Die Auswirkungen von Polysacchariden aus Atractylodes macrocephala und n-Butanol auf die mitochondriale Autophagie bei Ratten mit Milzdefizit
Milzmangel ist ein häufiges Syndrom bei der Differenzierung von Organen und Eingeweiden, das sich in der Regel in Form von Abmagerung, Appetitlosigkeit, Magenschmerzen, Blähungen, Müdigkeit, blassem Teint, lockerem Stuhlgang usw. äußert. Milzmangel bedeutet, dass sich der Körper in einem energiearmen Stoffwechselzustand befindet, insbesondere in Verbindung mit gastrointestinalen Funktionsstörungen. Es ist erwähnenswert, dass die Mitochondrien eine wichtige Energiequelle für die gastrointestinale Peristaltik im Körper darstellen, indem sie durch oxidative Phosphorylierung Energie in Form von ATP produzieren und ein wichtiges Glied im "milzvermittelten Transport" sind. Oxidative Schäden, Nährstoffmangel und andere äußere Reize können leicht zu einer Schädigung der Mitochondrien führen. Als Reaktion darauf können die Wirtszellen Autophagie-Mechanismen aktivieren, um geschädigte Mitochondrien zu beseitigen und die zelluläre Homöostase zu erhalten. Wenn die Autophagie-Funktion beeinträchtigt ist und geschädigte Mitochondrien nicht rechtzeitig beseitigt werden können, kann dies zum Zelltod führen. Forschungen haben ergeben, dass bei Tieren mit Milzdefiziten Anomalien der mitochondrialen Autophagie in Zellen wie Skelettmuskeln, Nerven, Leber und Herzmuskel beobachtet worden sind.
Atractylodes lancea (Thunb.) DC ist eine mehrjährige krautige Pflanze aus der Familie der Asteraceae, die feuchtigkeitstrocknend und milzstärkend wirkt. Das chinesische Arzneibuch gibt als Quelle das Rhizom der Asteraceae-Pflanze Atractylodes macrocephala oder Atractylodes macrocephala an. Die Wildvorkommen von Atractylodes macrocephala sind hauptsächlich in Hubei, Xuancheng, Anhui, Wuning, Jiangxi und Hanzhong, Shaanxi verbreitet, während die Wildvorkommen von Atractylodes macrocephala hauptsächlich in Nordostchina, der Inneren Mongolei, Hebei und anderen Regionen zu finden sind. Traditionell wird angenommen, dass Atractylodes macrocephala im Maoshan-Gebiet der Provinz Jiangsu die beste Qualität hat und ein echtes Heilkraut ist. In vielen Ländern wie Thailand und Japan wird Atractylodes macrocephala auch häufig zur Behandlung von Erkrankungen des Verdauungssystems eingesetzt. Moderne pharmakologische Studien haben gezeigt, dass Atractylodes macrocephala den Gehalt an gastrointestinalen Hormonen im Serum von Ratten regulieren kann; Atractylodes macrocephala-Extrakt hat eine hemmende Wirkung auf das Wachstum von Magenkrebszellen (BGC-823 und SGC-7901) und Helicobacter pylori. Atractylodes macrocephala enthält verschiedene Arten von chemischen Bestandteilen, darunter ätherische Öle, Polysaccharide, Glykoside und nichtflüchtige Stoffe mit geringer Polarität. Das Forschungsteam hatte zuvor festgestellt, dass Polysaccharide aus Atractylodes macrocephala und seine n-Butanol-Komponenten (Glykoside) therapeutische Wirkungen auf Milzschwäche haben. Auf dieser Grundlage ist dieses Experiment das erste, das den Mechanismus der wirksamen Komponenten von Atractylodes macrocephala zur Regulierung der Milzschwäche aus der Perspektive der mitochondrialen Autophagie untersucht, mit dem Ziel, die Grundlage für eine rationale Anwendung von Atractylodes macrocephala zu schaffen.

 

Die klinische Diagnose eines Milzmangels basiert im Allgemeinen auf den Symptomen. Patienten mit Milzmangel weisen häufig Symptome wie verminderten Appetit, dumpfe Bauchschmerzen, Müdigkeit und kalte Gliedmaßen auf. Appetitlosigkeit äußert sich bei Tieren mit Milzmangel als Gewichtsverlust, Bauchschmerzen als Rundrücken, Müdigkeit und Schwäche als Lustlosigkeit und leichte Ermüdbarkeit, und Angst vor Kälte als Zusammenziehen und Einrollen. In diesem Experiment zeigten die Ratten nach der Modellierung Anzeichen von Abmagerung, Rundrücken, Lustlosigkeit und Zusammenrollen, was den Erfolg des etablierten Milzmangel-Rattenmodells bestätigte.

Der Regulierungsmechanismus der mitochondrialen Autophagie ist komplex, und mehrere Signalwege können verschiedene Arten von Autophagieprozessen vermitteln. Der PINK1/Parkin-Signalweg ist der häufigste und am besten untersuchte Autophagie-Signalweg in Mitochondrien. PINK1 ist in gesunden Mitochondrien in der Regel nicht nachweisbar, da es nach dem Eintritt in die Mitochondrien durch Intramembranhydrolasen (Parl) gespalten und anschließend abgebaut wird. Wie in Abbildung 5 dargestellt, wird bei geschädigten Mitochondrien der Eintritt von PINK1 in den mitochondrialen Stoffwechselweg aufgrund einer Abnahme des inneren Membranpotenzials blockiert, wodurch es sich kontinuierlich an der äußeren Membran der Mitochondrien anreichert und Parkin in die geschädigten Mitochondrien rekrutiert. Parkin ist eine E3-Ubiquitin-Proteinligase, die geschädigte mitochondriale Membranproteine ubiquitinieren kann, wenn sie durch PINK1 aktiviert wird. Es wird von dem selektiven Autophagie-Adaptorprotein p62 erkannt und verbindet sich dann mit dem mit der Autophagie verbundenen Protein Microtubule Associated Protein 1 Light Chain 3 (LC3) auf der Autophagosomenmembran, wodurch die Autophagie eingeleitet wird und letztlich beschädigte Mitochondrien abgebaut werden. In dieser Studie wurde festgestellt, dass die mRNA- und Proteinkonzentrationen von PINK1 und Parkin in der Modellgruppe deutlich erhöht waren, was auf das Vorhandensein geschädigter Mitochondrien hinweist. Der PINK1/Parkin-Signalweg wurde aktiviert, aber die geschädigten Mitochondrien wurden möglicherweise aufgrund einer Funktionsstörung nicht durch Autophagie abgebaut. Nach der Behandlung mit Polysacchariden aus Atractylodes macrocephala und n-Butanol sanken die mRNA- und Proteingehalte von PINK1 und Parkin in jeder Rattengruppe, was darauf hindeutet, dass einige geschädigte Mitochondrien abgebaut und durch Autophagie beseitigt wurden.

Die mitochondriale Autophagie wird von vielen mit der Autophagie verwandten Proteinen eng reguliert, so dass die Expression bestimmter Schlüsselproteine häufig zur Bestimmung der Stärke der Autophagie herangezogen wird, von denen LC3 und p62 besonders wichtig sind. Wenn keine Autophagie stattfindet, liegt das meiste LC3 im Zytoplasma in Form von LC3I vor. Wenn Autophagie stattfindet, wird LC3 ubiquitiniert und bindet sich an Phosphatidylethanolamin auf der Oberfläche der Autophagosomen, um LC3II zu bilden, das sich auf der Membranoberfläche der Autophagosomen befindet. Daher ist das Auftreten von LC3II häufig ein wichtiger Marker für die Autophagie. Als wichtiges Adapterprotein für die selektive Autophagie kann p62 an LC3II binden und als Substrat für die selektive Autophagie dienen. Wenn sich Lysosomen und Autophagosomen in der Bindungsphase befinden, kann p62 als Spender für Lysosomen fungieren und Autophagosomen dazu bringen, sich mit ihnen zu verbinden und Autolysosomen zu bilden. Schließlich werden die Substrate durch proteolytische Enzyme in den Lysosomen abgebaut, und p62 wird anschließend ebenfalls abgebaut. Die Autophagie geht in der Regel mit einer Abnahme von p62 einher. In dieser Studie wurde beobachtet, dass die Expression des LC3II-Proteins und das LC3II/I-Verhältnis in der Modellgruppe signifikant niedriger waren als in der Blindgruppe, was darauf hindeutet, dass die Autophagosomenbildung in den Zellen des Magenvorhofgewebes während des Milzmangels eingeschränkt ist. Der Anstieg der mRNA- und Proteinspiegel von p62 deutet auf eine Hemmung der Autophagie-Aktivität hin. Nach der Verabreichung von Polysacchariden aus Atractylodes macrocephala, Atractylodes macrocephala und n-Butanol war die Umwandlung von LC3 Ⅰ in LC3II in jeder Rattengruppe erhöht, und die p62 mRNA- und Proteinkonzentrationen sanken, was auf eine Erhöhung der Autophagieaktivität hinweist. Entsprechend den Ergebnissen der Transmissionselektronenmikroskopie war die mitochondriale Struktur der Ratten der Modellgruppe stark geschädigt, und es wurde keine autophagische Struktur beobachtet, was darauf hindeutet, dass eine gestörte Autophagie-Funktion zur Anhäufung von geschädigten Mitochondrien geführt haben könnte. Nach der Verabreichung verringerte sich die strukturelle Schädigung der Mitochondrien in jeder Rattengruppe, und die Zahl der autophagischen Lysosomen nahm zu. Daher glauben wir, dass ein Milzmangel zu einer Beeinträchtigung der mitochondrialen Autophagie-Funktion im Magen-Antralgewebe von Ratten führt, während die Verabreichung von Polysacchariden aus Atractylodes macrocephala und Atractylodes macrocephala mit n-Butanol die Autophagie fördert.

Eine Behinderung der mitochondrialen Autophagie geht in der Regel mit der Produktion reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) einher, und ein Anstieg der intrazellulären ROS-Werte führt zu oxidativem Stress. Oxidativer Stress greift die Mitochondrienmembran an, was zu einer Verringerung des Membranpotenzials, einer Schädigung der Mitochondrien und einer Funktionsbeeinträchtigung führt, die wiederum Defekte bei der Energieerzeugung und einen Anstieg der ROS auslöst, wodurch ein Teufelskreis entsteht. Beschädigte und funktionsgestörte Mitochondrien werden selektiv durch mitochondriale Autophagie beseitigt, was zur Verringerung der ROS-Produktion beiträgt und oxidative Schäden an normalen Zellen verhindert. H2O2 ist das wichtigste endogene ROS in den Zellen, das durch fast alle oxidativen Stressfaktoren erzeugt werden kann und frei in die Zellen hinein- und aus ihnen herausdiffundieren kann, was ein Ungleichgewicht im oxidativen Antioxidationssystem verursacht. Daher wird in diesem Experiment der ROS-Gehalt indirekt durch die Bestimmung des H2O2-Gehalts bewertet. Die Forschungsergebnisse zeigten, dass der H2O2-Gehalt, das Membranpotenzial und das ATP bei Ratten mit Milzdefiziten abnahmen, was auf eine gestörte Mitochondrienfunktion hindeutet. Die Behandlung mit Polysacchariden aus Atractylodes macrocephala und n-Butanol führte zu einer signifikanten Verbesserung der mitochondrialen Funktion, was durch die Förderung der mitochondrialen Autophagie und die Steigerung der Beseitigung geschädigter Mitochondrien erreicht werden kann.

Zusammenfassend spekulieren wir, dass die Polysaccharide und n-Butanol-Komponenten von Atractylodes macrocephala den Milzmangel regulieren können, indem sie Autophagie-Störungen im Gewebe des Magenvorhofs verbessern und die Mitochondrienfunktion wiederherstellen. Darüber hinaus sind die Polysaccharide und n-Butanol-Komponenten nach dem Rührbraten mit Kleie deutlich wirksamer als das Rohprodukt.