Undersøgelse af mekanismen for total caffeoylquinic acid, der regulerer PI3K/Akt/FoxO3a-stien og forsinker aldring i Scutellaria baicalensis
Aldring er et gradvist fysiologisk fald relateret til alder, som fører til tab af overlevelsesevne og øget sårbarhed. Aldring påvirkes af miljømæssige og genetiske faktorer og har tolv hovedkarakteristika: genomisk ustabilitet, epigenetiske ændringer, telomerudtømning, ernæringsmæssige perceptionsforstyrrelser, ubalance i proteinhomeostase, mitokondriel dysfunktion, cellulær aldring, unormal intercellulær kommunikation, stamcelleudtømning, makroautofagi-inaktivering, kronisk inflammation og tarmmikrobiota-dysbiose. Blandt disse funktioner er "ernæringsmæssig dysregulering" den første, der er blevet bekræftet på molekylært niveau, og som påvirker levetiden ved at regulere downstream-signalveje gennem binding af insulin og insulinlignende vækstfaktor-1 (IGF-1) til insulinreceptorer. Insulin/IGF-1 binder til insulinreceptorer for at aktivere phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K), som katalyserer produktionen af 3,4,5-triphosphat phosphatidylinositol (PIP3) fra 4,5-diphosphat phosphatidylinositol (PIP2). Efterfølgende rekrutteres proteinkinase B (Akt/proteinkinase B, Akt/PKB) til plasmamembranen, og threonin i Akt udtrykkes gennem henholdsvis PIP3-afhængig kinase-1 og -2 (PDK-1 og PDK-2). Fosforylering sker på position 308 (Thr308) og 473 (Ser473) af serin, hvilket danner fosforyleret Ak (t-phosphop Akt, p-Akt) og aktiverer Akt. Forkhead box class O3a (FOXO3a) er et af de fire medlemmer af forkhead box transkriptionsfaktor O-underfamilien. Aktiveret Akt phosphorylerer treonin 32-stedet (Thr32) og serin 253-stedet (Ser253) i FoxO3a og danner phosphoryleret FOXO3 (en phosphop-FOXO3a, p-FOXO3a), som fremmer bindingen af FoxO3a til 14-3-3-protein og derved forhindrer FoxO3a i at komme ind i kernen og miste transkriptionel aktivitet. FoxO3a er en vigtig transkriptionsfaktor, der regulerer aldring, og som kan spille en rolle i at fremme lang levetid ved at fremme autofagi, forbedre oxidativ resistens og opretholde stamcellepluripotency. Med hensyn til oxidativ resistens øger transkriptionel aktivering af FoxO3a udtrykket af gener som superoxiddismutase (SOD), glutathionperoxidase (GSH Px) og katalase (CAT), fjerner reaktive iltarter (ROS) og reducerer niveauet af lipidperoxidationsproduktet malondialdehyd (MDA), hvilket forsinker kroppens aldring og forlænger levetiden. Undersøgelser af hvirvelløse dyr og hvirveldyr har vist, at reduktion af insulin/IGF-1-niveauer og mutation af insulinreceptorer, PI3K og Akt kan fremme FoxO3a's nukleare translokation, øge dens transkriptionelle aktivitet og forsinke aldring.
Erigeron breviscapus (Vant.) Hand- Mazz.)， Også kendt som Dengzhan Hua, først registreret i "Dian Nan Ben Cao", har den virkningerne af at fremme blodcirkulationen, fjerne blokering af meridianer, lindre smerter, fordrive vind og fordrive kulde. Det bruges hovedsageligt til behandling af slagtilfælde, brystsmerter, gigtsmerter, hovedpine og tandpine. Flavonoider og caffeoylquinic acid (CQA) er de vigtigste aktive komponenter i Scutellaria baicalensis. Tidligere undersøgelser ved hjælp af netværksfarmakologi og molekylær docking har vist, at flavonoider og CQA-forbindelser er potentielle aktive ingredienser i Scutellaria baicalensis' anti-aldringsegenskaber, som kan udøve anti-aldringseffekter ved at regulere fire vigtige mål: p53, AKT, HDAC1 og SIRT1. I molekylær docking har caffeoylforbindelser, herunder enkelte CQA-komponenter 4-CQA, 5-CQA, chlorogensyre og dicaffeoylquinsyre (DCQA)-komponenter 4,5-DCQA, 3,4-DCQA, 3,5-DCQA, 1,3-DCQA og 1,5-DCQA, højere docking-score med AKT end deres hæmmende ligander. Levetidseksperimentet viste, at disse komponenter alle har den effekt, at de forlænger nematoders levetid. Blandt dem er det blevet bekræftet gennem mutantstammer og transgene nematoder, at 3,5-DCQA hæmmer aktiviteten af PI3K- og AKT-homologer AGE-1 og AKT-1 i nematoder, fremmer indgangen af FoxO3a-homolog DAF-16 i kernen og dermed udøver en levetidsfremmende effekt. Ovenstående resultater tyder på, at CQA-komponenter i Scutellaria baicalensis kan forsinke aldring ved at hæmme AKT-aktivitet og regulere PI3K/Akt/FoxO3a-vejen. Formålet med denne undersøgelse er at observere anti-aging-effekten af total caffeoylquinic acid fra Erigeron breviscapus (EBCQA) på baggrund af tidligere forskning og at udforske anti-aging-mekanismen for EBCQA baseret på PI3K/Akt/FoxO3a-vejen.

Aldring er en naturlig proces i livet, og selv om den er uundgåelig, kan den forsinkes gennem ernæringsmæssig regulering, genetisk manipulation, medicinsk intervention og andre midler. Endnu vigtigere er det, at disse anti-aldringsinterventioner ikke kun forlænger levetiden, men også forbedrer kroppens generelle sundhed betydeligt. I tidligere undersøgelser har vi fundet ud af, at EBCQA har potentielle anti-aldringseffekter og kan være relateret til regulering af AKT-aktivitet. I denne undersøgelse bekræftede vi, at EBCQA har den effekt, at det forlænger nematodernes levetid, øger oxidations- og varmebestandigheden og forbedrer bevægeligheden. Gennem mutantstammer af nematoder bekræftede vi, at EBCQA's anti-aldringseffekt er relateret til regulering af PI3K/Akt/FoxO3a-vejen, forbedring af antioxidant enzymaktivitet og reduktion af MDA-niveauer; Hos D-galaktose-inducerede aldrende rotter forbedrer EBCQA indlærings- og hukommelsesevnen, thymus- og miltkoefficienterne, hæmmer PI3K- og Akt-aktivering samt FoxO3a-phosphorylering, forbedrer antioxidant-enzymaktiviteten og reducerer MDA-niveauerne.
Komponenter i CQA-klassen er en vigtig klasse af fenoliske aktive ingredienser i Scutellaria baicalensis, og de findes også i mange fødevarer (f.eks. lilla søde kartofler, grøn kaffe) og lægeurter. CQA-forbindelser har neurobeskyttende, hjerte-kar-beskyttende, antioxiderende, antiinflammatoriske, antidiabetiske og andre virkninger. Med hensyn til anti-aging forlængede grøn kaffeekstrakt og kaprifolieekstrakt, der er rigt på CQA-komponenter, nematodernes levetid, men det er stadig uklart, om deres anti-aging-mekanismer involverer PI3K/Akt/FoxO3a-vejen; CQA-komponenternes anti-aging-effekter hos pattedyr er sjældent rapporteret. I overensstemmelse med tidligere rapporter om, at CQA-komponenter har evnen til at forlænge nematoders levetid, fandt vi, at EBCQA forlænger nematoders levetid med en maksimal forlængelseshastighed på 17,7% og forbedrer oxidativ modstand, varmebestandighed og bevægelighed. Den D-galaktose-inducerede aldrende rottemodel har vist sig effektivt at simulere naturlig aldring og bruges derfor i vid udstrækning til at studere aldringsmekanismer og screene lægemidler, der forsinker aldring. Nedsat indlærings- og hukommelsesevne er almindelige fysiologiske fænomener i forbindelse med aldring, og nogle kan udvikle sig til neurodegenerative sygdomme som Alzheimers sygdom. Når alderen stiger, eller der opstår sygdomme, falder kroppens immunforsvar som regel gradvist. Thymus og milt er vigtige immunorganer, og deres organindekser kan til en vis grad afspejle størrelsen på kroppens immunforsvar. Derfor er indlærings- og hukommelsesevnen samt thymus/milt-organindekset almindeligt anvendte indikatorer til evaluering af aldring og anti-aldring. D-galaktose-inducerede aldrende rotter viste nedsat indlærings- og hukommelsesevne samt nedsat thymus- og miltkoefficient. Indgivelse af EBCQA forbedrede effektivt indlærings- og hukommelsesevnen og øgede thymus- og miltkoefficienterne. Disse resultater indikerer, at EBCQA har en anti-aldringseffekt hos både hvirvelløse nematoder og hvirveldyr med D-galaktose-induceret aldring.
PI3K/Akt/FoxO3a-vejen er en evolutionært bevaret signalvej, der reguleres af insulin, IGF-1 og andre faktorer. I reguleringen af aldring spiller PI3K og Akt en rolle i forhold til aldring, mens FOXO3a spiller en rolle i forhold til anti-aldring. I nematoder er AGE-1, AKT-1 og DAF-16 homologer til henholdsvis PI3K, Akt og FoxO3a hos pattedyr. Nematoder med AGE-1-mutationer har en gennemsnitlig levetidsforlængelse på 40% til 65%, dem med AKT-1-mutationer har også betydeligt længere levetid, og DAF-16-mutationer forkorter levetiden betydeligt. Hos pattedyr inducerer overekspression af AKT-1 cellulær aldring. Mus med AKT-1-mutationer (Akt1+/-) har en 8% øget levetid for mænd og en 15% øget levetid for kvinder. Forskning i langlivede befolkninger har også vist, at genetiske polymorfismer/mutationer, der fører til tab af funktion af IGF-1-receptorer, insulinreceptorer eller deres downstream-faktorer (såsom PI3K, AKT), er forbundet med forlænget levetid hos mennesker. Undersøgelsen af langlivede populationer blandt japanske amerikanere, han-kinesere, californiere, newenglandere, ashkenazi-jøder, danskere, tyskere og italienere viser, at de genetiske polymorfismer af rs2764264, rs2802292 osv. i FOXO3a er relateret til lang levetid og sund aldring. I reguleringen af PI3K/Akt/FoxO3a-stien aktiveres Akt ved phosphorylering af Thr308 og Ser473, mens FoxO3a hæmmes ved phosphorylering af Thr32 og Ser253. I denne undersøgelse forlængede EBCQA levetiden for vildtypenematoden N2 og fremmede DAF-16's nukleare translokation, men havde ingen effekt på levetiden for AGE-1-, AKT-1- og DAF-16-mutanter, hvilket indikerer, at EBCQA's rolle i forlængelsen af levetiden afhænger af reguleringen af PI3K/Akt/FoxO3a-vejen. Rotter behandlet med D-galactose viste opregulering af PI3K-, Akt-, p-Akt- og p-FOXO3a-ekspression, mens FOXO3a-ekspressionen blev nedreguleret. Dette stemmer overens med tidligere rapporter om ændringer i D-galactose-inducerede aldrende rotter og naturligt aldrende små/store rotter. Disse ændringer i proteinudtryk kan føre til nedsat indlærings- og hukommelsesevne samt nedsat thymus- og miltkoefficient og derved fremkalde aldring. Efter indgivelse af EBCQA blev disse ændringer hæmmet, hvilket kan have en anti-aldringseffekt.
I 1956 foreslog den britiske forsker Harmna for første gang teorien om aldring med frie radikaler og mente, at den cellulære dysfunktion forårsaget af frie radikalers angreb på biomolekyler er en af de grundlæggende årsager til aldring i kroppen. I denne undersøgelse øgede EBCQA aktiviteten af SOD, GSH Px og CAT i nematoder behandlet med paraquat og rotter behandlet med D-galactose, samtidig med at MDA-niveauet blev reduceret. Den øgede aktivitet af disse antioxidantenzymer kan føre til en reduktion af ROS og oxidativ skade og dermed bidrage til at forsinke aldring. En af de downstream-mekanismer, hvormed PI3K/Akt/FoxO3a-vejen påvirker levetiden, er reguleringen af oxidativ resistens. Hos nematoder udviser nogle langlivede mutantstammer, såsom daf-2 (e1368) og age-1 (hx546), øget aktivitet af antioxidantenzymerne SOD, GSH Px og CAT, som er afhængige af DAF-16. Efter DAF-16-mutationen er antioxidant-enzymaktiviteten hos disse mutantstammer næsten den samme som hos vildtype-nematoden N2. Hos pattedyr regulerer FoxO3a udtrykket af antioxidantenzymer som SOD, GSH Px, CAT og hæmmer aktiviteten af FoxO3a, hvilket fører til ophobning af ROS i celler, fremskynder åreforkalkning og øger risikoen for kræft. EBCQA fremmer den nukleare indtrængen af nematoden DAF-16 og hæmmer fosforyleringen af rotte-FoxO3a, hvilket indikerer, at EBCQA kan spille en anti-aging-rolle ved at øge FoxO3a-transkriptionsaktiviteten og antioxidant-enzymaktiviteten.
Sammenfattende kan EBCQA effektivt forlænge levetiden for nematoder og modvirke D-galactose-induceret aldring hos rotter. Dets virkningsmekanisme kan være ved at hæmme PI3K- og Akt-aktivering, reducere FOXO3a-phosphorylering, fremme FOXO3a-kerne- og transkriptionsaktivitet, øge antioxidant-enzymaktivitet, hæmme oxidativ stress og dermed forsinke aldring.