Estudio sobre el Mecanismo del Ácido Cafeoilquínico Total que Regula la Vía PI3K/Akt/FoxO3a y Retrasa el Envejecimiento en Scutellaria baicalensis
El envejecimiento es un declive fisiológico gradual relacionado con la edad, que conduce a la pérdida de la capacidad de supervivencia y a una mayor vulnerabilidad. En el envejecimiento influyen factores ambientales y genéticos, y presenta doce características principales: inestabilidad genómica, cambios epigenéticos, agotamiento de los telómeros, trastornos de la percepción nutricional, desequilibrios de la homeostasis proteica, disfunción mitocondrial, envejecimiento celular, comunicación intercelular anormal, agotamiento de las células madre, inactivación de la macroautofagia, inflamación crónica y disbiosis de la microbiota intestinal. Entre estas características, la "desregulación nutricional" es la primera confirmada a nivel molecular, que afecta a la esperanza de vida al regular las vías de señalización descendentes a través de la unión de la insulina y el factor de crecimiento similar a la insulina-1 (IGF-1) a los receptores de insulina. La insulina/IGF-1 se une a los receptores de insulina para activar la fosfatidilinositol 3-cinasa (PI3K), que cataliza la producción de fosfatidilinositol 3,4,5-trifosfato (PIP3) a partir de fosfatidilinositol 4,5-difosfato (PIP2). Posteriormente, la proteína quinasa B (Akt/proteína quinasa B, Akt/PKB) se recluta en la membrana plasmática, y la treonina en Akt se expresa a través de la quinasa dependiente de PIP3-1 y -2 (PDK-1 y PDK-2), respectivamente. La fosforilación se produce en las posiciones 308 (Thr308) y 473 (Ser473) de la serina, formando Ak fosforilada (t fosfop Akt, p-Akt) y activando Akt. La caja de horquilla clase O3a (FOXO3a) es uno de los cuatro miembros de la subfamilia del factor de transcripción O de la caja de horquilla. La Akt activada fosforila el sitio de la treonina 32 (Thr32) y el sitio de la serina 253 (Ser253) de FoxO3a, formando FOXO3 fosforilado (un fosfop-FOXO3a, p-FOXO3a), que promueve la unión de FoxO3a a la proteína 14-3-3, impidiendo así que FoxO3a entre en el núcleo y pierda actividad transcripcional. FoxO3a es un factor de transcripción clave en la regulación del envejecimiento, que puede desempeñar un papel en la promoción de la longevidad mediante el fomento de la autofagia, la mejora de la resistencia oxidativa y el mantenimiento de la pluripotencia de las células madre. En cuanto a la resistencia oxidativa, la activación transcripcional de FoxO3a mejora la expresión de genes como la superóxido dismutasa (SOD), la glutatión peroxidasa (GSH Px) y la catalasa (CAT), elimina las especies reactivas del oxígeno (ROS) y reduce el nivel del producto de la peroxidación lipídica malondialdehído (MDA), retrasando así el envejecimiento corporal y prolongando la esperanza de vida. Estudios en modelos invertebrados y vertebrados han demostrado que la reducción de los niveles de insulina/IGF-1 y la mutación de los receptores de insulina, PI3K y Akt pueden promover la translocación nuclear de FoxO3a, potenciar su actividad transcripcional y retrasar el envejecimiento.
Erigeron breviscapus (Vant.) Hand- Mazz.)， También conocido como Dengzhan Hua, registrado por primera vez en "Dian Nan Ben Cao", tiene los efectos de promover la circulación sanguínea, desbloquear los meridianos, aliviar el dolor, disipar el viento y disipar el frío. Se utiliza principalmente para tratar la hemiplejía por apoplejía, el dolor torácico, el dolor reumático, el dolor de cabeza y el dolor de muelas. Los flavonoides y el ácido cafeoilquínico (CQA) son los principales componentes activos de la Scutellaria baicalensis. Estudios anteriores que utilizaron la farmacología de redes y el acoplamiento molecular han descubierto que los flavonoides y los compuestos CQA son ingredientes activos potenciales en las propiedades antienvejecimiento de la Scutellaria baicalensis, que pueden ejercer efectos antienvejecimiento mediante la regulación de cuatro dianas clave: p53, AKT, HDAC1 y SIRT1. En el acoplamiento molecular, los compuestos de cafeoilo, incluidos los componentes individuales CQA 4-CQA, 5-CQA, ácido clorogénico, y los componentes de ácido dicaffeoylquinic (DCQA) 4,5-DCQA, 3,4-DCQA, 3,5-DCQA, 1,3-DCQA, y 1,5-DCQA tienen mayores puntuaciones de acoplamiento con AKT que sus ligandos inhibidores. El experimento de duración de la vida descubrió que todos estos componentes tienen el efecto de prolongar la duración de la vida de los nematodos. Entre ellos, se ha confirmado mediante cepas mutantes y nematodos transgénicos que la 3,5-DCQA inhibe la actividad de los homólogos de PI3K y AKT AGE-1 y AKT-1 en los nematodos, promueve la entrada del homólogo de FoxO3a DAF-16 en el núcleo y, por tanto, ejerce un efecto promotor de la longevidad. Los resultados anteriores sugieren que los componentes CQA en Scutellaria baicalensis pueden retrasar el envejecimiento mediante la inhibición de la actividad AKT y la regulación de la vía PI3K/Akt/FoxO3a. El objetivo de este estudio es observar el efecto antienvejecimiento del ácido cafeoilquínico total del Erigeron breviscapus (EBCQA) sobre la base de investigaciones anteriores, y explorar el mecanismo antienvejecimiento del EBCQA basado en la vía PI3K/Akt/FoxO3a.

El envejecimiento es un proceso natural de la vida y, aunque es inevitable, puede retrasarse mediante la regulación nutricional, la manipulación genética, la intervención farmacológica y otros medios. Y lo que es más importante, estas intervenciones antienvejecimiento no sólo prolongan la esperanza de vida, sino que también mejoran significativamente la salud general del organismo. En estudios anteriores, descubrimos que la EBCQA tiene posibles efectos antienvejecimiento y puede estar relacionada con la regulación de la actividad de AKT. En este estudio, confirmamos que EBCQA tiene los efectos de prolongar la vida útil de los nematodos, aumentar la resistencia oxidativa y térmica y mejorar la motilidad. Mediante cepas mutantes de nematodos, confirmamos que el efecto antienvejecimiento de EBCQA está relacionado con la regulación de la vía PI3K/Akt/FoxO3a, la mejora de la actividad de las enzimas antioxidantes y la reducción de los niveles de MDA; En ratas con envejecimiento inducido por D-galactosa, EBCQA mejora las capacidades de aprendizaje y memoria, los coeficientes de timo y bazo, inhibe la activación de PI3K y Akt, así como la fosforilación de FoxO3a, mejora la actividad de las enzimas antioxidantes y reduce los niveles de MDA.
Los componentes de la clase CQA son una clase importante de principios activos fenólicos de la Scutellaria baicalensis, y también están presentes en muchos alimentos (como el boniato morado o el café verde) y hierbas medicinales. Los compuestos CQA tienen efectos neuroprotectores, protectores cardiovasculares, antioxidantes, antiinflamatorios, antidiabéticos y otros. En términos de antienvejecimiento, el extracto de café verde y el extracto de madreselva ricos en componentes CQA prolongaron la vida útil de los nematodos, pero aún no está claro si sus mecanismos antienvejecimiento implican la vía PI3K/Akt/FoxO3a. En consonancia con informes anteriores de que los componentes CQA tienen la capacidad de prolongar la vida útil de los nematodos, encontramos que EBCQA prolonga la vida útil de los nematodos con una tasa de elongación máxima de 17,7%, y mejora la resistencia oxidativa, la resistencia al calor y la motilidad. Se ha demostrado que el modelo de envejecimiento de ratas inducido por D-galactosa simula eficazmente el envejecimiento natural, por lo que se utiliza ampliamente para estudiar los mecanismos de envejecimiento y cribado de fármacos que retrasan el envejecimiento. La reducción de las capacidades de aprendizaje y memoria son fenómenos fisiológicos comunes asociados al envejecimiento, y algunos pueden convertirse en enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer. A medida que aumenta la edad o aparecen enfermedades, la capacidad inmunitaria del organismo suele disminuir gradualmente. El timo y el bazo son órganos inmunitarios importantes, y sus índices orgánicos pueden reflejar en cierta medida el tamaño de la capacidad inmunitaria del organismo. Por lo tanto, la capacidad de aprendizaje y memoria, así como el índice de los órganos timo/bazo, son indicadores utilizados habitualmente para evaluar el envejecimiento y el antienvejecimiento. Las ratas envejecidas inducidas con D-galactosa mostraron una disminución de las capacidades de aprendizaje y memoria, así como de los coeficientes de timo y bazo. La administración de EBCQA mejoró eficazmente las capacidades de aprendizaje y memoria, y aumentó los coeficientes del timo y el bazo. Estos resultados indican que la EBCQA tiene un efecto antienvejecimiento tanto en nematodos invertebrados como en ratas vertebradas con envejecimiento inducido por D-galactosa.
La vía PI3K/Akt/FoxO3a es una vía de señalización evolutivamente conservada y regulada por la insulina, el IGF-1 y otros factores. En la regulación del envejecimiento, PI3K y Akt desempeñan un papel proenvejecimiento, mientras que FOXO3a desempeña un papel antienvejecimiento. En los nematodos, AGE-1, AKT-1 y DAF-16 son homólogos de PI3K, Akt y FoxO3a, respectivamente. Los nematodos con mutaciones en AGE-1 tienen una esperanza de vida media de 40% a 65%, aquellos con mutaciones en AKT-1 también tienen una esperanza de vida significativamente mayor, y las mutaciones en DAF-16 acortan significativamente la esperanza de vida. En los mamíferos, la sobreexpresión de AKT-1 induce el envejecimiento celular. Los ratones con mutaciones en AKT-1 (Akt1+/-) presentan un aumento de 8% en la esperanza de vida de los machos y de 15% en la de las hembras. La investigación en poblaciones longevas también ha descubierto que los polimorfismos/mutaciones genéticas que conducen a la pérdida de función de los receptores IGF-1, los receptores de insulina o sus factores descendentes (como PI3K, AKT) están asociados a una mayor longevidad humana. El estudio de poblaciones longevas entre japoneses americanos, chinos Han, californianos, neoingleses, judíos asquenazíes, daneses, alemanes e italianos muestra que los polimorfismos genéticos de rs2764264, rs2802292, etc. de FOXO3a están relacionados con la longevidad y el envejecimiento saludable. En la regulación de la vía PI3K/Akt/FoxO3a, Akt se activa con la fosforilación de Thr308 y Ser473, mientras que FoxO3a se inhibe con la fosforilación de Thr32 y Ser253. En este estudio, la EBCQA prolongó la vida útil del nematodo N2 de tipo salvaje y promovió la translocación nuclear de DAF-16, pero no tuvo ningún efecto sobre la vida útil de los mutantes AGE-1, AKT-1 y DAF-16, lo que indica que el papel de la EBCQA en la prolongación de la vida útil depende de la regulación de la vía PI3K/Akt/FoxO3a. Las ratas tratadas con D-galactosa mostraron un aumento de la expresión de PI3K, Akt, p-Akt y p-FOXO3a, mientras que la expresión de FOXO3a se redujo. Esto concuerda con informes anteriores de cambios en ratas que envejecen inducidas por D-galactosa y en ratas pequeñas/grandes que envejecen de forma natural. Estos cambios en la expresión proteica pueden conducir a una disminución de las capacidades de aprendizaje y memoria, así como a una disminución de los coeficientes de timo y bazo, induciendo así el envejecimiento. Tras la administración de EBCQA, estos cambios se inhibieron, lo que puede tener un efecto antienvejecimiento.
En 1956, el británico Harmna propuso por primera vez la teoría del envejecimiento por radicales libres, al considerar que la disfunción celular provocada por los ataques de los radicales libres a las biomoléculas es una de las causas fundamentales del envejecimiento del organismo. En este estudio, EBCQA aumentó las actividades de SOD, GSH Px y CAT en nematodos tratados con paraquat y ratas tratadas con D-galactosa, al tiempo que redujo los niveles de MDA. El aumento de la actividad de estas enzimas antioxidantes puede conducir a una reducción de las ERO y del daño oxidativo, contribuyendo así a retrasar el envejecimiento. Uno de los mecanismos por los que la vía PI3K/Akt/FoxO3a afecta a la esperanza de vida es la regulación de la resistencia oxidativa. En los nematodos, algunas cepas mutantes longevas, como la daf-2 (e1368) y la age-1 (hx546), muestran una mayor actividad de las enzimas antioxidantes SOD, GSH Px y CAT, que dependen de DAF-16. Tras la mutación de DAF-16, la actividad de las enzimas antioxidantes SOD, GSH Px y CAT aumenta. Tras la mutación de DAF-16, la actividad de las enzimas antioxidantes de estas cepas mutantes es casi similar a la del nematodo N2 de tipo salvaje. En los mamíferos, FoxO3a regula la expresión de enzimas antioxidantes como SOD, GSH Px, CAT, e inhibe la actividad de FoxO3a, lo que conduce a la acumulación de ROS en las células, acelera la aterosclerosis y aumenta el riesgo de cáncer. EBCQA promueve la entrada nuclear del nematodo DAF-16 e inhibe la fosforilación de FoxO3a de rata, lo que indica que EBCQA puede desempeñar un papel antienvejecimiento mediante la mejora de la actividad transcripcional de FoxO3a y la actividad de las enzimas antioxidantes.
En resumen, el EBCQA puede prolongar eficazmente la vida útil de los nematodos y antagonizar el envejecimiento inducido por la D-galactosa en ratas. Su mecanismo de acción puede ser mediante la inhibición de la activación de PI3K y Akt, la reducción de la fosforilación de FOXO3a, la promoción de la actividad nuclear y transcripcional de FOXO3a, la mejora de la actividad de las enzimas antioxidantes, la inhibición del estrés oxidativo y, por tanto, el retraso del envejecimiento.