A spirulina táplálékkiegészítővel kombinált aerobic edzés hatása a tanulásra és a memóriára 2-es típusú cukorbeteg patkányoknál és annak mechanizmusa
A 2-es típusú cukorbetegségben szenvedő betegek mintegy 65%-ét agyi kognitív diszfunkció kíséri, amely a korai szakaszban jelentkezik, és a betegség lefolyásának elhúzódásával súlyosbodik. A cukorbetegségben a kognitív diszfunkció klinikai megnyilvánulásai elsősorban a tanulási és memória képességek, különösen a térbeli helymeghatározási képesség csökkenése, sőt az Alzheimer-kór is, amely mára globális orvosi és közegészségügyi problémává vált. Ismeretes, hogy a cukorbetegség tanulási és memóriakezelésében gyógyszeres kezelésre van szükség, de a klinikai kezelés hatása nem ideális, és sok mellékhatás van. A közelmúltban egyre több tanulmány úgy véli, hogy a természetes termékek használata a cukorbetegség tanulásának és memóriájának megelőzésére ugyanazt a hatást érheti el kevesebb mellékhatással. A spirulina egy táplálkozásilag átfogó és kiegyensúlyozott tiszta természetes élelmiszer, biológiai funkciókkal, beleértve a fáradtság elleni, öregedésgátló és immunrendszer szabályozását. A spirulinával és a cukorbetegséggel kapcsolatos kapcsolódó kutatások elsősorban a vércukorszint csökkentésére, a vese gyulladásos jelátviteli útvonalának gátlására és a gyulladáscsökkentésre összpontosítanak. A legújabb felfedezés szerint a spirulina Alzheimer-kór elleni hatással van az egerek memóriakárosodására. A spirulina tanulásra és memóriára gyakorolt hatásával kapcsolatban azonban kevés kutatást végeztek a cukorbetegségben. Az aerob testmozgás a tanulási és memóriafunkció alapja a cukorbetegség megelőzése és kezelése érdekében. Kim és más tanulmányok kimutatták, hogy a hagyományos aerob futópados testmozgás javíthatja a cukorbeteg patkányok rövid távú memóriáját és térbeli tanulási képességét. Eddig azonban még nem tisztázott az aerob testmozgás spirulina-kiegészítéssel kombinált hatása a cukorbetegség tanulására és memóriájára.

Ezért ez a tanulmány a 2-es típusú cukorbeteg patkányok modelljét kívánja használni az aerob testmozgás és a spirulina hatásának tanulmányozására a cukorbeteg patkányok tanulásának és memóriájának javítására, valamint az extracelluláris jel szabályozott kináz (ERK), a cAMP válaszelem kötő fehérje (CREB) jelút fehérjéire és a hippokampusz sejt apoptózisára, hogy kísérleti adatokat szolgáltasson a cukorbetegségben a tanulás és a memória javítására szolgáló új módszerek megtalálásához és a spirulina sportorvoslásban való alkalmazásához.

Az orális glükóztolerancia-teszt (OGTT) jelenleg a glükóz-anyagcsere állapotának értékelésére szolgáló arany standard, és a hasnyálmirigy béta-sejt funkciójának és az inzulinérzékenységnek a klinikai értékelésére is gyakran használt módszer. Ez a vizsgálat Hou és munkatársai módszerét követte, és 5 héten keresztül magas zsírtartalmú étrenddel táplált patkányokon végezte az OGTT-tesztet. Megállapították, hogy a patkányok éhgyomri hiperglikémiát és hiperinsulinaemiát mutattak, ami csökkent glükóztoleranciára és inzulinrezisztenciára utal. A hasnyálmirigy béta-sejtjeinek STZ-injekció általi szelektív pusztulásával kombinálva egy hét elteltével a modellpatkányoknál a túlzott ivás, evés és vizelés tünetei egyre nyilvánvalóbbá váltak. Ugyanakkor a kísérlet során a patkányok súlycsökkenést, sárga és tompa színű, ritkás szőrzetet, laza székletet és lassú mozgást mutattak. A 8 hetes kísérleti ciklus után a 2-es típusú cukorbetegség modellpatkányainál még mindig megjelentek a hiperglikémia és a hiperinsulinaemia fő klinikai jellemzői, ami azt jelzi, hogy a 2-es típusú cukorbetegség modellpatkányait sikeresen indukálták. A modellegerek magasabb inzulinszintjének oka a kísérlet során a célsejtmembrán inzulinreceptor-tartalmának csökkenésével, az inzulinhatás csökkent hatékonyságával és a szervezet túlzott kompenzációs inzulinszekréciójával függhet össze. A nyolc hetes aerob testmozgás csökkentheti a patkányok vércukor- és inzulinszintjét, de nincs nyilvánvaló hatása a testsúlyra. Ennek oka azzal függhet össze, hogy a rendszeres testmozgás növelheti a cukorbeteg patkányok vázizomzatának inzulinreceptor-érzékenységét, elősegítheti a glükóz közvetlen felvételét a vázizomzatba, és csökkentheti a vércukorszintet; És ez a hatás nem függ a testsúlycsökkenéstől.

Vizsgálatok megerősítették, hogy a magas zsírtartalmú diétával és STZ-indukált cukorbetegséggel táplált patkányok tanulási és memóriazavarokkal küzdenek. A Morris-vízlabirintus teszt is azt mutatta, hogy a hiperglikémiás, 2-es típusú cukorbetegséggel indukált patkányoknál a térbeli tanulási és emlékezeti képesség jelentősen romlott, ami összhangban volt a korábbi vizsgálatokkal. Állatkísérletek megerősítették, hogy a magas vércukorszint sejt apoptózist okozhat. Ez a vizsgálat azt találta, hogy a kontrollcsoporttal összehasonlítva a hippokampusz sejtek apoptózisának aránya a hiperglikémiás modellpatkányokban jelentősen megnőtt, ami azt jelzi, hogy a cukorbetegség magas glükózstátusa a hippokampusz sejtek apoptózisának jelentősebb növekedését okozta, ami összhangban volt a korábbi vizsgálatokkal. Ugyanakkor a patkányok menekülési latenciája jelentősen meghosszabbodott, és a platformon való átkelések száma jelentősen csökkent, ami azt jelzi, hogy a tanulási és emlékezeti képesség csökkenése cukorbetegségben szorosan összefügg a hippokampusz neuronjainak apoptózisával. Az aerob testmozgás antiapoptotikus hatással van a hippokampusz sejtjeire. Nyolc hetes futópados edzés után a modell egerek hippokampusz sejtjeinek apoptózisrátája jelentősen csökkent, és a tanulási és memóriafunkció javult. Ez azt jelzi, hogy a hosszú távú aerob testmozgás a hippokampuszsejtek apoptózisellenes károsodását és a cukorbetegség tanulási és emlékezeti képességének javítását eredményezi, ami összefüggésben lehet a hipoglikémiás hatásával.

Az utóbbi években az idegrendszerben a jelátviteli útvonalak változásai, valamint a tanulás és a memória közötti kapcsolat vizsgálata új kutatási területté vált. Az ERK széles körben elterjedt a központi idegrendszerben, jelentős expresszióval olyan területeken, mint a hippokampusz, a striatum és a prefrontális kéreg, és szoros kapcsolatban áll a tanulással és a memóriával. A CREB egy nukleáris fehérje, amelynek funkciója a génátírás szabályozása. A CREB az ERK egyik legfontosabb downstream szignálmolekulája. Az aktivált ERK szabályozza a szinaptikus plaszticitást és javítja az agy tanulási és memória képességeit azáltal, hogy aktiválja a downstream CREB expresszióját. Az intracelluláris ERK/CREB jelátviteli útvonal "kapcsoló" szerepet játszik az agyi tanulási és emlékezeti képességek, valamint a szinaptikus plaszticitás szabályozásában. A jelátviteli molekulák foszforilációja a jelátviteli útvonalak aktiválásának egyik módja. A vizsgálat eredményei azt mutatták, hogy a kontrollcsoporthoz képest a p-ERK/ERK és a p-CREB/CREB szintje a modellpatkányokban jelentősen csökkent, ami arra utal, hogy a cukorbetegségben fellépő hiperglikémia az ERK/CREB jelek lefelé irányuló szabályozását okozhatja. Az aerob futópados edzést követően a p-ERK/ERK és a p-CREB/CREB szintje a modellpatkányokban jelentősen megnőtt, ami azt jelzi, hogy a mérsékelt testmozgás befolyásolhatja az ERK/CREB jelátviteli fehérjék expresszióját, helyreállíthatja a hippokampusz neuronok károsodását, és javíthatja a tanulást és a memóriát. Az aerob testmozgás olyan nem farmakológiai módszer, amely közvetlenül hat a hippokampuszra és az idegi szinapszisokra. A hosszú távú aerob testmozgás elősegítheti a hippokampusz memóriával kapcsolatos fehérjék, például az ERK és a CREB expresszióját, elérve a hippokampusz neuronsejtek károsodásának javítását és a tanulás és a memória javítását. A kutatások azt is kimutatták, hogy a CREB expressziójának elnémítása elősegítheti az oxigén-glükózmegvonásnak/reoxigénhiánynak kitett agykérgi neuronok apoptózisát. Az ERK és a CREB jelátviteli útvonal fehérjéinek felszabályozása antiapoptotikus hatású, ezen az útvonalon keresztül neuroprotektív hatást ér el. Az ERK jelátviteli útvonal közös mechanizmusa lehet a szinaptikus plaszticitás indukálásának több hippokampuszban. A cisztinil-aszpartát specifikus proteáz-3 (kaszpáz-3) a sejt apoptózis egyik hajtóereje és kulcsfontosságú végrehajtó molekulája, és aktiválása fontos lépés a sejtfehérjék hasításában a programozott sejthalál során. Ez a tanulmány azt mutatja, hogy az aerob testmozgás felszabályozza az ERK/CREB jelátvitelt, csökkenti az aktivált kaszpáz-3 expresszióját, és gátolja a sejt apoptózist. Feltételezhető, hogy az aerob testmozgás ebben a kísérleti állapotban csökkentheti a vércukorszintet, szabályozhatja az ERK/CREB jelátviteli útvonalat, csökkentheti a hasított kaszpáz-3 expresszióját, fokozhatja a hippokampusz apoptózisnak való ellenállási képességét, elősegítheti a hippokampusz neuronjainak javulását, és így megakadályozhatja a térbeli tanulás és memória cukorbetegséggel összefüggő hanyatlását. Jelenleg kevés kutatás van az ERK/CREB jel és az aerob testmozgás anti-diabéteszes tanulás és memória terén. Az ERK/CREB jel által közvetített hippokampuszsejtekre gyakorolt apoptózisellenes hatás lehet az egyik neuroprotektív mechanizmusa a cukorbetegségben a tanulást és a memóriát javító testmozgásnak.

A spirulina számos funkcióval rendelkezik, például hipoglikémiás, antioxidáns, és így tovább. A 21. században az emberi fehérje forrásának nevezik. Jelenleg számos országban a spirulinát táplálkozás-egészségügyi élelmiszerré teszik, amelyet az emberi táplálkozási szükségletek kiegészítésére és különböző betegségek (például cukorbetegség, magas vérnyomás stb.) megelőzésére és kezelésére használnak. A legújabb tanulmányok megállapították, hogy a spirulina neuroprotektív hatással van a memória javítására és a memóriakárosodással szembeni ellenállásra. Mechanizmusa az nNOS expressziójának növelésével, a GSK-3 β fehérje expressziójának gátlásával és az A β 1-42 fehérje lerakódása által okozott kognitív diszfunkció javításával függ össze patkányokban. A spirulináról azonban nincs jelentés arról, hogy javítaná a tanulást és a memóriát cukorbetegség esetén. Az, hogy a spirulina a vércukorszint csökkentésével és az ERK/CREB jelátviteli útvonal befolyásolásával javíthatja vagy fokozhatja-e a cukorbeteg patkányok tanulását és memóriáját, még nem tisztázott.

Ez a tanulmány azt mutatja, hogy a spirulina kiegészítés után a diabétesz modell patkányok tanulása és memóriája jelentősen javul, miközben a vércukor és az inzulin tartalom csökken, az ERK/CREB jel a hippokampuszban jelentősen megnövekszik, és a hasított kaszpáz-3 és az apoptózis aránya jelentősen csökken. Ez arra utal, hogy a spirulina javíthatja a tanulást és a memóriát a vércukorszint csökkentésével és a károsodott hasnyálmirigy-szigetsejtek funkciójának helyreállításával. Mechanizmusa az ERK/CREB jel fokozásával érhető el a hippokampuszban és a hippokampuszsejtek apoptózisának gátlásával. Korábbi vizsgálatok azt találták, hogy a spirulina felszabályozza az agyi neurotrofikus faktor (BDNF) jelátvitelt a hippokampuszban, és javítja a hippokampusz sérülését edzésfáradtsági modellpatkányokban. Az agyi eredetű neurotrófikus faktor (BDNF) kötődik a tirozin-kináz B receptorához (TrkB) és az ERK aktiválásával CREB aktiválást indukálhat, ami tartós CREB jelátvitelt eredményez; A BDNF/TrkB ERK/CREB jelátvitelének fokozása előnyös a hippokampusz tanulásának és memóriájának javítására. Az app/ps1 egereken végzett vizsgálat során megállapították, hogy a β - amiloid fehérje szintjének növekedése lefelé szabályozza a CREB foszforilációt, ami a hippokampuszban a BDNF által indukált TrkB autofoszforiláció lecsökkenéséhez vezet, és az ERK által aktivált CREB expresszió csökkenéséhez, ami a tanulási és memória képességek csökkenését okozhatja. A spirulina jelentősen felszabályozhatja az ERK-t, a CREB-t és más kulcsfontosságú jelzőmolekulákat a hippokampusz neuronjainak tanulásában és memóriájában, és bizonyos mértékig gátolja a sejtek apoptózisát, ami az egyik új agyvédő mechanizmusa lehet a cukorbetegségben bekövetkező tanulási és memóriakárosodással szemben.

A vizsgálat megállapította továbbá, hogy a spirulinával kombinált 8 hetes testmozgás után a cukorbeteg patkányok tanulási és memóriajavító hatása is jobb volt, mint az aerob testmozgás és a spirulina csoporté, ami azt jelzi, hogy a spirulinával kombinált testmozgás szinergikus hatással bír. A mozgásterápia, mint a gyógyszeres terápia kiegészítője, jó alkalmazási kilátásokkal rendelkezik. A spirulinával kombinált aerob testmozgás fokozó hatása összhangban van a resveratrollal kombinált aerob testmozgás neuroprotektív hatásával a 2-es típusú cukorbetegség modelljében. A mechanizmusvizsgálat kimutatta, hogy a p-ERK/ERK és a p-CREB/CREB szintje a testmozgás spirulina kombinált csoportban szignifikánsan magasabb volt, mint az aerob testmozgás és a spirulina különálló csoportjában, a hasított kaszpáz-3 expressziója jelentősen csökkent, és az apoptózis mértéke jelentősen csökkent, ami arra utal, hogy a spirulina-kiegészítéssel kombinált testmozgás tovább aktiválhatja az ERK/CREB jelátviteli útvonalat, elősegítheti az ERK és a CREB kulcsfehérjék aktiválódását a hippokampusz memóriájában, hatékonyan gátolja a hippokampusz sejtek apoptózisát, ezáltal neuroprotektív szerepet játszik a vércukorszint csökkentésében és a tanulás és a memória javításában a cukorbeteg patkányoknál. Ez lehet az egyik fontos oka annak, hogy a spirulinával kombinált testmozgás miért javíthatja a tanulást és a memóriát cukorbetegség esetén. A táplálékkiegészítővel kombinált testmozgás a tanulás és a memória javításának új módja lehet a cukorbetegséggel összefüggő neurodegeneratív betegségekben.

Érdemes megjegyezni, hogy a DES csoport inzulinszintje ebben a vizsgálatban alapvetően helyreállt a normál szintre a késői beavatkozási időszakban (a 8. héten), és bár a vércukorszintje jelentősen javult, még mindig jelentősen magasabb a normál szintnél, ami arra utal, hogy a cukorbetegség egy folyamatos progresszív betegség, a testmozgás és a spirulina nem tudja korlátozott idő alatt visszaállítani a vércukorszintet a normál állapotba, de helyre tudja állítani a károsodott szigetsejtek működését, így az inzulinelválasztás inkább normális lesz. Javasoljuk, hogy a 2-es típusú cukorbetegek hosszú ideig tartsák be a rendszeres aerob testmozgást, és fordítsanak figyelmet a spirulina megfelelő kiegészítésére az étrendben.

Látható, hogy a kísérlet körülményei között az aerob testmozgás és a spirulina hatékonyan csökkentheti a vércukorszintet, javíthatja a 2-es típusú cukorbeteg patkányok tanulását és memóriáját, és a spirulinával kombinált testmozgás nyilvánvalóbb alkalmazási hatással rendelkezik, ami jobb, mint az egyszerű aerob testmozgás és a spirulina. Mechanizmusa az ERK/CREB jel felfelé irányuló szabályozásával függ össze a hippokampuszban, a hasított kaszpáz-3 expressziójának csökkentésével, a sejt apoptózis bizonyos fokú gátlásával, és védő szerepet játszik a hippokampusz neuronjaiban. Az ERK/CREB jelátviteli útvonal az aerob testmozgás és a spirulina potenciális célpontjává válhat a hippokampusz tanulásának és memóriájának javítására cukorbetegségben.