Az Atractylodes macrocephala poliszacharidok és az n-butanol hatása a mitokondriális autofágiára léphiányos patkányokban
A léphiány a szervek és zsigerek differenciálódásában gyakori szindróma típus, amely általában fogyás, étvágytalanság, epigasztrikus fájdalom, puffadás, fáradtság, sápadt arcszín, laza széklet stb. formájában jelentkezik. A léphiány azt jelzi, hogy a szervezet alacsony energiájú anyagcsere-állapotban van, különösen a gyomor-bélrendszeri diszfunkcióval összefüggésben. Érdemes megjegyezni, hogy a mitokondriumok a szervezetben a gasztrointesztinális perisztaltika fontos energiaforrása, amely oxidatív foszforiláció révén ATP formájában termel energiát, és fontos láncszem a "lép közvetítette szállításban". Az oxidatív károsodás, a tápanyaghiány és más külső ingerek könnyen mitokondriumok károsodásához vezethetnek. Válaszként a gazdasejtek aktiválhatják az autofágia mechanizmusait a sérült mitokondriumok kiürítése és a sejtek homeosztázisának fenntartása érdekében. Ha az autofágia működése károsodik, és a sérült mitokondriumokat nem lehet időben kiüríteni, az sejthalált idézhet elő. A kutatások szerint léphiányos állatokban a mitokondriális autofágia rendellenességeit figyelték meg olyan sejtekben, mint a vázizomzat, az idegek, a máj és a szívizom.
Az Atractylodes lancea (Thunb.) DC az Asteraceae családba tartozó évelő lágyszárú növény, amely a nedvességet szárító és a lépet erősítő hatású. A Kínai Gyógyszerkönyv szerint forrása az Atractylodes macrocephala vagy Atractylodes macrocephala nevű Asteraceae növény rizómája. Az Atractylodes macrocephala vadon élő forrásai főként Hubei, Xuancheng, Anhui, Wuning, Jiangxi és Hanzhong, Shaanxi, míg az Atractylodes macrocephala vadon élő forrásai főként Északkelet-Kínában, Belső-Mongóliában, Hebeiben és más régiókban találhatók. Hagyományosan úgy tartják, hogy a Jiangsu tartomány Maoshan területén található Atractylodes macrocephala a legjobb minőségű és valódi gyógynövény. Számos országban, például Thaiföldön és Japánban az Atractylodes macrocephala-t általában emésztőrendszeri betegségek kezelésére is használják. Modern farmakológiai vizsgálatok kimutatták, hogy az Atractylodes macrocephala képes szabályozni a gyomor-bélrendszeri hormonok szintjét a patkányszérumban; az Atractylodes macrocephala kivonat gátló hatással van a gyomorrákos sejtek (BGC-823 és SGC-7901) és a Helicobacter pylori növekedésére. Az Atractylodes macrocephala különböző típusú kémiai komponenseket tartalmaz, beleértve az illóolajokat, poliszacharidokat, glikozidokat és alacsony polaritású nem illékony anyagokat. A kutatócsoport korábban megállapította, hogy az Atractylodes macrocephala poliszacharidjai és n-butanol komponensei (glikozidok) terápiás hatással vannak a léphiányra. Ennek alapján ez a kísérlet az első, amely a mitokondriális autofágia szempontjából vizsgálja az Atractylodes macrocephala hatékony összetevőinek a léphiányt szabályozó mechanizmusát, azzal a céllal, hogy megalapozza az Atractylodes macrocephala racionális alkalmazását.

 

A léphiány klinikai diagnózisa általában a tüneteken alapul. A léphiányos betegek gyakran mutatnak olyan tüneteket, mint a csökkent étvágy, tompa hasi fájdalom, fáradtság és hideg végtagok. Az étvágytalanság a léphiányos állatoknál testsúlycsökkenésként, a hasi fájdalom púposságként, a fáradtság és gyengeség kedvetlenségként és könnyű fáradtságként, a hidegtől való félelem pedig összecsuklásként és összegömbölyödésként jelentkezik. Ebben a kísérletben a patkányok a modellezés után a fogyás, a púposság, a kedvetlenség és a gömbölyödés jeleit mutatták, ami megerősítette a létrehozott léphiányos patkánymodell sikerességét.

A mitokondriális autofágia szabályozási mechanizmusa összetett, és többféle jelátviteli útvonal közvetítheti a különböző típusú autofágiás folyamatokat. A PINK1/Parkin jelátviteli útvonal a mitokondriumokban a legelterjedtebb és legjobban tanulmányozott autofágia jelátviteli útvonal. A PINK1 általában nem kimutatható az egészséges mitokondriumokban, mivel a mitokondriumokba való bejutás után intramembrán hidrolázok (Parl) hasítják, majd ezt követően kiürítik. Amint az 5. ábrán látható, amikor a mitokondriumok károsodnak, a PINK1 mitokondriális útvonalba való belépése a belső membránpotenciál csökkenése miatt blokkolva van, folyamatosan felhalmozódik a mitokondriumok külső membránján, és a parkint a károsodott mitokondriumba toborozza. A parkin egy E3 ubikvitin fehérje ligáz, amely a PINK1 által aktiválva képes a sérült mitokondriális membránfehérjéket ubikvitinálni. Felismeri a szelektív autofágia adaptor fehérje, a p62, majd az autofágiával kapcsolatos fehérjéhez, a mikrotubulushoz kapcsolódó fehérje 1 könnyű lánc 3 (LC3) fehérjéhez kapcsolódik az autofágoszóma membránján, elindítva az autofágiát és végül lebontva a sérült mitokondriumokat. Ez a vizsgálat megállapította, hogy a PINK1 és a Parkin mRNS- és fehérjeszintje jelentősen megnőtt a modellcsoportban, ami a sérült mitokondriumok jelenlétére utal. A PINK1/Parkin útvonal aktiválódott, de a károsodott mitokondriumokat a diszfunkció miatt lehet, hogy nem bontotta le az autofágia. Az Atractylodes macrocephala poliszacharidjaival és n-butanollal történő kezelést követően a PINK1 és a Parkin mRNS- és fehérjeszintje minden patkánycsoportban csökkent, ami azt jelzi, hogy egyes sérült mitokondriumok lebomlottak és az autofágia által kiürültek.

A mitokondriális autofágiát számos autofágiával kapcsolatos fehérje szorosan szabályozza, ezért az autofágia erősségének meghatározására gyakran használják bizonyos kulcsfontosságú fehérjék expresszióját, amelyek közül az LC3 és a p62 a kritikusabbak. Ha nem történik autofágia, az LC3 nagy része a citoplazmában létezik LC3I formájában. Amikor az autofágia bekövetkezik, az LC3 ubikvitinációs módosításon megy keresztül, és az autofágoszómák felszínén lévő foszfatidiletanolaminhoz kötődik, így az autofágoszómák membránfelszínén elhelyezkedő LC3II-t képez. Ezért az LC3II megjelenése gyakran az autofágia fontos markere. A p62 mint kulcsfontosságú szelektív autofágia-adapterfehérje képes az LC3II-hez kötődni és szubsztrátként szolgálni a szelektív autofágia számára. Amikor a lizoszómák és az autofagoszómák a kötődési szakaszban vannak, a p62 donorként működhet a lizoszómák számára, és irányíthatja az autofagoszómákat, hogy kapcsolódjanak hozzájuk, és autoliszoszómákat képezzenek. Végül a szubsztrátokat proteolitikus enzimek bontják le a lizoszómákban, és a p62 ezt követően együtt bomlik le. Az autofágia általában a p62 csökkenésével jár. Ebben a vizsgálatban megfigyelték, hogy az LC3II fehérje expressziója és az LC3II/I arány a modellcsoportban szignifikánsan alacsonyabb volt, mint a vak csoportban, ami azt jelzi, hogy az autofágoszóma-képződés a gyomor antrális szöveti sejtekben korlátozott a léphiány során. A p62 mRNS- és fehérjeszintjének növekedése az autofágia aktivitás gátlására utal. Az Atractylodes macrocephala, Atractylodes macrocephala és n-butanol poliszacharidok beadása után az LC3 Ⅰ LC3II-vé történő átalakulása minden patkánycsoportban fokozódott, és a p62 mRNS és fehérje szintje csökkent, ami az autofágia szintjének növekedésére utal. A transzmissziós elektronmikroszkópos eredményekkel összhangban a modellcsoport patkányainak mitokondriális szerkezete súlyosan károsodott, és nem volt megfigyelhető autofágikus struktúra, ami arra utal, hogy a károsodott autofágiás működés a károsodott mitokondriumok felhalmozódásához vezethetett. A beadást követően a mitokondriumok szerkezeti károsodása minden patkánycsoportban csökkent, és az autofágikus lizoszómák száma nőtt. Ezért úgy véljük, hogy a léphiány a patkányok gyomor-antrális szövetében a mitokondriumok autofágia funkciójának károsodásához vezet, míg az Atractylodes macrocephala és az Atractylodes macrocephala poliszacharidjainak n-butanollal történő adagolása elősegíti az autofágiát.

A mitokondriális autofágia akadályozottságát általában reaktív oxigénfajok (ROS) termelődése kíséri, és az intracelluláris ROS-szint növekedése oxidatív stresszt indukál. Az oxidatív stressz megtámadja a mitokondriális membránt, ami a membránpotenciál csökkenéséhez, mitokondriális károsodáshoz és funkcionális károsodáshoz vezet, ami viszont energiatermelési hibákat és a ROS mennyiségének növekedését váltja ki, ördögi kört hozva létre. A károsodott és diszfunkcionális mitokondriumokat a mitokondriális autofágia szelektíven kiüríti, ami segít csökkenteni a ROS-termelést és megelőzni a normál sejtek oxidatív károsodását. A H2O2 a fő endogén ROS a sejtekben, amely szinte minden oxidatív stresszor hatására keletkezhet, és szabadon diffundálhat a sejteken belül és kívül, egyensúlyhiányt okozva az oxidatív antioxidáns rendszerben. Ezért ez a kísérlet közvetve a ROS-szinteket értékeli a H2O2-tartalom kimutatásával. A kutatási eredmények azt mutatták, hogy a léphiányos patkányokban csökkent a H2O2, a membránpotenciál és az ATP szintje, ami a mitokondriumok károsodott működésére utal. Az Atractylodes macrocephala poliszacharidokkal és n-butanollal történő kezelés jelentősen javította a mitokondriumok működését, ami a mitokondriális autofágia elősegítésével és a sérült mitokondriumok kiürülésének fokozásával érhető el.

Összefoglalva, feltételezzük, hogy az Atractylodes macrocephala poliszacharidjai és n-butanol komponensei szabályozhatják a léphiányt azáltal, hogy javítják a gyomor antrum szövetének autofágiás rendellenességeit és helyreállítják a mitokondriális funkciót. Ráadásul a poliszacharidok és az n-butanol komponensek a korpával való kevert sütés után lényegesen hatékonyabbak, mint a nyers termék.