Mechanistische Einblicke in die Diosmin-induzierte Neuroprotektion und Gedächtnisverbesserung im Rattenmodell mit intracerebroventrikulärer Chinolinsäure: Wiederbelebung mitochondrialer Funktionen und Antioxidantien Teil 1

Neurodegeneration ist das letzte Ereignis nach einer Kaskade pathogener Mechanismen bei mehreren Hirnerkrankungen, die zu kognitivem und neurologischem Verlust führen. Chinolinsäure (QA) ist ein Excitotoxin, das aus dem Tryptophan-Stoffwechselweg stammt und an verschiedenen Krankheiten wie Alzheimer, Parkinson, Huntington und Psychosen beteiligt ist.

Mit zunehmendem Alter ist Neurodegeneration zu einem weit verbreiteten Phänomen geworden. Neurodegeneration kann negative Auswirkungen auf die körperlichen und geistigen Fähigkeiten von Menschen haben, insbesondere auf das Gedächtnis. Allerdings können wir durch Handeln die Neurodegeneration verlangsamen und das Gedächtnis verbessern.

Erstens kann die Aufrechterhaltung einer positiven Lebenseinstellung dazu beitragen, die Neurodegeneration zu lindern. Studien haben gezeigt, dass eine positive Einstellung das Wachstum und den Wiederaufbau von Neuronen fördern und dadurch die kognitiven Funktionen des Menschen verbessern kann. Denn gute Laune wirkt sich positiv auf die Gesundheit des Gehirns aus.

Zweitens können wir durch Bewegung das Gedächtnis verbessern und die Nervenregeneration fördern. Durch richtiges Training können Neuronen im Gehirn dazu angeregt werden, neue Verbindungen herzustellen, wodurch die kognitiven Fähigkeiten und das Gedächtnis des Menschen verbessert werden. Darüber hinaus kann Bewegung bei älteren Menschen auch den nervösen Appetit reduzieren, der eine Neurodegeneration verursacht, was zur Erhaltung der Gesundheit des Gehirns beiträgt.

Darüber hinaus ist die Aufrechterhaltung der Vielfalt und Herausforderung der täglichen Aktivitäten auch ein wichtiger Weg zur Verbesserung des Gedächtnisses. Regelmäßige und sich wiederholende tägliche Aktivitäten machen die Aktivitäten des Gehirns sehr mechanisch und eintönig. Im Gegenteil, abwechslungsreiche Aktivitäten verjüngen das Gehirn und verbessern die kognitiven und Gedächtnisfähigkeiten der Menschen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Neurodegeneration zwar negative Auswirkungen auf das Gedächtnis von Menschen haben kann, wir jedoch entsprechende Maßnahmen ergreifen können, um diesen Effekt zu verlangsamen. Positives Denken, richtige Bewegung und vielfältige Aktivitäten können das Gedächtnis verbessern und die Nervenregeneration fördern. Lasst uns unser Gehirn schätzen und schützen, damit es gesund und jung bleibt. Es ist ersichtlich, dass wir das Gedächtnis verbessern müssen. Cistanche kann das Gedächtnis erheblich verbessern, da es auch das Gleichgewicht der Neurotransmitter regulieren kann, beispielsweise durch die Erhöhung des Acetylcholinspiegels und der Wachstumsfaktoren, die für das Gedächtnis und das Lernen sehr wichtig sind. Darüber hinaus kann Cistanche auch die Durchblutung verbessern und die Sauerstoffversorgung fördern, wodurch sichergestellt werden kann, dass das Gehirn ausreichend Nährstoffe und Energie erhält, wodurch die Vitalität und Ausdauer des Gehirns verbessert werden.

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Diosmin (DSM) ist ein natürliches Flavonoid, das Eigenschaften besitzt, die den Verlauf der neurodegenerativen Progression stoppen können. In früheren Studien waren das Abfangen freier Radikale sowie Eigenschaften wie antihyperglykämische, entzündungshemmende und vasoaktive Eigenschaften von DSM pragmatisch. Daher wurde in den aktuellen Experimenten die neuroprotektive Aktivität von DSM im QA-Rattenprototyp untersucht.

QA wurde Ratten am ersten Tag über den intrazerebroventrikulären Weg (QA-ICV) verabreicht, und DSM (50 und 100 mg/kg, intraperitonealer Weg) wurde vom 1. bis zum 21. Tag verabreicht. Gedächtnis, Gang, sensomotorische Funktionen und Biomarker der oxidativen Verstümmelung und mitochondriale Funktionen wurden im gesamten Gehirn untersucht. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Verschlechterung der sensomotorischen Leistung, des Gangs sowie des Arbeits- und Langzeitgedächtnisses bei Ratten durch QA-ICV. Diese Verhaltensanomalien wurden durch DSM (50 und 100 mg/kg) und Donepezil (Standardmedikament) deutlich abgeschwächt.

Die QA-ICV-induzierte Abnahme der Körpermasse (g), der Ernährung und der Wasseraufnahme wurde auch durch DSM- oder Donepezil-Behandlungen abgeschwächt. QA-ICV hemmte die Aktivitäten der Mitochondrienkomplexe I und II und verursachte einen Anstieg des oxidativen und nitrosativen Stresses sowie eine Verringerung der endogenen Antioxidantien im Gehirn. DSM verbesserte dosisabhängig die mitochondrialen Funktionen und verringerte den oxidativen Stress bei mit QA-ICV behandelten Ratten. DSM kann eine mögliche Alternative bei der Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen mit zugrunde liegender Pathologie der mitochondrialen Dysfunktion sein.

1. Einführung

Progressive Neurodegeneration mit begleitenden kognitiven und neurologischen Defiziten sind die Hauptsymptome verschiedener Hirnerkrankungen wie Alzheimer (AD), Parkinson (PD) und Huntington-Krankheit (HD).

Synaptischer Schwund und beeinträchtigte langanhaltende Potenzierung aufgrund der verminderten Expression von Neurotrophinen (z. B. neurotrophe Faktoren, Calcineurin und neurale Entwicklungsfaktoren), neurochemischen Aberrationen (z. B. Acetylcholin, Glutamat, Monoamine und c-Aminobuttersäure), Neuropeptiden (z. B. Oxytocin, Substanz P, Somatostatin und Orexin) und Veränderungen im inneren Milieu des Gehirns führen zu einer Verschlechterung des Kurzzeit- und Langzeitgedächtnisses [1].

Durch glutamaterge Rezeptoren vermittelte Erregungswege stehen häufig im Zusammenhang mit der Konsolidierung des Langzeitgedächtnisses im Hippocampus und in der Großhirnrinde [2]. Rezeptoren wie N-Methyl-D-Aspartat (NMDARs) sind ein wesentlicher Bestandteil einer langanhaltenden Potenzierung und Depression, und der Kalziumeinstrom über NMDARs und spannungsgesteuerte Kalziumkanäle (Ca2+) (VGCCs) stärkt die Synapse.

Ein übermäßiger erregender Antrieb im Gehirn gipfelt jedoch in einer Hirnatrophie über freie Radikale, proinflammatorische Zytokine und die Aktivierung von Zelltodpfaden [3, 4].

Chinolinsäure (QA) ist ein Produkt des Kynureninwegs des Tryptophanstoffwechsels und ein endogener Ligand von NMDARs [5]. Obwohl Tryptophan für die Serotonin- und Tryptamin-Biosynthese zwingend erforderlich ist, werden > 95 % des Tryptophans über den Kynurenin-Weg metabolisiert [6]. Metaboliten des Kynurenin-Wegs (z. B. Kynurensäure) sind neuroaktiv, einschließlich QA, und sie sind mit Schizophrenie, AD und Huntington-Krankheit verbunden [7 ].

QA aktiviert das Immunsystem (Mikroglia und Astrozyten), erhöht die Expression chemotaktischer Faktoren (z. B. Monozyten-Chemoattraktivprotein-1, RANTES) und löst freie Radikale aus. Eine Erhöhung der Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke (BBB) ​​verhindert die Abschirmwirkung gegen QA, was das Gehirn für einen übermäßigen QA-Zufluss prädisponiert. QA ist ein Stoffwechselhemmer, der es zu einem wirksamen Neurotoxin macht [8].

QA hemmt Monoaminoxidase-B (MAO-B), Gluconeogenese (über Phosphoenolpyruvatcarboxykinase), Kreatinkinase, Mitochondrienkomplexe und Zellatmung und senkt den ATP-Spiegel [9].

QA kann oxidativen Stress verstärken und Antioxidantien verringern, und zwar auf NMDAR-abhängige oder -unabhängige Weise. Die QA-Fe2+-Wechselwirkung löst freie Radikale aus, was zu Lipidperoxidation und DNA-Verstümmelung führt, was durch einen Anstieg der Hydroxylradikale, der Poly(ADP-Ribose)-Polymerase (PARP)-Aktivität und der Lactatdehydrogenase (LDH)-Aktivität belegt wird [10].

Klinische Ergebnisse zeigten auch, dass die Qualitätssicherung im Gehirn, im Blut und in der Liquor cerebrospinalis (CSF) von AD- und Huntington-Patienten verbessert ist [5]. Erkenntnisse aus der Vergangenheit deuten darauf hin, dass Qualitätssicherung bei Versuchstieren zu kognitiven Defiziten und anderen Verhaltensstörungen führen kann [11].

Jüngste Studien haben gezeigt, dass Naturprodukte die Symptome kognitiver Dysfunktion lindern und das Therapieergebnis bei neurodegenerativen Erkrankungen verbessern können [12, 13]. Ein Flavonoidglykosid, Diosmin (3′,5,7-trihydroxy-4′-methoxy Flavon -7-Rhamnoglucosid), kommt häufig in der Fruchthülle von Zitrusfrüchten (Rutaceae) vor [14].

Diosmin (DSM) besteht aus einer Disaccharidgruppe (6-O-( -L-Rhamnopyranosyl)- -D-Glucopyranosyl), die über eine glykosidische Bindung mit der Aglyconeinheit (Diosmetin) verbunden ist und aus Hesperidin biosynthetisiert werden kann.

Die Darmflora wandelt DSM-Glykosid in einen Aglykon-Anteil um, der dann schnell über den Magen-Darm-Trakt absorbiert wird. Beim Menschen beträgt die Halbwertszeit von DSM 26 bis 43 Stunden, wenn es oral verabreicht wird [15].

Es ist ein vasoaktives Medikament, das die Mikrozirkulation und Lymphdrainage verbessert und die Flexibilität der Venen erhöht, indem es den Noradrenalinstoffwechsel durch Catechol-O-Methyltransferase abschwächt. DSM hebt die mikrovaskuläre Permeabilität, die Leukozytenextravasation und das Auftreten von Adhäsionsmolekülen wie ICAM-1und VCAM-1 auf [14, 15].

Mehrere Studien zeigten, dass DSM im Gehirn freie Radikale bekämpfen und das Immunsystem harmonisieren kann [16, 17]. Klinische Beweise deuten darauf hin, dass DSM ein gut verträgliches, sicheres und ungiftiges Medikament ist [15]. Bei Nutrazeutika wird DSM (Daflon) häufig zur Behandlung von Venenerkrankungen, einschließlich Hämorrhoiden und hyperglykämischen Erkrankungen, vorgeschlagen.

Frühere Erkenntnisse deuteten darauf hin, dass DSM die Insulinfreisetzung aus den Zellen, den Kohlenhydratstoffwechsel und die Expression von Glukosetransportern (GLUTs) stimulieren könnte. Außerdem verringert es diabetische Komplikationen [15].

Es schwächt die Dyslipidämie und die hepatische Glukoneogenese ab [16]. In früheren Studien verbesserte DSM die kognitiven Funktionen, schwächte die Symptome der Schizophrenie ab und zeigte neuroprotektive Wirkungen bei Versuchstieren [16–19].

Sawmiller et al. [20] stellten in einer Studie eine DSM-vermittelte Abnahme der Amyloid- und Tau-Hyperphosphorylierung durch Abschwächung der Glykogensynthasekinase 3 im 3 × Tg-AD-Mausmodell fest. Diese Ergebnisse deuten treffend darauf hin, dass DSM das Potenzial hat, Hirnfunktionsstörungen im Vergleich zur Qualitätssicherung zu lindern. In dieser Studie wurde QA verwendet, um Demenz und andere neurologische Defizite bei Ratten hervorzurufen.

QA kann als starkes Neurotoxin wirken, das verschiedene Wege und molekulare Mechanismen im Gehirn hemmt und so eine fortschreitende Neurodegeneration und Hirnatrophie auslöst. Die aktuelle Untersuchung sollte die Ergebnisse von DSM im QA-ICV-Rattenprototyp untersuchen.

2. Material und Methoden

2.1. Versuchstiere.

Diese Forschung wurde von der IAEC gemäß Protokoll Nr. genehmigt. ASCB/IAEC/14/20/145. AlbinoWistar-Ratten (beide Geschlechter, 200 g bis 250 g, Alter 8 bis 9 Monate alt) wurden in quaderförmigen Käfigen aus Polypropylen typischer Größe unter künstlichen Temperatureinstellungen (23 ± 2 Grad), 12:12 Stunden Dunkel/Hell-Sequenzen usw. gehalten Luftfeuchtigkeit (40 ± 10 %) im Tierstall. Die Nagetiere wurden nach Belieben mit einem Standardnahrungsmittel (Ashirwad-Hersteller, Punjab) und gereinigtem Wasser gefüttert.

Alle Tierversuche werden ausschließlich gemäß den Richtlinien von CPCSEA, GOI, Neu-Delhi durchgeführt. Die Tierpfleger und -betreuer waren hinsichtlich der verschiedenen Therapieschemata, die den Tierkohorten angeboten wurden, blind.

Es wurden tierexperimentelle Versuche durchgeführt, die eine Einarbeitungszeit von mindestens zwei Wochen erforderten. Alle Untersuchungen an Tieren wurden zwischen 0900- und 1600-Stunden pro Tag durchgeführt.

2.2. Drogen und Chemikalien.

Diosmin (DSM: 520-27-4), Chinolinsäure (QA: 89-00-9) und Standardanalyten wurden von Merck (Indien) erworben. Natriumdihydrogenphosphat (NaH2PO4), Natriumhydroxid (NaOH), dibasisches Kaliumphosphat (K2HPO4), Nitroblautetrazolium (NBT), Phenazinmethosulfat (5-Methylphenaziniummethylsulfat), Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Rinderserumalbumin (BSA), {{ 7}}[4-(2-hydroxyethyl)piperazin-1-yl]ethansulfonsäure (HEPES), 1,2-bis[2-[bis(carboxymethyl) Amino]ethoxy]ethan (EGTA), Riboflavin, Natriumcyanid (NaCN), Natriumazid (NaN3), Tetranatriumpyrophosphat, Wasserstoffperoxid (H2O2), NADH-Dinatrium (DPNH), NADPH-Tetranatrium (Coenzym II-reduziertes Tetranatriumsalz), Phosphorsäure, Folin- und Ciocalteu-Phenol (FCR) und Sulfosalicylsäure (5-SSA)-Reagenz (HiMedia Laboratories, Maharashtra, Indien); Diglycin, Eisessig (CH3COOH), Ellmans Reagenz (3-Carboxy-4-nitrophenyldisulfid, DTNB), Azabenzol (C5H5N) und Natriumlaurylsulfat (SLS) (LobaChemie, Mumbai, Indien); 4,6-Dihydroxy-2-mercaptopyrimidin (2-TBA), Dinatriumcarbonat (Na2CO3) und (2-Mercaptoethyl)trimethylammoniumiodidacetat (TCI Chemicals, Indien); Zinksulfat (ZnSO4), Rochelle-Salz (Kalium-Natrium-L(+)-Tartrat), 2-(1-Naphthylamino)ethylamin-Dihydrochlorid, salpetriges Säurenatrium (NaNO2) und p-Aminobenzolsulfonamid (SiscoResearch Laboratories, Indien). ); Butylalkohol (Fisher Scientific, Indien) verwendet.

2.3. Intrazerebroventrikuläre Injektion von Chinolinsäure.

Die Tiere wurden einer Anästhesie durch intraperitoneale (ip) Verabreichung eines Cocktails aus Ketamin (90 mg/kg) und Xylazin (10 mg/kg) unter Verwendung von sterilem Wasser zur Injektion unterzogen. Der Körper wurde in Bauchlage auf ein warmes Heizkissen gelegt und der Kopf in der Halterung eines stereotaktischen Operationsinstruments gelagert. Die Kopfhaut wurde am mittleren sagittalen Punkt eingeschnitten und der Schädel durch Auseinanderziehen der Haut freigelegt.

Einer der beiden Seitenventrikel wurde willkürlich ausgewählt, und im Schädel wurde der Scheitelknochen aufgebohrt (stereotaktische Koordinaten -0,8 mm anteroposterior vom Bregma, ±1,5 mm mediolateral von der mittleren Sagittalnaht und ±3,6 mm dorsoventral von der Scheitelknochenoberfläche ), um ein Bohrloch zu machen [21].

Am ersten Tag wurde eine frisch zubereitete Chinolinsäure (QA)-Lösung (240 nmol) in PBS (Na+-K+ [PO4]2--gepufferte Kochsalzlösung, pH 7,4) hergestellt und nach und nach mit einer Hamilton-Mikrospritze bei einer Durchflussrate von injiziert 1 µl/Minute in den linken oder rechten Hirnventrikel von Ratten über einen Zeitraum von 5 bis 6 Minuten mit einem Injektionsvolumen von 5 µl ICV-Vehikel [22].

Nach der Inokulation des gesamten Arzneimittels wurde die Mikronadel 4 bis 5 Minuten lang nicht entfernt, um die Diffusionsfähigkeit des Arzneimittels in der Liquor cerebrospinalis zu ermöglichen und sein Aufstoßen zu verhindern. Das äquivalente Volumen (10 µl) des PBS-Vehikels wurde ICV an gleich operierte Schamratten verabreicht, QA wurde jedoch nicht injiziert.

Nach Medikamenteninjektionen wurden die Löcher mit einem Befestigungsmittel (Zinkphosphat, PYRAX®) wiederhergestellt und die Haut vernäht. Um eine Kontamination (Bakterienwachstum) zu verhindern, wurde Neosporin® pro re nata angewendet.

Um einer postoperativen Sepsis vorzubeugen, wurde Orizolin (Zydus Cadila) in einer Dosis von 30 mg/kg (ip) verabreicht. Jeder Ratte wurde eine warme Umgebung (37 ± 0,5 Grad) zur Verfügung gestellt, um eine postoperative Unterkühlung zu verhindern. Jede Ratte erhielt nach der Operation sieben Tage lang kostenlos halbfestes Futter (im Käfig) und Wasser und wurde getrennt in einem separaten Käfig (30 × 23 × 14 cm3) untergebracht.

2.4. Experimentelles Protokoll. DSM wurde Ratten in Dosen von 5 0 und 100 mg/kg pro Körpergewicht (KG) über den intraperitonealen (ip) Weg unter Verwendung von 0,5 % Dimethylsulfoxid als Vehikel in normaler Kochsalzlösung (Dosisvolumen 5 ml/kg) injiziert [17].

Die Tiere wurden zufällig in 5 Clustern in einem Einzelblindmodus (n � 5) eingeteilt: (i) Schein (S), (ii) QA, (iii) QA + DSM50, (iv) QA + DSM100 und (v) QA + DNP. Am ersten Tag wurden die Ratten einer intrazerebroventrikulären Verabreichung von QA (QA-ICV) oder einer Scheinoperation unterzogen. DSM wurde vom ersten Tag an an 21 aufeinanderfolgenden Tagen täglich 120 Minuten nach der QA-ICV verabreicht.

Donepezil (DNP) wurde in dieser Studie als Standardarzneimittel eingesetzt und QAICV-injizierten Ratten 21 aufeinanderfolgende Tage lang injiziert (Dosis 3 mg/kg, ip). Den Tieren in den Schein- und QA-Kontrollgruppen wurde vom 1. bis zum 21. Tag Vehikel (steriles 0,5 % Dimethylsulfoxid in normaler Kochsalzlösung in einem Dosisvolumen von 5 ml/kg) verabreicht. Die gesamte Studie wurde gemäß dem in dargestellten Schema durchgeführt Abbildung 1.2.5. Bewegungsaktivität.

In allen Rattengruppen wurde die mittlere Bewegungsaktivität mit einem Aktophotometer für 5 Minuten dokumentiert. Ein separates Tier wurde zur Akklimatisierung drei Minuten lang in das Aktophotometer gebracht. Den Ratten wurden dann 5 Minuten Zeit gegeben und die Ergebnisse wurden als Anzahl pro 5 Minuten angegeben [11].

2.6. Rotarod Test. In rodents, the rotarod test typically evaluates the equilibrium and muscle synchronization facets of sensorimotor functions. .e rats were presented to acquisition trials until their ability to run reached >60 Sekunden, wenn sich die Stange mit neun Umdrehungen pro Minute (U/min) dreht.

Nach den Aufnahmeversuchen wurde eine separate Ratte auf dem zylindrischen Schaft positioniert und die Rotationsgeschwindigkeit wurde in einer konstanten Pause von 10 Sekunden von 6 U/min (vorläufige Geschwindigkeit) auf 30 U/min (abschließende Geschwindigkeit) erhöht, was sich über 50 Sekunden erstreckte. In den Ergebnissen wurde die mittlere Abfalllatenz (in Sekunden) der rotierenden zylindrischen Welle angegeben.

2.7. Footprint-Analyse. Das Prinzip der Fußabdruckanalyse bei Ratten ist die Beurteilung der Ganganomalien.

Für Fußabdrücke wurden Rattenfüße in vier verschiedenfarbige, ungiftige Lebensmittelfarben getaucht und man ließ sie auf einem geneigten Laufsteg (70 cm × 10 cm × 8 cm) laufen. Die Landebahnbasis war mit einer weißen Zellulosefolie umschlossen. Die Ratten wurden dazu motiviert, zu einem dunklen, bergauf führenden Abschnitt am Ende der Landebahn zu gehen, um deutliche Fußabdrücke zu erhalten. Nach den Versuchen wurde der Farbstoff vorsichtig mit lauwarmem Wasser von jedem Tier entfernt. Die Fußabdrücke wurden gescannt und die „Schrittlänge“ mit einem Standardlineal gemessen. Die Schrittlänge wurde durch Berechnung des Abstands zwischen den aufeinanderfolgenden Platzierungen der identischen Rattenpfote quantifiziert [11].

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