Étude du mécanisme de l'acide caféoylquinique total régulant la voie PI3K/Akt/FoxO3a et retardant le vieillissement chez Scutellaria baicalensis
Le vieillissement est un déclin physiologique progressif lié à l'âge, qui entraîne une perte de capacité de survie et une vulnérabilité accrue. Le vieillissement est influencé par des facteurs environnementaux et génétiques et présente douze caractéristiques majeures : instabilité génomique, changements épigénétiques, épuisement des télomères, troubles de la perception nutritionnelle, déséquilibres de l'homéostasie protéique, dysfonctionnement mitochondrial, vieillissement cellulaire, communication intercellulaire anormale, épuisement des cellules souches, inactivation de la macroautophagie, inflammation chronique et dysbiose du microbiote intestinal. Parmi ces caractéristiques, la "dysrégulation nutritionnelle" est la première à être confirmée au niveau moléculaire. Elle affecte la durée de vie en régulant les voies de signalisation en aval par la liaison de l'insuline et du facteur de croissance analogue à l'insuline-1 (IGF-1) aux récepteurs de l'insuline. L'insuline/IGF-1 se lie aux récepteurs de l'insuline pour activer la phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K), qui catalyse la production de phosphatidylinositol 3,4,5-triphosphate (PIP3) à partir du phosphatidylinositol 4,5-diphosphate (PIP2). Ensuite, la protéine kinase B (Akt/protéine kinase B, Akt/PKB) est recrutée dans la membrane plasmique, et la thréonine de l'Akt est exprimée par la kinase dépendante du PIP3-1 et -2 (PDK-1 et PDK-2), respectivement. La phosphorylation se produit aux positions 308 (Thr308) et 473 (Ser473) de la sérine, formant l'Ak phosphorylé (t phosphop Akt, p-Akt) et activant l'Akt. La boîte à fourche de classe O3a (FOXO3a) est l'un des quatre membres de la sous-famille des facteurs de transcription O de la boîte à fourche. L'Akt activée phosphoryle les sites de la thréonine 32 (Thr32) et de la sérine 253 (Ser253) de FoxO3a, formant un FOXO3 phosphorylé (un phosphop-FOXO3a, p-FOXO3a), qui favorise la liaison de FoxO3a à la protéine 14-3-3, empêchant ainsi FoxO3a d'entrer dans le noyau et de perdre son activité transcriptionnelle. FoxO3a est un facteur de transcription clé qui régule le vieillissement et qui pourrait jouer un rôle dans la promotion de la longévité en favorisant l'autophagie, en améliorant la résistance à l'oxydation et en maintenant la pluripotence des cellules souches. En ce qui concerne la résistance à l'oxydation, l'activation transcriptionnelle de FoxO3a renforce l'expression de gènes tels que la superoxyde dismutase (SOD), la glutathion peroxydase (GSH Px) et la catalase (CAT), élimine les espèces réactives de l'oxygène (ROS) et réduit le niveau de malondialdéhyde (MDA), produit de la peroxydation lipidique, retardant ainsi le vieillissement corporel et prolongeant l'espérance de vie. Des études menées sur des modèles invertébrés et vertébrés ont montré que la réduction des niveaux d'insuline/IGF-1 et la mutation des récepteurs de l'insuline, de la PI3K et de l'Akt peuvent favoriser la translocation nucléaire de FoxO3a, renforcer son activité transcriptionnelle et retarder le vieillissement.
Erigeron breviscapus (Vant.) Hand- Mazz.)， Également connu sous le nom de Dengzhan Hua, mentionné pour la première fois dans le "Dian Nan Ben Cao", il a pour effet de favoriser la circulation sanguine, de débloquer les méridiens, de soulager la douleur, de dissiper le vent et de chasser le froid. Il est principalement utilisé pour traiter l'hémiplégie consécutive à un accident vasculaire cérébral, les douleurs thoraciques, les douleurs rhumatismales, les maux de tête et les maux de dents. Les flavonoïdes et l'acide caféoylquinique (AQC) sont les principaux composants actifs de Scutellaria baicalensis. Des études antérieures utilisant la pharmacologie des réseaux et l'amarrage moléculaire ont révélé que les flavonoïdes et les composés de l'AQC sont des ingrédients actifs potentiels dans les propriétés anti-âge de Scutellaria baicalensis, qui peuvent exercer des effets anti-âge en régulant quatre cibles clés : p53, AKT, HDAC1 et SIRT1. Dans l'ancrage moléculaire, les composés caféoylés, y compris les composants uniques de l'AQC 4-CQA, 5-CQA, l'acide chlorogénique et les composants de l'acide dicafféoylquinique (DCQA) 4,5-DCQA, 3,4-DCQA, 3,5-DCQA, 1,3-DCQA et 1,5-DCQA ont des scores d'ancrage plus élevés avec l'AKT que leurs ligands inhibiteurs. L'expérience sur la durée de vie a révélé que ces composants ont tous pour effet de prolonger la durée de vie des nématodes. Parmi eux, il a été confirmé par des souches mutantes et des nématodes transgéniques que le 3,5-DCQA inhibe l'activité des homologues PI3K et AKT AGE-1 et AKT-1 chez les nématodes, favorise l'entrée de l'homologue FoxO3a DAF-16 dans le noyau et exerce donc un effet de promotion de la longévité. Les résultats ci-dessus suggèrent que les composants CQA de Scutellaria baicalensis peuvent retarder le vieillissement en inhibant l'activité AKT et en régulant la voie PI3K/Akt/FoxO3a. L'objectif de cette étude est d'observer l'effet anti-âge de l'acide caféoylquinique total de l'Erigeron breviscapus (EBCQA) sur la base de recherches antérieures, et d'explorer le mécanisme anti-âge de l'EBCQA basé sur la voie PI3K/Akt/FoxO3a.

Le vieillissement est un processus naturel de la vie et, bien qu'il soit inévitable, il peut être retardé grâce à la régulation nutritionnelle, à la manipulation génétique, à l'intervention médicamenteuse et à d'autres moyens. Plus important encore, ces interventions anti-âge permettent non seulement de prolonger la durée de vie, mais aussi d'améliorer de manière significative la santé générale de l'organisme. Dans des études antérieures, nous avons découvert que l'EBCQA avait des effets antivieillissement potentiels et qu'il pouvait être lié à la régulation de l'activité de l'AKT. Dans cette étude, nous avons confirmé que l'EBCQA a pour effet de prolonger la durée de vie des nématodes, de renforcer la résistance à l'oxydation et à la chaleur et d'améliorer la motilité. Grâce à des souches mutantes de nématodes, nous avons confirmé que l'effet antivieillissement de l'EBCQA est lié à la régulation de la voie PI3K/Akt/FoxO3a, à l'augmentation de l'activité des enzymes antioxydantes et à la réduction des niveaux de MDA ; Chez les rats vieillissants induits par le D-galactose, l'EBCQA améliore les capacités d'apprentissage et de mémoire, les coefficients du thymus et de la rate, inhibe l'activation de PI3K et d'Akt, ainsi que la phosphorylation de FoxO3a, renforce l'activité des enzymes antioxydantes et réduit les niveaux de MDA.
Les composants de la classe CQA constituent une classe importante d'ingrédients phénoliques actifs dans Scutellaria baicalensis, et sont également présents dans de nombreux aliments (tels que les patates douces violettes, le café vert) et herbes médicinales. Les composés de l'AQC ont des effets neuroprotecteurs, cardiovasculaires, antioxydants, anti-inflammatoires, antidiabétiques et autres. En termes d'antivieillissement, l'extrait de café vert et l'extrait de chèvrefeuille riche en composants AQC ont prolongé la durée de vie des nématodes, mais on ne sait toujours pas si leurs mécanismes antivieillissement impliquent la voie PI3K/Akt/FoxO3a ; les effets antivieillissement des composants AQC chez les mammifères sont rarement rapportés. Conformément aux rapports précédents selon lesquels les composants de l'AQC ont la capacité de prolonger la durée de vie des nématodes, nous avons découvert que l'EBCQA prolonge la durée de vie des nématodes avec un taux d'élongation maximal de 17,7% et améliore la résistance à l'oxydation, la résistance à la chaleur et la motilité. Il a été prouvé que le modèle de vieillissement induit par le D-galactose chez le rat simule efficacement le vieillissement naturel, et il est donc largement utilisé pour étudier les mécanismes du vieillissement et pour sélectionner des médicaments qui retardent le vieillissement. La réduction des capacités d'apprentissage et de mémorisation est un phénomène physiologique courant associé au vieillissement, et certaines de ces capacités peuvent évoluer vers des maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer. Avec l'âge ou l'apparition de maladies, la capacité immunitaire de l'organisme diminue généralement de façon progressive. Le thymus et la rate sont des organes immunitaires importants et leurs indices peuvent, dans une certaine mesure, refléter l'importance de la capacité immunitaire de l'organisme. Par conséquent, les capacités d'apprentissage et de mémoire, ainsi que l'indice du thymus/de la rate, sont des indicateurs couramment utilisés pour évaluer le vieillissement et la lutte contre le vieillissement. Les rats vieillissants induits par le D-galactose ont montré une diminution des capacités d'apprentissage et de mémoire, ainsi qu'une diminution des coefficients du thymus et de la rate. L'administration d'EBCQA a amélioré efficacement les capacités d'apprentissage et de mémoire et augmenté les coefficients du thymus et de la rate. Ces résultats indiquent que l'EBCQA a un effet antivieillissement à la fois chez les nématodes invertébrés et chez les rats vieillissants induits par le D-galactose.
La voie PI3K/Akt/FoxO3a est une voie de signalisation conservée au cours de l'évolution et régulée par l'insuline, l'IGF-1 et d'autres facteurs. Dans la régulation du vieillissement, PI3K et Akt jouent un rôle pro-vieillissement, tandis que FOXO3a joue un rôle anti-vieillissement. Chez les nématodes, AGE-1, AKT-1 et DAF-16 sont des homologues de PI3K, Akt et FoxO3a chez les mammifères, respectivement. Les nématodes présentant des mutations de l'AGE-1 ont une durée de vie moyenne prolongée de 40% à 65%, ceux présentant des mutations de l'AKT-1 ont également une durée de vie significativement plus longue, et les mutations du DAF-16 raccourcissent significativement la durée de vie. Chez les mammifères, la surexpression de l'AKT-1 induit le vieillissement cellulaire. Les souris présentant des mutations de l'AKT-1 (Akt1+/-) ont une durée de vie accrue de 8% pour les mâles et de 15% pour les femelles. La recherche sur les populations à longue durée de vie a également révélé que les polymorphismes/mutations génétiques qui entraînent une perte de fonction des récepteurs de l'IGF-1, des récepteurs de l'insuline ou de leurs facteurs en aval (tels que PI3K, AKT) sont associés à une durée de vie prolongée chez l'homme. L'étude des populations à longue durée de vie parmi les Américains d'origine japonaise, les Chinois Han, les Californiens, les habitants de la Nouvelle-Angleterre, les Juifs ashkénazes, les Danois, les Allemands et les Italiens montre que les polymorphismes génétiques rs2764264, rs2802292, etc. de FOXO3a sont liés à la longévité et au vieillissement en bonne santé. Dans la régulation de la voie PI3K/Akt/FoxO3a, Akt est activé par la phosphorylation de Thr308 et Ser473, tandis que FoxO3a est inhibé par la phosphorylation de Thr32 et Ser253. Dans cette étude, l'EBCQA a prolongé la durée de vie du nématode de type sauvage N2 et a favorisé la translocation nucléaire de DAF-16, mais n'a eu aucun effet sur la durée de vie des mutants AGE-1, AKT-1 et DAF-16, ce qui indique que le rôle de l'EBCQA dans la prolongation de la durée de vie dépend de la régulation de la voie PI3K/Akt/FoxO3a. Les rats traités au D-galactose ont montré une augmentation de l'expression de PI3K, Akt, p-Akt et p-FOXO3a, tandis que l'expression de FOXO3a a été réduite. Ceci est cohérent avec les rapports précédents de changements chez les rats vieillissants induits par le D-galactose et les rats petits/grands vieillissant naturellement. Ces changements dans l'expression des protéines peuvent entraîner une diminution des capacités d'apprentissage et de mémoire, ainsi qu'une diminution des coefficients du thymus et de la rate, induisant ainsi le vieillissement. Après l'administration d'EBCQA, ces changements ont été inhibés, ce qui pourrait avoir un effet antivieillissement.
En 1956, le chercheur britannique Harmna a proposé pour la première fois la théorie du vieillissement par les radicaux libres, estimant que le dysfonctionnement cellulaire causé par les attaques des radicaux libres sur les biomolécules est l'une des causes fondamentales du vieillissement de l'organisme. Dans cette étude, l'EBCQA a augmenté les activités de la SOD, de la GSH Px et de la CAT chez les nématodes traités au paraquat et chez les rats traités au D-galactose, tout en réduisant les niveaux de MDA. L'augmentation de l'activité de ces enzymes antioxydantes peut conduire à une réduction des ROS et des dommages oxydatifs, contribuant ainsi à retarder le vieillissement. L'un des mécanismes en aval par lequel la voie PI3K/Akt/FoxO3a affecte la durée de vie est la régulation de la résistance à l'oxydation. Chez les nématodes, certaines souches mutantes à longue durée de vie, telles que daf-2 (e1368) et age-1 (hx546), présentent des activités accrues des enzymes antioxydantes SOD, GSH Px et CAT, qui dépendent de DAF-16. Après la mutation de DAF-16, l'activité des enzymes antioxydantes de ces souches mutantes est presque similaire à celle du nématode N2 de type sauvage. Chez les mammifères, FoxO3a régule l'expression des enzymes antioxydantes telles que SOD, GSH Px, CAT, et inhibe l'activité de FoxO3a, ce qui conduit à l'accumulation de ROS dans les cellules, accélère l'athérosclérose et augmente le risque de cancer. L'EBCQA favorise l'entrée nucléaire du nématode DAF-16 et inhibe la phosphorylation de FoxO3a chez le rat, ce qui indique que l'EBCQA pourrait jouer un rôle antivieillissement en renforçant l'activité transcriptionnelle de FoxO3a et l'activité des enzymes antioxydantes.
En résumé, l'EBCQA peut prolonger efficacement la durée de vie des nématodes et contrer le vieillissement induit par le D-galactose chez les rats. Son mécanisme d'action pourrait être l'inhibition de l'activation de PI3K et d'Akt, la réduction de la phosphorylation de FOXO3a, la promotion de l'activité nucléaire et transcriptionnelle de FOXO3a, l'augmentation de l'activité des enzymes antioxydantes, l'inhibition du stress oxydatif et, par conséquent, le retardement du vieillissement.