuur 5). HupA remt de cytoplasmatische translocatie van CytoC en caspase-3 splitsing [69], waardoor apoptotisch-inducerende signalen worden verzwakt (zie tabel 2), en mogelijk voorkomt APP-geïnduceerde mitochondriale disfunctie door de verstoring van NIPSNAP1-eiwitlokalisatie in de mitochondriale matrix om te keren [37]. HupA reguleert ook glutathionperoxidase (GSH-Px), superoxide dismutase (SOD) en catalase (CAT), waardoor oxidatieve stress wordt voorkomen [70]. HupA-gemedieerde neuroprotectie omvat mogelijk herstel van een intact dubbel membraan, dat de membraanpotentiaal en ATP-productie herstelt, wat betekent dat de energiehomeostase behouden blijft [35,52] (zie tabel 2). Proteomische analyse bevestigt dat HupA de expressie van eiwitten die betrokken zijn bij oxidatieve fosforylering [37] verhoogt.

Figuur 5. HupA redt de mitochondriale integriteit na blootstelling aan A. A passeert het mitochondriale dubbele membraan en aggregeert in de matrix. Mitochondriale verstoringen omvatten veranderingen in morfologie, gecompromitteerde TCA-cyclus en verminderde CytoC-oxidase-activiteit. Celdood wordt geïnitieerd door het vrijgeven van eiwitten uit intermembrane en Intracoastal-ruimten die caspases en AIF (caspase-onafhankelijke apoptose-route) activeren. Permeabilisatie van het buitenmembraan leidt tot mitochondriaal metabool falen met daaropvolgende mitochondriale zwelling, ROS-accumulatie en neuronale dood. HupA-behandeling voorkomt A-accumulatie in de matrix en A-interactie met mitochondriale eiwitten. HupA voorkomt de afgifte van CytoC en daaropvolgende apoptose. Het redt ook de algehele membraanstabiliteit en beschermt zo de mitochondriale enzymatische activiteit, membraanpotentiaal en ATP-vorming. HupA verrijkt ook eiwitten die betrokken zijn bij oxidatieve fosforylering, waardoor de mitochondriale ademhaling wordt verbeterd (ABAD: amyloïde beta-bindende alcoholdehydrogenase; CAT: catalase; GSH-PX: glutathionperoxidase; SOD: superoxide dismutase; ROS: reactieve zuurstofspecies; IMS: intermembrane space; CytoC : cytochroom C; Cas-3: caspase-3; AIF: apoptose-inducerende factor).

Tabel 2. Moleculaire doelwitten van HupA's niet-cholinerge mechanismen bij dementie en effecten van behandeling.

Cytotec: cytochroom C; Cas-3: caspase-3; AIF: apoptose-inducerende factor; KAT: katalase; GSH-PX: glutathionperoxidase; SOD: superoxide-dismutase; TFR1: transferrinereceptor 1; ROS: reactieve zuurstofsoorten; APP: Amyloïde voorlopereiwit; IRP: ijzerregulerend eiwit).

Met betrekking tot Fe2 plus homeostase is gemeld dat AD-muizenmodellen verhoogde niveaus van Fe2 plus in de cortex en hippocampus hebben in vergelijking met WT-muizen. Dienovereenkomstig wordt de expressie van het transferrinereceptoreiwit 1 (TFR1) opgereguleerd in APPswe/PS1dE9-muizen, wat de toename in Fe2 plus opname verklaart [34]. Door Fe2 plus gemedieerde neurodegeneratie kan zijn oorsprong vinden in de neerwaartse regulatie van -secretase-activiteit, waardoor de niet-amylaaaoidogene route wordt geremd, met een gelijktijdige toename van APP-expressie als gevolg van een functioneel ijzer-responsief element (IRE) dat is geïdentificeerd in de APP-promotor, wat zou verklaren waarom APP-niveaus stijgen na behandeling met Fe2 plus en afnemen na behandeling met chelator. Een alternatieve verklaring zou kunnen zijn dat de translationele expressie van APP gestuurd zou kunnen worden via de afgifte van een klassieke repressorinteractie tussen APP-mRNA en ijzerregulerend eiwit-1 (IRP-1) [34]. HupA kan direct werken als een Fe2 plus-chelator, waardoor het vermogen van IRP-1 om APP-translatie te induceren, wordt verminderd [34]. HupA reguleert ook de TFR1-expressie in muizen in vivo, wat de opname van transferrine-gebonden ijzer (TBI) in neuronen vermindert [34] (zie figuur 6) (zie tabel 2).

herba epimedium sagittatum

Ten slotte is het opmerkelijk dat HupA de expressie van pro-inflammatoire cytokinen vermindert door activering van nAChR's. Door de cholinerge anti-inflammatoire route te activeren, resulteert de efferente boog van de ontstekingsreflex in het CZS in onderdrukte inflammatoire cytokine-expressie en systemische ontstekingsreacties. De activering van 7nAChR reguleert de activering van macrofagen, microglia en astrocyten, waardoor de productie van pro-inflammatoire cytokines wordt geremd, terwijl de expressie van anti-inflammatoire cytokines niet wordt gewijzigd [10,46,71]. De cholinerge anti-inflammatoire effecten van HupA downreguleren IL-1, IL-6, en TNF-secretie en NF-kB-signalering, waardoor de neuro-inflammatoire respons wordt verzwakt [72].

Figuur 6. HupA reguleert Fe2 plus homeostase. HupA voorkomt de ophoping van Fe2 plus in de neuronen. Het zou kunnen werken als een chelator, terwijl het ook de expressie van TFR1 neerwaarts reguleert en de opname van Fe2 plus in de cel voorkomt. Door de Fe2 plus-concentratie in het neuron te verminderen, vermindert HupA de APP-translatie. Fe2 plus bindt het IRP, waardoor het vrijkomt uit APP-mRNA dat vervolgens kan worden vertaald. In aanwezigheid van HupA daalt de Fe2 plus concentratie en komt er minder IRP vrij, betekenisloze APP wordt vertaald. HupA vermindert indirect ROS via al deze mechanismen (TFR1: transferrinereceptor 1; Tf: transferrine; TBI: transferrinegebonden ijzer; ROS: reactieve zuurstofspecies; APP: amyloïde precursoreiwit; IRP: ijzerregulerend eiwit).

echinacoside voor geheugen