Катехины зеленого чая и ресвератрол проявляют нейропротекторные свойства в моделях болезни Альцгеймера

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Свободнорадикальная биология и медицинаисследователи провели скрининг нейропротекторных соединений против болезни Альцгеймера (БА).

Болезнь Альцгеймера, шестая по значимости причина смерти в Соединенных Штатах (США), является прогрессирующим нейродегенеративным заболеванием и частой причиной слабоумия у пожилых людей. Все больше данных свидетельствует о том, что патогены запускают амилоидный каскад, гиперфосфорилирование тау-белка и нейровоспаление у некоторых пациентов. В частности, вирус простого герпеса (ВПГ) 1 типа считается этиологическим агентом спорадической БА (сАД).

ВПГ-1 представляет собой нейротрофический вирус с распространенностью 67% среди лиц в возрасте 14-49 лет в США. В последнее время в эпидемиологических исследованиях сообщалось о связи между противогерпетическими препаратами и более низким риском развития деменции. Ранее лаборатория авторов сообщила о разработке трехмерной (3D) модели ткани коры головного мозга человека при герпес-индуцированном атопическом дерматите, что свидетельствует о причинности атопического дерматита ВПГ-1.

Исследование: Скрининг нейропротекторных соединений в герпес-индуцированных клетках болезни Альцгеймера и трехмерных тканевых моделях. Изображение предоставлено: бончан / Shutterstock

Исследование и выводы

В настоящем исследовании ученые провели скрининг нейропротекторных соединений против БА. Индуцированные человеком нейральные стволовые клетки (hiNSCs) были созданы путем прямого перепрограммирования с использованием фибробластов крайней плоти человека. Эти клетки инфицировали HSV-1 при множественности заражения (MOI) 0,0001. Были созданы трехмерные модели ткани коры головного мозга человека. Экспериментальные соединения добавляли одновременно с вирусными инокулятами.

2D-культуры клеток сохранялись в течение недели и обрабатывались для иммуноокрашивания и анализа экспрессии генов, тогда как 3D-модели сохранялись в течение 10 дней и обрабатывались для визуализации кальция и иммуноокрашивания. Иммунофлуоресценцию проводили на клетках, выращенных в 2D-культурах или 3D-моделях. Количественно определяли относительный размер и количество бляшкоподобных образований бета-амилоида (Aβ).

Библиотека соединений с предполагаемыми нейропротекторными характеристиками была собрана из списка одобренных Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) препаратов для лечения состояний, не связанных с атопическим дерматитом, растительных/диетических добавок и нутрицевтиков. Кроме того, были исследованы различные одобренные FDA препараты, улучшающие или усугубляющие снижение когнитивных функций.

Первичный 2D-скрининг проводили с использованием всей библиотеки из 21 соединения для проверки образования бляшкообразных образований Аβ, транскриптов мРНК медиаторов БА (белок-предшественник амилоида [APP]пресенилин 1 [PSEN1]и морфологии клеток. Ведущие кандидаты из 2D-скрининга были продвинуты для тестирования в 3D-моделях тканей на наличие бляшкообразных образований, целостности дендритной сети и визуализации кальция.

Большинство соединений не смогли уменьшить индуцированное ВПГ-1 образование бляшек и не рассматривались для дальнейших исследований. Только катехины зеленого чая, цитиколин, экстракт ашваганды, куркумин, ресвератрол и метформин уменьшали площадь бляшек, вызванных ВПГ. Примечательно, что ашваганда была исключена из дальнейшего анализа из-за значительной токсичности.

Цитиколин уменьшал образование бляшек Aβ при 10 мкМ и 100 мкМ в 2D-культурах. В трехмерных тканях образование бляшек Aβ аналогичным образом уменьшалось при лечении цитиколином. Однако наблюдалось заметное снижение количества клеток наряду с менее взаимосвязанной дендритной сетью. Частота возбуждения была значительно снижена в инфицированных, но необработанных трехмерных тканях, а лечение цитиколином устраняло этот эффект.

Лечение куркумином уменьшило количество и размер бляшек в 2D-культурах, инфицированных HSV-1. Более того, обработка куркумином вызывала значительную гибель клеток при концентрации 100 мкМ. Обработка 10 мкМ куркумина восстанавливала уровни экспрессии APP и PSEN1 до неинфицированных уровней. Следует отметить, что обработка куркумином трехмерных тканей вызывала значительную гибель клеток и поэтому не изучалась в дальнейшем.

Катехины зеленого чая уменьшали образование бляшек при 0,1 мкг/мл и 1 мкг/мл в культурах 2D-клеток. В 3D-моделях тканей катехины зеленого чая вызывали такое же уменьшение количества бляшек, как и в 2D-культурах, с высокой жизнеспособностью клеток. Метформин также уменьшал образование бляшек и поддерживал жизнеспособность клеток при концентрациях 10 мкМ и 1 мМ.

Экспрессия генов выявила значительно низкие уровни АРР, но повышенную экспрессию PSEN2 в инфицированных вирусом клетках. Метформин поддерживал высокую жизнеспособность клеток и уменьшал количество бляшек в 3D-моделях. Однако метформин не смог предотвратить снижение частоты возбуждения, вызванное инфекцией ВПГ.

Ресвератрол демонстрировал умеренное уменьшение количества бляшек при 1 мкМ и 10 мкМ, но полностью подавлял образование бляшек при 100 мкМ без какого-либо влияния на жизнеспособность клеток. 3D-модели тканей показали аналогичную минимальную токсичность при 100 мкМ со значительным уменьшением бляшек, как и при 2D-скрининге.

Пища, богатая ресвератролом. Изображение предоставлено: DIVA.photo / Shutterstock

Выводы

Таким образом, исследование определило катехины зеленого чая и ресвератрол как многообещающие кандидаты на свойства против зубного налета, функциональные нейрозащитные свойства против атопического дерматита и минимальную токсичность. Хотя лечение цитиколином и метформином продемонстрировало подавление образования бляшек и низкую токсичность, эти соединения не защищали от вызванных ВПГ нарушений нейронной передачи сигналов. В целом, исследование создало простую платформу для быстрого скрининга и характеристики соединений против БА в 2D-клеточных культурах и 3D-моделях тканей коры головного мозга человека.