Epigallocatechin-3-Gallat verbesserte die Eisenanreicherung und Apoptose und förderte die neuronale Regeneration sowie Gedächtnis-/kognitive Funktionen im Hippocampus, hervorgerufen durch die Exposition gegenüber einer Umgebung mit chronischer Hypoxie in großer Höhe

Abstrakt

Unser Ziel war es, die Schutzwirkung und den möglichen Behandlungsmechanismus von Epigallocatechingallat (EGCG) in einem Tiermodell chronischer Exposition in einer natürlichen Umgebung mit Höhenhypoxie (HAH) zu untersuchen. Verhaltensänderungen wurden mit dem Morris-Wasserlabyrinthtest bewertet. Die Eisenanreicherung im Hippocampus wurde mithilfe der DAB-verstärkten Perl-Färbung, MRT, qPCR bzw. Kolorimetrie nachgewiesen. Oxidativer Stress (Malondialdehyd, MDA), Apoptose (Caspase-3) und neurale Regeneration (hirnabgeleiteter neurotropher Faktor, BDNF) wurden mithilfe von ELISA und Western Blot nachgewiesen. Neurale ultrastrukturelle Veränderungen wurden mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) bewertet.

Der Zusammenhang zwischen Apoptose und Gedächtnis war schon immer eines der aktuellen Themen der Neurowissenschaftler. Unter Apoptose versteht man den Prozess des geordneten Zelltods durch eine Reihe interner Regulierungsmechanismen. Unter normalen Umständen schadet die Zellapoptose dem menschlichen Körper nicht, trägt aber zur Erhaltung der Gesundheit bei. Unter bestimmten pathologischen Bedingungen kann eine unkontrollierte Apoptose jedoch zum Auftreten verschiedener Krankheiten führen.

Gleichzeitig wurde gezeigt, dass das Gedächtnis eng mit der Zellapoptose zusammenhängt. Einige Studien legen nahe, dass eine angemessene Apoptose eine wichtige Rolle bei der Bildung und Festigung des Gedächtnisses spielt. Diese Beziehung folgt einer einfachen Regel: Einige unnötige oder abgelaufene Neuronen werden durch Apoptose entfernt, wodurch mehr Platz und Ressourcen für die Bildung neuer Neuronen und die Speicherung von Erinnerungen geschaffen werden. Darüber hinaus kann eine geeignete Apoptose Neuronen vor Schäden schützen, indem sie toxische Proteine ​​in Neuronen eliminiert.

Wenn jedoch eine übermäßige oder unzureichende Apoptose vorliegt, beeinträchtigt dies die normale Funktion des Gedächtnisses. Übermäßige Apoptose kann zu einem übermäßigen Verlust von Neuronen und damit zu Gedächtnisverlust führen. Wenn andererseits nicht genügend Apoptose vorhanden ist, um unnötige Neuronen und Zellen zu beseitigen, verbrauchen diese Zellen zu viel Platz und begrenzte Ressourcen, was auch zu einem Gedächtnisverlust führen kann. Daher ist es notwendig, eine übermäßige oder unzureichende Apoptose zu vermeiden und gleichzeitig den normalen Grad der Apoptose aufrechtzuerhalten.

Apoptose ist ein komplexer biologischer Prozess mit vielen Einflussfaktoren. Obwohl die Beziehung zum Gedächtnis noch nicht vollständig geklärt ist, ermöglicht uns dieses Phänomen ein tieferes Verständnis des Nervensystems und eröffnet neue Wege zur Verbesserung des Gedächtnisses. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Beherrschung der richtigen Apoptose für die Gesundheit des Gedächtnisses von entscheidender Bedeutung ist. Es ist ersichtlich, dass wir unser Gedächtnis verbessern müssen. Cistanche deserticola kann das Gedächtnis erheblich verbessern, da Cistanche deserticola ein traditionelles chinesisches Arzneimittel mit vielen einzigartigen Wirkungen ist, darunter die Verbesserung des Gedächtnisses. Die Wirksamkeit von Hackfleisch beruht auf den verschiedenen darin enthaltenen Wirkstoffen, darunter Säure, Polysaccharide, Flavonoide usw. Diese Inhaltsstoffe können die Gesundheit des Gehirns auf verschiedene Weise fördern.

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Die Ergebnisse zeigten, dass die Lern- und Gedächtnisleistung von Ratten abnahm, wenn sie der HAH-Umgebung ausgesetzt waren. Es folgten eine Eisenakkumulation, ein dysfunktionaler Eisenstoffwechsel, ein verringerter BDNF und eine Hochregulierung von MDA und Caspase-3. TEM bestätigte die ultrastrukturellen Veränderungen in Neuronen und Mitochondrien. EGCG reduzierte HAH-induzierte kognitive Beeinträchtigungen, Eisenablagerungen, oxidativen Stress und Apoptose und förderte die neuronale Regeneration gegen chronische HAH-vermittelte Nervenschäden.

Schlüsselwörter
Große Höhe · Hypoxie · Quantitative Suszeptibilitätskartierung · Eisenansammlung · Medikamentöse Intervention.

Einführung
Menschliche Aktivitäten in hochgelegenen Gebieten (mehr als 3000 m) haben in letzter Zeit deutlich zugenommen [1]. Von den 140 Millionen Menschen weltweit, die dauerhaft in großen Höhen leben [2, 3] und andere aus touristischen Gründen oder zur Verteidigung von Grenzen leben, sind 5–10 % dem Risiko ausgesetzt, eine chronische Bergkrankheit zu entwickeln, die durch übermäßige Erythrozytose und schwere Hypoxämie gekennzeichnet ist [4, 5]. . Das Gehirn ist eines der Organe mit dem höchsten Sauerstoffverbrauch und reagiert empfindlich auf Hypoxie [6]. Darüber hinaus beeinträchtigt die Höhenhypoxie (HAH) die strukturelle Integrität der Hauptneuronen und die mitochondriale Morphologie im Hippocampus erheblich [7]. Zu den Symptomen, die durch chronische Exposition gegenüber einer HAH-Umgebung hervorgerufen werden, gehören Kopfschmerzen, Schwindel, Schlafstörungen, Müdigkeit und mangelnde geistige Konzentration [5, 8, 9]. Darüber hinaus kann HAH auch neurokognitive Störungen wie räumliches Lernen, Gedächtnis und Stimmung auslösen [10]. Die Behandlung von HAH-induzierten Nervenschäden ist daher zu einem Schwerpunkt der Höhenmedizin geworden [11, 12].

Es ist von großer Bedeutung, geeignete Formulierungen zur Prävention von HAH-induzierten Hirnschäden zu finden. Grüne Teeblätter enthalten (−)-Epigallocatechin-3-Gallat (EGCG) (50–60 %), (−)-Epigallocatechin (EGC) (15–20 %), (−)-Epicatechin-3- Gallat (EKG) (10–15 %) und (−)-Epicatechin (EC) (5–10 %) [13, 14]. EGCG, das Berichten zufolge in grünen Teeblättern (7,1 g pro 100 g) häufiger vorkommt als in Oolong-Teeblättern (3,4 g pro 100 g) und schwarzen Teeblättern (1,1 g pro 100 g) [15], hat eine starke antioxidative Wirkung auf die acht Hydroxylgruppen und zwei Triphenolgruppen in seiner Grundstruktur [16, 17]. Darüber hinaus wurde in Tierversuchen gezeigt, dass es in der Lage ist, die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden und das Gehirnparenchym zu erreichen [18, 19]. Es gibt einige Berichte über die neuroprotektiven Mechanismen von EGCG, wie z. B. die Eigenschaften der Metallchelatbildung, die Unterdrückung von oxidativem Stress, Entzündungen, Apoptose und die Beschleunigung der Nervenregeneration [20–22]. Zhang et al. überprüften die Wirkung von EGCG auf viele Krankheiten und wiesen darauf hin, dass EGCG neuronale Zellen durch die Induktion von Autophagie schützte. Sie fassten außerdem zusammen, dass die entzündungshemmenden und antioxidativen Eigenschaften von EGCG für seine Schutzfunktion bei Erkrankungen des Zentralnervensystems von entscheidender Bedeutung sind [23].

Allerdings haben nur wenige Studien über die neuroprotektive Wirkung von EGCG gegen chronische HAH-vermittelte Nervenschäden berichtet. Um diese Lücke zu schließen, haben wir in dieser Studie ein Rattenmodell für die chronische Exposition gegenüber einer natürlichen HAH-Umgebung erstellt, um den möglichen Behandlungsmechanismus von EGCG zu überprüfen. Darüber hinaus nutzten wir quantitative Suszeptibilitätskartierung (QSM) durch Gradientenecho-MRT bei 7 T, die den nichtlokalen Effekt des Magnetfelds überwinden und einen Kontrastmechanismus für Gewebe in vivo bereitstellen kann, um den Eisengehalt im Gehirn zu quantifizieren [24].
Materialen und Methoden

Tiere

Insgesamt 120 männliche Sprague-Dawley-Ratten mit einem Gewicht von 130–150 g wurden von Chengdu Dashuo Laboratory Animal Co., Ltd. bezogen. Sie wurden in einem Tierstall bei 18–22 Grad in einem 12-stündigen Hell/Dunkel-Zyklus mit Futter und Wasser gehalten nach Belieben zur Verfügung gestellt. Alle an Tieren durchgeführten Verfahren wurden vom Animal Care and Use Committee des West China Hospital genehmigt.

Studiendesign

Die Ratten wurden randomisiert und in vier Gruppen eingeteilt. Ratten in der Hypoxie-Gruppe und der h-EGCG-Gruppe wurden in Yushu, China, in einer Höhe von 45 00 m gefüttert und untergebracht. Ratten der Normalhöhengruppe (n-Gruppe) und der n-EGCG-Gruppe wurden in Chengdu, China, in einer Höhe von 500 m gefüttert. Diese Ratten erhielten einen Monat lang normales Futter, gefolgt von verschiedenen Behandlungen. (1) Hypoxie-Gruppe: Ratten wurde einen Monat lang jeden Tag physiologische Kochsalzlösung (0,9 %) intraperitoneal injiziert. (2) h-EGCG-Gruppe: Ratten wurden einen Monat lang täglich 50 mg/kg EGCG (Reinheit 98 %; Cas, 989-51-5; Sigma-Aldrich; gelagert bei 4 °C) intraperitoneal injiziert. (3) n-Gruppe: Ratten wurde einen Monat lang jeden Tag physiologische Kochsalzlösung (0,9 %) intraperitoneal injiziert. (4) n-EGCG-Gruppe: Ratten wurde einen Monat lang jeden Tag 50 mg/kg EGCG intraperitoneal injiziert.

Das EGCG (5 mg/ml) wurde im Verhältnis 1:1 in Wasser gelöst. Das Volumen, das Ratten injiziert wurde, wurde durch das Gewicht der Ratten bestimmt, das eine endgültige Injektionsmenge von 50 mg/kg erreichte. Nach dieser Behandlung wurden einige Ratten für den Morris-Wasserlabyrinth-Assay (n=10 für jede Gruppe) bzw. für die Gehirn-MRT-Analyse (n=10 für jede Gruppe) verwendet. Einige andere Ratten wurden getötet und Gehirngewebe für die DAB-verstärkte Perls-Färbung (n=3 für jede Gruppe), für Western Blot, biochemische Bewertungen und qPCR-Assays (n=6 für jede Gruppe) gesammelt. und Transmissionselektronenmikroskop-Assay (n=1 für jede Gruppe).

Verhaltensexperiment

Das Morris-Wasserlabyrinth (MWM) wurde wie zuvor beschrieben durchgeführt, um das Lernen und Gedächtnis von Ratten zu analysieren (25). Es wurde am selben Ort durchgeführt, an dem die Ratten untergebracht waren. Das MWM bestand aus einem runden Stahlbecken (160 cm Durchmesser, 60 cm Höhe und 31 cm Tiefe), das bis zu einer Höhe von 1 cm über der Oberseite einer Plattform (10 cm Durchmesser und 30 cm Tiefe) mit Wasser gefüllt war ). Die Wassertemperatur wurde bei 22 ± 2 Grad gehalten und mit brillantschwarzer Tinte undurchsichtig gemacht. Die Plattform wurde während des Trainings an vier aufeinanderfolgenden Tagen in einem der vier Quadranten befestigt. Der Versuch endete, sobald die Ratten die Plattform erreichten. Die Fluchtlatenz wurde aufgezeichnet. Wenn die Ratten die Plattform nicht innerhalb von 60 Sekunden erreichten, wurden sie manuell zur Plattform geführt und durften dort 15 Sekunden lang bleiben. Am fünften Tag, nachdem die Plattform entfernt worden war, betraten die Ratten den Quadranten gegenüber dem der ursprünglichen Plattform. Anschließend wurden die Anzahl der Bahnsteigübergänge und Bewegungswege innerhalb von 60 Sekunden erfasst.

MRT-Protokoll

QSM wurde durch MRT bewertet, was in einer früheren Studie berichtet wurde [26]. Die MRT wurde mit einem 7-Tesla-Scanner (BioSpec 70/30, Bruker, Deutschland) durchgeführt. Für QSM wurde eine dreidimensionale (3D) Multi-Echo-Gradienten-Recall-Echo-Sequenz (GRE) verwendet. Die experimentellen Parameter wurden wie folgt eingestellt: Wiederholungszeit (TR) =60 ms, Fip-Winkel =15 Grad, Schichtdicke =23 mm, Größe der Erfassungsmatrix =256×256, Feld Sichtfeld (FOV)=32 mm×32 mm, Echozeit des ersten Echos (TE1)=5 ms, Echoabstand (ΔTE)=5.77 ms, Anzahl der Echos{{19 }} und Bandbreite=50 kHz. Für die QSM-Rekonstruktion wurden sowohl Magnituden- als auch Phasenbilder gespeichert. Es gab drei Schritte in den QSM-Kartierungsalgorithmen, die mit MATLAB R2014a (The Math Works, Natick, MA) durchgeführt wurden: Auspacken der umhüllten Phase, Entfernen des Hintergrundfelds und Generieren von Suszeptibilitätskarten aus dem Gewebefeld.

Gewebevorbereitung

Den Ratten in jeder Gruppe wurde 10 % Chloralhydrat zur Tiefenanästhesie intraperitoneal verabreicht (1,5 mg/kg) und dann mit einer peristaltischen Pumpe (BT100-2 J, LongerPump, Shanghai, China). Für die DAB-verstärkte Perls-Färbung wurden die Gehirne präpariert und über Nacht bei 4 °C in 2,5 % Paraformaldehyd nachfixiert. Am nächsten Tag wurden koronale Schnitte vom Hippocampus zur Färbung entnommen. Für andere Bestimmungen außer der Immunhistochemie wurde der Hippocampus schnell auf Eis abgezogen und bei 80 Grad gelagert.

DAB-verstärkte Perls-Färbung

Die DAB-verstärkte Perls-Färbung wurde verwendet, um die zelluläre Eisenansammlung nachzuweisen [27]. Hirngewebeschnitte wurden 3 Minuten lang in destilliertes Wasser getaucht und dann mit frisch zubereiteter Perls-Lösung (2 % Kaliumferrocyanid/2 % Salzsäure) 3 {7} Minuten lang inkubiert, gefolgt von phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS). wäscht. Die endogene Peroxidaseaktivität wurde mit 0,3 %iger Wasserstoffperoxidlösung in Methanol 15 Minuten lang blockiert, gefolgt von drei Waschgängen in PBS. Signale wurden durch 3-minütige Inkubation in 3,3-Diaminobenzidin (DAB) entwickelt und Hämatoxylin (Sigma-Aldrich) wurde zur Gegenfärbung verwendet.

Biochemische Bewertungen

Der Hippocampus wurde isoliert und gleichmäßig gerührt, um ein 10 %iges Homogenat zu erhalten, das dann 10 Minuten lang bei 30,000–40,000 U/min zentrifugiert wurde, um einen Überstand zur Schätzung des Hippocampus-Eisens mit einem kolorimetrischen Kit zu erhalten (E-BCK139S, Elabscience, Wuhan, China) und Malondialdehyd (MDA) wurde im Überstand mithilfe eines ELISA-Kits (Elabscience, Wuhan, China) nachgewiesen.

Western Blot

Die Proteinkonzentration wurde mit einem Bicinchoninsäure-Assay-Kit (BCA, Biosharp, Peking, China) bestimmt. Die Proteine ​​wurden durch 12 % SDS-PAGE aufgetrennt und dann auf Polyvinylidenfluorid (PVDF)-Membranen übertragen. Letztere wurden 2 Stunden lang bei Raumtemperatur in 5 % Magermilchpulver, verdünnt mit Puffer, blockiert und dann mit Primärantikörpern über Nacht bei 4 Grad inkubiert, einschließlich Kaninchen-Anti-gespaltener Caspase-3 (1:1000 , Affinity Biosciences, Jiangsu, China), Kaninchen-Anti-Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF) (1:1000, Affinity Biosciences, Jiangsu, China) und Kaninchen-Anti-Actin (1:5000, Affinity Biosciences, Jiangsu, China). Am nächsten Tag wurden die Membranen dreimal jeweils 5 Minuten lang mit TBST gewaschen und dann 1 Stunde lang mit einer HRP-markierten Ziegen-Anti-Kaninchen-Sekundärantikörperlösung (1:10.000, Servicebio, Wuhan, China) inkubiert und gewaschen dreimal für 5 Min.

Quantitative Echtzeit-PCR

Animal Total RNA Isolation Kit (Foregene), 5×All-In-One MasterMix (mit AccuRT Genomic DNA Removal Kit) (abm) und EvaGreen Express2×qPCR MasterMix-No Dye (abm) wurden gemäß den Anweisungen der Hersteller verwendet. Die spezifischen Primerpaare waren wie folgt: Fpn, Vorwärtsprimer, 5ʹ-CACCACAGGATATGCTTACAC TCAGG-3ʹ; Reverse-Primer, 5ʹ-GAGAACAGACCAGTC CGAACAAGG-3ʹ; b-Actin, Vorwärtsprimer, 5ʹ-TGTCAC CAACTGGGACGATA-3ʹ; Reverse-Primer: 5ʹ-GGGGTG TTGAAGGTTCCAAA-3ʹ. Der Fpn-mRNA-Spiegel jeder Probe wurde auf den der b-Actin-mRNA normalisiert.

Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)

Die Hippocampi wurden in 2,5 % Glutaraldehyd-Elektronenmikroskop-Stationärflüssigkeit nachfixiert und dann in Acetonlösungen bei steigenden Konzentrationen dehydriert und mit Epox 812 eingebettet. Anschließend wurden die Schnitte mit Uranylacetat und Bleicitrat gefärbt. Ultrastrukturelle Bilder im CA3-Feld des Hippocampus wurden dann mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) mit einem JEM-1400-FLASH (JEOL, Tokio, Japan) aufgenommen.

Statistische Methoden

Die Daten werden als mittlere Standardabweichung (SD) dargestellt. Variablen, die die parametrischen Testbedingungen erfüllten, wurden mithilfe des Welch-T-Tests, einer ein- oder zweifachen Varianzanalyse mit wiederholten Messungen (ANOVA), gefolgt von Tukeys Mehrfachvergleichstest, bewertet. Die Variablen, die die parametrischen Testbedingungen nicht erfüllten, wurden mithilfe des Mann-Whitney-U-Tests, des Kruskal-Wallis-Tests oder der Welch- und Brown-Forsythe-ANOVA bewertet. Ein Wert von P<0.05 was considered statistically significant. Statistical analysis and figures were obtained by GraphPad Prism Version 9.0 (GraphPad Software, CA, USA).

Ergebnisse

Wirkung von EGCG auf Lernen und Gedächtnis bei Ratten, die chronischer HAH ausgesetzt waren

Um zu überprüfen, ob EGCG einen Einfluss auf das räumliche Lernen und die Gedächtnisleistung von Ratten hat, die chronischer HAH ausgesetzt sind, wurde der MWM-Test durchgeführt. Wie in Abb. 1A gezeigt, nahm die Anzahl der Bahnsteigüberquerungen durch die Hypoxiegruppe deutlich ab (P< 0.001, vs. the n group). The treatment of EGCG did not affect the number of crossings of rats in either the normal altitude group (n group vs. n-EGCG group, P>{{0}}.05) oder die HAH-Gruppe (Hypoxiegruppe vs. h-EGCG-Gruppe, P > 0,05). Als nächstes wurde die Fluchtlatenz als die Zeit berechnet, die die Ratte brauchte, um die verborgene Plattform zu erreichen (Abb. 1B). Die Ergebnisse zeigten, dass am zweiten bis vierten Trainingstag die Fluchtlatenz der Ratten in der Hypoxiegruppe signifikant erhöht war (alle P-Werte).<0.01, vs. the n group). Moreover, the h-EGCG group showed reduced escape latency than that in the hypoxia group (all P values<0.05). Also, the swimming speed and distance in MWM were measured. No significant difference was found among these four groups at different time points (All P values>0.05, Abb. 1C). Dann stellten wir fest, dass die Schwimmgeschwindigkeit der Ratten in der Hypoxie-Gruppe im Vergleich zur n-Gruppe am zweiten und dritten Tag abnahm (alle P-Werte).<0.01, Fig. 1D). Also, the swimming speed of rats in h-EGCG group was higher than that in hypoxia group (all P values<0.05, Fig. 1D).

DAB-verstärkte Perls-Färbung

Nach 8 Wochen chronischer HAH-Exposition stieg das Eisen in den CA1- und CA3-Bereichen des Hippocampus des Gehirns im Vergleich zu der n-Gruppe signifikant an (alle P-Werte).<0.01). After EGCG intervention, iron accumulation in CA3 and CA1 of the hippocampus was reduced compared to that of the hypoxia group (P<0.0001, P<0.001, respectively; Fig. 2).

Änderungen der magnetischen Suszeptibilität in Hippocampusregionen

Die Suszeptibilitätswerte im Hippocampus stiegen nach HAH-Exposition im Vergleich zu denen der n-Gruppe signifikant an (P<0.0001, Fig. 3A). After EGCG intervention, the values decreased compared to those of the hypoxia group (P<0. 0001, Fig. 3A).

Auswirkungen von EGCG auf oxidativen Stress, Eisen und Fpn im Hippocampus
Im Vergleich zu der n-Gruppe waren die MDA- und Eisengehalte der Hypoxie-Gruppe erhöht (P<0.05, Fig. 3B, C). EGCG treatment reduced the levels of MDA and iron, indicating that alleviation of oxidative stress may facilitate EGCG to play a protective role in chronic HAH-induced brain injury in rats. To understand the mechanisms by which brain iron contents were changed by HAH, we further examined the mRNA expression of hippocampal Fpn and found that the Fpn decreased in the hypoxia group and increased in the h-EGCG group (P < 0.01, P < 0.05, respectively, Fig. 3D).

Western-Blot-Ergebnisse

Wir haben die Auswirkungen von EGCG auf die Caspase{{0}}- und BDNF-Spiegel untersucht. Die Western-Blot-Analyse (WB) zeigte eine höhere Expression von Caspase-3 und eine geringere Expression von BDNF im Hippocampus der Hypoxie-Gruppe als in der n-Gruppe (alle P-Werte < 0,0001, Abb. 4). Darüber hinaus senkte die EGCG-Behandlung die Caspase-3-Spiegel und erhöhte die BDNF-Spiegel (alle P-Werte).<0.0001, Fig. 4).

Neurale ultrastrukturelle Veränderungen

Nach zwei Monaten chronischer HAH-Exposition schwollen die Mitochondrien im Hippocampus CA3 der Hypoxiegruppe aufgrund der Verkleinerung oder des Bruchs des Kamms an. Darüber hinaus zeigten die Ratten der Hypoxie-Gruppe kondensiertes Kernchromatin, Kernschrumpfung, ein hohes Maß an Schwellung des endoplasmatischen Retikulums, erhöhte Lysosomen und eine erhöhte Elektronendichte. Nach der Behandlung mit EGCG waren die Mitochondrienschwellung, die Auflösung der Mitochondrienkristalle und die Elektronendichte im Vergleich zu denen in der Hypoxiegruppe deutlich verringert (Abb. 5).

Diskussion

In der vorliegenden Studie haben wir herausgefunden, dass die Behandlung mit EGCG die Lern-, Gedächtnis- und räumlichen Erkundungsfähigkeiten der Ratten der Hypoxiegruppe erheblich verbesserte und die neuronale Schädigung des Hippocampus linderte, die durch chronische Exposition gegenüber der HAH-Umgebung verursacht wurde. Darüber hinaus stellten wir fest, dass trotz signifikanter Verbesserungen aller Indikatoren nach der EGCG-Behandlung diese Indikatoren selten auf normale Hypoxiewerte zurückkehrten.

Frühere Studien haben gezeigt, dass EGCG einige Auswirkungen auf verschiedene Arten von Lern- und Gedächtnisbeeinträchtigungsmodellen hat [28, 29]. Safar et al. fanden heraus, dass EGCG das Gedächtnis von mit Morphin behandelten Ratten verbessern kann [30]. In Übereinstimmung mit ihren Ergebnissen wurden in unserer Studie nach täglicher Intervention mit 50 mg/kg EGCG bei Ratten, die chronisch HAH ausgesetzt waren, die Lern-, Gedächtnis- und räumlichen Explorationsfähigkeiten der Probanden verbessert, was darauf hindeutet, dass EGCG Lern- und Gedächtnisstörungen verbessern könnte hohe Höhen.

Viele Studien haben gezeigt, dass die Überproduktion von Eisen im Gehirn eine neurotoxische Wirkung hat, da sie zu oxidativen Schäden beiträgt [31]. In dieser Studie wurde die Eisenanreicherung durch MRT, immunhistochemische Färbung und biochemische Untersuchungen nachgewiesen. Darüber hinaus wurde FPN, das einzige bekannte Multitransmembran-Eisenexportprotein in Säugetierzellen, mittels PCR untersucht. Die Anfälligkeitswerte, positive DAB-Zellen verstärkten die Perls-Färbung und der Eisengehalt im Hippocampus stieg in der Hypoxie-Gruppe an und sank in der h-EGCG-Gruppe, während die FPN-Expression den gegenteiligen Trend zeigte. Daher kamen wir zu dem Schluss, dass eine HAH-induzierte Eisenakkumulation durch die Hemmung des Eisenausflusses über eine Verringerung der FPN-Expression erfolgen kann.

MDA ist das Endprodukt der Lipidperoxidation [32, 33] und kann als Indikator für die Peroxidation verwendet werden. Frühere Studien haben gezeigt, dass oxidativer Stress mit zunehmender Höhe zunehmen kann [34]. Unsere Studie ergab auch, dass die MDA-Konzentrationen in großen Höhen deutlich anstiegen. Darüber hinaus haben wir die Expression von Caspase-3 und BDNF analysiert. Caspase-3 ist der wichtigste Initiator und Ausführende von terminalen Spaltungsenzymen und Apoptose [35], während BDNF als Neurotrophin, das das Überleben und die Differenzierung von Neuronen regulieren sowie die synaptische Übertragung verbessern kann [36], die Regeneration fördert. Lin et al. berichteten, dass Hypoxie die Caspase-3-Spiegel erhöhen und Apoptose in Hippocampus-Neuronen induzieren kann [37]. Lee et al. berichteten, dass EGCG nach 3 Minuten globaler Ischämie bei der Rennmaus den durch Ischämie verursachten Zelltod im Hippocampus verhinderte [38]. In unserer Studie fanden wir auch heraus, dass EGCG die Spiegel des proapoptotischen Proteins Caspase-3 senkte und die Expression von BDNF erhöhte.

Mitochondriale Strukturschäden und Funktionsstörungen sind wichtige pathologische Merkmale im Gehirn bei Hypoxie [39]. In unserer Studie wurde durch ultrastrukturelle Beobachtung das Vorhandensein einer tiefen Färbung, einer mitochondrialen Schwellung und eines Verschwindens der Crista in Hippocampus-Neuronen unter HAH festgestellt, wohingegen Hippocampus-Neuronen nach der EGCG-Behandlung erheblich vor diesen Verletzungen wie Karyopyknose geschützt waren. Iwona Zwolak fasste zusammen, dass EGCG vor Schwermetalltoxizität schützen kann, indem es das Potenzial der mitochondrialen Membran erhält und die antioxidativen und respiratorischen Funktionen der Mitochondrien verbessert [40]. Wir vermuten, dass diese Mechanismen auch bei der Schutzfunktion von EGCG bei der Exposition des Gehirns gegenüber der HAH-Umgebung eine Rolle spielen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass EGCG die Eisenansammlung reduzieren, den oxidativen Stress und die Apoptose senken und die neuronale Regeneration fördern kann, wodurch die durch chronische Exposition gegenüber Hypoxie in großer Höhe verursachte Beeinträchtigung des Gehirns von Ratten gelindert wird. Daher hat es das Potenzial, als neuartiges Medikament zur Behandlung und Vorbeugung der chronischen Bergkrankheit zu dienen.

Danksagungen

Wir möchten den Kerneinrichtungen des West China Hospital der Sichuan-Universität, Chengdu, China, unseren aufrichtigen Dank dafür aussprechen, dass sie uns die Einrichtungen und Unterstützung wie den in dieser Studie verwendeten Freilandtest und den Morris-Wasserlabyrinth-Test zur Verfügung gestellt haben.

Autorenbeiträge

CC und HC haben diese Studie ebenfalls konzipiert, entworfen und durchgeführt; CC verarbeitete die Daten und verfasste das Manuskript; JC hat das Manuskript geändert; BL, BH, YW, DZ und YQ halfen bei der Durchführung der Experimente und FG war für alle Prozesse verantwortlich.

Finanzierung

Diese Studie wurde von der National Natural Science Foundation of China (Nr. 81930046, 81771800 und 81829003) unterstützt.

Datenverfügbarkeit

Die während der aktuellen Studie generierten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim jeweiligen Autor erhältlich.

Erklärungen

Interessenkonflikt

Die Autoren haben keine relevanten finanziellen oder nichtfinanziellen Interessen offenzulegen.

Ethische Anerkennung

Diese Studie wurde im Einklang mit den Grundsätzen der Deklaration von Helsinki durchgeführt. Die Genehmigung wurde von der Ethikkommission für Versuchstiere des West China Hospital der Sichuan-Universität, Chengdu, China, erteilt.

Offener Zugang

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