A metformina alivia o comprometimento neurocognitivo no envelhecimento por meio da ativação da via AMPK/BDNF/PI3K PARTE 2
Jun 02, 2023
O glicosídeo de cistanche também pode aumentar a atividade de SOD nos tecidos do coração e do fígado e reduzir significativamente o conteúdo de lipofuscina e MDA em cada tecido, eliminando efetivamente vários radicais reativos de oxigênio (OH-, H₂O₂, etc.) e protegendo contra danos ao DNA causados por radicais OH. Os glicosídeos feniletanóides cistanche têm uma forte capacidade de eliminação de radicais livres, uma capacidade redutora maior do que a vitamina C, melhoram a atividade de SOD na suspensão de esperma, reduzem o conteúdo de MDA e têm um certo efeito protetor na função da membrana espermática. Os polissacarídeos Cistanche podem aumentar a atividade de SOD e GSH-Px em eritrócitos e tecidos pulmonares de camundongos experimentalmente senescentes causados por D-galactose, bem como reduzir o conteúdo de MDA e colágeno no pulmão e no plasma e aumentar o conteúdo de elastina, têm um bom efeito de eliminação no DPPH, prolonga o tempo de hipóxia em camundongos senescentes, melhora a atividade de SOD no soro e retarda a degeneração fisiológica do pulmão em camundongos experimentalmente senescentes Com degeneração morfológica celular, experimentos mostraram que Cistanche tem boa capacidade antioxidante e tem potencial para ser um medicamento para prevenir e tratar doenças de envelhecimento da pele. Ao mesmo tempo, o echinacoside em Cistanche tem uma capacidade significativa de eliminar os radicais livres DPPH e pode eliminar espécies reativas de oxigênio, prevenir a degradação do colágeno induzida por radicais livres e também tem um bom efeito de reparo nos danos causados pelos radicais livres da timina.
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Além disso, a ativação da sinalização da AMPK suprime as reações inflamatórias por meio da ativação do SIRT129, estimulando as proteínas FOXO35 e inibindo o estresse do RE e reduzindo o estresse oxidativo. Todos esses mecanismos posteriormente reprimirão a sinalização do NF-κB e a neuroinflamação associada ao envelhecimento36. Além de seus efeitos anti-inflamatórios, a AMPK está envolvida em várias atividades, incluindo angiogênese, aumento da autofagia e indução de proteínas mitocondriais16.
Embora os papéis protetores dependentes de AMPK em diferentes contextos tenham sido relatados, as formas independentes de AMPK da metformina são menos estudadas. O presente estudo revelou que houve downregulation significativo do gene PI3K no grupo D-gal quando comparado ao grupo controle, enquanto a coadministração de metformina levou à up-regulation de seu nível quando comparado ao grupo D-gal. PI3K/Akt é uma das importantes vias de sinalização na prevenção da apoptose celular. A ativação de PI3K pode ser seguida pela fosforilação de Akt1. Akt1 pode inibir a fosforilação de JNK3 que promove a ativação de c-Jun. C-Jun é uma proteína que pode induzir a expressão de proteínas apoptóticas37. Assim, a ativação de Akt1 resultará na inativação de JNK3 e c-Jun e, então, a proporção de sobrevivência celular é melhorada. Portanto, exploramos os efeitos da metformina na apoptose celular estudando a reação imuno-histoquímica dos marcadores apoptóticos caspase-3 e Bcl-2. Este estudo revelou um incremento na expressão do marcador apoptótico caspase-3 com redução da expressão do marcador anti-apoptótico Bcl-2 no hipocampo do grupo D-gal quando comparado com o controle grupo. Apoiando nossos resultados, estudos anteriores confirmaram que as ROS mitocondriais induzem a ativação de um grande número de proteínas apoptóticas mitocondriais, levando à apoptose celular e danos aos órgãos38. Muitas proteínas apoptóticas estão intimamente relacionadas com proteínas anti-apoptóticas no envelhecimento induzido pela injeção de D-gal39. A caspase-3 é conhecida por ser um fator-chave da apoptose em mamíferos40. A proteína Bcl-2 é um elemento chave na inibição da apoptose. É um fator conhecido no envelhecimento celular, e sua superexpressão pode efetivamente prevenir a apoptose induzida por radicais livres41. Acredita-se comumente que o Bcl-2 atua a jusante da ativação da caspase-3 e, assim, a apoptose é inibida42. Conforme mostrado em nossos resultados, a administração de metformina diminui significativamente a relação Caspase-3/Bcl-2. Esses resultados foram de outros estudos que sugerem que a ativação da AMPK pela metformina regula positivamente a expressão da proteína Bcl-2 de modo que protege contra a morte celular apoptótica induzida por D-gal e aumenta a viabilidade neuronal43.
O BDNF é um candidato molecular interessante que pode ajudar a estabelecer uma ligação entre alterações moleculares e bioquímicas e defeitos de memória associados ao envelhecimento. A função cognitiva ideal está ligada à plasticidade neuronal eficiente. Defeitos de memória associados ao envelhecimento podem estar associados a alterações na expressão e regulação de proteínas relacionadas à plasticidade, como o BDNF, que é um importante fator neurotrófico. Foi demonstrado que a redução do BDNF leva à atrofia neuronal e à morte44.
O presente estudo revelou que o nível de BDNF no grupo D-gal foi significativamente menor quando comparado ao grupo controle. A diminuição do BDNF e/ou de seus receptores em animais idosos foi evidenciada em estudos anteriores45. Mizisin et al. sugeriram que o metabolismo da galactose pela aldose redutase influenciou a função e estrutura axonal alterando a produção de BDNF nervoso e muscular46. Ao contrário, o tratamento com metformina foi associado a um aumento significativo de BDNF quando comparado ao grupo D-gal. Nossos resultados concordam com relatos publicados anteriormente que demonstraram que a metformina regula positivamente o BDNF via ativação da AMPK47.
Devido ao seu papel crítico na LTP, o BDNF foi postulado como uma parte essencial do mecanismo celular que suporta a formação e manutenção da memória, promovendo a consolidação sináptica. O BDNF aumenta o armazenamento de memória, favorecendo mudanças na morfologia da coluna, levando à estabilização do LTP. O BDNF também pode aumentar o número, tamanho e complexidade das espinhas dendríticas. Além disso, o BDNF aumenta a neurogênese por meio de alterações na proliferação celular10. A ligação do BDNF aos receptores TrkB induz a atividade da PI3K que inibe a apoptose e promove a sobrevivência celular22.
Em conjunto, nosso estudo sugere que os efeitos antienvelhecimento da metformina na melhora do comprometimento neurocognitivo podem ser, pelo menos em parte, devido à ativação da via AMPK/BDNF/PI3K.
O hipocampo desempenha um papel importante na aprendizagem e na consolidação da memória, bem como nos comportamentos e na regulação do humor, e onde a plasticidade funcional e estrutural ocorre até a idade adulta. Estudos anteriores relataram que o hipocampo sofre várias mudanças estruturais tanto grosseiramente quanto no nível celular com o envelhecimento48. O estudo H & E do hipocampo no grupo D-gal mostrou degeneração neuronal grave com múltiplos corpos apoptóticos e gliose. Esse resultado pode ser explicado pelos efeitos deletérios da d-galactose na indução do estresse oxidativo, inflamação e apoptose. Adicionalmente, avaliamos os níveis de expressão de uma proteína marcadora sináptica (sinaptofisina) no hipocampo. A sinaptofisina é um marcador de plasticidade sináptica. É usado como um marcador específico para o terminal pré-sináptico, e seu nível está relacionado à densidade sináptica. Nossos resultados mostraram que a expressão de sinaptofisina foi significativamente menor no grupo D-gal quando comparado ao grupo controle. Esses resultados estão de acordo com estudos relatados anteriormente que demonstraram comprometimento da sinaptogênese induzida por D-gal no hipocampo3. No entanto, o co-tratamento com metformina com D-gal restaurou a expressão da sinaptofisina e a estrutura do tecido hipocampal para níveis próximos aos seus respectivos níveis de controle. Evidências demonstraram que a metformina promove a neurogênese humana e de roedores e melhora a formação da memória espacial24,41. O incremento da densidade sináptica e da neurogênese no hipocampo anda de mãos dadas com a melhora dos resultados dos testes neurocomportamentais nesse grupo. Isso pode ser explicado pelos efeitos antioxidantes, antiinflamatórios e antiapoptóticos da metformina, mediados pela ativação da via de sinalização AMPK/BDNF/PI3K.
Conclusões
Nossas descobertas apóiam o uso de D-gal no modelo de rato para realizar estudos relacionados ao envelhecimento. Concluímos que a metformina pode aliviar o comprometimento da memória e os déficits cognitivos causados pelo envelhecimento. Os mecanismos provavelmente envolvidos são a melhora da neuroinflamação, atenuação do estresse oxidativo, aumento da expressão da proteína anti-apoptótica Bcl-2, bem como a promoção da neurogênese e da plasticidade sináptica. Acreditamos que esses mecanismos poderiam ser mediados pela ativação da via AMPK/BDNF/PI3K. Até onde sabemos, este é o primeiro estudo a demonstrar a ação da metformina na melhora do comprometimento cognitivo em ratos idosos por meio da ativação dessa via. Portanto, nossos achados sugerem que a metformina é um agente antienvelhecimento útil.
Disponibilidade de dados
Publicado online: 12 de outubro de 2022
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Agradecimentos
Os autores agradecem à Faculdade de Medicina da Universidade Menoufa por fornecer a maior parte das instalações necessárias.
Contribuições do autor
OA desenhou o estudo e coordenou o trabalho de laboratório, realizou os estudos com animais, realizou experimentos de biologia molecular, analisou os dados e redigiu o manuscrito. RMS realizou os estudos histopatológicos e imuno-histoquímicos e analisou os dados. RAAAE participou do desenho do estudo, realizou os estudos com animais, participou da análise bioquímica e ajudou na redação do manuscrito. Todos os autores aprovaram a versão final do manuscrito. Os autores declaram que todos os dados foram gerados internamente e que nenhuma fábrica de papel foi utilizada.
Financiamento
O financiamento de acesso aberto é fornecido pela Autoridade de Financiamento de Ciência, Tecnologia e Inovação (STDF) em cooperação com o Banco de Conhecimento Egípcio (EKB).
Interesses competitivos
Os autores declaram não haver interesses conflitantes.
Informações adicionais
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