actabiomedicaActa Biomedica ScientificaActa Biomedica Scientifica2541-94202587-9596Scientific Centre for Family Health and Human Reproduction Problems10.29413/ABS.2024-9.3.21actabiomedica-4833Research ArticleФАРМАКОЛОГИЯ И ФАРМАЦИЯPHARMACOLOGY AND PHARMACEUTICSИсследование нейропротективных свойств Orostachys spinosa экстракта сухого при холинергической недостаточностиNeuroprotective effect of Orostachys spinose dry extract in cholinergic insufficiencyhttps://orcid.org/0000-0001-7829-1424РазуваеваЯ. Г.RazuvaevaYa. G.

Разуваева Янина Геннадьевна – доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории безопасности биологически активных веществ

670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6

Yanina G. Razuvaeva – Dr. Sc. (Biol.), Leading Research Officer at the Laboratory for the Safety of Biologically Active Substances, Institute of General and Experimental Biology

Sakhyanova str. 6, Ulan-Ude 670047

tatur75@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2618-7777ТороповаА. А.ToropovaA. A.

Торопова Анюта Алексеевна – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории безопасности биологически активных веществ

670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6

Anyuta A. Toropova – Cand. Sc. (Biol.), Senior Research Officer at the Laboratory for the Safety of Biologically Active Substances, Institute of General and Experimental Biology

Sakhyanova str. 6, Ulan-Ude 670047

anyuta-tor@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0009-4748-0068БаяндуеваЕ. А.BayanduevaE. A.

Баяндуева Елена Александровна – аспирант

670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6

Yelena A. Bayanduyeva – Postgraduate

Sakhyanova str. 6, Ulan-Ude 670047

baynduev@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3476-1014НиколаеваИ. Г.NikolaevaI. G.

Николаева Ирина Геннадьевна – доктор фармацевтических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории безопасности биологически активных веществ

670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6

Irina G. Nikolaeva – Dr. Sc. (Pharm.), Docent, Senior Research Officer at the Laboratory for the Safety of Biologically Active Substances, Institute of General and Experimental Biology

Sakhyanova str. 6, Ulan-Ude 670047

i-nik@mail.ruФГБУН «Институт общей и экспериментальной биологии» СО РАНInstitute of General and Experimental Biology, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences20242407202493213221Copyright © Разуваева Я.Г., Торопова А.А., Баяндуева Е.А., Николаева И.Г., 20242024Разуваева Я.Г., Торопова А.А., Баяндуева Е.А., Николаева И.Г.Razuvaeva Y.G., Toropova A.A., Bayandueva E.A., Nikolaeva I.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.actabiomedica.ru/jour/article/view/4833

Обоснование. Orostachys spinosa (L.) Sweet – многолетнее растение, имеющее широкий ареал произрастания и содержащее различные метаболиты (аминокислоты, флавоноиды, полисахариды и др.). Извлечения из надземной части растения используются в традиционной медицине в качестве противосудорожного и седативного средства.Цель работы. Исследовать нейропротективные свойства O. spinosa при холинергической недостаточности.Материалы и методы. Исследования проведены на 52 крысах линии Wistar. Животным ежедневно в течение 21 дня вводили скополамин (1 мг/ кг), далее в течение 14 дней – per os O. spinosa экстракт сухой в дозе 100 мг/кг. На 32-е сутки у животных вырабатывали условный рефлекс пассивного избегания (УРПИ), сохранность которого проверяли через 1, 24 и 72 часа; на 35-е сутки тестировали в «открытом поле». На 36-е сутки проводили биохимические и гистологические исследования головного мозга.Результаты. Установлено, что O. spinosa на фоне скополаминовой интоксикации снижает тревожность животных, стимулирует исследовательскую активность в «открытом поле», улучшает выработку и сохранность УРПИ, а также снижает количество функционально неактивных нейронов (пикнотических и «клеток-теней») в коре больших полушарий головного мозга. Экстракт снижает соотношение лактат/пируват на 47 %, интенсифицирует активность митохондриальных комплексов I и II на 54–64 %, увеличивает концентрацию аденозинтрифосфата в 1,6 раза по сравнению с контролем. O. spinosa проявляет антиоксидантные свойства, снижая содержание малонового диальдегида, повышая активность каталазы, глутатионпероксидазы и глутатионредуктазы в головном мозге.Заключение. O. spinosa экстракт сухой оказывает нейропротективное действие при холинергическом дефиците. Исследуемый экстракт проявляет антиоксидантные свойства и стимулирует энергетические процессы в головном мозге.

Background. Orostachys spinosa (L.) Sweet. – a perennial plant of a wide habitat and contains various metabolites (amino acids, flavonoids, polysaccharides, etc.). Extracts from the aerial part of the plant are used in traditional medicine as an anticonvulsant and sedative.The aim of the work. To study the neuroprotective effect of O. spinosa in cholinergic deficiency.Materials and methods. The studies were carried out on 52 Wistar rats. The animals were administered scopolamine (1 mg/kg) daily for 21 days, followed by O. spinosa dry extract per os at a dose of 100 mg/kg for 14 days. On the day 32, the animals developed a conditioned passive avoidance reflex (CPAR), the integrity of which was checked after 1, 24 and 72 hours; on the day 35 they were tested in an “open field”. On the day 36, biochemical and histological studies of the brain were carried out.Results. It has been established that O. spinosa, against the background of scopolamine intoxication, reduces the anxiety of animals, stimulates exploratory activity in the open field test, improves the production and preservation of the CPAR, and also reduces the number of functionally inactive neurons (pyknotic and shadow cells) in the cerebral cortex. The extract reduces the lactate/pyruvate ratio by 47 %, intensifies the activity of mitochondrial complexes I and II by 54–64 %, and increases the concentration of adenosine triphosphate by 1.6 times compared to the control. O. spinosa exhibits antioxidant properties by reducing malondialdehyde and increasing the activity of catalase, glutathione peroxidase and glutathione reductase in the brain.Conclusion. O. spinosa dry extract has a neuroprotective effect in cholinergic deficiency. The studied extract exhibits antioxidant properties and stimulates energy processes in the brain

Orostachys spinosa (L.) Sweetэкстракт сухойнейропротективное действиескополамин гидрохлоридхолинергическая недостаточностьOrostachys spinosa (L.) Sweetdry extractneuroprotective effectscopolamine hydrochloridecholinergic insufficiencyИсследования проведены в рамках выполнения темы государственного задания по проекту FWSM-2021- 0005 (№ госрегистрации 121030100227-7)ReferencesWorld Health Organization. Ageing and health. URL: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/ageing-and-health [date of access: 01.11.2023].World Health Organization. Ageing and health. URL: https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/ageing-and-health date of access: 01.11.2023Bommakanti V, Puthenparambil Ajikumar A, Sivi CM, Prakash G, Mundanat AS, Ahmad F, et al. An overview of herbal nutraceuticals, their extraction, formulation, therapeutic effects and potential toxicity. Separations. 2023; 10(3): 177. doi: 10.3390/separations10030177Bommakanti V, Puthenparambil Ajikumar A, Sivi CM, Prakash G, Mundanat AS, Ahmad F, et al. An overview of herbal nutraceuticals, their extraction, formulation, therapeutic effects and potential toxicity. Separations. 2023; 10(3): 177. doi: 10.3390/separations10030177Kim JH, Lee SH, Lee HW, Sun YN, Jang WH, Yang SY, et al. (-)-Epicatechin derivate from Orostachys japonicus as potential inhibitor of the human butyrylcholinesterase. Int J Biol Macromol. 2016; 91: 1033-1039. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2016.06.069Kim JH, Lee SH, Lee HW, Sun YN, Jang WH, Yang SY, et al. (-)-Epicatechin derivate from Orostachys japonicus as potential inhibitor of the human butyrylcholinesterase. Int J Biol Macromol. 2016; 91: 1033-1039. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2016.06.069Lee JH, Lee SJ, Park S, Kim HK, Jeong WY, Choi JY, et al. Characterisation of flavonoids in Orostachys japonicus A. Berger using HPLC-MS/MS: Contribution to the overall antioxidant effect. Food Chem. 2011; 124(4): 1627-1633. doi: 10.1016/j.foodchem. 2010.08.031Lee JH, Lee SJ, Park S, Kim HK, Jeong WY, Choi JY, et al. Characterisation of flavonoids in Orostachys japonicus A. Berger using HPLC-MS/MS: Contribution to the overall antioxidant effect. Food Chem. 2011; 124(4): 1627-1633. doi: 10.1016/j.foodchem. 2010.08.031Hassan MHA, Elwekeel A, Moawad A, Afifi N, Amin E, Amir DE. Phytochemical constituents and biological activity of selected genera of family Crassulaceae: A review. S Afr J Bot. 2021; 141(2021): 383-404. doi: 10.1016/j.sajb.2021.05.016Hassan MHA, Elwekeel A, Moawad A, Afifi N, Amin E, Amir DE. Phytochemical constituents and biological activity of selected genera of family Crassulaceae: A review. S Afr J Bot. 2021; 141(2021): 383-404. doi: 10.1016/j.sajb.2021.05.016Буданцев А.Л., Лесиовская Е.Е. Дикорастущие полезные растения России. СПб: СПФХА; 2001. [Budantsev AL, Lesiovskaya EE. Wild-growing useful plants of Russia. St. Petersburg; 2001. (In Russ.)Николаева И.Г., Цыбиктарова Л.П., Николаева Г.Г., Манжигеев П.Г. Фитохимическое исследование надземной части горноколосника колючего. Вопросы обеспечения качества лекарственных средств. 2018; 22(4): 52-56.Nikolaeva IG, Tsybiktarova LP, Nikolaeva GG, Manzhigeev PG. The phytochemical investigation of the aerial part of Orostachys spinosa (L.) Sweet. Journal of Pharmaceuticals Quality Assurance Issues. 2018; 22(4): 52-56. (In Russ.)Усов Л.А., Левента А.И., Одинец А.Д. Анксиолитические и мнемотропные эффекты извлечений из горноколосника и рододендрона Адамса в эксперименте на лабораторных животных. Сибирский медицинский журнал (Иркутск). 2010; 96(5): 125-128.Usov LA, Leventa AI, Odinets AD. Anxiety and memorable effects of extract from Orostachis spinosa and Rhododendron Adamsii in experiment on laboratory animals. Siberian Medical Journal (Irkutsk). 2010; 96(5): 125-128. (In Russ.)Одинец А.Д., Левента А.И., Щукин Д.А., Шабатурова О.В. К антигипоксичекому действию препаратов из растительного сырья Байкальской Сибири. Сибирский медицинский журнал (Иркутск). 2011; 104(5): 112-115.Odinets AD, Leventa AI, Shukin DA, Shabaturova OV. Antihypoxic action of preparations from vegetable raw materials of the Baikalian Siberia. Siberian Medical Journal (Irkutsk). 2011; 104(5): 112-115. (In Russ.)Одинец А.Д., Усов Л.А., Изатулин А.В., Левента А.И., Шабатурова О.В. Влияние препаратов из горноколосника колючего и рододендрона Адамса на течение стресс-реакции экспериментальных животных. Acta biomedica scientifica. 2010; 76(6): 175-181.Odinets AD, Usov LA, Izatulin AV, Leventa AI, Shabaturova OV. Influence of the preparations of Orostachys spinosa (pallas) Fich. And Rhododenron adamsii Rhed. on a course of stressreaction of experimental animals. Acta biomedica scientifica. 2010; 76(6): 175-181. (In Russ.)Николаева И.Г., Хобракова В.Б., Разуваева Я.Г., Николаева Г.Г., Николаев С.М., Цыбиктарова Л.П., и др. Способ получения средства, обладающего нейропротективной, иммуномодулирующей активностью: Пат. 2784435 Рос. Федерация; МПК A61K 36/41 (2006.01), A61K 127/00 (2006.01), A61K 133/00 (2006.01), A61K 135/00 (2006.01), A61P 25/00 (2006.01), A61P 37/02 (2006.01), B01D 11/02 (2006.01); заявитель и патентообладатель ФГБУН ИОЭБ СО РАН. № 022113385; заявл. 18.05.2022; опубл. 25.11.2022. Бюл. № 33.Nikolaeva IG, Khobrakova VB, Razuvaeva YaG, Nikolaeva GG, Nikolaev SM, Tsybiktarova LP, et al. Method for producing a drug with neuroprotective, immunomodulatory activity: Patent No. 2784435 of the Russian Federation. 2022. (3). (In Russ.)]Разуваева Я.Г., Баяндуева Е.А., Торопова А.А., Николаева И.Г. Оценка противоишемического действия экстракта сухого Orostachys spinosa при билатеральной окклюзии общих сонных артерий у белых крыс. Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2022; 25(7): 3-8. doi: 10.29296/25877313-2022-07-01Razuvaeva YaG, Bayandueva EA, Toropova AA, Nikolaeva IG. Studying of the anti-ischemic effect of Orostachys spinosa dry extract in carotid arteries bilateral occlusion in white rats. Problems of Biological, Medical and Pharmaceutical Chemistry. 2022; 25(7): 3-8. (In Russ.) doi: 10.29296/25877313-2022-07-01Nowak A, Kojder K, Zielonka-Brzezicka J, Wróbel J, Bosiacki M, Fabiańska M, et al. The use of Ginkgo biloba L. as a neuroprotective agent in the Alzheimer’s disease. Front Pharmacol. 2021; 12: 775034. doi: 10.3389/fphar.2021.775034Nowak A, Kojder K, Zielonka-Brzezicka J, Wróbel J, Bosiacki M, Fabiańska M, et al. The use of Ginkgo biloba L. as a neuroprotective agent in the Alzheimer’s disease. Front Pharmacol. 2021; 12: 775034. doi: 10.3389/fphar.2021.775034Миронов А.Н. Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. М.: Гриф и К; 2012.Mironov AN. Guidelines for conducting preclinical studies of drugs. Moscow: Grif i K; 2012. (In Russ.)Bajo R, Pusil S, López ME, Canuet L, Pereda E, Osipova D, et al. Scopolamine effects on functional brain connectivity: A pharmacological model of Alzheimer’s disease. Sci Rep. 2015; 5: 9748. doi: 10.1038/srep09748Bajo R, Pusil S, López ME, Canuet L, Pereda E, Osipova D, et al. Scopolamine effects on functional brain connectivity: A pharmacological model of Alzheimer’s disease. Sci Rep. 2015; 5: 9748. doi: 10.1038/srep09748Tang KS. The cellular and molecular processes associated with scopolamine-induced memory deficit: A model of Alzheimer’s biomarkers. Life Sci. 2019; 233: 116695. doi: 10.1016/j.lfs.2019.116695Tang KS. The cellular and molecular processes associated with scopolamine-induced memory deficit: A model of Alzheimer’s biomarkers. Life Sci. 2019; 233: 116695. doi: 10.1016/j.lfs.2019.116695Камышников В.С. Справочник по клинико-биохимическим исследованиям и лабораторной диагностике. М.: МЕДпресс-информ; 2009.Kamyshnikov VS. Handbook of clinical and biochemical studies and laboratory diagnostics. Moscow: MEDpress-inform; 2009. (In Russ.)Гирин С.В. Модификация метода определения активности каталазы в биологических субстратах. Лабораторная диагностика. 1999; 4: 45-46.Girin SV. Modification of the method for determining catalase activity in biological substrates. Laboratory diagnostics. 1999; 4: 45-46. (In Russ.)Pinto RE, Bartley W. The effect of age and sex on glutathione reductase and glutation peroxidase activities and aerobic glutathione oxidation in rat liver homogenates. Biochem J. 1969; 112(1): 109-115. doi: 10.1042/bj1120109Pinto RE, Bartley W. The effect of age and sex on glutathione reductase and glutation peroxidase activities and aerobic glutathione oxidation in rat liver homogenates. Biochem J. 1969; 112(1): 109-115. doi: 10.1042/bj1120109Прохоров М.И. (ред.). Методы биохимических исследований. Л.: Изд-во ЛГУ; 1982.Prokhorov MI (ed.). Methods of biochemical research. Leningrad: Publishing House of Leningrad State University; 1982. (In Russ.)Pollard AK, Craig EL, Chakrabarti L. Mitochondrial complex 1 activity measured by spectrophotometry is reduced across all brain regions in ageing and more specifically in neurodegeneration. PLoS One. 2016; 11(6): e0157405. doi: 10.1371/journal.pone.0157405Pollard AK, Craig EL, Chakrabarti L. Mitochondrial complex 1 activity measured by spectrophotometry is reduced across all brain regions in ageing and more specifically in neurodegeneration. PLoS One. 2016; 11(6): e0157405. doi: 10.1371/journal.pone.0157405Spinazzi M, Casarin A, Pertegato V, Salviati L, Angelini C. Assessment of mitochondrial respiratory chain enzymatic activities on tissues and cultured cells. Nat Protoc. 2012; 7(6): 1235-1246. doi: 10.1038/nprot.2012.058Spinazzi M, Casarin A, Pertegato V, Salviati L, Angelini C. Assessment of mitochondrial respiratory chain enzymatic activities on tissues and cultured cells. Nat Protoc. 2012; 7(6): 1235-1246. doi: 10.1038/nprot.2012.058Osterman J, Fritz PJ, Wuntch T. Pyruvate kinase isozymes from rat tissues. J Biol Chem. 1973; 248(3): 1011-1018.Osterman J, Fritz PJ, Wuntch T. Pyruvate kinase isozymes from rat tissues. J Biol Chem. 1973; 248(3): 1011-1018.Коржевский Д.Э., Гиляров А.В. Основы гистологической техники. СПб.: СпецЛит; 2010. [Korzhevsky DE, Gilyarov AV. Fundamentals of histological techniques. St. Petersburg: SpetsLit; 2010. (In Russ.)].Коржевский Д.Э., Гиляров А.В. Основы гистологической техники. СПб.: СпецЛит; 2010. Korzhevsky DE, Gilyarov AV. Fundamentals of histological techniques. St. Petersburg: SpetsLit; 2010. (In Russ.)Wang B, Zhong Y, Gao C, Li J. Myricetin ameliorates scopolamine-induced memory impairment in mice via inhibiting acetylcholinesterase and down-regulating brain iron. Bioch Biophys Res Comm. 2017; 490(2): 336-342. doi: 10.1016/j.bbrc.2017.06.045Wang B, Zhong Y, Gao C, Li J. Myricetin ameliorates scopolamine-induced memory impairment in mice via inhibiting acetylcholinesterase and down-regulating brain iron. Bioch Biophys Res Comm. 2017; 490(2): 336-342. doi: 10.1016/j.bbrc.2017.06.045Wang QM, Wang GL, Ma ZG. Protective effects of myricetin on chronic stress-induced cognitive deficits. Neuroreport. 2016; 27(9): 652-658. doi: 10.1097/WNR.0000000000000591Wang QM, Wang GL, Ma ZG. Protective effects of myricetin on chronic stress-induced cognitive deficits. Neuroreport. 2016; 27(9): 652-658. doi: 10.1097/WNR.0000000000000591Li J, Xiang H, Huang C, Lu J. Pharmacological actions of myricetin in the nervous system: A comprehensive review of preclinical studies in animals and cell models. Front Pharmacol. 2021; 12: 797298. doi: 10.3389/fphar.2021.797298Li J, Xiang H, Huang C, Lu J. Pharmacological actions of myricetin in the nervous system: A comprehensive review of preclinical studies in animals and cell models. Front Pharmacol. 2021; 12: 797298. doi: 10.3389/fphar.2021.797298Lei Y, Chen J, Zhang W, Fu W, Wu G, Wei H, et al. In vivo investigation on the potential of galangin, kaempferol and myricetin for protection of d-galactose-induced cognitive impairment. Food Chem. 2012; 135(4): 702-707. doi: 10.1016/j.foodchem.2012.07.043Lei Y, Chen J, Zhang W, Fu W, Wu G, Wei H, et al. In vivo investigation on the potential of galangin, kaempferol and myricetin for protection of d-galactose-induced cognitive impairment. Food Chem. 2012; 135(4): 702-707. doi: 10.1016/j.foodchem.2012.07.043Kou JJ, Shi JZ, He YY, Hao JJ, Zhang HY, Luo DM, et al. Luteolin alleviates cognitive impairment in Alzheimer’s disease mouse model via inhibiting endoplasmic reticulum stress-dependent neuroinflammation. Acta Pharmacol Sin. 2022; 43(4): 840-849. doi: 10.1038/s41401-021-00702-8Kou JJ, Shi JZ, He YY, Hao JJ, Zhang HY, Luo DM, et al. Luteolin alleviates cognitive impairment in Alzheimer’s disease mouse model via inhibiting endoplasmic reticulum stress-dependent neuroinflammation. Acta Pharmacol Sin. 2022; 43(4): 840-849. doi: 10.1038/s41401-021-00702-8Barchestani ZN, Rafieirad M. The effect of herniarin on spatial working memory, pain threshold, and oxidative stress in ischemic hypoperfusion model in rats. Caspian J Neurol Sci. 2021; 7(1): 42-50. doi: 10.32598/CJNS.7.24.5Barchestani ZN, Rafieirad M. The effect of herniarin on spatial working memory, pain threshold, and oxidative stress in ischemic hypoperfusion model in rats. Caspian J Neurol Sci. 2021; 7(1): 42-50. doi: 10.32598/CJNS.7.24.5Xu XL, Li S, Zhang R, Le WD. Neuroprotective effects of naturally sourced bioactive polysaccharides: An update. Neural Regen Res. 2022; 17(9): 1907–1912. doi: 10.4103/1673-5374.335142Xu XL, Li S, Zhang R, Le WD. Neuroprotective effects of naturally sourced bioactive polysaccharides: An update. Neural Regen Res. 2022; 17(9): 1907–1912. doi: 10.4103/1673-5374.335142Zhu Y, Wang R, Fan Z, Luo D, Cai G, Li X, et al. Taurine alleviates chronic social defeat stress-induced depression by protecting cortical neurons from dendritic spine loss. Cell Mol Neurobiol. 2023; 43(2): 827-840. doi: 10.1007/s10571-022-01218-3Zhu Y, Wang R, Fan Z, Luo D, Cai G, Li X, et al. Taurine alleviates chronic social defeat stress-induced depression by protecting cortical neurons from dendritic spine loss. Cell Mol Neurobiol. 2023; 43(2): 827-840. doi: 10.1007/s10571-022-01218-3

The authors declare that there are no conflicts of interest present.