Снижение накопления аутофлюоресценции кишечника у Caenorhabditis elegans при лечении натуральными продуктами на растительной основе

Введение. Старение – сложный процесс, связанный с постепенным снижением клеточных и физиологических функций. Геропротекторное действие 10 биологически активных веществ (БАВ) (рутин, сквален, кемпферол, биоханин А, урсоловая кислота, хлорогеновая кислота, байкалин, мангиферин, кверцетин и транскоричная кислота) и 5 неочищенных экстрактов (гинкго билоба, медуница лекарственная, шлемник байкальский, копеечник забытый и женьшень обыкновенный), выделенных из лекарственных растений Алтайского края России, были оценены на предмет их влияния на накопление кишечного аутофлуоресцентного материала (КАМ) с использованием модели Caenorhabditis elegans.

Цель. Кишечный аутофлуоресцентный материал способствует возрастному снижению и является неинвазивным биомаркером старения. В этом исследовании оценивалось влияние различных биоактивных веществ на снижение накопления КАМ с использованием модели C. elegans.

Материалы и методы. Беременные нематоды были синхронизированы, а затем посеяны в 96-луночные планшеты для развития до стадии L4. Каждый БАВ в концентрациях 200, 100, 50 и 10 мкмоль и экстракты с разбавлением в десять, сто и тысячу раз вводились в каждую лунку в 6 повторениях для  каждой группы обработки. На  1-й, 5-й и  15-й  дни инкубации взрослые нематоды L4 прошли спектрофлуориметрический анализ для определения влияния БАВ и экстрактов на накопление КАМ.

Результаты. Было обнаружено, что  кверцетин, кемпферол, байкалин, мангиферин, экстракты G. biloba и P. officinalis продемонстрировали наиболее глубокое ингибирование накопления КАМ по сравнению с контролем. Примечательно, что концентрация мангиферина 10 мкмоль значительно ингибировала накопление КАМ, сопоставимое с концентрацией байкалина 200 мкмоль и кверцетина 100 мкмоль. Кроме того, сырые экстракты G. biloba и P. officinalis продемонстрировали соответственно 2,8- и 1,8-кратное снижение накопления КАМ.

Заключение. Накопление КАМ обратно пропорционально продолжительности жизни. Таким образом, БАВ, выявленные в этом исследовании для модуляции накопления КАМ, могут служить важными предшественниками или активными ингредиентами для фармакосинтеза геропротекторных препаратов в будущих исследованиях.

1. UN. World Population Prospects 2019 Highlights. 2021. URL: https://population.un.org/wpp/Publications/Files/WPP2019_Highlights.pdf (accessed: 18.03.2023).

2. Kushwaha SS, Patro N, Patro IK. A sequential study of agerelated lipofuscin accumulation in hippocampus and striate cortex of rats. Ann Neurosci. 2018; 25(4): 223-233. doi: 10.1159/000490908

3. Secci R, Hartmann A, Walter M, Grabe HJ, van der Auwera-Palitschka S, Kowald A, et al. Biomarkers of geroprotection and cardiovascular health: An overview of omics studies and established clinical biomarkers in the context of diet. Crit Rev Food Sci Nutr. 2023; 63(15): 2426-2446. doi: 10.1080/10408398.2021.1975638

4. Urits I, Borchart M, Hasegawa M, Kochanski J, Orhurhu V, Viswanath O. An update of current cannabis-based pharmaceuticals in pain medicine. Pain Ther. 2019; 8: 41-51. doi: 10.1007/s40122-019-0114-4

5. Faskhutdinova ER, Sukhikh AS, Le VM, Minina VI, Khelef MEA, Loseva AI. Effects of bioactive substances isolated from Siberian medicinal plants on the lifespan of Caenorhabditis elegans. Foods Raw Mater. 2022; 10(2): 340-352.

6. Komura T, Yamanaka M, Nishimura K, Hara K, Nishikawa Y. Autofluorescence as a noninvasive biomarker of senescence and advanced glycation end products in Caenorhabditis elegans. npj. Aging Mech Dis. 2021; 7(1): 12. doi: 10.1038/s41514-021-00061-y

7. Höhn A, Grune T. Lipofuscin: Formation, effects and role of macroautophagy. Redox Biol. 2013; 1(1): 140-144. doi: 10.1016/j.redox.2013.01.006

8. Pincus Z, Mazer TC, Slack FJ. Autofluorescence as a measure of senescence in C. elegans: Look to red, not blue or green. Aging (Albany NY). 2016; 8(5): 889. doi: 10.18632/aging.100936

9. Holtze S, Gorshkova E, Braude S, Cellerino A, Dammann P, Hildebrandt TB, et al. Alternative animal models of aging research. Front M Biosci. 2021; 8: 660959. doi: 10.3389/fmolb.2021.660959

10. Teuscher AC, Ewald CY. Overcoming autofluorescence to assess GFP expression during normal physiology and aging in Caenorhabditis elegans. Bio Protoc. 2018; 8(14): e2940-e2940. doi: 10.21769/BioProtoc.2940

11. Jiang S, Deng N, Zheng B, Li T, Liu RH. Rhodiola extract promotes longevity and stress resistance of Caenorhabditis elegans via DAF-16 and SKN-1. Food Funct. 2021; 12(10): 4471-4483. doi: 10.1039/d0fo02974b

12. Liu Y, Zhou Z, Yin L, Zhu M, Wang F, Zhang L, et al. Tangeretin promotes lifespan associated with insulin/insulin‐like growth factor‐1 signaling pathway and heat resistance in Caenorhabditis elegans. Bio Factors. 2022; 48(2): 442-453. doi: 10.1002/biof.1788

13. Nixon RA. The aging lysosome: An essential catalyst for late-onset neurodegenerative diseases. Biochim Biophys Acta (BBA) Proteins Proteomics. 2020; 1868(9): 140443. doi: 10.1016/j.bbapap.2020.140443

14. Sugawara T, Sakamoto K. Quercetin enhances motility in aged and heat-stressed Caenorhabditis elegans nematodes by modulating both HSF-1 activity, and insulin-like and p38-MAPK signalling. PLoS One. 2020; 15(9): e0238528. doi: 10.1371/journal.pone.0238528

15. Havermann S, Humpf H-U, Wätjen W. Baicalein modulates stress-resistance and life span in C. elegans via SKN-1 but not DAF16. Fitoterapia. 2016; 113: 123-127. doi: 10.1016/j.fitote.2016.06.018

16. Zheng SQ, Huang XB, Xing TK, Ding AJ, Wu GS, Luo HR. Chlorogenic acid extends the lifespan of Caenorhabditis elegans via insulin/IGF-1 signaling pathway. J Gerontol Ser A. 2017; 72(4): 464-472. doi: 10.1093/gerona/glw105

17. Fedorova AM, Dyshlyuk LS, Milentyeva IS, Loseva AI, Neverova OA, Khelef MEA. Geroprotective activity of trans-cinnamic acid isolated from the Baikal skullcap (Scutellaria baicalensis). Food Processing: Techniques and Technology. 2022; 52(3): 582-591. (In Russ.).

18. Wang J, Chen X, Bai W, Wang Z, Xiao W, Zhu J. Study on mechanism of Ginkgo biloba L. leaves for the treatment of neurodegenerative diseases based on network pharmacology. Neurochem Res. 2021; 46(7): 1881-1894. doi: 10.1007/s11064-021-03315-z

19. Sun J, Zhong X, Sun D, Xu L, Shi L, Sui J, et al. Anti-aging effects of polysaccharides from ginseng extract residues in Caenorhabditis elegans. Int J Biol Macro M. 2023; 225: 1072-1084. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2022.11.168

20. Moreno-García A, Kun A, Calero O, Medina M, Calero M. An overview of the role of lipofuscin in age-related neurodegeneration. Front Neurosci. 2018; 12: 464. doi: 10.3389/fnins.2018.00464

21. Kampkötter A, Nkwonkam CG, Zurawski RF, Timpel C, Chovolou Y, Wätjen W, et al. Investigations of protective effects of the flavonoids quercetin and rutin on stress resistance in the model organism Caenorhabditis elegans. Toxicology. 2007; 234(1-2): 113-123. doi: 10.1016/j.tox.2007.02.006

22. Jiang X, Yu J, Wang X, Ge J, Li N. Quercetin improves lipid metabolism via SCAP-SREBP2-LDLr signaling pathway in early stage diabetic nephropathy. Diabetes Metab Syndr Obes Targets Ther. 2019; 12: 827-839. doi: 10.2147/DMSO.S195456

23. Liu H, Zhou W, Guo L, Zhang H, Guan L, Yan X, et al. Quercetin protects against palmitate-induced pancreatic β-cell apoptosis by restoring lysosomal function and autophagic flux. J Nutr Biochem. 2022; 107: 109060. doi: 10.1016/j.jnutbio.2022.109060

24. Chen Q, Liu M, Yu H, Li J, Wang S, Zhang Y, et al. Scutellaria baicalensis regulates FFA metabolism to ameliorate NAFLD through the AMPK-mediated SREBP signaling pathway. J Nat Med. 2018; 72: 655-666. doi: 10.1007/s11418-018-1199-5

25. Perez CA, Wei Y, Guo M. Iron-binding and anti-Fenton properties of baicalein and baicalin. J Inorg Biochem. 2009; 103(3): 326-332. doi: 10.1016/j.jinorgbio.2008.11.003

26. Imran M, Arshad MS, Butt MS, Kwon JH, Arshad MU, Sultan MT. Mangiferin: A natural miracle bioactive compound against lifestyle related disorders. Lipids Health Dis. 2017; 16(1): 1-17. doi: 10.1186/s12944-017-0449-y

27. Zhou C, Li G, Li Y, Gong L, Huang Y, Shi Z, et al. A highthroughput metabolomic approach to explore the regulatory effect of mangiferin on metabolic network disturbances of hyperlipidemia rats. M Biosyst. 2015; 11(2): 418-433. doi: 10.1039/c4mb00421c

28. Rauthan M, Pilon M. The mevalonate pathway in C. elegans. Lipids Health Dis. 2011; 10: 243. doi: 10.1186/1476-511X-10-243

29. Houghton PJ, Mukherjee PK. Evaluation of herbal medicinal products: Perspectives on quality, safety and efficacy. London: Pharmaceutical Press; 2009.

30. Yu X, Li H, Lin D, Guo W, Xu Z, Wang L, et al. Ginsenoside prolongs the lifespan of C. elegans via lipid metabolism and activating the stress response signaling pathway. Int J M Sci. 2021; 22(18): 9668. doi: 10.3390/ijms22189668