Lactobacillus Plantarum GKM3 fördert Langlebigkeit, Gedächtniserhaltung und reduziert Oxidationsstress im Gehirn bei SAMP8-Mäusen Teil 2

3.4. Wirkung von L. plantarum GKM3 auf die Reduzierung von oxidativem Stress im Gehirn

Glykosid von Cistanche kann auch die SOD-Aktivität im Herz- und Lebergewebe erhöhen und den Gehalt an Lipofuscin und MDA in jedem Gewebe erheblich reduzieren, wodurch verschiedene reaktive Sauerstoffradikale (OH-, H₂O₂ usw.) effektiv abgefangen und vor verursachten DNA-Schäden geschützt werden durch OH-Radikale. Cistanche-Phenylethanoidglykoside haben eine starke Fähigkeit, freie Radikale abzufangen, eine höhere Reduktionsfähigkeit als Vitamin C, verbessern die Aktivität von SOD in der Spermiensuspension, reduzieren den MDA-Gehalt und haben eine gewisse schützende Wirkung auf die Funktion der Spermienmembran. Cistanche-Polysaccharide können die durch D-Galaktose verursachte Aktivität von SOD und GSH-Px in Erythrozyten und Lungengewebe experimentell seneszierender Mäuse steigern, außerdem den Gehalt an MDA und Kollagen in Lunge und Plasma verringern und den Gehalt an Elastin erhöhen eine gute Abfangwirkung auf DPPH, verlängert die Zeit der Hypoxie bei seneszenten Mäusen, verbessert die Aktivität von SOD im Serum und verzögert die physiologische Degeneration der Lunge bei experimentell seneszenten Mäusen. Bei der zellulären morphologischen Degeneration haben Experimente gezeigt, dass Cistanche über eine gute antioxidative Fähigkeit verfügt und hat das Potenzial, ein Medikament zur Vorbeugung und Behandlung von Hautalterungskrankheiten zu sein. Gleichzeitig hat Echinacosid in Cistanche eine erhebliche Fähigkeit, freie DPPH-Radikale abzufangen, reaktive Sauerstoffspezies abzufangen und den durch freie Radikale verursachten Kollagenabbau zu verhindern, und hat auch eine gute Reparaturwirkung auf Schäden durch freie Thymin-Radikalanionen.

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TBARS ist ein Nebenprodukt der Lipidperoxidation, das den Grad des oxidativen Stresses beschreiben könnte. Die Konzentration von TBARS wurde nach der Tötung in den Gehirnen von SAMP8-Mäusen nachgewiesen. Sowohl männliche als auch weibliche SAMP8-Mäuse, die mit dem Probiotikum GKM3 gefüttert wurden, zeigten im Vergleich zu den Kontrollmäusen eine signifikante Verringerung der Konzentration von Gehirn-TBARS (Abbildung 4A). Ein weiterer Marker für oxidativen Stress, 8-OHdG, im Gehirn war in der GKM3-Behandlungsgruppe im Vergleich zur Nichtbehandlungsgruppe ebenfalls signifikant niedriger (Abbildung 4B). Dies weist darauf hin, dass in der probiotischen Gruppe weniger DNA-Schäden auftraten. Es wurden keine Dosiseffekte von GKM3 bei Gehirn-TBARS und {{10}}OHdG-Spiegeln bei beiden Geschlechtern beobachtet, was auf die niedrige Dosierung des probiotischen GKM3 von 1,0 × 109 KBE/kg KG/Tag schließen lässt genug für die antioxidative Abwehr bei alten Mäusen.

3.5. Wirkung von L. plantarum GKM3 auf die Amyloid-Beteiligung im Gehirn von SAMP8-Mäusen

Amyloid-(A)-Ausfällung ist eines der Merkmale bei SAMP8-Mäusen, die bei der klinischen Beobachtung die gleichen Merkmale wie Demenz aufwiesen. Abbildung 5 zeigt das immunhistochemische Ergebnis des SAMP8-Hirngewebes. Die A-Ausfällung wurde in den Gehirnen männlicher und weiblicher SAMP8-Kontrollmäuse beobachtet (Abbildung 5A, D), aber in den Proben derjenigen, die mit einer niedrigen Dosis GKM3 behandelt wurden, trat nur wenig Protein auf (Abbildung 5B, E), und auf diesen sammelte sich sogar noch weniger Protein an mit den Behandlungen mit einer hohen Dosis von GKM3 (Abbildung 5C, F). Der Prozentsatz der A-Ausfällungsfläche bei SAMP8-Mäusen, die mit probiotischem GKM3 gefüttert wurden, zeigte im Vergleich zu den Kontrollen beider Geschlechter eine signifikante Verringerung (Abbildung 5G). Diese Beweise zeigten, dass L. plantarum GKM3 eine altersbedingte A-Ausfällung verhindern könnte, die zu einer neurologischen Störung beitragen könnte.

3.6. Wirkung von L. plantarum GKM3 auf die Histologie des Hippocampus bei SAMP8-Mäusen

Der Hippocampus der Gehirne von SAMP8-Mäusen wurde durch Hämatoxylin- und Eosin-Färbung analysiert (Abbildung 6). In der Kontrollgruppe und der GKM3-Niedrigdosisgruppe kam es zu einer hyperchromen Färbung mit Schrumpfung der vorhandenen Nervenzellen. Allerdings zeigte das Neuron im Hippocampus von SAMP8, das mit einer hohen Dosis GKM3 gefüttert wurde, eine enge Anordnung. Darüber hinaus gab es in der GKM3-Hochdosisgruppe keine abnormale Beobachtung der Zellstruktur und -morphologie. Dies deutet darauf hin, dass das probiotische GKM3 die durch Alterung verursachte Neuronenschädigung im Hippocampus von Mäusegehirnen verzögern könnte.

4. Diskussion

Es gab keine signifikanten Unterschiede im Körpergewicht oder in der Nahrungsaufnahme zwischen der Kontrollgruppe und den probiotischen Gruppen (Tabelle 1). Dies weist darauf hin, dass das Probiotikum GKM3 sicher und für das Säugetier ungiftig ist. Unter denselben Stoffwechselparametern und demselben Energieverbrauch können die Auswirkungen des Anti-Aging bei mit GKM3- gefüttertem SAMP8 im folgenden Abschnitt diskutiert werden.

Durch Beobachtung der Lebensdauer von SAMP8 stellen wir fest, dass der Tod nach 6–7 Monaten einsetzte; Allerdings wiesen sowohl Männer als auch Frauen in der probiotischen GKM3-H-Gruppe tendenziell niedrige Sterblichkeitsraten auf (Abbildung 1). Vor allem bis zum 11. Monat waren die Überlebensraten sehr unterschiedlich. Die GKM3-H-Gruppe behielt immer noch 90–95 Prozent der Überlebensrate, aber die Kontrollgruppe wies nur 60–40 Prozent der Überlebensrate auf. Im Vergleich zu anderen Nährstoffen, von denen berichtet wurde, dass sie Anti-Aging-Effekte wie Pflanzenextrakte oder Meeresquellen haben, lieferte das Probiotikum GKM3 ein besseres Ergebnis, insbesondere im Hinblick auf eine längere Überlebensrate [32,33]. Es ist möglich, dass diese Anti-Aging-Materialien Lipide, organische Säuren, Polyphenole oder Vitamine enthielten, die auch leicht durch die Fermentation des Probiotikums gewonnen werden können, und zu einer längeren Lebensdauer führten [34–36].

Verhaltensvermeidungstests werden normalerweise zur Bewertung des Lernens und des Gedächtnisses von Probanden verwendet. Gedächtnis wird als eine durch eine Erfahrung verursachte Verhaltensänderung definiert, während Lernen als ein Prozess zum Erwerb von Gedächtnis definiert wird [37]. Sowohl das Gedächtnis als auch das Lernen wurden durch die Beteiligung an der Nervenübertragung und der Nervenzelle geformt und erreicht. Daher könnte der Alterungsprozess die Ansammlung von ROS in Neuronen verstärken und die Zelle schädigen, was zu einer Beeinträchtigung des Gedächtnisses und der Lernfähigkeit führen könnte [38]. Der passive Vermeidungstest ist ein angstmotivierter Test, bei dem die Probanden aufgefordert werden, eine zuvor gezeigte Reaktion zu unterdrücken [39]. Mäuse mit einer besseren Fähigkeit und Lernfähigkeit können das Betreten gefährlicher Bereiche vermeiden. Umgekehrt erfordert die aktive Vermeidung, dass Probanden eine Reaktion auslösen, wie zum Beispiel, zu einem sicheren Ass zu rennen, um verschiedene Reize zu vermeiden. Gute Gedächtnis- und Lernfähigkeiten helfen den Mäusen, auf Alarmereignisse zu reagieren und drohende Gefahren zu vermeiden. Erkenntnisse aus unserer Studie zeigten, dass das probiotische GKM3 zum Lernen und Gedächtnis beitragen kann, indem es das Auftreten unerwünschter Reaktionen hemmt, während in der Kontrollgruppe selbst nach dem E-Trainingsverfahren kein Beitrag zu verzeichnen war (Abbildung 2). Interessanterweise zeigte die Kontrollgruppe eine erhöhte Tendenz bei der erfolgreichen Vermeidung, gefolgt von den Trainingstagen im aktiven Vermeidungstest; Allerdings zeigte die Gruppe, die mit dem Probiotikum GKM3 gefüttert wurde, einen stärker signifikanten Erfolgstanz (Abbildung 3). Dies könnte durch die in der Studie entworfene Basis erklärt werden [40]. Mäuse mussten im aktiven Vermeidungstest lernen, was sie tun sollten, waren jedoch relativ wenig stimuliert und mussten im passiven Vermeidungstest lernen, was sie nicht tun sollten. Trotz der unterschiedlichen Wirkungen der Kontrollmäuse konnte die Wirkung des probiotischen GKM3 auf die Verbesserung des Lerngedächtnisses durch die Stimulation beider unterschiedlicher Mechanismen nicht geleugnet werden [41].

Ähnliche Verhaltensergebnisse wurden von Yong et al. berichtet. mit Hühnerextrakt als Diätausgabe und Su et al. mit der Ergänzung von Yamswurzel für SAMP8-Mäuse [40,41]. Da die Wirkstoffe einen enormen Unterschied zwischen Fleischextrakt und pflanzlichem Ursprung aufweisen sollten, könnte man spekulieren, dass die Wirkung der kognitiven Aufrechterhaltung in hohem Maße mit der Veränderung der Darmmikrobiota zusammenhängt [42,43]. Probiotika können Stoffwechselverbindungen produzieren, die das Wachstum bestimmter Darmmikroorganismen fördern oder unterdrücken [44]. Diese Stoffwechselverbindungen wie Peptide, Cortisol oder SCFAs können durch die Mikrobiom-Gehirn-Interaktion auch den Nervenstamm modulieren und die Gehirnfunktionen aufrechterhalten. Es wurde festgestellt, dass sich die Darmmikrobiota bei Hundertjährigen stark von der der älteren Bevölkerung unterschied [45]. Insbesondere wurde die relative Häufigkeit von Firmicutes festgestellt. Auch wenn wir die Mikrobiota in dieser Studie nicht analysiert haben, wiesen mehrere Veröffentlichungen darauf hin, dass die Verabreichung von Probiotika die Darmmikrobiota veränderte [46–50]. Darüber hinaus enthielten unsere nicht veröffentlichten Daten zu einer probiotischen Mischung hauptsächlich L. plantarum GKM3 in einer klinischen Studie, die in der Stuhlanalyse nach vierwöchigem Verzehr einen Anstieg mehrerer Bifidobacterium-Arten und mehrerer Lactobacillus-Arten zeigte. Es wird vermutet, dass L. plantarum GKM3 die Gehirnfunktionen aufrechterhalten kann, indem es die Zusammensetzung der mikrobiellen Darmflora verändert [51].

SAMP8 ist ein neuropathologisches Modell der beschleunigten Gehirnalterung, das von Professor Toshio Takeda an der Thoto-Universität aus einer AKR/J-Zuchtkolonie abgeleitet wurde [52]. Was die mit dem Engagement verbundene morphologische Veränderung betrifft, kam es bei SAMP8-Mäusen zu einer frühen Amyloidakkumulation im Hippocampus, die zu Lernstörungen und Gedächtnisstörungen führte [53]. Es wurde angenommen, dass A die ROS-Bildung, Lipidperoxidation und Neurotoxizität in Neuronen des Hippocampus induziert [54]. Unsere Ergebnisse zeigen, dass das probiotische GKM3 nicht nur den oxidativen Stress im Gehirn hemmt (Abbildung 4), sondern auch an der oberen Hemmung der Amyloidbildung beteiligt ist (Abbildung 5). TBARS entsteht als Nebenprodukt der Lipidperoxidation und MDA entsteht als Endprodukt. 8-OHdG ist ein häufiges Endprodukt der Desoxyribonukleinsäure-Oxidation (DNA). Das bedeutet, dass hohe TBARS- und 8-OHdG-Werte beide eine starke Vorstellungskraft darstellen und zu einer kognitiven Beeinträchtigung führen [55].

Pyramidenzellen, eine Art bevölkerungsreiches Neuron, das an den sensorischen und motorischen Reizen im Hippocampus beteiligt ist, könnten zur Informationsverarbeitung, zum Lernen und zum Gedächtnis beitragen [56]. Die ungeordnete Anordnung der Pyramidenzellen in der CA1-Region des Hippocampus wurde bei Mäusen gefunden, die von der Alzheimer-Krankheit betroffen waren [57]. Es wird darauf hingewiesen, dass L. plantarum GKM3 den funktionellen Rückgang der Neuronenübertragung durch die Beibehaltung der Zellmorphologie lindern könnte (Abbildung 6). Das heißt, die langfristige Verabreichung des probiotischen GKM3 könnte ein besseres Bewusstsein fördern und angemessene Handlungen im Leben fördern.

5. Schlussfolgerungen

In dieser Studie untersuchten wir die dosisabhängige Wirkung der Langzeitverabreichung von L. plantarum GKM3 auf die Langlebigkeit sowohl bei männlichen als auch bei weiblichen SAMP8-Mäusen. Darüber hinaus zeigte die Ergänzung mit dem probiotischen GKM3 eine Verbesserung des Gedächtnisses und der Lernfähigkeit, indem es an antioxidativem Stress beteiligt war, die A-Akkumulation verringerte und die Anordnung der Nervenzellen im Hippocampus aufrechterhielt. Diese Ergebnisse legen nahe, dass GKM3 bei probiotischem L. plantarum als Antioxidans wirken könnte, um den Alterungsprozess zu verzögern und damit verbundene kognitive Beeinträchtigungen zu verhindern. Mit seinen wünschenswerten Funktionen und der Vergangenheit des Fe-Konsums ist L. plantarum GKM3 eine vielversprechende probiotische Nahrungsergänzung für ältere Menschen.

Autorenbeiträge:TJF und Y.-LC lieferten die Ideen und konzipierten die Experimente. M.-FW betrieb das Tiermodell und führte die biochemische Analyse durch. W.-HL hat zur Statistik beigetragen. C.-CC riet zur Diskussion. S.-WL sammelte die Daten und verfasste die Arbeit. Y.-ST überarbeitete das Manuskript. Alle Autoren haben die veröffentlichte Version des Manuskripts gelesen und ihr zugestimmt.

Finanzierung: Diese Forschung erhielt keine externe Finanzierung.

Erklärung des Institutional Review Board:Die Studie wurde gemäß den Richtlinien des Institutional Animal Care and Use Committee der Providence University (Stadt Taichung, Taiwan) mit der Nummer 20170629-A02 durchgeführt.

Einverständniserklärung:Unzutreffend.

Erklärung zur Datenverfügbarkeit:Alle Daten können von WS Lin über die E-Mail-Adresse ausgewertet werden.

Danksagungen:Wir danken Jiunn-Wang Liao vom Graduate Institute of Veterinary Pathobiology der National Chung Hsing University (Taichung, Taiwan) für ihre Hilfe beim Gewebeschneiden und der theologischen Untersuchung. Ein besonderer Dank gilt auch Tseng Andrew, Chief Executive Officer von Grape King Bio Ltd. (Taoyuan, Taiwan) für seine Erlaubnis, probiotisches Trockenpulver mit SS-Produktion als Probe in diesem Experiment bereitzustellen

Interessenskonflikte:Die Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

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