Die schützende Wirkung von Anthocyanen aus der schwarzen Fruchtdrüse des chinesischen Parasolbaums auf oxidativen Stress und Apoptose, die durch A β 1-42 in SH-SY5Y-Zellen induziert werden, durch den Nrf2-Mechanismus
Die Alzheimer-Krankheit (AD), auch bekannt als Altersdemenz, ist eine fortschreitende neurodegenerative Erkrankung, die zu Gedächtnisverlust, kognitiven Beeinträchtigungen, Verhaltensstörungen und sozialen Störungen führen kann und die häufigste Ursache von Demenz ist. Man schätzt, dass weltweit 24 Millionen Menschen an Demenz leiden, die meisten davon an der Alzheimer-Krankheit. Darüber hinaus ist die Alzheimer-Krankheit eine häufige altersbedingte Erkrankung, die am häufigsten bei Menschen über 65 Jahren auftritt. Daher ist die Alzheimer-Krankheit nach wie vor eines der wichtigsten Gesundheitsprobleme einer alternden Bevölkerung, und die Zahl der Alzheimer-Fälle wird in den kommenden Jahrzehnten voraussichtlich erheblich ansteigen. Derzeit gibt es mehrere Hypothesen, die die Pathogenese der Alzheimer-Krankheit erklären können, darunter das Beta-Amyloid (A β)-Peptid und die Hyperphosphorylierung des Tau-Proteins, die eine wichtige Rolle bei der Entstehung der Alzheimer-Krankheit spielen. Darüber hinaus gibt es immer mehr Hinweise darauf, dass oxidativer Stress und Zellapoptose eine entscheidende Rolle bei der Alzheimer-Krankheit spielen. Ähnliche Studien haben gezeigt, dass oxidativer Stress bei Alzheimer-Patienten zur Zellapoptose führen kann. Gleichzeitig kann oxidativer Stress zelluläre Schutzmechanismen aktivieren, einschließlich endogener Antioxidantien und antioxidativer Enzymsysteme. Die wichtigsten antioxidativen Enzyme, die an dieser Schutzwirkung beteiligt sind, sind Häm-Oxygenase-1 (HO-1), Superoxid-Dismutase (SOD), Katalase (CAT) und Glutathion-Peroxidase (CSH Px). Die transkriptionelle Aktivierung von Genen antioxidativer Enzyme wird hauptsächlich durch nukleare Transkriptionsfaktoren (Nrf2) reguliert. Einige Phytochemikalien können die Nrf2/Antioxidant Response Element (ARE)-Signalübertragung aktivieren, wodurch die Expression antioxidativer Enzyme hochreguliert und die neuronale Resistenz gegenüber oxidativem Stress erhöht wird. Im Ruhezustand liegt Nrf2 in Form eines Komplexes vor. Wenn der Komplex gestört wird, wandert Nrf2 in den Zellkern und bindet an die ARE-Sequenz, um die Expression antioxidativer Enzyme zu fördern. Es ist bekannt, dass die extrazelluläre Ablagerung von A β zu oxidativen Schäden und Apoptose von Neuronen führen kann, und es hat sich auch gezeigt, dass A β eine übermäßige Produktion von ROS und Wasserstoffperoxid (H202) induziert sowie die SOD- und GSH Px-Spiegel reduziert, was zu oxidativem Stress führt.

Gegenwärtig werden die präventiven und schützenden Auswirkungen von Anthocyanen auf die Alzheimer-Krankheit erforscht. Heo et al. untersuchten die neuroprotektive Wirkung von Erdbeeranthocyanen auf Zellmodelle der Alzheimer-Krankheit. Die Forschung hat gezeigt, dass Erdbeeranthocyane das Auftreten von oxidativem Stress und die durch oxidativen Stress ausgelöste Zellapoptose verringern können und somit eine schützende Wirkung auf die Nervenzellen haben. Badshah et al. untersuchten die neuroprotektiven Effekte von Anthocyanen in schwarzen Sojabohnen auf A β 1-24-induzierte neurodegenerative Zellen und Tiermodelle. Die Forschung hat gezeigt, dass Anthocyane die neuronale Apoptose durch Aufrechterhaltung der Ca2+-Homöostase wirksam reduzieren und eine schützende Wirkung auf neuronale Zellen haben. Meng et al. untersuchten die schützende Wirkung von Cyanidin-3-O-Glucosid auf Zellmodelle der Alzheimer-Krankheit. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Cyanidin-3-O-Glucosid Alzheimer-Zellen vor A β 1-40-induziertem oxidativem Stress und Apoptose schützen kann, indem es zelluläre antioxidative und Apoptose-bezogene Gene reguliert. Die oben genannten Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass Anthocyane potenzielle Arzneimittelkandidaten für neurodegenerative Krankheiten wie Alzheimer sein könnten. Darüber hinaus haben Isaak et al. vor kurzem herausgefunden, dass Cranberry-Anthocyane, die aus Cyanidin-3-O-Galactosid, Cyanidin-3-O-Glucosid und Cyanidin-3-O-Arabinosid bestehen, Kardiomyozyten vor oxidativem Stress und Schäden durch Zellapoptose schützen können. Frühere Studien haben gezeigt, dass der Gehalt an Anthocyanen in der schwarzen Fruchtdrüse der Ulme sehr hoch ist und eine einfache Struktur aufweist, die hauptsächlich aus Cyanidin-3-O-Galactosid, Cyanidin-3-O-Glucosid, Cyanidin-3-O-Arabinosid und Cyanidin-3-O-Xylosid besteht. Hochreine Anthocyane sind relativ leicht zu isolieren. Daher wählten wir hochreine Anthocyane aus der schwarzen Fruchtdrüse von Eucommia ulmoides, um ihre präventive und schützende Wirkung auf die durch oxidativen Stress bedingte Alzheimer-Krankheit zu untersuchen.

Die durch oxidativen Stress erzeugten ROS schädigen direkt oder indirekt die physiologischen Funktionen von intrazellulären und makromolekularen Substanzen wie Proteinen, Lipiden und Nukleinsäuren und sind die pathologische und physiologische Grundlage für das Auftreten vieler Krankheiten. Der Körper bildet ein komplexes oxidatives Stressreaktionssystem, um die durch freie Radikale und toxische Substanzen verursachten Schäden zu bewältigen. Wenn der Körper elektrophilen Stoffen oder reaktiven Sauerstoffspezies ausgesetzt ist, kann er eine Reihe von Schutzproteinen aktivieren, um die Schäden an den Zellen zu lindern. Diese koordinierte Reaktion wird durch das auf Antioxidantien reagierende Element (ARE) in der vorgelagerten regulatorischen Region der Schutzprotein-DNA gesteuert. Die Forschung hat gezeigt, dass der Nuclear Factor Erythroid 2-Related Factor 2 (Nrf2) über seine Interaktion mit dem ARE die Kodierung antioxidativer Proteine reguliert, was ihn zum wichtigsten bisher entdeckten endogenen antioxidativen Stress-Signalweg macht. Frühere Studien haben gezeigt, dass Anthocyane aufgrund ihrer starken antioxidativen Kapazität in der Lage sind, freie Radikale im Körper zu beseitigen, den oxidativen Stress zu reduzieren und den Körper vor Schäden durch oxidativen Stress zu schützen. Weitere Forschungen haben gezeigt, dass Anthocyane die Expression verwandter antioxidativer Enzyme über den Nrf2-Signalweg hochregulieren, den oxidativen Stress reduzieren und Zellen der Alzheimer-Krankheit oder Tiermodelle vor Schäden durch oxidativen Stress schützen können.

Darüber hinaus tritt die Apoptose häufig in Verbindung mit oxidativem Stress auf, und die Apoptose in Säugetierzellen erfolgt sowohl über externe als auch über interne Pfade. Der externe Weg beinhaltet die Bindung von extrazellulären Signalfaktoren an Todesrezeptoren in der Plasmamembran. Der intrinsische Weg wird durch intrazellulären Stress aktiviert und über die Mitochondrien abgewickelt. Der mitochondriale Apoptoseweg wird durch die Bcl-2-Familie reguliert, die sowohl anti-apoptotische Proteine wie Bcl-2 und Bcl xL als auch pro-apoptotische Proteine wie Bax und Bak umfasst. In den letzten Jahren haben Studien gezeigt, dass oxidativer Stress und Zellapoptose die Entwicklung der Alzheimer-Krankheit fördern. Daher ist die Erforschung bioaktiver Substanzen, die neuronale oxidative Schäden und Apoptose verhindern können, von großer Bedeutung für die Prävention und Kontrolle der Alzheimer-Krankheit.

Wie im Vorwort erwähnt, haben einige Studien berichtet, dass Anthocyane die Alzheimer-Krankheit verhindern und schützen können, indem sie das Auftreten von oxidativem Stress und oxidativem Stress-induzierter Zellapoptose reduzieren. Daher wurden in dieser Studie A β 1-42 induzierte SH-SY5Y-Zellen verwendet, um ein Zellmodellsystem für die Alzheimer-Krankheit zu konstruieren. ROS, SOD und H2O2 wurden als Indikatoren für oxidativen Stress ausgewählt, und die schützende Wirkung von Anthocyanen auf oxidativen Stress und Zellapoptose wurde durch den Nrf2-Signalweg untersucht, um die zellschützende Wirkung von Anthocyanen zu bewerten. Die Ergebnisse zeigten, dass Anthocyane aus der schwarzen Fruchtdrüse des chinesischen Parasolbaums den Nrf2-Stoffwechselweg aktivieren, die mRNA- und Proteinexpression von HO-1- und NQO1-Genen hochregulieren und dadurch die Expression verwandter antioxidativer Enzyme wie HO-1, NQO1 und SOD hochregulieren und den intrazellulären oxidativen Stress reduzieren können. Gleichzeitig können Anthocyane aus der schwarzen Fruchtdrüse des chinesischen Parasolbaums die Expression des Bcl-2-Gens und -Proteins hochregulieren und die Expression des Bax-Gens und -Proteins herunterregulieren, wodurch die Zellapoptose verringert wird. Daher können Anthocyane aus Scutellaria lobata die Alzheimer-Krankheit wirksam vor oxidativem Stress und Apoptose schützen, die durch A β 1-42 in SH-SY5Y-Zellen induziert werden. In früheren Studien über die Wirkung von Anthocyanen auf die Alzheimer-Krankheit wurden meist Rohextrakte oder Anthocyan-Mischungen verwendet. Die in dieser Studie verwendete Anthocyanmischung hat jedoch eine einfache und klare Struktur mit einer Reinheit von über 93%, was die Rolle der Anthocyane bei der Alzheimer-Krankheit weiter unterstreicht. Dies ist von großer Bedeutung für die weitere Entwicklung von Anthocyanen und verwandten Produkten.