TEIL 2: Wirkung von Cistanche-Tubulosa-Extrakten auf die männliche Fortpflanzungsfunktion bei Streptozotocin-Nicotinamid-induzierten diabetischen Ratten
Mar 04, 2022
Kontakt: Audrey Hu WhatsApp/hp: 0086 13880143964 E-Mail:audrey.hu@wecistanche.com
Zwe-Ling Kong® Athira Johnson® Fan-Chi Ko, Jia-Ling He und Shu-Chun Cheng
Department of Food Science, National Taiwan Ocean University, Pei-Ning Road, Keelung 20224, Taiwan; athirajohnson07@gmail.com (AJ); makeadrea@hotmail.com (F.-CK); k46255@gmail.com (J.-LH); riceroll826@gmail.com (S.-CC)
* Korrespondenz: kongzl@mail.ntou.edu.tw; Tel.: plus 886-2-2462-2192; Fax: plus 886-2-2463-4203
Abstrakt:Diabetes ist eine chronische Erkrankung, die durch Hyperglykämie aufgrund verringerter Insulinspiegel oder der Unfähigkeit des Gewebes, es effektiv zu nutzen, gekennzeichnet ist. Unfruchtbarkeit ist als Hauptfolge von Diabetes bekannt und beeinträchtigt das männliche Fortpflanzungssystem, indem sie eine Beeinträchtigung der Spermien und eine Funktionsstörung der Keimdrüsen verursacht. Cistanche tubulosa ist eine parasitäre Pflanze, die das Gedächtnis, die Immunität und die sexuellen Fähigkeiten verbessern, Impotenz reduzieren und Verstopfung minimieren kann. Diese Studie konzentrierte sich auf die Untersuchung der entzündungshemmenden und schützenden Wirkung von Echinacosid (ECH) in Cistanche tubulosa-Extrakt (CTE) auf das männliche Fortpflanzungssystem diabetischer Ratten. Die antioxidativen, entzündungshemmenden und schützenden Wirkungen von CTE wurden sowohl durch In-vitro- als auch In-vivo-Methoden bewertet. Die In-vitro-Ergebnisse zeigen, dass ECH die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) hemmte und die Proteinexpression von StAR, CYP11A1, CYP17A1 und HSD17p3 verbesserte. Die In-vivo-Analyse wurde mit drei Dosen Echinacosid (ECH) (80, 160 und 320 mg/kg) in CTE durchgeführt. Insgesamt wurden 0,571 mg/kg Rosiglitazon (RSG) als Positivkontrolle verabreicht. Diabetes wurde durch Streptozotocin (STZ) (65 mg/kg) und Nicotinamid (230 mg/kg) in Kombination mit einer fettreichen Ernährung (45 Prozent) induziert. Die In-vivo-Studien bestätigten, dass das ECH den Blutzuckerspiegel, die Insulinresistenz, die Leptinresistenz und die Lipidperoxidation verbesserte. Es kann die Expression von Kisspeptin 1 (KiSS1), G-Protein-gekoppeltem Rezeptor GPR 54, Suppressor of Cytokine Signaling 3 (SOCS-3) und Sirtuin 1 (SIRT1) Boten-Ribonukleinsäure (mRNA) im Hypothalamus wiederherstellen und die Sexualität wiederherstellen Hormonspiegel. Somit bestätigte diese Studie die antioxidativen, entzündungshemmenden und steroidogenese Wirkung von CTE.
Schlüsselwörter:Diabetes; Unfruchtbarkeit; Cistanche tubulosa-Extrakt (CTE); Echinacosid (ECH); entzündungshemmende Aktivität; antioxidative Aktivität; Effekte der Steroidogenese
Schutzwirkung von Echinacosid (ECH) ausCistanche tubulosa
3. Ergebnisse
3.1.In-vitro-Analyse
3.1.1.Vergleich der antioxidativen Aktivitäten von ECH, CTE und RES
Langfristiger hoher oxidativer Stress und chronische Entzündungen sind die Hauptursachen für diabetische Komplikationen [16]. CTEs enthalten verschiedene Phenylethanoidglykoside wie Echinacosid (ECH) und Acteosid mit dem Potenzial für antioxidative Aktivität [17]. Der DPPH-Radikalfängertest wurde zur Bewertung der antioxidativen Aktivität von ECH durchgeführt. Trolox und Resveratrol (3,5,4'-Trihydroxystilben, RES) wurden als Standard bzw. Positivkontrolle genommen. Wie in Abbildung 1 gezeigt, zeigte ECH eine bessere Radikalfängeraktivität und die Aktivität war signifikant höher als die der Positivkontrolle (RES).
3.1.2. Zelllebensfähigkeit von ECH auf LC-540- und TM3-Leydig-Zellen
Der MTT-Assay wurde durchgeführt, um die Zelllebensfähigkeit verschiedener ECH-Konzentrationen zu bewerten. LC-540-Leydig-Zellen und TM3-Leydig-Zellen zeigten nach der Behandlung mit ECH eine Lebensfähigkeit von mehr als 80 % (Abbildung 2). Im Vergleich zu den anderen Konzentrationen zeigte eine 100-|dM-Konzentration (Verdünnungen von 100 μM in 2 Prozent FBS) von ECtf eine bessere Zelllebensfähigkeit in ffM3-Leydig-Zellen. Das Ergebnis zeigte, dass die erhöhte Konzentration von ECH zu keiner signifikanten Toxizität für die Zellen beiträgt.
3.1.3. Wirkung von ECH auf die AGE-induzierte Superoxidproduktion durch NBT-Assay in LC-540- und TM3-Leyd-ig-Zellen
AGEs verursachen oxidative Schäden im Körper aufgrund der Oxidation von Glucose und der Bildung freier Radikale wie O2-, Hydroxylradikale und Carbonylgruppen [18]. Nach Stimulation mit 50 Rg/ml AGEs wurden die LC-540- (Abbildung 3a) und TM3-Zellen (Abbildung 3b) mit ECH und RES (jeweils 5 /M und 10 Teelöffel) behandelt. Die Ergebnisse zeigten, dass die Produktion von Superoxidanionen in der Kontrollgruppe (stimulierte AGOs) erhöht war, aber die Produktion von Superoxidanionen nach der Behandlung mit ECH und RES verringert war. Aus Fig. 3, ii wurde verstanden, dass ECH und RES das Niveau der Superoxidproduktion reduzieren und die Zellen vor oxidativen Schäden schützen. Im Fall von LC-540-Zellen zeigte 10 ECH fast eine ähnliche Aktivität wie die normale Gruppe. Die Superoxidproduktion in beiden Zellen wurde mit einer Erhöhung der Konzentration sowohl von ECH als auch von RES verringert.
3.1.4.Effekt von ECH auf die H2O2-Produktion in AGE-stimulierten LC-540 Leydig-Zellen
Der DCFH-DA-Assay wurde zum Nachweis des Vorhandenseins von oxidativen Spezies durchgeführt. Nach Eintritt in die Zellen wird der Fluoreszenzfarbstoff DCFH-DA durch intrazelluläres H2O2 oxidiert und bildet Dichlorfluorescein (DCF). Wie in Abbildung 4 gezeigt, gab es einen signifikanten Anstieg der intrazellulären H2O2-Produktion in der AGE-stimulierten Gruppe (Kontrolle), während die Zugabe von 10 ECH und RES die H2O2-Produktion in den Zellen signifikant verringerte. Die Verabreichung von 10 ECH führte zu nur etwa 47,1 Prozent der H2O2-Produktion, deutlich weniger als in der Kontrollgruppe.
3.1.5. Wirkung von ECH auf RAGE- und NF-kB-Proteinexpressionsniveaus in AGE-stimulierten LC-540-Leydig-Zellen
Eine Western-Blot-Analyse wurde durchgeführt, um das Vorhandensein von RAGE in LC-540-Leydig-Zellen zu bestätigen. Die Wirkung von ECH auf die Proteinexpressionsniveaus von RAGE (Abbildung 5a) und NF-kB (Abbildung 5b) in AGEs-stimulierten Leydig-Zellen sind in Abbildung 5 dargestellt. Die Ergebnisse zeigten, dass eine Konzentration von AGEs von 50 /ml höhere RAGE und NF-kB induzierte Expression in LC-540 Leydig-Zellen und 10 Konzentrationen von ECH und RES hat die Expression von RAGE und NF-kB signifikant reduziert. Die Expression von NF-kB war bei RES und ECH signifikant geringer als bei RAGE-Antagonisten. Die Ergebnisse bestätigten also, dass das ECH das Entzündungsniveau reduzierte, indem es das RAGE- und NF-kB-Niveau senkte.
3.1.6. Wirkung von ECH auf den Testosteronsyntheseweg in AGE-stimulierten LC-540 Leydig-Zellen.
Der Prozess der Spermatogenese und der männlichen Unfruchtbarkeit hängt von der Anwesenheit von Testosteron ab. Wie in Abbildung 6 gezeigt, waren die Expressionen der Proteine StAR (Abbildung 6a), CYP11A1 (Abbildung 6b), CYP17A1 (Abbildung 6c) und HSD17p3 (Abbildung 6d) in AGE-stimulierten LC-540-Leydig-Zellen signifikant verringert ( Kontrollgruppe). Die Expression der Proteine StAR, CYP11A1, CYP17A1 und HSD17p3 war signifikant erhöht, wenn der RAGE-Antagonist, RES und ECH hinzugefügt wurden. Die erhöhte Expression von StAR- und CYP11A1-Proteinen wurde sowohl in der ECH- als auch in der RES-behandelten Gruppe beobachtet. Das Expressionsniveau von CYP17A1 war in den RES- und ECH-Gruppen fast ähnlich. Die Expression des HSD17&3-Proteins in ECH-behandelten Leydig-Zellen war viel höher als die der mit RES- und RAGE-Antagonisten behandelten Zellen. Eine erhöhte Expression von StAR-, CYP11A1-, CYP17A1- und HSD17p3-Proteinen zeigte die normale Produktion von Testosteron an.
3.2.In-vivo-Analyse
3.2.1. Auswirkungen des CTE auf das Körpergewicht und die Kalorienaufnahme
Nach 6 Wochen Versuch zeigte die Diabetikergruppe (HFD-DM) ein höheres Körpergewicht als die Kontrollgruppe. Die HFD-DME4-Gruppe zeigte ein geringeres Körpergewicht als die HFD-DM- und HFD-DMER-Gruppen (Abbildung 7a). Die Kalorienaufnahme der Kontrollgruppe war signifikant geringer als bei den anderen Gruppen. Es gab keinen signifikanten Unterschied zwischen der Kalorienaufnahme der anderen fünf Gruppen (Abbildung 7b).
3.2.2. Oraler Glukosetoleranztest (oGTT) zur Erfolgsbestimmung) 1 Inductien of Diabetes
Der orale Glukosetoleranztest (OGTT) wird als vielversprechendes Instrument zum Nachweis von diabetischem Mellitus eingesetzt. Ein erhöhter Glukosespiegel im Blut weist auf einen diabetischen Zustand hin. Wie in Abbildung 8a gezeigt, war der Plasmaglukosespiegel bei 0, 30, 90 und 120 min in den CTE-Gruppen niedriger als in der DM-Gruppe. Weiterhin zeigte die Fläche unter der Kurve (AUC) der Plasmaglukosekonzentration die in den CTE- und RSG-Gruppen.3.2.3.Gesamtplasmaglukose-, Cholesterin- und Triglyceridgehalte
Der Nüchtern-Blutglukosespiegel im Plasma war in der DM-Gruppe höher und in der DME2-Gruppe (außer der Kontrollgruppe) niedriger als bei anderen. Es gab keinen signifikanten Unterschied im Gesamtcholesterin zwischen den Gruppen mit Ausnahme der DME4-Gruppe. In der DME4-Gruppe war der Cholesterinspiegel niedriger als bei den anderen. Der Triglyceridspiegel war in der DM-Gruppe höher und in der DME4-Gruppe niedriger, und der Triglyceridgehalt nahm mit zunehmender CTE-Konzentration ab (Tabelle 2). Die Ergebnisse zeigen, dass der Plasmaglukose-, Cholesterin- und Triglyceridspiegel in der DM-Gruppe höher war und der Spiegel bei der Behandlung mit CTE signifikant erniedrigt war.
3.2.4.Plasma-Insulinspiegel, Plasma-Leptinspiegel und Homöostase-Modellbewertung – Insulinresistenz (HOMA-IR)-Werte
Die Plasma-Insulin-, Leptin- und HOMA-IR-Werte sind in Tabelle 3 gezeigt. Die DM-Gruppe hatte höhere Plasma-Insulin- und Plasma-Leptin-Spiegel als die Kontrollgruppe. Auch der HOMA-IR-Index war in der DM-Gruppe signifikant höher. Die Plasma-Insulin-, Leptin- und HOMA-IR-Werte wurden mit einem Anstieg der CTE-Konzentration verringert. Plasma-Leptin war in den CTE-Gruppen signifikant reduziert, aber die RSG-Medikamentengruppe (DMR) zeigte keinen signifikanten Unterschied zur DM-Gruppe.
3.2.5. Wirkung von CTE auf Plasma-LH- und -Testosteronspiegel bei diabetischen Ratten
Wie in Tabelle 4 gezeigt, waren die Konzentrationen von Testosteron bei diabetischen Ratten (DM) signifikant verringert, während die Konzentrationen von Testosteron bei verschiedenen CTE-Dosen signifikant erhöht waren. Darüber hinaus zeigten die Ergebnisse eine leichte Abnahme des LH-Spiegels in der DM-Gruppe im Vergleich zu DMR, DME1, DME2 und DME4. Die LH-Produktion war in der DME4-Gruppe höher.
3.2.6. Wirkung von CTE auf die Spermienparameter diabetischer Ratten
Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass die DM-Gruppe eine signifikante Abnahme der Spermienzahl und -beweglichkeit als die Kontrollgruppe aufwies, während die Spermienanomalierate in der DM-Gruppe signifikant erhöht war. Interessanterweise verbesserten sich die Anzahl der Spermien, die Spermienbeweglichkeit und die Spermienabnormalitätsrate der DMR-Gruppe, aber die Spermienbeweglichkeit erreichte im Vergleich zu DME4 kein signifikantes Niveau. DME2 zeigte eine bessere Spermienzahl als alle und die Beweglichkeitsrate war in der DME4-Gruppe signifikant erhöht. Es gab keinen signifikanten Unterschied zwischen der Anzahl abnormaler Spermien zwischen den mit RSG und CTE behandelten Gruppen (Tabelle 5).
3.2.7. Wirkung von CTE auf das Morpholo der Hodenkanälchen bei diabetischen Ratten
Abbildung 9 zeigt die H&E-Färbung des Hodenschnitts. Der schwarze Pfeil bezeichnet die Leydig-Zelle und der weiße Pfeil bezeichnet die Sertoli-Zelle. Sowohl die Leydig-Zelle als auch die Sertoli-Zelle in der DM-Gruppe zeigten eine signifikante Atrophie und im Lumen war ein Hohlraum zu sehen. Die Struktur von Leydig-Zellen und Sertoli wurde in CTE- und RSG-behandelten Gruppen wiederhergestellt. Die Dicke der Hodenkanälchen war in den CTE- und RSG-Gruppen höher als in der DM-Gruppe.
3.2.8. Wirkung von CTE auf KiSS1-, GPR54-, SOCS-3- und SIRT1-mRNAs im Hypothalamus diabetischer Ratten
Die Expression von KiSS1 (Abbildung 10a), GPR54 (Abbildung 10b), SOCS-3 (Abbildung 10d) und SIRT1 (Abbildung 10c) wurden in Abbildung 10 gezeigt. Die mRNA-Expression von KiSS1 und Rezeptor GPR54 in diabetischen Ratten war deutlich niedriger als in der Kontrollgruppe. Das KiSS1- und GPR 54-mRNA-Expressionsniveau in DMR, DME1, DME2 und DME4 war signifikant erhöht. Insbesondere die GPR54-mRNA-Expression war in DME4 signifikant erhöht und war der Kontrollgruppe nahezu ähnlich.
Dieses Experiment untersuchte weiter die Menge an SOCS-3- und SIRT1-mRNAs im Hypothalamus von Ratten. Die Expression von SOCS-3-mRNA war bei diabetischen Ratten signifikant erhöht, was darauf hinweist, dass die Leptinimpedanz schwerwiegender war. Die DMR-, DME1-, DME2- und DME4-Gruppen zeigten im Vergleich zur Diabetikergruppe signifikante Verbesserungen. Die SIRT1-mRNA-Expression in der DM-Gruppe war verringert
3.2.9. Wirkung von CTE auf antioxidative Enzyme in Plasma und Hoden diabetischer Ratten
Tabelle 6 zeigt, dass die Plasma-SOD-Aktivität, GPx-Aktivität und Katalase-Aktivität von diabetischen Ratten signifikant verringert und die Aktivitäten in CTE- und RSG-behandelten Gruppen erhöht waren. Darüber hinaus zeigte DM E4 signifikante Verbesserungen der GPx-Aktivität als andere. Die Ergebnisse zeigten, dass die SOD- und Katalase-Aktivitäten bei diabetischen Ratten nach sechs Wochen signifikant verringert waren. Die SOD- und Katalase-Aktivität der DMR-Gruppe erreicht kein signifikantes Niveau. Die CTE-behandelten Gruppen zeigten signifikante Verbesserungen der SOD- und Katalase-Aktivität. Die erhöhten Aktivitäten von Katalase und SOD in CTE-Gruppen wurden auch in Hoden beobachtet (Tabelle 7). Die höchste Aktivität von SOD und Katalase wurde in der DME1-Gruppe bzw. der DME2-Gruppe beobachtet.
3.2.10. Auswirkungen von CTE auf oxidativen Stress und Entzündung im Plasma und in den Hoden diabetischer Ratten
Die Produktion von Stickoxid (NO) im Plasma ( 11a ) und Hoden ( 11b ) wurde in 1 gezeigt. Die Produktion von NO in der DM-Gruppe war im Vergleich zur Kontrollgruppe sowohl im Hoden als auch im Plasma signifikant erhöht. Eine allmähliche Verringerung der NO-Produktion wurde in den DME1-, DME2- und DME4-Gruppen (im Plasma) beobachtet. Die DMR-Gruppe zeigte auch eine signifikante Verringerung der NO-Produktion. Im Fall der Hoden wurde in den CTE-Gruppen eine leichte Reduktion der NO-Produktion beobachtet, während die DMR-Gruppe die NO-Produktion nicht signifikant reduziert.
Wie in den Fig. 12 und 13 gezeigt, waren die TNF-a- und IL-6-Spiegel bei diabetischen Ratten signifikant erhöht (sowohl im Plasma als auch in den Hoden), was darauf hindeutet, dass die Entzündung schwerwiegender ist. Im Plasma ist der TNF-α-Spiegel in den CTE- und RSG-behandelten Gruppen ähnlich (Fig. 12a). Die CTE-Gruppen (insbesondere DME2) reduzierten den TNF-α-Spiegel im Hoden signifikant (Abbildung 12b). Der Spiegel von IL-6 war im Plasma der CTE- und RSG-Gruppen signifikant reduziert (Abbildung 13a). In den Hoden gab es einen Trend zu einer Verringerung des IL-6-Spiegels, dieser erreichte jedoch kein signifikantes Niveau (Abbildung 13b).
3.2.11. Auswirkungen von CTE auf oxidativen Stress und Entzündung in Spermatozoen diabetischer Ratten, induziert durch fettreiche Ernährung
Fig. 14 zeigt den Superoxidanionengehalt in Rattensperma. Die Ergebnisse zeigten, dass die Superoxid-Anionen-Produktion in den Spermien von diabetischen Ratten signifikant anstieg und es wurde keine signifikante Verbesserung in der DMR-Gruppe beobachtet. Die DME1- und DME4-Gruppen zeigten eine signifikant reduzierte Produktion von Superoxid-Anionen.
3.2.12. Auswirkungen von CTE auf die Lipidperoxidation in Spermatozoen diabetischer Ratten, induziert durch fettreiche Ernährung
Studien haben gezeigt, dass die Lipidperoxidation sowohl bei Patienten mit Typ-1- als auch Typ-2-Diabetes erhöht war [19]. Der Malondialdehyd (MDA)-Spiegel in Plasma, Sperma und Hoden ist in Tabelle 8 gezeigt. Der MDA-Spiegel in Plasma, Hoden und Sperma der DM-Gruppe war signifikant höher und die Behandlung mit CTE und RSG reduzierte die Produktion von MDA. Eine signifikante Reduktion wurde in den DME4- und DMEI-Gruppen im Plasma beobachtet. Diese Studie ergab, dass die diabetischen Ratten nicht nur den Grad der Lipidperoxidation im Plasma, sondern auch in Hoden und Spermien erhöhten.
Wirkungen von Cistanche tubulosa-Extrakt: Antioxidativer Stress und Entzündungen
4. Diskussion
Diabetes ist eine chronische Erkrankung, die mit einem hohen Blutzuckerspiegel einhergeht. Das Ungleichgewicht zwischen Antioxidantien- und ROS-Spiegeln führt zu dem Zustand, der als oxidativer Stress bezeichnet wird. Superoxid, Hydroxylradikale, Wasserstoffperoxid, Stickstoffmonoxid und Singulettsauerstoff sind einige der Beispiele für ROS, die über oxidativen Stress zu Diabetes beitragen [20]. Cittanche tubulosa ist eine Wüstenpflanze, die aktive Komponenten wie Polysaccharide, Oligosaccharide, Phenylethanoidglykoside (Echinacosid, Verbascosid), Palmitinsäure, Linolsäure, Iridoide, Alditole und Lignane enthält. Diese Pflanze ist in der Lage, entzündungshemmende, neuroprotektive, antibakterielle, antivirale, antioxidative, Antitumor- und immunmodulatorische Wirkungen hervorzurufen [21]. Literaturstudien zeigen, dass die Phenylethanoidglykoside aus Cistanche tubulosa der Hauptgrund für die antioxidative Aktivität sind [22]. Resveratrol (RES) und Rosiglitazon (RSG) wurden als Positivkontrolle für In-vitro- bzw. In-vivo-Studien verwendet. RSG ist ein starker Insulinsensibilisator und hat eine Affinität zur Isoform des Peroxisom-Proliferator-aktivierten Rezeptors (PPARc). Es kontrolliert die Hyperglykämie bei Diabetikern [23]. RES hat eine natürliche antioxidative Aktivität, wirkt als Vasodilatator, reguliert den Lipoproteinstoffwechsel, hemmt die Blutplättchenaggregation und beugt Krebs vor [24,25]. Unsere Untersuchung zeigte, dass ECH eine bessere Radikalfängeraktivität zeigt als CTE und RES (Abbildung 1). Es versteht sich auch, dass das ECH keine signifikante Toxizität für LC-540- und TM3-Leydig-Zellen verursacht (Abbildung 2).
AGEs wurden verwendet, um Stressbedingungen in Leydig-Zellen zu induzieren. Die Produktion von AGEs, Entzündungen, oxidativem Stress und Diabetes sind miteinander verbunden. Der hyperglykämische Zustand von Diabetes fördert die Zellschädigung durch die Produktion von AGEs und oxidativem Stress. AGEs induzieren eine P-Zell-Toxizität, die die Rekrutierung von Immunzellen und den Zelltod weiter fördert. Ein erhöhter AGE-Spiegel fördert die Expression von zwei Arten von Rezeptoren namens RAGE und AGER1 [26]. Das Abtropfen und anschließende Übertragen eines Elektrons aus der mitochondrialen Atmungskette auf molekularen Sauerstoff bei oxidativem Stress führt zur Bildung eines Superoxid-Anions. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die durch AGEs induzierte Produktion von Superoxid-Anionen in der Kontrollgruppe erhöht war und weitere Verbesserungen sowohl bei ECH- als auch bei RES-Behandlungen beobachtet wurden. Gemäß unserer Studie war klar, dass die durch AGEs induzierte Produktion von Superoxid (Abbildung 3) und H2O2 (Abbildung 4) in Gegenwart von ECH und RES verringert war.
NF-kB ist als wichtiger Entzündungsmediator bei Diabetes bekannt [27]. Die Expression von NF-kB führt zu p-Zell-Dysfunktion und Zelltod. Die Aktivierung von NF-KB durch oxidativen Stress stimuliert die entzündungsfördernde Reaktion, die Hochregulierung von Endothelin und die Apoptose [28]. Die Expression von RAGE und NF-kB war in AGE-stimulierten Gruppen erhöht und die anschließende Reduktion wurde in ECH- und RES-behandelten Zellen beobachtet (Fig. 5).
Testosteron ist ein anaboles Steroid und primäres männliches Sexualhormon, das aus Cholesterin synthetisiert wird. Der Prozess beginnt mit der oxidativen Spaltung der Seitenkette von Cholesterin durch das Cholesterin-Seitenkettenspaltungsgen (CYP11A). Dieses Gen ist in der Mitochondrienmembran lokalisiert und wandelt das Cholesterin in Pregnenolon um. Als nächstes entfernt das CYP17A1-Gen aus dem endoplasmatischen Retikulum zwei zusätzliche Kohlenstoffatome und produziert mehrere C19-Steroide. Darüber hinaus wird das Pregnenolon durch Hydroxysteroiddehydrogenase (3-p-HSD) zu Androstendion/Progesteron oxidiert. Schließlich wird Testosteron durch die Reduktion der Ketogruppe an der 17. Kohlenstoffposition von Androstendion durch 17-beta-Hydroxysteroiddehydrogenase (17-p-HSD) produziert. Leydig-Zellen sind an der Hauptproduktion von Testosteron beteiligt. Der Transfer von Cholesterin in die innere Mitochondrienmembran erfordert die Wirkung des steroidogenen akuten regulatorischen Proteins (StAR). Die vorliegenden Studien zeigen, dass die Expression von StAR, CYP11A1, CYP17A1 und HSD17p3 in AGE-behandelten Zellen (Kontrolle) verringert war und dass in ECH- und RES-behandelten Zellen ein enormer Anstieg gezeigt wurde ( 6 ). Somit zeigen die Ergebnisse, dass die Produktion von Testosteron in den ECH- und RES-behandelten Gruppen erhöht war.
Während eines diabetischen Zustands ist der Glukosetransport zu den Organen eingeschränkt und als Folge steigen die Glukosespiegel an [29]. Daher ist der hyperglykämische Zustand einer der wichtigen Marker für die Erkennung von Diabetes. Unsere Studien zeigen, dass der Plasmaglukosespiegel in diabetischen Gruppen erhöht war und die AUC der DM-Gruppe signifikant höher war als die der anderen Gruppen (Abbildung 8). Zusammen mit der Plasmaglukose war der Gesamtcholesterin- und Triglyceridgehalt in der DM-Gruppe signifikant erhöht (Tabelle 2). Atherosklerose wird durch einen erhöhten Cholesterin- und Triglyceridspiegel begünstigt [30]. Der Cholesterin- und Triglyceridspiegel war jedoch in den mit CTE und RSG behandelten Gruppen verringert. Der Triglyceridgehalt der DME4-Gruppe erreichte einen fast ähnlichen Wert wie die Kontrollgruppe.
Insulin ist ein Hormon, das von den P-Zellen der Bauchspeicheldrüse produziert und funktionalisiert wird, um den Blutzuckerspiegel im Körper zu kontrollieren, während Leptin ein Hormon ist, das von den Adipozyten produziert wird und in der Lage ist, die Nahrungsaufnahme und Energienutzung zu regulieren. Studien zeigten, dass Leptin an der Pathophysiologie von Fettleibigkeit beteiligt ist und dass es eine positive Wechselwirkung zwischen Leptin und Insulin gibt [31]. Unsere Studien zeigen, dass der Plasmaspiegel von Inulin und Leptin in der DM-Gruppe höher war und der Insulinspiegel mit einer Erhöhung der CTE-Konzentration abnahm. Die RSG-Gruppe zeigt keinen signifikanten Unterschied zur DM-Gruppe. Die Insulinresistenz und P-Zell-Funktion wurden durch bewertet
HOMA-IR-Verfahren. Der HOMA-IR-Wert stieg in der DM-Gruppe und unterschied sich signifikant von anderen Gruppen (Tabelle 3).
DM beeinflusst die Fortpflanzungsfunktion über die hormonelle Veränderung in der HPG-Achse und Studien haben gezeigt, dass die Insulinexpression in den Hoden auch durch Diabetes beeinflusst wird. Es ist gekennzeichnet durch eine Vakuolisierung der Sertoli-Zellen, eine erhöhte DNA-Fragmentierung, eine beeinträchtigte Spermatogenese und eine erhöhte Keimzelldepletion. Oxidativer Stress trägt auch zu Anomalien der Fortpflanzungsfunktion bei [32]. Der Prozess der Spermienbildung im männlichen Fortpflanzungsorgan (Hoden) wird als Spermatogenese bezeichnet. Der Hoden besteht aus eng gewundenen Tubuli, den Samenkanälchen. Sertoli-Zellen sind in den Wänden der Hodenkanälchen zu sehen und versorgen die unreifen Spermien mit Nahrung. Die Untersuchung der Spermienparameter zeigte, dass die Anzahl der Spermien und die Beweglichkeit abnahmen und die Anomalien in der DM-Gruppe zunahmen (Tabelle 5). Ein gegenteiliger Effekt wurde in den mit CTE und RSG behandelten Gruppen beobachtet. Sowohl die Leydig-Zellen als auch die Sertoli-Zellen in der DM-Gruppe zeigten eine signifikante Atrophie und der Hohlraum war im Lumen zu sehen. Auch die Dicke der Hodenkanälchen nahm in der DM-Gruppe ab. Ein verbessertes Ergebnis wurde in CTE- und RSG-behandelten Gruppen beobachtet (Abbildung 9). Zusätzlich dazu nahmen die LH- und Testosteronspiegel in der DM-Gruppe ab und die Spiegel stiegen in den CTE-behandelten Gruppen (Tabelle 4). Bei Männern waren niedriges Serumtestosteron und eine niedrigere LH-Pulsfrequenz häufig mit Fettleibigkeit und Diabetes mellitus Typ 2 verbunden [33].
Kisspeptine, die vom KiSS1-Gen kodiert werden, sind als starke Stimulatoren der HPG-Achse bekannt, und jede Mutation im Kisspeptin-Gen führt zu niedrigen Spiegeln von Sexualsteroiden und Gonadotropin. Studien zeigen, dass bei STZ-induzierten diabetischen Ratten die Kiss1-mRNA-Spiegel verringert waren [33]. Die Initiierung und Aufrechterhaltung der Unfruchtbarkeit bei Säugetieren sind mit dem G-Protein-gekoppelten Rezeptor 54 (GPR54) verbunden. Die Mutation in GPR 54 ist durch das Fehlen der Geschlechtsreife und einen niedrigen Gehalt an gonadotropen Hormonen (LH und FSH) gekennzeichnet. Proinflammatorische Zytokine wie IL-6 und TNF-a regulieren die Expression des Suppressors of Cytokine Signaling 3 (SOCS3) hoch, der an der entzündungsvermittelten Insulinresistenz in der Leber und den Adipozyten beteiligt ist [34]. SIRT 1 ist ein Gen, das mit der Regulation mehrerer Alterskrankheiten assoziiert ist. Dieses Gen wird prominent in den p-Zellen der Bauchspeicheldrüse exprimiert und reguliert die Insulinsekretion und verhindert die Apoptose. Aktuelle Studien zeigten, dass die Expression von KiSS1, GPR54 und SIRT1 in der DM-Gruppe abnahm, aber die Expression in CTE-behandelten Gruppen zunahm (Abbildung 10). Ein Anstieg der SOCS-3-Ausdrücke in der DM-Gruppe zeigte den entzündlichen Zustand an. Die erste identifizierte molekulare Verbindung zwischen Fettleibigkeit und Entzündung war TNF-a. Daher ist ein erhöhter TNF-a-Spiegel ein Indikator für eine Entzündung. Der verringerte Spiegel an entzündungsfördernden Zytokinen wie TNF-a und IL-6 wurde in CTE-behandelten Gruppen beobachtet (Abbildungen 12 und 13).
Das Ungleichgewicht zwischen ROS und Antioxidantien führt zum diabetischen Zustand. Superoxiddismutase (SOD), Katalase (CAT) und Glutathionperoxidase (GPX) sind als die primären Antioxidantien bekannt, die für die Aufrechterhaltung des optimalen ROS-Spiegels verantwortlich sind [35]. Anhand der Ergebnisse wurde festgestellt, dass die Aktivität von Antioxidantien in der DM-Gruppe signifikant geringer war. CT-behandelte Gruppen zeigten Verbesserungen bei der Produktion von Antioxidantien. Die mit RSG behandelte Gruppe zeigte keine signifikanten Verbesserungen der antioxidativen Aktivität (Tabellen 6 und 7).
Stickstoffmonoxid (NO) ist als wichtiges ROS bekannt, das zu Entzündungen beiträgt. Unsere Studien weisen darauf hin, dass der NO-Spiegel in den mit CTE behandelten Gruppen verringert war (Abbildung 11). Die Ergebnisse zeigten, dass der Gehalt an Superoxidanionen in den Spermien diabetischer Ratten signifikant anstieg und dass es nach der Verabreichung von RSG zu keiner signifikanten Verbesserung kam. Die Produktion von Superoxid wurde in CTE-Gruppen reduziert.
Die Bestimmung von MDA ist sehr nützlich zur Beurteilung der Lipidperoxidation. Lipidperoxidation ist der Prozess der Oxidation von Lipiden und führt schließlich zu Zellschäden. MDA entsteht durch Lipidperoxidation mehrfach ungesättigter Fettsäuren. Studien zeigen, dass der MDA-Spiegel mit dem Alter und dem Blutzuckerspiegel im Nüchternzustand korreliert [36]. Die aktuelle Studie zeigte, dass der CTE die Lipidperoxidation in Plasma, Hoden und Spermien verbessert (Tabelle 8).
Cistanche tubulosa-Extrakt
5. Schlussfolgerungen
Der oxidative Stress während diabetischer Zustände stört das männliche Fortpflanzungssystem durch eine Beeinträchtigung der Spermien und eine Funktionsstörung der Keimdrüsen. Cistanche tubulosa ist eine Wüstenpflanze, die aufgrund ihrer pharmakologischen Wirkung in der chinesischen Medizin weithin akzeptiert ist. Echinacosid (ECH) ist der Hauptbestandteil von CTE, der für antioxidative und entzündungshemmende Aktivitäten verantwortlich ist. Unsere In-vitro-Ergebnisse zeigten, dass ECH den Testosteron-Syntheseweg wiederherstellte und das Niveau der NF-kB- und RAGE-Proteinexpression senkte. ECH hemmte wirksam die Produktion von Superoxid-Anion und H2O2 in Leydig-Zellen. Die In-vivo-Studien zeigten, dass ECH die Spiegel von Cholesterin, Triglyceriden, TNF-a und IL-6 senkte. Darüber hinaus war die mRNA-Expression im Hypothalamus der diabetischen Ratten signifikant verbessert. Es ist auch zu beachten, dass das ECH die Lipidperoxidation verringerte und die Insulinresistenz bei diabetischen männlichen Ratten verbesserte. Die antioxidativen Aktivitäten nahmen sowohl im Plasma als auch in den Hoden zu. Daher deuten unsere Studien darauf hin, dass das ECH einen wirksamen Schutz gegen reproduktive Dysfunktion bei STZ-induzierten diabetischen männlichen Ratten bietet.
Autorenbeiträge:F.-CK führte Untersuchungen, formale Analysen und Softwareanalysen durch. AJ und J.-LH nahmen an der Datenpflege teil und entwarfen das Manuskript. Z.-LK und AJ konzipierten die Manuskriptbesprechung und redigierten sie. Z.-LK formulierte die Methodik und überwachte den gesamten Versuch. S.-CC war an der formalen Analyse, Untersuchung und Validierung beteiligt. Alle Autoren trugen zur Datenanalyse, zum Entwurf und zur kritischen Überarbeitung des Papiers bei, gaben die endgültige Genehmigung der zu veröffentlichenden Version und stimmen zu, für alle Aspekte der Arbeit verantwortlich zu sein.
Finanzierung:Diese Arbeit wurde vom Center of Excellence for the Oceans, National Taiwan Ocean University, aus dem Featured Areas Research Center Program im Rahmen des Higher Education Sprout Project des Bildungsministeriums (MOE), Taiwan, finanziell unterstützt.
Interessenskonflikte:Die Autoren erklärten keinen Interessenkonflikt.
Verweise
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Cistanche tubulosa-Ergänzungen
