Studie über den Mechanismus der gesamten Caffeoylchinasäure, die den PI3K/Akt/FoxO3a-Weg reguliert und das Altern in Scutellaria baicalensis verzögert
Altern ist ein allmählicher altersbedingter physiologischer Abbau, der zum Verlust der Überlebensfähigkeit und zu erhöhter Anfälligkeit führt. Das Altern wird durch umweltbedingte und genetische Faktoren beeinflusst und weist zwölf Hauptmerkmale auf: genomische Instabilität, epigenetische Veränderungen, Telomerdepletion, Störungen der Ernährungswahrnehmung, Ungleichgewichte in der Proteinhomöostase, mitochondriale Dysfunktion, zelluläre Alterung, anormale interzelluläre Kommunikation, Stammzelldepletion, Inaktivierung der Makroautophagie, chronische Entzündung und Dysbiose der Darmmikrobiota. Unter diesen Merkmalen ist die "Ernährungsdysregulation" das erste, das auf molekularer Ebene bestätigt wurde. Sie beeinflusst die Lebensspanne durch die Regulierung nachgeschalteter Signalwege über die Bindung von Insulin und dem insulinähnlichen Wachstumsfaktor-1 (IGF-1) an Insulinrezeptoren. Insulin/IGF-1 bindet an Insulinrezeptoren, um die Phosphatidylinositol-3-Kinase (PI3K) zu aktivieren, die die Produktion von 3,4,5-Triphosphat-Phosphatidylinositol (PIP3) aus 4,5-Diphosphat-Phosphatidylinositol (PIP2) katalysiert. Anschließend wird die Proteinkinase B (Akt/Proteinkinase B, Akt/PKB) in die Plasmamembran rekrutiert, und das Threonin in Akt wird durch die PIP3-abhängige Kinase-1 bzw. -2 (PDK-1 und PDK-2) exprimiert. Die Phosphorylierung erfolgt an den Positionen 308 (Thr308) und 473 (Ser473) des Serins, wodurch phosphoryliertes Ak (t phosphop Akt, p-Akt) gebildet und Akt aktiviert wird. Forkhead Box Klasse O3a (FOXO3a) ist eines der vier Mitglieder der Unterfamilie der Forkhead Box Transkriptionsfaktoren O. Aktiviertes Akt phosphoryliert die Threonin 32-Stelle (Thr32) und die Serin 253-Stelle (Ser253) von FoxO3a, wodurch phosphoryliertes FOXO3 (ein Phosphop-FOXO3a, p-FOXO3a) gebildet wird, das die Bindung von FoxO3a an das 14-3-3-Protein fördert und dadurch verhindert, dass FoxO3a in den Zellkern gelangt und seine transkriptionelle Aktivität verliert. FoxO3a ist ein wichtiger Transkriptionsfaktor, der die Alterung reguliert und möglicherweise eine Rolle bei der Förderung der Langlebigkeit spielt, indem er die Autophagie fördert, die oxidative Resistenz erhöht und die Pluripotenz von Stammzellen erhält. Was die oxidative Resistenz betrifft, so steigert die transkriptionelle Aktivierung von FoxO3a die Expression von Genen wie Superoxiddismutase (SOD), Glutathionperoxidase (GSH Px) und Katalase (CAT), beseitigt reaktive Sauerstoffspezies (ROS) und senkt den Gehalt des Lipidperoxidationsprodukts Malondialdehyd (MDA), wodurch die Alterung des Körpers verzögert und die Lebensspanne verlängert wird. Studien an Wirbeltier- und Wirbeltiermodellen haben gezeigt, dass die Senkung des Insulin/IGF-1-Spiegels und die Mutation von Insulinrezeptoren, PI3K und Akt die Translokation von FoxO3a in den Zellkern fördern, seine Transkriptionsaktivität verstärken und die Alterung verzögern können.
Erigeron breviscapus (Vant.) Hand- Mazz.)， Auch bekannt als Dengzhan Hua, zuerst aufgezeichnet in "Dian Nan Ben Cao", hat es die Auswirkungen der Förderung der Blutzirkulation, unblocking Meridiane, Schmerzen zu lindern, zu vertreiben Wind und Kälte zu vertreiben. Es wird hauptsächlich zur Behandlung von Schlaganfall-Hemiplegie, Brustschmerzen, Rheumaschmerzen, Kopfschmerzen und Zahnschmerzen verwendet. Flavonoide und Caffeoylchinasäure (CQA) sind die wichtigsten aktiven Bestandteile von Scutellaria baicalensis. Frühere Studien mit Hilfe von Netzwerkpharmakologie und molekularem Docking haben ergeben, dass Flavonoide und CQA-Verbindungen potenzielle aktive Bestandteile der Anti-Aging-Eigenschaften von Scutellaria baicalensis sind, die Anti-Aging-Effekte durch die Regulierung von vier Schlüsselzielen ausüben können: p53, AKT, HDAC1 und SIRT1. Beim molekularen Docking haben Caffeoylverbindungen, darunter die einzelnen CQA-Komponenten 4-CQA, 5-CQA, Chlorogensäure und die Dicaffeoylchinasäure (DCQA)-Komponenten 4,5-DCQA, 3,4-DCQA, 3,5-DCQA, 1,3-DCQA und 1,5-DCQA, höhere Docking-Werte mit AKT als ihre hemmenden Liganden. Das Experiment zur Lebenserwartung ergab, dass alle diese Komponenten die Lebenserwartung von Fadenwürmern verlängern. Mit Hilfe von Mutantenstämmen und transgenen Nematoden wurde bestätigt, dass 3,5-DCQA die Aktivität der PI3K- und AKT-Homologe AGE-1 und AKT-1 in Nematoden hemmt, den Eintritt des FoxO3a-Homologen DAF-16 in den Zellkern fördert und somit eine lebensverlängernde Wirkung ausübt. Die oben genannten Ergebnisse deuten darauf hin, dass CQA-Komponenten in Scutellaria baicalensis das Altern durch Hemmung der AKT-Aktivität und Regulierung des PI3K/Akt/FoxO3a-Stoffwechsels verzögern können. Ziel dieser Studie ist es, die Anti-Aging-Wirkung der gesamten Caffeoylchinasäure aus Erigeron breviscapus (EBCQA) auf der Grundlage früherer Forschungen zu beobachten und den Anti-Aging-Mechanismus von EBCQA auf der Grundlage des PI3K/Akt/FoxO3a-Stoffwechsels zu untersuchen.

Das Altern ist ein natürlicher Prozess des Lebens, und obwohl es unvermeidlich ist, kann es durch Ernährungsregulierung, genetische Manipulation, medikamentöse Intervention und andere Mittel verzögert werden. Noch wichtiger ist, dass diese Anti-Aging-Maßnahmen nicht nur die Lebensspanne verlängern, sondern auch die allgemeine Gesundheit des Körpers erheblich verbessern. In früheren Studien haben wir festgestellt, dass EBCQA potenzielle Anti-Aging-Effekte hat und möglicherweise mit der Regulierung der AKT-Aktivität zusammenhängt. In dieser Studie haben wir bestätigt, dass EBCQA die Lebensdauer von Nematoden verlängert, die Oxidations- und Hitzeresistenz erhöht und die Beweglichkeit verbessert. Anhand von mutierten Nematodenstämmen konnten wir bestätigen, dass die Anti-Aging-Wirkung von EBCQA mit der Regulierung des PI3K/Akt/FoxO3a-Stoffwechsels, der Steigerung der antioxidativen Enzymaktivität und der Senkung des MDA-Spiegels zusammenhängt; Bei D-Galaktose-induzierten alternden Ratten verbessert EBCQA die Lern- und Gedächtnisfähigkeiten, die Thymus- und Milzkoeffizienten, hemmt die PI3K- und Akt-Aktivierung sowie die FoxO3a-Phosphorylierung, erhöht die antioxidative Enzymaktivität und reduziert die MDA-Werte.
Die Komponenten der CQA-Klasse sind eine wichtige Klasse phenolischer Wirkstoffe in Scutellaria baicalensis und kommen auch in vielen Lebensmitteln (wie violetten Süßkartoffeln, grünem Kaffee) und Heilkräutern vor. CQA-Verbindungen haben neuroprotektive, kardiovaskuläre, antioxidative, entzündungshemmende, antidiabetische und andere Wirkungen. Was die Anti-Aging-Wirkung anbelangt, so verlängerten grüner Kaffee-Extrakt und Geißblatt-Extrakt, die reich an CQA-Komponenten sind, die Lebensdauer von Fadenwürmern, aber es ist noch unklar, ob ihre Anti-Aging-Mechanismen den PI3K/Akt/FoxO3a-Stoffwechselweg einbeziehen; über die Anti-Aging-Wirkung von CQA-Komponenten bei Säugetieren wird selten berichtet. Im Einklang mit früheren Berichten über die Fähigkeit von CQA-Komponenten, die Lebensspanne von Nematoden zu verlängern, fanden wir heraus, dass EBCQA die Lebensspanne von Nematoden mit einer maximalen Verlängerungsrate von 17,7% verlängert und die oxidative Resistenz, die Hitzebeständigkeit und die Motilität verbessert. Das D-Galaktose-induzierte Alterungsmodell für Ratten hat sich als wirksame Simulation des natürlichen Alterns erwiesen und wird daher häufig zur Untersuchung von Alterungsmechanismen und zum Screening von Medikamenten zur Verzögerung des Alterns eingesetzt. Nachlassende Lern- und Gedächtnisfähigkeiten sind häufige physiologische Phänomene, die mit dem Altern einhergehen, und einige können sich zu neurodegenerativen Krankheiten wie der Alzheimer-Krankheit entwickeln. Mit zunehmendem Alter oder mit dem Auftreten von Krankheiten nimmt die körpereigene Abwehrkraft in der Regel allmählich ab. Thymus und Milz sind wichtige Immunorgane, und ihre Organindizes können bis zu einem gewissen Grad die Größe der Immunkapazität des Körpers widerspiegeln. Daher sind die Lern- und Gedächtnisfähigkeit sowie der Thymus-/Milz-Organindex häufig verwendete Indikatoren für die Bewertung von Alterung und Anti-Aging. D-Galaktose-induzierte alternde Ratten zeigten verminderte Lern- und Gedächtnisfähigkeiten sowie verminderte Thymus- und Milzkoeffizienten. Die Verabreichung von EBCQA verbesserte effektiv die Lern- und Gedächtnisfähigkeiten und erhöhte die Thymus- und Milzkoeffizienten. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass EBCQA eine Anti-Aging-Wirkung sowohl bei wirbellosen Fadenwürmern als auch bei Wirbeltieren, die durch D-Galaktose altern, hat.
Der PI3K/Akt/FoxO3a-Signalweg ist ein evolutionär konservierter Signalweg, der durch Insulin, IGF-1 und andere Faktoren reguliert wird. Bei der Regulierung der Alterung spielen PI3K und Akt eine altersfördernde Rolle, während FOXO3a eine alterungshemmende Rolle spielt. In Fadenwürmern sind AGE-1, AKT-1 und DAF-16 Homologe von PI3K, Akt bzw. FoxO3a in Säugetieren. Bei Nematoden mit AGE-1-Mutationen verlängert sich die durchschnittliche Lebensspanne um 40% bis 65%, bei AKT-1-Mutationen ist die Lebensspanne ebenfalls deutlich länger, und DAF-16-Mutationen verkürzen die Lebensspanne deutlich. Bei Säugetieren führt eine Überexpression von AKT-1 zu einer zellulären Alterung. Bei Mäusen mit AKT-1-Mutationen (Akt1+/-) erhöht sich die Lebenserwartung von Männern um 8% und von Frauen um 15%. Untersuchungen an langlebigen Populationen haben auch ergeben, dass genetische Polymorphismen/Mutationen, die zu einem Funktionsverlust von IGF-1-Rezeptoren, Insulinrezeptoren oder deren nachgeschalteten Faktoren (wie PI3K, AKT) führen, mit einer verlängerten menschlichen Lebensspanne in Verbindung stehen. Die Untersuchung von langlebigen Bevölkerungsgruppen wie Japanern, Han-Chinesen, Kaliforniern, Neuengländern, Ashkenazi-Juden, Dänen, Deutschen und Italienern zeigt, dass die genetischen Polymorphismen rs2764264, rs2802292 usw. von FOXO3a mit Langlebigkeit und gesundem Altern zusammenhängen. Bei der Regulierung des PI3K/Akt/FoxO3a-Wegs wird Akt durch Phosphorylierung von Thr308 und Ser473 aktiviert, während FoxO3a durch Phosphorylierung von Thr32 und Ser253 gehemmt wird. In dieser Studie verlängerte EBCQA die Lebensspanne des Wildtyp-Nematoden N2 und förderte die DAF-16-Kerntranslokation, hatte aber keine Auswirkungen auf die Lebensspanne von AGE-1-, AKT-1- und DAF-16-Mutanten, was darauf hindeutet, dass die Rolle von EBCQA bei der Verlängerung der Lebensspanne von der Regulierung des PI3K/Akt/FoxO3a-Stoffwechsels abhängt. Mit D-Galaktose behandelte Ratten zeigten eine Hochregulierung der PI3K-, Akt-, p-Akt- und p-FOXO3a-Expression, während die FOXO3a-Expression herunterreguliert wurde. Dies stimmt mit früheren Berichten über Veränderungen bei D-Galaktose-induzierten alternden Ratten und natürlich alternden kleinen/großen Ratten überein. Diese Veränderungen in der Proteinexpression können zu verminderten Lern- und Gedächtnisfähigkeiten sowie zu verminderten Thymus- und Milzkoeffizienten führen und damit das Altern einleiten. Nach Verabreichung von EBCQA wurden diese Veränderungen gehemmt, was eine Anti-Aging-Wirkung haben könnte.
Im Jahr 1956 stellte der britische Wissenschaftler Harmna erstmals die Theorie der Alterung durch freie Radikale auf und vertrat die Auffassung, dass die durch Angriffe freier Radikale auf Biomoleküle verursachte zelluläre Dysfunktion eine der grundlegenden Ursachen für die Alterung des Körpers ist. In dieser Studie steigerte EBCQA die Aktivitäten von SOD, GSH Px und CAT bei Fadenwürmern, die mit Paraquat behandelt wurden, und bei Ratten, die mit D-Galaktose behandelt wurden, und senkte gleichzeitig die MDA-Werte. Die Erhöhung der Aktivität dieser antioxidativen Enzyme könnte zu einer Verringerung der ROS und der oxidativen Schäden führen und so zu einer Verzögerung der Alterung beitragen. Einer der nachgeschalteten Mechanismen, durch den der PI3K/Akt/FoxO3a-Stoffwechselweg die Lebensspanne beeinflusst, ist die Regulierung der oxidativen Resistenz. Bei Fadenwürmern zeigen einige langlebige Mutantenstämme, wie daf-2 (e1368) und age-1 (hx546), erhöhte Aktivitäten der antioxidativen Enzyme SOD, GSH Px und CAT, die von DAF-16 abhängen. Nach der DAF-16-Mutation ist die antioxidative Enzymaktivität dieser mutierten Stämme der des Wildtyp-Nematoden N2 fast gleich. Bei Säugetieren reguliert FoxO3a die Expression antioxidativer Enzyme wie SOD, GSH Px und CAT und hemmt die Aktivität von FoxO3a, was zu einer Anhäufung von ROS in Zellen führt, die Atherosklerose beschleunigt und das Krebsrisiko erhöht. EBCQA fördert den Eintritt des Fadenwurms DAF-16 in den Zellkern und hemmt die Phosphorylierung von FoxO3a der Ratte, was darauf hindeutet, dass EBCQA eine Anti-Aging-Rolle spielen könnte, indem es die transkriptionelle Aktivität von FoxO3a und die Aktivität antioxidativer Enzyme verstärkt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass EBCQA die Lebensdauer von Fadenwürmern wirksam verlängern und der D-Galaktose-induzierten Alterung bei Ratten entgegenwirken kann. Sein Wirkmechanismus könnte darin bestehen, dass es die PI3K- und Akt-Aktivierung hemmt, die FOXO3a-Phosphorylierung reduziert, die nukleare und transkriptionelle Aktivität von FOXO3a fördert, die antioxidative Enzymaktivität steigert, den oxidativen Stress hemmt und so die Alterung verzögert.