Del 2: Huperzine A och dess neuroprotektiva molekylära signalering vid Alzheimers sjukdom
Mar 21, 2022
Kontakt:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791
Cistanche kan hjälpa mot Alzheimers sjukdom
3. Neuroprotektiv molekylär signalering av HupA mot AD
Deneuroprotektivaeffekter av HupA-behandling är resultatet av kolinerg signalering, vilket ökar neurotrofisk faktoruttryck, synaptisk aktivitet, antagonism av N-metyl-D-aspartat (NMDA) receptorn (NMDAR), modulering av ROS och neuronal överlevnad [3,9].
Synaptisk vesikelfrisättning är en av Hupasneuroprotektivamekanismer. Under den synaptiska vesikelcykeln i CNS-synapser, fylls synaptiska vesiklar med signalsubstanser via aktiv transport och bildar en vesikelpool. Fyllda vesiklar dockar vid den aktiva zonen, där de genomgår en primerreaktion som gör dem kompetenta för Ca2 plus-utlöst fusion-poröppning [47]. I detta steg fungerar synaptotagminer som Ca2 plus-sensorer; i själva verket saknar synaptotagmin- 1 knockout en synkroniserad och snabb frisättning av neurotransmittorer, vilket visar hur relevant deras funktion är [47]. HupA främjar synaptotagminuttryck, förbättrar synaptisk vesikelexocytos och neurotransmittorfrisättning [48] (se tabell 1).
Som tidigare nämnts hämmar HupA AChE, så efter HupA-behandling kommer acetylkolin att ackumuleras. Acetylkolinsignalering verkar huvudsakligen genom 7nAChRs och 4 2nAChRs, vilket ger ett antiinflammatoriskt svar [39]. Acetylkolin-signalering modulerar funktionen hos neurala stamceller genom de mitogenaktiverade proteinkinaserna/extracellulära signalreglerade kinaserna (MAPK/ERK), som också aktiveras som ett svar på HupA, som utövarneuroprotektivafunktioner [49]. Samma sak händer med signalering av hjärnhärledd neurotrofisk faktor (BDNF)/tropomyosinreceptorkinas B (TrkB), som i sin tur aktiverar fosfatidylinositol 3-kinas (PI3K)/Akt serin-treoninkinasvägen (se tabell 1). Aktivering av det BDNF/TrkB-beroende PI3K/TrkB/däggdjursmålet för rapamycin (mTOR) signalväg undertrycker apoptos och bidrar till neuronal överlevnad [50]. Den kolinerga ökningen av BDNF i basala kolinerga neuroner i framhjärnan förbättrar induktionen och underhållet av långsiktig potentiering (LTP), synaptisk transmission (genom att verka på pre- och postsynaptiska platser) och den presynaptiska frisättningen av den excitatoriska neurotransmittorn glutamat [51], förhindrar således kolinerga neuronförluster och bevarar kognitiva funktioner [52,53]. Slutligen ökar HupA nivåerna av fosforylerat cykliskt adenosinmonofosfatresponsivt elementbindande protein (CREB) i hippocampus, som interagerar med BDNF i CREB/BDNF-vägen, väsentligt i flera gen-kognition-miljöinteraktioner [54]. En av de huvudsakliganeuroprotektivaeffekter av HupA är förbättringen av A-ackumulering och neurotoxicitet genom olika kolinerga mekanismer [55]. För det första, genom sin AChEI-aktivitet, stör HupA AChE-A-interaktion, som beskrivits i föregående avsnitt (se figur 2) [19,56,57], vilket dämpar p53-medierad neuronal död [37]. HupA utövar en liknande verkan med den postsynaptiska celladhesionsmolekylen neuroligin 1 (NL1) [48]. NL1 har en extracellulär domän med en hög grad av likhet med kolinesteraser (ChEs) [58,59]. Interaktion mellan NL1- och A-oligomerer har rapporterats. Den renade extracellulära ChE-liknande domänen av NL1 binder direkt till A-oligomerer [60], och A-oligomerer associerar med NL1 vid excitatoriska hippocampussynapser [61]. Som med AChE interagerar HupA med den ChE-liknande domänen av NL1 [46], vilket stör A-NL1-interaktionen och nedreglerar oligomeriseringsinducerad excitotoxicitet (se tabell 1). Förutom att störa interaktionen med A-oligomerer, lindrar HupA också A-ackumulering. Även om HupA inte har någon effekt på produktionen av APP, modulerar den dess klyvning.
APP klyvs av en av två möjliga vägar. I den -sekretas-nonamyloidogena vägen spjälkas APP av ett -sekretas såsom disintegrin och metalloproteinasdomäninnehållande protein 10 (ADAM10), vilket producerar den lösliga ektodomänen av APP (sAPP) och ett membranbundet intracellulärt C-terminalt fragment (C83-terminalt fragment) ). Ytterligare bearbetning av ett y-sekretas klyver C83, vilket ger en 3-kDa-peptid (P3) och en intracellulär APP-domän (AICD) [62]. P3 och AICD är båda neurotrofa ochneuroprotektiva[26]. Å andra sidan, i /y-sekretas amyloidogena vägen, görs klyvningen av BACE1, och den ger det något kortare lösliga APP-fragmentet (sAPP) och ett C99-fragment. Ytterligare bearbetning av ett y-sekretas klyver C99 och frisätter AICD och A-peptiden, ett kännetecken för AD-patologi [62].
HupA ökar uttrycket av sAPPa- och C83-fragmenten [26,32], och det återställer dosberoende det konstitutiva uttrycket av ADAM10, samtidigt som det nedreglerar membrantranslokationen av BACE1, vilket hindrar BACE1-APP-association (se figur 3) ).
Tabell 1. Molekylära mål för HupAs kolinerga mekanismer i demensrelaterade patologier och effekter av behandling.
(AChE: acetylkolinesteras; nAChRs: nikotinacetylkolinreceptorer; Bcl-2: B-cellslymfom-2; Bax: Bcl-2-liknande protein 4; Gsk-3: glykogensyntaskinas -3: mTOR: däggdjursmål för rapamycin; BDNF: hjärnhärledd neurotrofisk faktor; TrkB: tropomyosinreceptorkinas B).
Figur 3. HupA reglerar APP-bearbetning. HupA ökar dosberoende aktiviteten hos den nonamyloidogena vägen genom klyvning av amyloidprekursorprotein (APP) av ett -sekretas, vilket producerar lösliga -APP-fragment, P3-peptid och ett C83-fragment. Dessa är både neurotrofa och neuroprotektiva och uppregleras efter HupA-behandling. HupA minskar också nivåerna av BACE1, ett /y-sekretas som producerar lösliga -APP-fragment i vad som är känt som den amyloidogena vägen, förutom C99-fragmentet som klyvs för att bilda A-peptiden. Dessa produkter utlöser apoptotiska svar, såsom blåsbildning i neuronmembran och cellkrympning, vilket leder till celldöd (APP: amyloidprekursorprotein; BACE1: beta-site amyloidprekursorproteinklyvningsenzym 1; sAPP: lösligt amyloidprekursorprotein-; sAPP: lösligt amyloidprotein prekursorprotein-).
Aktivering av mAChRs och proteinkinas C (PKC)/MAPK-vägar har föreslagits som en mekanism för denna effekt [15,23,46], såväl som HupA-medierad ökning av fosforylering av ERK1/2, som också kan reglera ADAM10-transkription. En annan mekanism för den kolinergiska moduleringen av APP-behandling är aktiveringen av Wnt-signalering. Wnt-signalering spelar en avgörande roll i presynaptisk montering, postsynaptisk differentiering vid perifera neuromuskulära synapser från ryggradsdjur, stamcellsdifferentiering och utveckling och underhåll av CNS [63-65]. Nya bevis tyder på att det också reglerar vaskulär stabilitet, BBB-integritet och inflammation [66]. I den kanoniska Wnt-vägen eller Wnt/-catenin-vägen binder Wnt-ligander till receptorer från familjerna Frizzled (FZD) och lågdensitet lipoprotein-relaterade protein (LRP) på cellytan och aktiverar flera cytoplasmatiska reläkomponenter, inklusive GSK{{ 13}} och adenomatös polypos coli (APC), som slutligen signalerar till -catenin. -catenin går in i kärnan och bildar ett komplex med lymfoid enhancer-bindande faktor 1 (LEF1) för att aktivera transkriptionen av Wnt-målgener. Wnt-signalvägar som är oberoende av -catenin hänvisas till som icke-kanoniska vägar, som inkluderar den plana cellpolaritetsvägen (PCP), även känd som Wnt/Jun N-terminal kinasvägen (JNK), och Wnt/Ca2 plus väg [63] (se figur 4).
Figur 4. HupA påverkar Wnt-signalering. HupA påverkar både kanonisk och icke-kanonisk Wnt-signalering. När det gäller kanonisk signalering, modulerar HupA Wnt/-catenin-vägen genom att nedreglera GSK-3-aktivitet. HupA ökar fosforyleringsnivåerna av GSK-3 / , vilket stabiliserar -catenin och uppreglerar uttrycket av dess målgener, relaterat till synaptisk plasticitet och neuronal överlevnad samtidigt som det förhindrar tau-hyperfosforylering och A-neurotoxicitet. HupA interagerar också med den icke-kanoniska vägen via PKC/MAPK-signalering. PKC-aktivering hämmar också GSK-3-aktivitet och spelar en roll i att uppreglera uttrycket av -sekretaset, förhindrar A-ackumulering och neuronal apoptos (Wnt: vinglöst-relaterat integrationsställe; GSK3: glykogensyntaskinas 3; PKC: proteinkinas C; MAPK: mitogenaktiverat proteinkinas).
Hämning av Wnt-signalering orsakar kognitiva brister, ökar tau-fosforylering, ökar A 1-42-peptidkoncentrationer och A 42/A 40-förhållandet i hippocampus och minskar A 1-42-koncentrationer i cerebrospinalvätskan, vilket tyder på otillräcklighet över BBB [18]. Aktivering av Wnt-signalering av HupA förbättrar således A-bördan och kognitiva brister [23,25,32].
Wnt-signalering modulerar också den icke-namyloidogena bearbetningen av APP, eftersom transkriptionell aktivering av Wnt-målgener genom -catenin-translokation riktar APP-bearbetning mot ADAM10 samtidigt som den undertrycker BACE1-transkription, och därmed länkar Wnt-signalering och A-ackumulering [67], som tidigare nämnts. GSK-3 är en av Wnts cytoplasmatiska reläkomponenter, och dess ökade aktivering orsakar ökad fosforylering av -catenin, som hämmar kanonisk Wnt-signalering [63], och AD-kännetecken som överdriven tau-proteinfosforylering och A-generering. Dessutom har det visat sig att A försämrar PI3K/Akt-signalering, vilket leder till aktivering av GSK-3. Detta skapar en återkopplingsslinga som inducerar tau-hyperfosforylering, neurofibrillär trasselbildning, synaptotoxicitet, synaptisk förlust och så småningom neuronal död [64]. Men, som tidigare nämnts, ökar HupA PKC-signalering och PKC hämmar GSK-3-aktivitet, vilket förhindrar tau-fosforylering och A-produktion (se figur 4) [32]. Genom aktiveringen av Wnt- och PKC-signalering räddar HupA-behandling den icke-namyloidogena bearbetningen av APP, vilket indikerar att dessa vägar kan vara centrala för HupA:sneuroprotektivaeffekter mot A-belastning [32] (se tabell 1). Dessutom, genom dessa mekanismer, skyddar HupA den presynaptiska strukturen och den synaptiska plasticiteten [26,32,61,68] (se tabell 1).
cistanche pharma specialfor Alzheimers sjukdom
HupA verkar också via icke-kolinerga mekanismer, inriktad på mitokondriell struktur och funktion samt Fe2 plus homeostas. Mitokondriella störningar har beskrivits i AD-patologi, inklusive förändringar i morfologi, en kompromitterad trikarboxylsyra (TCA) cykel, minskad cytokrom C (CytoC) oxidasaktivitet och oxidativ stress [69]. A kan ackumuleras i mitokondrierna, interagera med mitokondriella protein A-bindande alkoholdehydrogenas (ABAD), vilket orsakar störningar som leder till neurotoxicitet och apoptos. En ackumulering och mitokondriell dysfunktion samverkar för att aktivera neurodegenerativa vägar involverade i kognitiv förlust [52,53]. Mitokondrier initierar apoptos genom att frigöra proteiner som CytoC från intermembran och Intracoastal utrymmen, följt av aktivering av kaspaser och apoptosinducerande faktor (AIF) (en kaspasoberoende apoptosväg). Yttre membranpermeabilisering leder till mitokondriell metabolisk misslyckande med efterföljande mitokondriell svullnad och neuronal död [69]. I sin tur kan APP-överuttryck påverka mitokondriell funktion genom att störa NIPSNAP1-proteinlokaliseringen i mitokondriella matrisen genom direkt interaktion, förändra bindningen av dihydrolipoyltransacylas- och dihydrolipoyltransacetylaskomponenterna i det grenade ketosyrkomplexet och pyruvatdehydrogenaskomplexet i mitokondriella inre membranet [ 37] (se figur 5). HupA hämmar den cytoplasmatiska translokationen av CytoC och kaspas-3-klyvning [69], dämpar apoptotisk-inducerande signaler (se tabell 2), och förhindrar möjligen APP-inducerad mitokondriell dysfunktion genom att vända störningen av NIPSNAP1-proteinlokaliseringen i mitokondrialmatrisen [37]. HupA uppreglerar också glutationperoxidas (GSH-Px), superoxiddismutas (SOD) och katalas (CAT), vilket förhindrar oxidativ stress [70]. HupA-medierad neuroprotection involverar möjligen återställande av ett intakt dubbelmembran, vilket återställer membranpotentialen och ATP-produktion, vilket betyder bevarad energihomeostas [35,52] (se tabell 2). Proteomisk analys bekräftar att HupA ökar uttrycket av proteiner involverade i oxidativ fosforylering [37].
Figur 5. HupA räddar mitokondriell integritet efter exponering för A . A korsar mitokondriernas dubbelmembran och aggregeras i matrisen. Mitokondriella störningar inkluderar förändringar i morfologi, försämrad TCA-cykel och minskad CytoC-oxidasaktivitet. Celldöd initieras genom att frigöra proteiner från intermembran- och Intracoastal-utrymmen som aktiverar kaspaser och AIF (kaspasoberoende apoptosväg). Yttre membranpermeabilisering leder till mitokondriell metabolisk misslyckande med efterföljande mitokondriell svullnad, ROS-ackumulering och neuronal död. HupA-behandling förhindrar A-ackumulering i matrisen samt A-interaktion med mitokondriella proteiner. HupA förhindrar frisättning av CytoC och efterföljande apoptos. Det räddar också övergripande membranstabilitet och skyddar på så sätt mitokondriell enzymaktivitet, membranpotential och ATP-bildning. HupA berikar också proteiner involverade i oxidativ fosforylering, vilket förbättrar mitokondriell andning (ABAD: amyloid beta-bindande alkoholdehydrogenas; CAT: katalas; GSH-PX: glutationperoxidas; SOD: superoxiddismutas; ROS: reaktiva syrearter; IMS: intermembranutrymme; : cytokrom C; Cas-3: kaspas-3; AIF: apoptosinducerande faktor).
Tabell 2. Molekylära mål för HupAs icke-kolinerga mekanismer i demensrelaterade och effekter av behandling.
Cytotek: cytokrom C; Cas-3: caspase-3; AIF: apoptosinducerande faktor; CAT: katalas; GSH-PX: glutationperoxidas; SOD: superoxiddismutas; TFR1: transferrinreceptor 1; ROS: reaktiva syreämnen; APP: Amyloidprekursorprotein; IRP: järnreglerande protein).
När det gäller Fe2 plus homeostas har det rapporterats att AD-mössmodeller har förhöjda nivåer av Fe2 plus i cortex och hippocampus jämfört med WT-möss. Följaktligen är uttrycket av transferrinreceptorproteinet 1 (TFR1) uppreglerat i APPswe/PS1dE9-möss, vilket förklarar ökningen av Fe2 plus upptag [34]. Fe2 plus -medierad neurodegeneration kan ha sitt ursprung i nedreglering av -sekretasaktivitet, hämmande av den nonamylaaaoidogena vägen, med en åtföljande ökning av APP-uttryck på grund av ett funktionellt järn-responsivt element (IRE) som har identifierats i APP-promotorn, vilket skulle förklara varför APP-nivåerna ökar efter Fe2 plus-behandling och minskar efter kelatorbehandling. En alternativ förklaring kan vara att det translationella uttrycket av APP kan styras via frisättningen av en klassisk repressorinteraktion mellan APP-mRNA och järnreglerande protein-1 (IRP-1) [34]. HupA kan fungera direkt som en Fe2 plus-kelator, vilket minskar kapaciteten hos IRP-1 att inducera APP-översättning [34]. HupA nedreglerar också TFR1-uttryck hos möss in vivo, vilket minskar upptaget av transferrinbundet järn (TBI) i neuroner [34] (se figur 6) (se tabell 2).
herba epimedium sagittatum
Slutligen är det anmärkningsvärt att HupA minskar uttryck av proinflammatoriska cytokiner genom aktivering av nAChRs. Aktivering av den kolinerga antiinflammatoriska vägen, den efferenta bågen av den inflammatoriska reflexen i CNS resulterar i undertryckt inflammatoriskt cytokinuttryck och systemiska inflammatiska svar. Aktiveringen av 7nAChR nedreglerar aktivering av makrofager, mikroglia och astrocyter, vilket hämmar produktionen av proinflammatoriska cytokiner medan anti-inflammatorisk cytokinuttryck inte förändras [10,46,71]. De kolinerga antiinflammatoriska effekterna av HupA nedreglerar IL-1, IL-6 och TNF-sekretion och NF-kB-signalering, vilket dämpar neuroinflammatoriskt svar [72].
Figur 6. HupA reglerar Fe2 plus homeostas. HupA förhindrar ackumulering av Fe2 plus inuti neuronerna. Det kan fungera som en kelator, samtidigt som den nedreglerar uttrycket av TFR1 och förhindrar Fe2 plus upptag i cellen. Genom att minska Fe2 plus-koncentrationen inuti neuronen, minskar HupA APP-translationen. Fe2 plus binder IRP och frigör det från APP mRNA som sedan kan översättas. I närvaro av HupA, sjunker Fe2 plus koncentrationen, och mindre IRP frisätts, översätts meningslös APP. HupA minskar indirekt ROS genom alla dessa mekanismer (TFR1: transferrinreceptor 1; Tf: transferrin; TBI: transferrinbundet järn; ROS: reaktiva syreämnen; APP: Amyloidprekursorprotein; IRP: järnreglerande protein).
echinacoside för minne
