КуркуминБ-нь АльцгеймераБ-нь Паркинсона

Нейродегенеративные процессы

CurcuminAlzheimer's Parkinson's

Neurodegenerative

Научные исследования

Болезни Альцгеймера болезни и эпигенетические диеты.Alzheimer's disease (AD) является наиболее распространенным нейродегенеративным

заболеванием. Многие усилия были направлены, чтобы предотвратить ад из-за растущей распространенности и отсутствия эффективного лечения. Различные эпигенетические механизмы связаны патогенезе ад. Эпигенетические изменения могут произойти за счет внешних факторов и известны их обратимость. Диетические факторы могут влиять на эпигенетические механизмы. Несколько нейропротекторное питательных веществ, способствующих повышению познания, памяти и других нарушенных функций видела в AD. В последние годы ноотропных веществ получили больше внимания в области эпигенетические. Все больше фактов свидетельствуют, что эпигенетические изменения, вызванные диетические питательные вещества имеют важную роль в здоровье и в профилактике некоторых заболеваний, особенно нейродегенеративных расстройств. Несколько исследований показали, что фолиевая кислота, витамин В12, холин, цинк, селен, пищевые полифенолы способны взаимодействовать с эпигенетические механизмы экспрессии генов и, в конечном счете. Эпигенетические механизмы, приводящие к нейрональной дисфункции могут быть изменены с помощью диеты. Поэтому манипуляции через эпигенетические механизмы питательных веществ рациона может повлиять на влияние Уязвимость нейронов дегенерации, которая проявляется в AD. Цель настоящей статьи-дать краткий обзор о последних находках, связанных эпигенетические изменения, связанные патогенезе ба, и обсудить биоактивных питательных веществ, которые могут повлиять на эти эпигенетические механизмы.

Neurochem Int. 2014 Oct 5. pii: S0197-0186(14)00216-2. doi: 10.1016/j.neuint.2014.09.012. [Epub ahead of print]

Alzheimer's disease and epigenetic diet.Sezgin Z1, Dincer Y2.Author information 1Department of Medical Biochemistry, Istanbul University Cerrahpasa Medical Faculty, Istanbul,

Turkey; Department of Medical Biochemistry, Yeni Yuzyıl University Medical Faculty, Istanbul, Turkey. 2Department of Medical Biochemistry, Istanbul University Cerrahpasa Medical Faculty, Istanbul,

Turkey. Electronic address: yldz.dincer@gmail.com.AbstractAlzheimer's disease (AD) is the most common neurodegenerative disease. Many efforts have been

directed to prevent AD due to its rising prevalence and the lack of an effective curative treatment. Various epigenetic mechanisms are linked to pathogenesis of AD. Epigenetic alterations may occur through external factors and are known for their reversibility. Dietary factors can influence epigenetic mechanisms. Several neuroprotective nutrients have been shown to enhance cognition, memory and other impaired functions seen in AD. Within recent years neuroprotective nutrients have gained more attention in the field of epigenetic. A growing body of evidence suggest that epigenetic changes triggered by dietary nutrients have an important role in health and in prevention of some diseases, especially neurodegenerative disorders. Several studies have shown that folic acid, vitamin B12, choline, zinc, selenium, dietary polyphenols are capable of interacting with epigenetic mechanisms and ultimately gene expression. Epigenetic mechanisms resulting in neuronal dysfunction may be modified by diet. Therefore manipulation of epigenetic

1

mechanisms via dietary nutrients may affect influence the vulnerability of neurons to degeneration which is seen in AD. The aim of this article is to provide a brief overview about the recent findings related to epigenetic alterations that are linked to AD pathogenesis, and to discuss the bioactive nutrients which can affect these epigenetic mechanisms.

Природных соединений и растительных экстрактов в качестве терапевтических средств против хронического воспаления при болезни Альцгеймера болезни - поступательного точки зрения.

Alzheimer's disease (AD) - это прогрессирующее нейродегенеративное расстройство, которое характеризуется отложением амилоида бета, нейрофибриллярных клубков, astrogliosis и microgliosis, ведущих к нейрональной дисфункции и потери в мозг. Био - и гистохимические признаки свидетельствуют о ведущей роли центрального и периферического воспаления в aetiopathology, связанных с производством свободных радикалов. Многочисленные эпидемиологические исследования подтверждают, что длительное использование нестероидных противовоспалительных препаратов, является профилактическим средством против ад, но эти лекарства не замедляют прогрессирование болезни в пациентов с уже установленным диагнозом. Существует ряд исследований, направленных на традиционных травяных лекарственных средств и малых молекул (обычно завод вторичных метаболитов) в качестве потенциальных противовоспалительных средств, особенно в отношении цитокинов подавления. Например, ω-3 полиненасыщенные жирные кислоты и ряд полифенольных фитохимических веществ, как было показано, чтобы быть эффективным против воспаления на животных и клеточных моделях. Некоторые из этих растений вторичных метаболитов, также было показано, обладают антиоксидантным, противовоспалительным, анти-amyloidogenic, нейропротекторное, и познание-усиление эффектов. Этот обзор будет обзор эффекты катехинов/проантоцианидины из зеленого чая, куркумин из куркумы, экстракты обогащенные bacosides от Брахми, экстракт гинкго флавон гликозидов, и ω-3 полиненасыщенных жирных кислот не только противодействовать одной патофизиологические аспекты AD в многочисленных исследованиях in vitro и in vivo моделей AD, но также улучшить некоторые из вышеперечисленных патологий. Доказательств о том, что увеличилось потребление этих соединений может привести к безопасной стратегией для задержки наступления нашей эры. Продолжающееся расследование потенциал этих веществ, так как они и обещают доходность возможное лекарство от этой распространенной болезни.

CNS Neurol Disord Drug Targets. 2014 Sep 17. [Epub ahead of print]Natural Compounds and Plant Extracts as Therapeutics against Chronic Inflammation in Alzheimer's

Disease - A Translational Perspective.Apetz N, Münch G1, Govindaraghavan S, Gyengesi E. 1School of Medicine, University of Western Sydney, Locked Bag 1797, Penrith, NSW 2751, Australia.

g.muench@uws.edu.au.Alzheimer's disease (AD) is a progressive neurodegenerative disorder, characterized by deposition of

amyloid beta, neurofibrillary tangles, astrogliosis and microgliosis, leading to neuronal dysfunction and loss in the brain. Bio- and histochemical evidence suggests a pivotal role of central and peripheral inflammation in its aetiopathology, linked to the production of free radicals. Numerous epidemiological studies support that the long-term use of non-steroidal anti-inflammatory drugs is preventive against AD, but these medications do not slow down the progression of the disease in already diagnosed patients. There are a number of studies focusing on traditional herbal medicines and small molecules (usually plant secondary metabolites) as potential anti-inflammatory drugs, particulary in respect to cytokine suppression. For instance, ω-3 polyunsaturated fatty acids and a number of polyphenolic phytochemicals have been shown to be effective against inflammation in animal and cell models. Some of these plant secondary metabolites have also been shown to possess antioxidant, anti-inflammatory, anti-amyloidogenic, neuroprotective, and cognition-enhancing effects. This review will overview the the effects of catechins/proanthocyanidins from green tea, curcumin from turmeric, extracts enriched in bacosides from Brahmi, Ginkgo flavone glycosides, and ω-3 polyunsaturated fatty acids not only counteract one pathophysiological aspect of AD in numerous in vitro and in vivo studies of models of AD, but also ameliorate several of the above mentioned pathologies. The evidence suggests that increased consumption of these compounds might lead to a safe strategy to

2

delay the onset of AD. The continuing investigation of the potential of these substances is necessary as they are promising to yield a possible remedy for this pervasive disease.

Вдыхаемого Куркумин: предоставляя возможность для перевода изображений и лечения болезни Альцгеймера болезни.

Куркумин является перспективным соединением, которое может использоваться в качестве theranostic агента для помощи research in Alzheimer's disease. За его способность связываться со амилоидных бляшек, соединения также могут пересечь гематоэнцефалический барьер. В настоящее время, куркумин может быть применен только на животных моделях, как формулирование необходимых для внутривенной инъекции делает его непригодным для использования человеком. Здесь мы описываем новую технику для aerosolize в куркумин производные, FMeC1, и облегчить его безопасную доставку к мозгу. Помимо поступательного применимости этого подхода, исследование, проведенное в 5XFAD мышь модель предполагает, что ингаляционного воздействия аэрозольных FMeC1 скромно улучшить распределение препарата в мозг. Кроме того, иммунохимические данные подтверждают, что после аэрозольной доставки, FMeC1 связывает амилоидных бляшек, выраженной в областях гиппокампа и коры.

J Alzheimers Dis. 2014 Sep 16. [Epub ahead of print]Inhalable Curcumin: Offering the Potential for Translation to Imaging and Treatment of Alzheimer's

Disease.McClure R1, Yanagisawa D2, Stec D3, Abdollahian D4, Koktysh D5, Xhillari D6, Jaeger R6, Stanwood G7,

Chekmenev E8, Tooyama I2, Gore JC9, Pham W10.Curcumin is a promising compound that can be used as a theranostic agent to aid research in Alzheimer's

disease. Beyond its ability to bind to amyloid plaques, the compound can also cross the blood-brain barrier. Presently, curcumin can be applied only to animal models, as the formulation needed for iv injection renders it unfit for human use. Here, we describe a novel technique to aerosolize a curcumin derivative, FMeC1, and facilitate its safe delivery to the brain. Aside from the translational applicability of this approach, a study in the 5XFAD mouse model suggested that inhalation exposure to an aerosolized FMeC1 modestly improved the distribution of the compound in the brain. Additionally, immunohistochemistry data confirms that following aerosol delivery, FMeC1 binds amyloid plaques expressed in the hippocampal areas and cortex.

Механизмы действия фитохимических веществ из лекарственных трав в лечении болезни Альцгеймера болезни.

Альцгеймера болезнь - это хроническое нейродегенеративное заболевание, характеризующееся прогрессирующей деменции и ухудшение когнитивной функции. Хотя несколько препаратов, используемых в настоящее время для лечения болезни Альцгеймера болезни задержка ее начала и замедлить ее прогрессирование, до сих пор нет препарата с углубленным болезнь-модифицирующих эффектов. Исследования, направленные на лечения этого нейродегенеративного расстройства исследовать различные заболевания механизмами. Начиная с античности, лекарственных растений, используемых в традиционной медицине. Последние исследования показывают, что нейробиологические эффекты фитохимических веществ из лекарственных трав могут способствовать клинические преимущества в исследованиях in vitro и in vivo моделях болезни Альцгеймера болезни. В обзоре рассмотрены пять фитохимических веществ, берберин, куркумин, гинзенозид Rg1, puerarin, и силибинин, который в наибольшей степени исследованы относиться к развитию и прогрессированию этого нейродегенеративного расстройства.

Planta Med. 2014 Oct;80(15):1249-58. doi: 10.1055/s-0034-1383038. Epub 2014 Sep 11.Mechanisms of action of phytochemicals from medicinal herbs in the treatment of Alzheimer's disease.Kim MH1, Kim SH2, Yang WM1.Author information 1College of Korean Medicine and Institute of Korean Medicine, Kyung Hee University, Seoul, Korea.

3

2Cancer Preventive Material Development Research Center, College of Korean Medicine, Kyung Hee University, Seoul, Korea.

AbstractAlzheimer's disease is a chronic neurodegenerative disorder characterized by progressive dementia and

deterioration of cognitive function. Although several drugs currently used for the treatment of Alzheimer's disease delay its onset and slow its progression, still there is no drug with profound disease-modifying effects. Studies aiming the treatment of this neurodegenerative disorder explore various disease mechanisms. Since antiquity, medicinal herbs have been used in traditional medicine. Recent studies suggest that the neurobiological effects of phytochemicals from medicinal herbs may contribute to clinical benefits in in vitro and in vivo models of Alzheimer's disease. This review focuses on five phytochemicals, berberine, curcumin, ginsenoside Rg1, puerarin, and silibinin, which have been mostly investigated to treat the development and progression of this neurodegenerative disorder.

Терапевтические подходы к Alzheimerʼs болезниБерберина из коры Coptis chinensis Берберин, изохинолинового алкалоида, является одним из основных компонентов коры

Phellodendri и Ризома Coptidis (Coptis chinensis, Franch.; Ranunculaceae). Берберин используется в фитотерапии для заболевания печени, воспаление кожи, понос и другие расстройства из-за его анти-диарейные, анти-микробное и противовоспалительное действие [8], [19], [20], [21]. В частности, некоторые исследования показали, что берберин обладает множественные Фармакологические эффекты, завершаются нейропротекторного действия на фоне церебральной ишемии, психологической депрессии, шизофрении, тревожности и AD [22], [23]. Asai et al. сообщили, что берберин снижает внеклеточного Aβ производства и BACE деятельности без изменения на высвобождение ЛДГ в H4 neuroglioma (приложениеNL-H4) клеток [8]. Производство какβ и β-секретаз сдерживаются берберина по сравнению с контролем в человеческой эмбриональной почки 293 (HEK293) клеток. Берберин увеличение уровня экспрессии p-ERK1/2, демонстрируя, что он может препятствовать производствуβ через активацию ERK1/2-индуцированной BACE деятельности в HEK293 [24].

В другом исследовании, влияние берберина наβ-индуцированной нейровоспаление был рассмотрен в начальной и BV2 клеток микроглии. Предварительная обработка с берберин снижаетβ-индуцированной IL-6 производство и MCP-1 релиз, а также экспрессию Cox-2 и индуцибельной i-Кол-впоследствии, NF-κB и фосфорилирование IκB-α, Akt киназы p38 и ERK1/2, но не JNK, стимулируютβ, регулируются после лечения берберин [25]. Кроме того, предварительная обработка с берберин уменьшается вβ-стимулирует деятельность ЛДГ и TNF-α с down-регуляции TNF рецептора 1 в SK-N-SH клеток нейробластомы [26].

В APP трансгенных мышей, берберин лечения улучшение когнитивных нарушений, отраженных в сокращение ошибок в MWM задачи в отношении как обычных, ссылка памяти и сохранения в памяти (зонд судебное разбирательство). Aβ налет иммуноокрашивания в TgCRND8 мышей было связано со снижением как количества, так и площади корональных разделы коры и гиппокампа после лечения берберин. Кроме того, в соответствии с указанием на то, что берберин лечение уменьшает накопление всего Aβ пептиды мозга, значительное снижение найден степень microgliosis Iba-1 бремени и astrocytosis, GFAP бремя. Механизмы, лежащие в основе преимущества берберина на когнитивные функции иβ невропатологии в TgCRND8 мышей были высказаны для CTF, приложения и фосфорилирования Тау. Наблюдалось ингибирование PI3K/Akt/GSK3β деятельности в TgCRND8 мозга мыши влияние CTF и p-APP уровнях и привели к блокадаβ накопления [27] ([Таблица 1]).

Куркумин из Curcuma longa Куркумин, гидрофобный полифенол, изолирован от корневища растения Curcuma longa L.

(Zingiberaceae). Он является одним из активных компонентов куркумы, участвующих в антиоксидантной, противовоспалительной, хелаторов металлов, анти-амилоида, анти-Тау, и нейропротекторной активности [13]. Кроме того, куркумин, как сообщается, привязать кβ и предотвращения агрегации [28] и защиты клеток от смерти, на что указывает увеличение жизнеспособности клеток и снижение TUNEL-позитивных клеток крысы первичных нейронных клеток, инфицированных адено-5 вирус упакован с iAβ 1-42. Куркумин лечения снизился уровень ROS и

4

защищены от внутриклеточных Aβ токсичности [12]. Он также ингибирует экспрессию ROS в акролеин-индуцированной токсичности на SK-N-SH клеток нейробластомы человека с повышением ЛДГ-релизе. Перекисное окисление липидов и окислительный стресс, акролеин были защищены куркумин лечения. Кроме того, выражения для γ-GCS-синтетазы и RNS уровней, за исключением ГШ, были восстановлены лечение куркумой. Других маркеров окислительного повреждения выражения, такие как регулируемый белком nrf2, NF-κB, Sirt1, и Akt, регулировались в присутствии куркумина [13].

В другой тип человеческой нейробластомы (SH-SY5Y клеток), куркумин лечения уменьшилось вβ-индуцированного фосфорилирования Тау на Thr231 и Ser396. Кроме того, увеличена экспрессия GSK3β и phosphorylations Akt в Thr308 и Ser473 сайты и подавлено до-регулирование PTEN [29]. Эти результаты были подкреплены предыдущий доклад о влияние куркумина на производствоβ в pAPPswe-трансфицированных SH-SY5Y клеток. Xiong et al. сообщается, что производствоβ 40 иβ 42 была снижена на лечение с куркумой [29]. Куркумин снижение активации PS1 в обоих уровней мРНК и белка в APP-overexpressing клеток. Это изменение сопровождалось снижением GSK3β уровни мРНК и белка [30].

Кроме того, куркумин показал благотворное влияние гиппокампа через зависимые от улучшения памяти. Лечение куркумой улучшение спонтанное чередование поведения, а также признание памяти задачи вβ-infused крыс. О защите когнитивные нарушения, снижение SYN уровней заблокирован и фосфорилирования Тау-белка в гиппокампе крыс снижалась в присутствии куркумина. Производство TNF-α и IL-1β и активация GFAP immunocontent уровни были снижены в куркумин-лечение гиппокампа по сравнению с необработанных образцов. Кроме того, концентрация BDNF и фосфорилирование Akt и GSK3β показали рост после того, куркумин лечения [31] ([Таблица 2]).

Гинзенозид Rg1 из Panax notoginseng GRg1, основным активным компонентом Panax notoginseng (Burk.) Ф. H. Chen (Araliaceae),

используется для лечения дисфункций центральной нервной системы, особенно тех, которые включают когнитивные способности, такие как обучение и память [32]. Активность β-секретаз было законсервировано в концентрации-зависимый характер и зависела от дозы, отменаβ-индуцированной снизилась жизнеспособность клеток наблюдалась после лечения GRg1 в PC12 клетках. GRg1 явился предотвращения окислительного повреждения за счет ингибирования ЛДГ эффлюкса, нет производства, ROS индукции, и перекисного окисления липидов. Кроме того, лечение с GRg1 заблокирован этоβ-индуцированное увеличение содержания кальция. Для подтверждения влияния GRg1 на апоптоз, активность каспазы-3 была исследована путем измерения протеолитического расщепления эффективных субстрата Ac-DEVD-AMC. Aβ-индуцированное увеличение активность каспазы-3 была запрещена на лечение с GRg1 [33].

Кроме того, Li et al. сообщили, что GRg1 отображается анти-β нейротоксичности через p38 путь активации в SK-N-SH нейробластома клеток, индуцированногоβ-стимулированной THP-1 супернатанта. Предварительная обработка с GRg1 заметно снизился уровень ЛДГ утечки, указывая на то, чтоβ-индуцированной нейрональной травмы могут быть заблокированы GRg1. Наряду со снижением фосфорилирования Тау, GRg1 лечение привело к повышению уровня IL-1β и снижение SYN, номер карты-2 позитивных клеток и активация p38 MAPK, который связан с высотами фосфорилированного Тау [34]. В условиях апоптоза, некоторые отчеты также было обнаружено, что увеличение высвобождение цитокинов, включая IL-1β, IL-8, TNF-α, был тормозится GRg1 предварительной обработки в сочетании с up-регуляции Bcl-2 и a down-регуляции Bax. Это, в свою очередь, привело к увеличению Bcl-2/Bax отношение, а также снижение активации каспазы-3 [35].

Кроме того, GRg1-лечение корковых нейронов у мышей линии C57BL/6 мыши плодов сβ 1-42

ингибирует экспрессию Cyt c в цитозольной фракции, в то время как Cyt c уровни в митохондриальной фракции были увеличены. Заметное снижение активность каспазы-3 и TUNEL-позитивных апоптоза нейронов было показано в GRg1 обращению группы [36]. В корковых нейронов из эмбриональных крысиных плода, GRg1 лечения охраняемых Aβ 25-35-индуцированной гибели клеток. Bcl-2/Bax коэффициент был увеличен с ограниченной каспазы-9 и - 3 занятия по GRg1 лечения. Релиз Cyt c из митохондрий был заблокирован с GRg1 лечения [37]. Аналогичным образом, повышение ЛДГ релиз был подавлен против цитотоксичности Aβ 25-35 при наличии GRg1. GRg1 снижение числа

5

апоптотических клеток, как показано в снизилась аннексин V+/PI- фракция. Отношение Bcl-2/Bax была до регулируемого и активации каспазы-3, вниз-регулируется GRg1 лечения [38].

В исследовании на животных, Fang et al. продемонстрировали нейропротективных эффектов GRg1 объявлений в трансгенных мышах. ИФА и иммуноокрашивания сβ антител показало, чтоβ налет нагрузки были ниже в коре головного мозга и гиппокампе GRg1-лечение mAPP мышей, чем в автомобиле-мышей. Это ниже, накоплениеβ в кору из GRg1-мышей отделенной от ингибирования γ-секретаз деятельности и не влияют на уровни AChE-положительных нейритов в entorhinal коры. По сравнению с автомобилем обращались mAPP мышей, GRg1-мышей было показано, улучшить свои показатели в RAWM задачи [39] ([Таблица 3]).

Puerarin от системы счисления Pueraria lobata Предыдущие исследования показали, что puerarin ( Pueraria lobata (Willd.) Ohwi.; Fabaceae), который

широко используется в традиционной медицине в течение тысяч лет, проявляет антиоксидантное, анти-инфаркт, анти-ишемической ретинопатии, и анти-гипергликемический эффект [40], [41]. Zou et al. сообщили, что puerarin имеют защитный эффект в отношенииβ-индуцированной нейротоксичности в нейронов гиппокампа крысы через различные механизмы. Предварительная обработка с puerarin уменьшилось вβ-индуцированная гибель клеток в культивируемых нейронов гиппокампа крыс путем ингибирования GSK-3β через активацию Akt [42]. Кроме того, puerarin лечения привело к увеличению GSH-Px и кошки деятельности и снижение продукции АФК [43].

Кроме того, лечение с puerarin предотвратилиβ 25-35-индуцированного апоптоза, в результате снижения TUNEL-позитивных клеток и аннексина V+/PI- фракция. Puerarin-обработанных клетках ингибирует экспрессию каспазы-3 с повышенной экспрессией Bcl-2 и снижение экспрессии Bax [44]. Аналогично, Zhang et al. показано, что puerarin защищены от протопласты потери жизнеспособности в митохондриальной трансгенных нейрональных клеток. Аннексин V+/PI- фракции и уровня внутриклеточных АФК были ослабляется puerarin лечения. Кроме того, экспрессия Bax, Bcl-2, фосфорилирование JNK и p38 регулировались лечение puerarin [45].

Другое исследование показало, что puerarin лечение привело к значительному повышению MWM задачи в отношенииβ инъекций. Лечение puerarin уменьшилось вβ-индуцированная гибель клеток в гиппокампе крыс через активацию Akt. Кроме того, фосфорилирование Bad был увеличен, а производство каспазы-9 была снижена в puerarin группе, получавшей [46] ([Таблица 4]).

Силибинин из травы расторопши пятнистой (Silybum marianum)Силибинин является флавоноидов, полученных из растения расторопши пятнистой (Silybum

marianum (L.) Gaertn.; Asteraceae) и, как известно, обладают антиоксидантными и противовоспалительными свойствами [47]. Различные исследования показали, что силибинин обеспечивает защиту от окислительного стресса в гепатоцитах путем уменьшения перекисного окисления липидов, чувствительный маркер окислительного липидов и нейтрализации свободных радикалов [48], [49]. Силибинин является защитным противβ-индуцированного окислительного стресса в SH-SY5Y клеток нейробластомы человека. Агрегированиеβ было заметно тормозится после лечения силибинин в ThT binding assay и Тэм imaging анализа. Наличие силибинин-с -β - увеличение жизнеспособности клеток, в то время как ее отсутствие снизилась. Кроме того, уровень H2O2 вβ-обработанных клеток снижалось после инкубации с силибинин [50].

В опытах на животных, силибинин улучшает вβ-индуцированной краткосрочное ухудшение памяти, измеряемой спонтанное чередование поведение задачу (Y-maze test), хотя никаких существенных различий в количестве спонтанной двигательной активности не наблюдалось. Признание в памяти роман распознавания объектов испытаний была улучшена путем силибинин вβ-ля мышей, в то время как количество времени, проведенного за осмотром объектов подготовки и хранения сессий не отличаются. Дальнейшее изучение последствий силибинин наβ-индуцированного окислительного стресса, уровни мда и ГШ были проанализированы. Лечение силибинин явился снижение мда уровней и увеличить уровни GSH в гиппокампе [51]. Тот кивнул замораживания ответ и контекстной замораживания ответ были ослабляется в силибинин-лечить животных, указывающих на обесценение в ассоциативной памяти. Однако, силибинин не изменить уровень ответ на электрический ножной амортизатор (дрогнув, шумности, и прыжки) в обеих группах. Значительное увеличение nitrotyrosine,

6

TNF-α и я-Nos уровней в области гиппокампа и миндалины уменьшились после лечения силибинин по сравнению с дистиллированной водой [52] ([Таблица 5]).

ОбсуждениеАгрегирование и накопление внеклеточных и внутриклеточных Aβ вызывать нарушениями

синаптической пластичности и памяти [4]. Трех протеаз, такие как α-, β-, и γ-secretases, сколите приложения и генерировать физиологический пептида Aβ наряду с ростом производства CTFs [53], [54], [55]. Эти растворимые пептиды спонтанно агрегировать, образуяβ олигомеров и фибрилл, которые впоследствии откладываются в мозгу образовывать амилоидные бляшки [56]. В intracerebroventricular администрацияβ пептид индуцирует гистологические и биохимические изменения, расстройства памяти, окислительного повреждения и воспалительных реакций [4], [5]. На основании нашего обзора, берберин, GRg1, и силибинин-видимому блока формированияβ через ингибирование β-секретаз деятельности. Кроме того, GRg1 подавлено γ-секретаз деятельности.

В PI3K/Akt/GSK3β сигнальные пути, связанные с различными аспектами объявлений патологии. PI3K регулирует людьми внутриклеточных APP-CTFs, принимая во внимание, что ГСК модулирует APP обработки и тем самым влияет на производствоβ в нейронах. Ингибирование PI3K способствует Тау фосфорилирования и нарушения в пространственной памяти. Подавление активности GSK3, индуцированного фосфорилирования в определенных остатков серина (Ser 9 и Ser21) Akt, было продемонстрировано, способствуют накоплениюβ в APP мышей и hyperphosphorylation Тау белка [57], [58], [59], [60], [61], [62]. Берберин, куркумин, и puerarin регулировали PI3K/Akt/GSK3β сигнальный путь. Берберин увеличил фосфорилирование Akt и GSK3β, в результате чего уменьшается APP-CTFs уровнях. In vitro и in vivo данные показали, что куркумин экспонатов значительное увеличение фосфорилирования Akt и GSK3β. Puerarin также upregulated фосфорилирование GSK3β и Akt.

Активация глиальных клеток и экспрессии воспалительных медиаторов в сочетании с наличием нейротоксическое действие свободных радикалов приводит к нейровоспаление. Активированные клетки микроглии, индуцированногоβ способны поглотить нити Aβ; таким образом, снижение Iba-1 нагрузка коррелирует с уменьшением налета бремя [63], [64], [65]. Высвобождение провоспалительных цитокинов, таких как IL-6, IL-1βи TNF-α, наряду с хемокинов отвечает за инициацию и прогрессирование воспалительной реакции [66], [67], [68]. Несколько исследований показали, что IL-6 индуцирует обработки APP и регулируетβ производства [69]. Микроглии и макрофагов являются основным источником ФНО-α , хотя TNF-α также выражена в меньшей степени-GFAP-позитивных астроцитов, и IL-1β выражается нейронов и астроцитов в ответ на объявление, как патологии [66], [67]. Высокий уровень MCP-1 способствует миграции и привлечение воспалительных клеток [70], [71]. Кроме того, β-индуцированной MCP-1 экспрессии мРНК связана с активацией PI3K/Akt сигнального пути [72]. Кроме того, NF-κB, и его ключ ингибитор, IκB-α, основной регулятор воспалительные процессы почти во всех типах клеток, включая нейроны, выражаются в клетки микроглии, которые выражают i-Nos и ЦОГ-2 [73], [74]. Предыдущие исследования показали, что MAPK сигнальных путей, играют важную роль в регуляции хемокиновых и провоспалительных цитокинов производства в микроглии [75], [76]. Берберин, куркумин, и GRg1 подавил активации клеток микроглии и нейровоспаление, блокируя продукцию провоспалительных цитокинов. Берберин, GRg1, и puerarin ингибирует NF-κB и MAPK сигнальных путей. В частности, берберин снизился Iba-1 нагрузки, что указывает на уменьшение степени microgliosis. Кроме того, лечение с берберин снижение IL-6 производство и MCP-1 релиз в клетках микроглии. и подавил NF-κB транслокацию в ядро, а также фосфорилирование IκB-α, ERK1/2 и p38. Куркумин лечения отмечено значительное снижение активации микроглии наряду с сокращением IL-1β и TNF-α. В случае GRg1, содержание IL-1β, IL-8 и TNF-α были снижены с фосфорилирования р38. И puerarin ослабило фосфорилирования JNK и p38, в результате чего защита от гибели нервных клеток.

О нейрон выживания клетки, потеря нейрон-related apoptosis регулируется несколько внутриклеточных сигнальных событий [77]. Во время ранних стадий апоптоза, белков семейства Bcl-2, который включает в себя anti-apoptotic молекул, таких как Bcl-2 и Bcl-xL и pro-apoptotic молекул, таких как Bax, Bak, Bid, Bad, связан с формированием каналов в митохондриальных мембранах. Bcl-2/Bax отношение, в частности, имеет решающее значение для инициации апоптоза, и его транслокацию в митохондриальной мембраны может привести к потере мембранный потенциал митохондрий и

7

увеличение митохондриальной проницаемости [78], которая приводит к высвобождению Cyt c из митохондрий и последующей активации procaspase-3 в каспазу-3, в конечном итоге, ведущих к апоптозу [79]. GRg1 и puerarin ослабляется апоптоза путем регулирования антиапоптозных и pro-apoptotic молекул. GRg1 регулируется соотношение Bcl-2/Bax, в результате чего выпуск Cyt c из митохондрий и снижение каспазы-9 и каспазы-3 мероприятия. Puerarin защищены клеточной гибели посредством регулирования соотношения Bcl-2/Bax и вниз, регулирующих каспазы-9 и - 3 мероприятия, которые были получены в результате фосфорилирования плохо.

Кроме того, хорошо известно, что окислительный стресс является вовлеченных в апоптоз, что избыточная продукция АФК может привести к апоптоза нейронов в AD [11], [80]. ГШ и MDA важных внутриклеточных антиоксидантов, необходимых для образования пероксинитрита и ответственность за удаление кислорода-свободных радикалов [51], [81]. Кроме того, в активации NF-κB, Sirt1, и регулируемый белком nrf2 путей, связанных с защитой клетки от окислительных повреждений, как стресс датчик молекул [82]. Куркумин, GRg1, puerarin, и силибинин выставлена защита от окислительного стресса. В частности, куркумин регулируемых γ-GCS выражение и RNS уровне. И лечение с GRg1 тормозится чрезмерной генерации NO и MDA уровнях, а также ROS поколения. Puerarin также снизился внутриклеточных ROS поколения, увеличивая GSH-Px и кошки деятельности в различных нейрональных клеток. Силибинин снизились уровни мда, принимая во внимание, что ГШ был увеличен в in vivo исследования.

Помимо патологии, улучшения памяти является одним из основных вопросов объявлений. Потеря neuroblasts и маркеры, характерные полосатой средние колючие нейроны, принадлежащие процесс гибели нервных клеток [83]. С точки зрения нейротрофических факторов BDNF способствует выживанию новых нейронов гиппокампа [84]. Синаптические белки принимают участие в развитии нервных синапсов и отрегулировать их пластичности. SYN, один из синаптических белков, является маркером synaptic распределения и синаптической плотности [85]. GRg1 увеличилось SYN выражение, и куркумин способствовали формированию новых нейронов, регулируя синаптических белков SYN и BDNF.

На сегодняшний день, данные последних исследований говорят о том, что часто используемые лекарственные травы и их фитохимические вещества потенциально могут быть использованы для лечения AD. Хотя эти исследования ориентированы на эффективность ингибирования AD развития, и исследования на людях ограничены, многочисленные находки демонстрируют возможности использования лекарственных трав для лечения AD. Подход к изучению потенциального лечения объявление может поддержки разработки препаратов из лекарственных трав.

Curcumin from Curcuma longa Curcumin, a hydrophobic polyphenol, is isolated from the rhizome of the herb Curcuma longa L.

(Zingiberaceae). It is one of the active components of turmeric involved in antioxidant, anti-inflammatory, metal chelators, anti-amyloid, anti-tau, and neuroprotective activities [13]. In addition, curcumin has been reported to bind to Aβ and prevent aggregation [28] and protect against cell death, as indicated by increased cell viability and decreased TUNEL-positive cells in rat primary neuron cells infected by adeno-5 virus packaged with iAβ 1–42. Curcumin treatment decreased ROS level and protected from intracellular Aβ toxicity [12]. It also inhibited the expression of ROS in acrolein-induced toxicity on SK-N-SH human neuroblastoma cell with increasing LDH release. Lipid peroxidation and oxidative stress by acrolein were protected by curcumin treatment. In addition, the expressions of γ-GCS synthetase and RNS levels, except GSH, were restored by treatment of curcumin. Other oxidative damage marker expressions, such as those of Nrf2, NF-κB, Sirt1, and Akt, were regulated under the presence of curcumin [13].

In other type of human neuroblastoma (SH-SY5Y cells), curcumin treatment decreased Aβ-induced tau phosphorylation at Thr231 and Ser396. In addition, it increased the expression of GSK3β and the phosphorylations of Akt at Thr308 and Ser473 sites and suppressed up-regulation of PTEN [29]. These results were supported by a previous report about the effect of curcumin on production of Aβ in pAPPswe-transfected SH-SY5Y cells. Xiong et al. reported that the production of Aβ 40 and Aβ 42 was decreased by treatment with curcumin [29]. Curcumin reduced the activation of PS1 in both mRNA and protein levels in APP-overexpressing cells. This change was accompanied with decreased GSK3β mRNA and protein levels [30].

8

Furthermore, curcumin has shown beneficial effects through hippocampal-dependent memory improvement. Treatment with curcumin improved the spontaneous alternation behavior as well as the recognition memory task in Aβ-infused rats. Concerning protection of cognitive impairment, a decrease in SYN levels was blocked and the phosphorylation of tau protein in rat hippocampus was decreased under the presence of curcumin. The production of TNF-α and IL-1β and activation of GFAP immunocontent levels were decreased in curcumin-treated hippocampus compared with non-treated samples. Additionally, BDNF concentration and the phosphorylation of Akt and GSK3β revealed an increase after curcumin treatment [31] ([Table 2]).

Ginsenoside Rg1 from Panax notoginseng GRg1, a major active component of Panax notoginseng (Burk.) F. H. Chen (Araliaceae), is used to treat

central nervous system dysfunctions, especially those involving cognitive abilities such as learning and memory [32]. The activity of β-secretase was inhibited in a concentration-dependent manner and a dose-dependent reversal of Aβ-induced decreased cell viability was observed following treatment with GRg1 in PC12 cells. GRg1 appeared to prevent oxidative damage through inhibition of LDH efflux, NO production, ROS induction, and lipid peroxidation. Additionally, treatment with GRg1 blocked this Aβ-induced calcium increase. To confirm the influence of GRg1 on apoptosis, caspase-3 activity was investigated by measuring the proteolytic cleavage of the fluorogenic substrate Ac-DEVD-AMC. The Aβ-induced increase in caspase-3 activity was inhibited by treatment with GRg1 [33].

In addition, Li et al. reported that GRg1 displayed anti-Aβ neurotoxicity via p38 pathway activation in SK-N-SH neuroblastoma cells induced by Aβ-stimulated THP-1 supernatant. Pretreatment with GRg1 markedly decreased LDH leakage, indicating that Aβ‐induced neuronal injury can be blocked by GRg1. Along with decreased tau phosphorylation, GRg1 treatment resulted in elevated IL-1β and decreased SYN, number of MAP-2 positive cells, and activation of p38 MAPK, which is associated with elevations of phosphorylated tau [34]. In terms of apoptosis, some reports also found that increased cytokine release, including IL-1β, IL-8, and TNF-α, was inhibited by GRg1 pretreatment in conjunction with an up-regulation of Bcl-2 and a down-regulation of Bax. This, in turn, resulted in an increase in the Bcl-2/Bax ratio as well as a reduction in the activation of caspase-3 [35].

In addition, GRg1-treated cortical neurons from C57BL/6 mouse fetuses with Aβ 1–42 inhibited the expression of Cyt c in cytosolic fraction, whereas Cyt c levels in mitochondrial fractions were increased. Marked decrease in caspase-3 activity and TUNEL-positive apoptotic neurons were shown in GRg1-treated groups [36]. In cortical neurons from embryonic rat fetus, GRg1 treatment protected Aβ 25–35-induced cell death. Bcl-2/Bax ratio was increased with reduced caspase-9 and − 3 activities by GRg1 treatment. Release Cyt c from mitochondria was blocked with GRg1 treatment [37]. Similarly, increased LDH release was suppressed against cytotoxicity of Aβ 25–35 under the presence of GRg1. GRg1 reduced the numbers of apoptotic cells, as shown in decreased annexin V+/PI− fraction. The ratio of Bcl-2/Bax was up-regulated and activation of caspase-3 was down-regulated by GRg1 treatment [38].

In an animal study, Fang et al. demonstrated the neuroprotective effects of GRg1 in transgenic AD mice. ELISA and immunostaining with an Aβ antibody revealed that Aβ plaque loads were lower in the cerebral cortex and hippocampus of GRg1-treated mAPP mice than in vehicle-treated mice. This lower accumulation of Aβ in the cortices of GRg1-treated mice stemmed from the inhibition of γ-secretase activity and did not affect levels of AChE-positive neurites in the entorhinal cortex. Compared with vehicle-treated mAPP mice, GRg1-treated mice were shown to improve their performance in RAWM task [39] ([Table 3]).

Puerarin from the radix of Pueraria lobata Previous research has demonstrated that puerarin (from Pueraria lobata (Willd.) Ohwi.; Fabaceae), which

has been widely used in traditional medicine for thousands of years, exhibits anti-oxidant, anti-myocardial, anti-ischemic retinopathy, and anti-hyperglycemic effects [40], [41]. Zou et al. reported that puerarin have a protective effect against Aβ-induced neurotoxicity in rat hippocampal neurons via various mechanisms. Pretreatment with puerarin decreased Aβ-induced cell death in cultured rat hippocampal neurons by inhibiting GSK-3β via activation of Akt [42]. Furthermore, puerarin treatment resulted in an increase in GSH-Px and CAT activities and a decrease in the production of ROS [43].

In addition, treatment with puerarin prevented Aβ 25–35-induced apoptosis, as a result of decrease of TUNEL-positive cells and annexin V+/PI− fraction. Puerarin-treated cells inhibited the expression of caspase-3

9

with increased expression of Bcl-2 and decreased expression of Bax [44]. Similarly, Zhang et al. demonstrated that puerarin protected against cybrid viability loss in mitochondrial transgenic neuronal cells. Annexin V+/PI− fraction and intracellular ROS levels were attenuated by puerarin treatment. In addition, the expression of Bax, Bcl-2, phosphorylation of JNK and p38 were regulated by treatment of puerarin [45].

Another study found that puerarin treatment resulted in a significant enhancement of MWM task against Aβ injection. Treatment with puerarin decreased Aβ-induced cell death in rat hippocampus via activation of Akt. Furthermore, the phosphorylation of Bad was increased, while the production of caspase-9 was decreased in puerarin-treated group [46] ([Table 4]).

Silibinin from the herb milk thistle (Silybum marianum)Silibinin is a flavonoid derived from the herb milk thistle (Silybum marianum (L.) Gaertn.; Asteraceae) and

is known to have anti-oxidative and anti-inflammatory properties [47]. Various studies have indicated that silibinin confers protection against oxidative stress in hepatocytes by decreasing lipid peroxidation, a sensitive marker of oxidative lipids and scavenging of free radicals [48], [49]. Silibinin is protective against Aβ-induced oxidative stress in SH-SY5Y human neuroblastoma cells. The aggregation of Aβ was markedly inhibited following treatment with silibinin in ThT binding assay and TEM imaging assay. The presence of silibinin with Aβ increased cell viability, whereas its absence decreased it. Additionally, the level of H2O2 in Aβ-treated cells decreased following incubation with silibinin [50].

In animal experiments, silibinin ameliorates Aβ-induced short-term memory impairment as measured by a spontaneous alternation behavior task (Y-maze test) although no significant differences in the number of spontaneous locomotor activities were observed. Recognition memory in novel object recognition tests was improved by silibinin in Aβ-injected mice, while the amounts of time spent exploring objects in training and retention sessions did not differ. To further explore the effects of silibinin on Aβ-induced oxidative stress, levels of MDA and GSH were analyzed. Treatment with silibinin appeared to decrease MDA levels and increase GSH levels in the hippocampus [51]. The cued freezing response and contextual freezing response were attenuated in silibinin-treated animals, indicating an impairment in associative memory. However, silibinin did not change the level of response to electric foot shock (flinching, vocalization, and jumping) in either group. A significant increase in nitrotyrosine, TNF-α, and i-Nos levels in the hippocampus and amygdala were reduced following treatment with silibinin compared with distilled water [52] ([Table 5]).

DiscussionThe aggregation and accumulation of extracellular and intracellular Aβ induce impaired synaptic plasticity

and memory [4]. Three proteases, such as α-, β-, and γ-secretases, cleave APP and generate the physiological peptide Aβ along with increased production of CTFs [53], [54], [55]. These soluble peptides spontaneously aggregate to form Aβ oligomers and fibrils that are subsequently deposited within the brain to form amyloid plaques [56]. The intracerebroventricular administration of Aβ peptide induces histological and biochemical changes, memory deficits, oxidative damage, and inflammatory responses [4], [5]. Based on our review, berberine, GRg1, and silibinin appear to block the formation of Aβ via an inhibition of β-secretase activity. In addition, GRg1 suppressed γ-secretase activity.

The PI3K/Akt/GSK3β signaling pathway is associated with various aspects of AD pathology. PI3K regulates the trafficking of intracellular APP-CTFs, whereas GSK modulates APP processing and thereby influences the production of Aβ in neurons. Inhibition of PI3K contributes to tau phosphorylation and impairment in spatial memory. Suppressing GSK3 activity, which is induced by phosphorylation at specific serine residues (Ser 9 and Ser21) by Akt, has been demonstrated to contribute to the accumulation of Aβ in APP mice and the hyperphosphorylation of tau protein [57], [58], [59], [60], [61], [62]. Berberine, curcumin, and puerarin regulated the PI3K/Akt/GSK3β signaling pathway. Berberine increased the phosphorylation of Akt and GSK3β, resulting in decreases of APP-CTFs levels. In vitro and in vivo data demonstrated that curcumin exhibits significant increases in the phosphorylation of Akt and GSK3β. Puerarin also upregulated the phosphorylation of GSK3β and Akt.

The activation of glial cells and the expression of inflammatory mediators in conjunction with the presence of neurotoxic free radicals lead to neuroinflammation. Activated microglial cells induced by Aβ are able to engulf filament Aβ; thus, the decrease in the Iba-1 burden correlates with a reduced plaque burden [63], [64], [65]. Release of proinflammatory cytokines, such as IL-6, IL-1β, and TNF-α, along with chemokines is responsible for the initiation and progression of inflammatory responses [66], [67], [68]. Several studies

10

have shown that IL-6 induces the processing of APP and regulates Aβ production [69]. Microglia and macrophages are a major source of TNF-α although TNF-α is also expressed to a lesser extent by GFAP-positive astrocytes, and IL-1β is expressed by neurons and astrocytes in response to AD-like pathology [66], [67]. High level of MCP-1 promotes the migration and recruitment of inflammatory cells [70], [71]. Furthermore, Aβ-induced MCP-1 mRNA expression is associated with the activation of the PI3K/Akt signaling pathway [72]. Additionally, NF-κB, and its key inhibitor, IκB-α, primary regulator of inflammatory processes in almost all cell types including neurons, are expressed in microglial cells that express i-Nos and Cox-2 [73], [74]. Previous studies have shown that the MAPK signaling pathways play an important role in the regulation of chemokine and pro-inflammatory cytokine production in microglia [75], [76]. Berberine, curcumin, and GRg1 suppressed the activation of microglial cells and neuroinflammation by blocking the production of proinflammatory cytokines. Berberine, GRg1, and puerarin inhibited NF-κB and MAPK signaling pathways. In particular, berberine decreased the Iba-1 burden, indicating a reduction in the degree of microgliosis. In addition, treatment with berberine reduced IL-6 production and MCP-1 release in microglial cells. and suppressed NF-κB translocation into the nucleus as well as the phosphorylation of IκB-α, ERK1/2, and p38. Curcumin treatment showed a significant decrease in activated microglia along with reductions in IL-1β and TNF-α. In case of GRg1, the content of IL-1β, IL-8, and TNF-α were reduced with the phosphorylation of p38. And puerarin attenuated the phosphorylation of JNK and p38, resulting in the protection against neuronal cell death.

Concerning neuron cell survival, the loss of neuron-related apoptosis is regulated by several intracellular signaling events [77]. During early apoptosis stages, the Bcl-2 protein family which includes anti-apoptotic molecules such as Bcl-2 and Bcl-xL and pro-apoptotic molecules such as Bax, Bak, Bid, and Bad, is related to the formation of channels in mitochondrial membranes. The Bcl-2/Bax ratio, in particular, is crucial for initiating apoptosis, and its translocation to the mitochondrial membrane may lead to the loss of mitochondrial membrane potential and increased mitochondrial permeability [78] which results in the release of Cyt c from mitochondria and the subsequent activation of procaspase-3 to caspase-3, eventually leading to apoptosis [79]. GRg1 and puerarin attenuated apoptosis by regulating anti-apoptotic and pro-apoptotic molecules. GRg1 regulated the ratio of Bcl-2/Bax, resulting in the release of Cyt c from mitochondria and the reduction of caspase-9 and caspase-3 activities. Puerarin protected cell death via up-regulating the ratio of Bcl-2/Bax and down-regulating the caspase-9 and − 3 activities which were induced by the phosphorylation of Bad.

Furthermore, it is well established that oxidative stress is involved in apoptosis in that excessive production of ROS can lead to neuronal apoptosis in AD [11], [80]. GSH and MDA are important intracellular anti-oxidants necessary for the formation of peroxynitrite and responsible for removing oxygen-free radicals [51], [81]. In addition, the activations of NF-κB, Sirt1, and Nrf2 pathways are related to protection of cells against oxidant damage as stress sensor molecules [82]. Curcumin, GRg1, puerarin, and silibinin exhibited protection against oxidative stress. Specifically, curcumin regulated γ-GCS expression and RNS level. And treatment with GRg1 inhibited the excessive generation of NO and MDA levels as well as ROS generation. Puerarin also decreased intracellular ROS generation while increasing GSH-Px and CAT activities in various neuronal cells. Silibinin decreased the levels of MDA, whereas GSH was increased in in vivo study.

Apart from the pathology, memory enhancement is one of major issues of AD. Loss of neuroblasts and markers, characteristic of striatal medium spiny neurons, belong to the process of neuronal cell death [ 83]. In terms of neurotrophic factors, BDNF promotes the survival of new hippocampal neurons [84]. Synaptic proteins take part in the development of nerve synapses and adjust their plasticity. SYN, one of the synaptic proteins, is a marker of synaptic distribution and synaptic density [85]. GRg1 increased SYN expression, and curcumin contributed to the formation of new neurons by regulating the synaptic proteins SYN and BDNF.

To date, evidence from recent studies suggests that commonly used medicinal herbs and their phytochemicals could potentially be used to treat AD. Although these studies focus on the efficacy of inhibiting AD development, and research on humans is limited, numerous findings demonstrate the possibilities of the use of medicinal herbs for the treatment of AD. The approach to investigate the potential treatment of AD may support drug development from herbal medicine.

11

Эффект куркумина на латеральной диффузии долю фосфатидилхолинов в насыщенных и ненасыщенных бислоев.

Куркумин, диетическое полифенол, натуральных специй, обладающих профилактическим и терапевтическим потенциалом для лечения нейродегенеративных заболеваний, таких как болезни Альцгеймера и Паркинсона и других заболеваний. Куркумин обладает спектром антиоксидантное, противовоспалительное, антиканцерогенное и антимутагенное свойства. Из-за этого широким спектром фармакологической активности, было высказано предположение, что, как и холестерин, куркумин оказывает свое влияние на довольно основные биологическом уровне, таких как липидные слои биомембран. Эффект куркумина на трансляционную подвижность липидов в биомембранах еще не изучено. В этой работе мы использовали (1)H ЯМР diffusometry для изучения латеральной диффузии в планарно-ориентированных бислоев dimyristoylphosphatidylcholine (DMPC) и dioleoylphosphatidylcholine (DOPC) в куркумин концентрациях до 40 мол.% и в температурном диапазоне от 298-333 к. в присутствии куркумина при гораздо более низких концентраций (∼7 мол.%) приводит к уменьшению поперечного коэффициента диффузии из DOPC в 1,3 раза, при более низких температурах и с коэффициентом 1.14 при более высоких температурах. Для DMPC, коэффициент диффузии уменьшается в 1,5 раза при более низких температурах и в 1,2 раза при более высоких температурах. Дальнейшее увеличение куркумин концентрации не имеет никакого эффекта. Сравнение с холестерином, показали, что куркумин и холестерина влияние латеральной диффузии липидов по-разному. Эффект куркумина определяется его растворимостью в липидных бислоев, как низко как 10 моль%, что значительно меньше, чем cholesteroĺs 66 мол.%.

Langmuir. 2014 Sep 9;30(35):10686-90. doi: 10.1021/la502338c. Epub 2014 Aug 26.Effect of curcumin on lateral diffusion of phosphatidylcholines in saturated and unsaturated bilayers.Filippov AV1, Kotenkov SA, Munavirov B, Antzutkin ON. 1Chemistry of Interfaces, Luleå University of Technology , SE-91187 Luleå, Sweden.Curcumin, a dietary polyphenol, is a natural spice with preventive and therapeutic potential for

neurodegenerative diseases such as Alzheimer's and Parkinson's diseases. Curcumin possesses a spectrum of antioxidant, anti-inflammatory, anticarcinogenic, and antimutagenic properties. Because of this broad spectrum of pharmacological activity, it has been suggested that, like cholesterol, curcumin exerts its effect on a rather basic biological level, such as on lipid bilayers of biomembranes. The effect of curcumin on translational mobility of lipids in biomembranes has not yet been studied. In this work, we used (1)H NMR diffusometry to explore lateral diffusion in planar-oriented bilayers of dimyristoylphosphatidylcholine (DMPC) and dioleoylphosphatidylcholine (DOPC) at curcumin concentrations of up to 40 mol % and in the temperature range of 298-333 K. The presence of curcumin at much lower concentrations (∼7 mol %) leads to a decrease in the lateral diffusion coefficient of DOPC by a factor of 1.3 at lower temperatures and by a factor of 1.14 at higher temperatures. For DMPC, the diffusion coefficient decreases by a factor of 1.5 at lower temperatures and by a factor of 1.2 at higher temperatures. Further increasing the curcumin concentration has no effect. Comparison with cholesterol showed that curcumin and cholesterol influence lateral diffusion of lipids differently. The effect of curcumin is determined by its solubility in lipid bilayers, which is as low as 10 mol % that is much less than that of cholesteroĺs 66 mol %.

Хронический нейровоспаление в болезни Альцгеймера болезни: новые перспективы на животных моделях и перспективных лекарств-кандидатов.

Хронический нейровоспаление в настоящее время считается одним из основных факторов в патогенезе болезни Альцгеймера болезни (AD). Однако, наиболее широко используются трансгенные модели AD (overexpressing мутировавших форм амилоидного белка, presenilin, и/или Тау) не демонстрируют степень воспаления, нейродегенерации (особенно на холинергические системы)и когнитивных нарушений, что сопоставимо с человека болезни. Следовательно, более подходящей животной модели необходимо, чтобы более точно имитировать результате снижения когнитивных способностей, потеря памяти у человека для того, чтобы исследовать эффекты нейровоспаление на нейродегенерации. Одной из таких моделей является glial fibrillary acidic protein-интерлейкин 6 (GFAP-IL6) мышь, в которой хронических нейровоспаление срабатывает конститутивной экспрессии

12

цитокина интерлейкина-6 (IL-6) в астроцитах. Эти трансгенных мышах, показывают существенные и прогрессирующей нейродегенерации, а также снижение моторики и когнитивных функций, начиная с 6-месячного возраста. Это животное модель может служить отличным инструментом для поиска лекарств и проверки in vivo. В этом обзоре мы также выбрали трех потенциальных противовоспалительных средств, куркумин, апигенин, и tenilsetam, а лекарств-кандидатов, которые могут быть испытаны в этой модели.

Biomed Res Int. 2014;2014:309129. doi: 10.1155/2014/309129. Epub 2014 Jun 16.Chronic neuroinflammation in Alzheimer's disease: new perspectives on animal models and promising

candidate drugs.Millington C1, Sonego S1, Karunaweera N1, Rangel A1, Aldrich-Wright JR2, Campbell IL3, Gyengesi E1, Münch

G4. 1Department of Pharmacology, School of Medicine, University of Western Sydney, Locked Bag 1797,

Penrith South DC, NSW 2751, Australia.Chronic neuroinflammation is now considered one of the major factors in the pathogenesis of Alzheimer's

disease (AD). However, the most widely used transgenic AD models (overexpressing mutated forms of amyloid precursor protein, presenilin, and/or tau) do not demonstrate the degree of inflammation, neurodegeneration (particularly of the cholinergic system), and cognitive decline that is comparable with the human disease. Hence a more suitable animal model is needed to more closely mimic the resulting cognitive decline and memory loss in humans in order to investigate the effects of neuroinflammation on neurodegeneration. One of these models is the glial fibrillary acidic protein-interleukin 6 (GFAP-IL6) mouse, in which chronic neuroinflammation triggered constitutive expression of the cytokine interleukin-6 (IL-6) in astrocytes. These transgenic mice show substantial and progressive neurodegeneration as well as a decline in motor skills and cognitive function, starting from 6 months of age. This animal model could serve as an excellent tool for drug discovery and validation in vivo. In this review, we have also selected three potential anti-inflammatory drugs, curcumin, apigenin, and tenilsetam, as candidate drugs, which could be tested in this model.

5.1. КуркуминКуркумин-это компонент индийского карри пряность куркума (Curcuma longa Linn). Куркумин было

показано, имеют различные антиоксидантные и противовоспалительные свойства. Например, было показано, что куркумин снижает уровень воспалительных медиаторов, таких как фактор некроза опухоли- (ФНО-) α и ингибирует продукцию интерлейкинов (IL) 1, 2, 6, 8, и 12, моноциты, хемо аттрактант белок (MCP), и миграцию ингибирующего белка [51-55]. Куркумин подавляет воспалительные цитокины через ряд механизмов, с in vitro исследования показывают, что куркумин ингибирует активацию определенных транскрипционных факторов, таких как активация протеина-1 (AP-1) и ядерного фактора каппа B (NF-κБ) в стимулированных моноцитов и макрофагов, тем самым блокируя экспрессии генов цитокинов [56, 57]. Кроме того, фармакокинетические свойства куркумина, благоприятны для достижения клинической эффективности. Куркумин пересекает гематоэнцефалический барьер и куркумин препаратов с повышенной биодоступностью (устной) может достичь терапевтической концентрации в мозге [58]. Например, мозг уровнях curcuminoids достиг концентрациях до 3 μМ для куркумин и до 6 μМ для tetrahydrocurcumin (TC) [59]. Эти концентрации являются показателями клинической эффективности, так как они находятся в том же диапазоне концентрации в тканях, для ингибирования мРНК производство индуцибельной синтазы окиси азота (iNOS) in vivo, где ЕС50 значения были определены на 1.2 и 0,701 μМ для куркумин и TC, соответственно [59].

Lim et al. протестировали куркумин по своей способности ингибировать сочетании воспалительного и окислительного повреждения в трансгенных мышей Tg2576. В этом исследовании мышей Tg2576 в возрасте от 10 месяцев подкармливали куркумин диета (160 ppm) в течение 6 месяцев. Эти результаты показали, что куркумин диета значительно снизила уровень окисленных белков, интерлейкина (ил) 1βи растворимые и нерастворимые вβ в дополнение к зубной налет бремя [58]. Исходя из этой работы, Yang et al. оценка эффекта от кормления куркумин диеты (500 ppm) до 17-месячных мышей Tg2576 за 6 месяцев [60]. При скармливании в возрасте от мышей Tg2576 с расширенным накопление амилоида, куркумин, привело к снижению растворимого амилоида

13

уровней и налет бремя [60]. Кроме того, эффект куркумина в мозгу, была продемонстрирована его способность к модуляции холинергических синапсах и, следовательно, улучшить познания дефицита и ухудшение памяти у старых крыс [61].

До сих пор в крупных клинических исследованиях с куркумой в ад пациенты были не хватает. Однако, одно небольшое исследование, проведенное в Японии, сообщил некоторые интересные результаты [62]. В этом исследовании, Hishikawa et al. описал трех пациентов с AD, чьи поведенческие симптомы улучшились удивительно, как результат куркума (пряность, содержащая куркумин в качестве основного ингредиента) лечения [62]. После 12 недель лечения, Общая оценка психоневрологического инвентаризации-краткая анкета значительно уменьшились в обеих остроты симптомов и нагрузка на воспитателей. В одном случае minimental state examination (MMSE) счете до пяти очков, с 12/30 до 17/30. В двух других дел, значительных изменений не было замечено в MMSE; однако, они пришли, чтобы признать их семьи в течение 1 года лечения. Во всех случаях, что были принимать куркуму для более чем 1 год reexacerbation поведенческих и психологических симптомов деменции (BPSD) не было видно. Хотя это небольшой размер выборки, три рекламных случаи лечения с куркумой показывают значительное улучшение когнитивных и поведенческих симптомов, что свидетельствует о вероятной выгоды в использовании куркумы в лиц с AD для BPSD [62].

Отчетный in vitro и in vivo исследования показывают, что куркумин является подходящим составом для целевой путей, вовлеченных в нейровоспаление. Однако, препаратов с повышенной биодоступностью должны быть разработаны в целях реализации терапевтических концентраций в ЦНС человека [63].

5.2. АпигенинАпигенин является биологически флавоноид, содержащийся в самых разнообразных растений,

фруктов и овощей. Это полифенольные соединения особенно многочисленна в язычковые цветки ромашки завода и других источников, таких как сельдерей, петрушка, грейпфрут [64]. Предыдущие исследования биологической активности апигенин продемонстрировали мощным антимикробным, противовоспалительным, антиоксидантным, и antitumorigenic свойства [65-67]. Данные из нескольких отчетов предполагает широкое и мощное противовоспалительное деятельности апигенин [68, 69]. Например, апигенин было показано, что ингибирующее воздействие на in vitro выпустив несколько провоспалительных медиаторов в липополисахарида (LPS) и регуляция провоспалительных маркеров в мышиных и человеческих клеточных линий. Апигенин сильно снизился уровень IL-6 в ЛПС-активированных макрофагов мыши [70] и подавил CD40, TNF-αи IL-6 производства посредством торможения гамма-интерферона (IFN-γ) индуцированное фосфорилирование STAT1 в мышиных микроглии [71]. Доказательств его противовоспалительные свойства также показана в исследованиях, которые показывают Зависимое от дозы подавление воспалительных медиаторов оксида азота (NO) и простагландинов е2через ингибирование iNOS) и циклооксигеназы-2 (ЦОГ-2) выражения в обоих микроглии и макрофагов мыши клеток [67, 72]. В культурах клеток человека, апигенин было продемонстрировано ослабление высвобождения воспалительных цитокинов путем инактивации NF-κB, опосредован подавлением LPS-индуцированное фосфорилирование Р65 субъединицы [73]. Другие эффекты, о которых сообщалось за апигенин включают в себя снижение экспрессии молекул адгезии [74] и его известных защитных свойств против окислительного стресса, такие как бесплатный антирадикальное и повышения внутриклеточной концентрации глутатиона [75]. Апигенин сообщается оказывают многие свои эффекты через взаимодействие с сигнальных молекул в 3 основных MAPK пути (ERK, JNK и p38) в мышиных и человеческих клеток культуры модели [76-78].

Существует очень мало исследований, апигенин в модели нейровоспаление и/или когнитивных нарушений, в том числе AD животных моделях. Одно недавнее исследование Zhao et al. протестировал нейропротективных эффектов апигенин в APP/PS1 двойных трансгенных объявлений мышь [79]. Четырех-месячных мышей получали перорально апигенин (40 мг/кг) в течение 3 месяцев. Результаты показали, что апигенин-мышей отображается улучшения памяти и обучения дефицитов и сокращение фибриллярных амилоидных отложений с пониженным нерастворимые вβ концентрации, опосредовано снижением β-CTF и BACE1. Кроме того, апигенин-мышей показали, восстановление кортикальной ЭРК/сниженная калорийность creb/BDNF путей, вовлеченных в обучение и память, как правило, пострадавших в AD патологии. Повышенной активности супероксиддисмутазы и глутатион-

14

пероксидазы были также наблюдается и увеличение супероксид-анион очистки [79, 80]. Аналогично, в другом исследованииβ-25-35-индуцированной амнезии мышь моделей были обработаны с апигенин (20 мг/кг), в результате чего улучшение пространственного обучения и памяти, в дополнение к сосудисто-нервного защитные эффекты [79]. Другие in vivo исследования с non-AD, связанных с животных моделях отчет значительное снижение ЛПС-индуцированной IL-6 и TNF-α производство в апигенин предварительно обработанных мышей [70].

На основе опубликованной литературы, только одно исследование на людях были проведены с апигенин с уважением к воспалению или когнитивной деятельности. Сорок два пациента с AD (12), PD (17)и MS (13) были включены в исследование; формула, содержащая апигенин им назначают каждые 12 часов, и они были даны встречи каждые три месяца для клинической оценки и анализа общих лабораторных анализов. Предметы были переданы для последующей оценки между 3 и 24 месяца (имею в виду: 8.85 ± 5.99 месяцев). Клиническая стабилизация была достигнута у всех пациентов (100%) с МС и забивает на Expanded Disability Status Scale улучшилось в четыре пациента. Клиническая стабилизация была достигнута у 17 пациентов (100%) с PD и улучшений в счет на Unified Parkinson s Disease Rating Scale в 15 из них. Объявления пациентов, 12 достигнута клиническая стабилизация (100%) с улучшением minimental тест в девяти случаях [81]. Учитывая роль окислительного стресса и neuroinflammatory процессов, участвующих в патофизиологии AD, есть основания полагать, что апигенин является подходящим и перспективным природное соединение для дальнейшего расследования.

5.3. TenilsetamВ ноотропного препарата (±)-3-(2-тиенил)-2-piperazinone (CAS 997, Tenilsetam, рис. 1) имеет

antidementia, антиамнестическое, и antihypoxidotic свойства. In vivo, Tenilsetam были проанализированы в человеческой плазме и моче, где восстановление в СМИ была достигнута с эндогенными справочный материал отделен точно с помощью ВЭЖХ метод [82]. Несколько фармакокинетические исследования были завершены и концентрации в плазме крови наблюдаются в течение 72 ч период. Первоначально 150 мг доза, средняя концентрация в плазме крови достигает максимума значение 3.39 ± 0.64 μг/мл, а средняя мочи накопительного восстановления составил 47,3 ± 3.4%. Tenilsetam впитался достаточно быстро, показывая, пик концентрации в плазме крови на 2 часа, которые были определены зависит от дозы. В half-life было установлено, что между 18 и 22 часа [83].

В гуманитарных исследованиях, encephalotropic и психотропные свойства были изучены в десять пожилых субъектов с помощью количественной ЭЭГ и психометрического анализа. Спектральный анализ ЭЭГ отображается значительных деятельности ЦНС, вызванные tenilsetam, где Альфа-активность мозга увеличивается и Дельта-активность снизилась. Время-эффективность расчеты показали два фармакодинамических пиков, возникающих в 4-м и между 8 и 24 часа. Отставание между фармакокинетические и фармакодинамические изменения в соответствии с гипотезами, что tenilsetam должен проникать через гематоэнцефалический барьер [83].

Несколько механизмов действия для tenilsetam предположить. Например, tenilsetam было показано карбонильной старьевщик (напр., из methylglyoxal) или ингибитор advanced glycation end-продукта (возраст) образование [84, 85]. Он подавляет возраст-производных аминокислот и белков, сшивающихся in vitro с помощью ковалентно очистки токсичных реакционноспособных карбонильных соединений, таких как methylglyoxal [86-88]. Кроме того, монтаж доказательства свидетельствуют о том, что взаимодействие возрастов с их рецепторов RAGE увековечивает воспаление и активно участвует в различных сосудистых и воспалительных заболеваний [11, 27, 89, 90]. Существуют различные RAGE лигандов, в том числе в возрасте, S100 белки, и amphoterins [91, 92]. Предполагается, что tenilsetam может оказывать опосредованное противовоспалительное действие за счет минимизации провоспалительных возраст образование [84, 89].

In vitro эксперименты с нейробластомы человека SH-SY5Y клеток, инкубировали с methylglyoxal который был preincubated с tenilsetam для 2 или 24 часа, tenilsetam полностью свело на нет токсичность methylglyoxal в обоих моментов времени [87]. Несколько исследований изучали влияние tenilsetam в организме человека в отношении памяти и познания. Например, Wesnes et al. [93] рассмотрено влияние tenilsetam 18 мужчин магистрантов с гипотезой, что tenilsetam бы улучшить

15

когнитивные способности в нормальных условиях и после вводили скополамин. В дополнительном исследовании здоровых добровольцев (n = 15), полученных в рандомизированных tenilsetam дозах (150, 300 и 900 мг) изучить доказательство antihypoxidotic деятельности. Газов крови, ЭЭГ, и психометрические результаты были получены при гипоксии (9.8% O2) и нормальным содержанием кислорода (21% O2) условия. Спектральный анализ ЭЭГ указано ухудшение бдительность при гипоксических состояниях, который был ослабляется tenilsetam [94].

Tenilsetam успешно используется в качестве лечения в пилотных испытаний для AD пациентов. В течение 3-месячного периода в 150 мг/сут в дозах, AD пациентов показали значительное улучшение в favorability суда задания (FJT) и время реакции [95]. Влияние tenilsetam на P300 ответ теста наблюдалась и с той же дозой, вызывая значительное уменьшение задержки после 4 недель лечения [96]. Подтверждающих данных окружающие tenilsetam предположить, что это будет подходящий компаунд для тестирования в GFAP IL-6 мыши, чтобы узнать больше о препарате, способе действия, о его противовоспалительных и когнитивные свойства повышения, и если она ослабляет устойчивого нейровоспаление и предотвращает снижение когнитивных способностей.

6. ВыводСлабоумия, в частности болезни Альцгеймера (AD), представляет значительную проблему для

здравоохранения, уход за престарелыми и социальной политики. Хронический нейровоспаление, продемонстрировали активацию микроглии и астроцитов, а также высвобождение активных форм кислорода и цитокинов, вызвало значительный интерес в ад за последние десятилетия, не только для его потенциальную роль в содействии нейрональной дегенерации, но и как целевой сайт для развивающихся мощным терапии в будущем. Проверьте соединение между нейровоспаление и AD и тестирования потенциальных противовоспалительных препаратов, более подходящий “neuroinflammatory” животной модели необходимо, показывающий уровень нейровоспаление, сопоставимые с человеческими условиями. С помощью таких моделях животных, в том числе GFAP-IL6 линия мышей, позволит исследователей для изучения эффектов хронического низкосортных нейровоспаление на мозговые структуры и функции, а также последствия противовоспалительные вещества в профилактике и восстановления.

В этом обзоре мы представили GFAP-IL6 трансгенные мыши, в которых провоспалительных цитокинов интерлейкина-6 (IL-6) получают путем астроциты под контролем GFAP промоутер, который назывался подходящей животной модели для изучения роли хронического нейровоспаление в нейродегенерации. Предыдущие исследования показывают, что эти трансгенных мышей дисплей прогрессирующей нейродегенерации в гиппокампа и мозжечка регионов и упадок когнитивных функций и двигательных навыков с 6-месячного возраста. Это не было оценено, если холинергической системы, нейротрансмиттерной системы, наиболее пострадавших в ад, нарушениями в этой модели, и важно понимать, если IL-6 индуцированного воспаления может привести к холинергической системы дегенерации и способствовать когнитивных нарушений.

Предыдущие исследования показали, что куркумин, апигенин, и tenilsetam перспективных соединений из-за их фармакокинетические свойства и предыдущие успехи в животных моделях знакомые объявлений или у пациентов. Помимо этих трех препаратов, мы ожидаем, что это животное модель может использоваться для проверки различных цитокинов подавляющей противовоспалительные препараты (CSAIDs) с потенциалом для профилактики и/или лечения объявлений как из синтетических, так и природных источников в будущем. На GFAP-IL6 мыши линии в качестве животной модели хронического нейровоспаление может быть даже полезной для следствия и терапевтического вмешательства соответствующих для других нейровоспаление, сопутствующих заболеваний, таких как рассеянный склероз, волчанка, биполярное расстройство, Расмуссен, энцефалита, черепно-мозговой травмы, которые все связаны с активацией микроглии и нейродегенерации. Кроме того, мы считаем, что это животное модель может служить в качестве ценного in vivo биопроб для скрининга анти-воспалительных препаратов, в том числе класс CSAIDs, и успешного лечения можно контролировать путем улучшения воспаление, нейродегенеративные и когнитивных нарушений.

.1. Curcumin

16

Curcumin is a component of the Indian curry spice turmeric (Curcuma longa Linn). Curcumin has been shown to have various antioxidant and anti-inflammatory properties. For example, curcumin was shown to decrease the level of inflammatory mediators such as tumour necrosis factor- (TNF-) α and inhibited the production of interleukins (IL) 1, 2, 6, 8, and 12, monocyte chemo attractant protein (MCP), and migration inhibitory protein [51–55]. Curcumin inhibits inflammatory cytokines through a number of mechanisms, with in vitro studies indicating that curcumin inhibits the activation of certain transcription factors such as activating protein-1 (AP-1) and nuclear factor kappa B (NF-κB) in stimulated monocytes and macrophages, thereby blocking cytokine gene expression [56, 57]. Furthermore, the pharmacokinetic properties of curcumin are favourable in achieving clinical efficacy. Curcumin crosses the blood-brain barrier and curcumin preparations with enhanced bioavailability (delivered orally) can achieve therapeutic concentrations in the brain [58]. For example, brain levels of the curcuminoids reached concentrations of up to 3 μM for curcumin and up to 6 μM for tetrahydrocurcumin (TC) [59]. These concentrations are indicative of clinical efficacy, since they are in the same range as the tissue concentrations for inhibition of mRNA production of inducible nitric oxide synthase (iNOS) in vivo, where the EC50 values were determined at 1.2 and 0.701 μM for curcumin and TC, respectively [59].

Lim et al. have tested curcumin for its ability to inhibit the combined inflammatory and oxidative damage in Tg2576 transgenic mice. In this study, Tg2576 mice aged 10 months were fed a curcumin diet (160 ppm) for 6 months. These results indicated that the curcumin diet significantly lowered the levels of oxidised proteins, interleukin- (IL-) 1β, and soluble and insoluble Aβ, in addition to plaque burden [58]. Following on from this work, Yang et al. evaluated the effect of feeding a curcumin diet (500 ppm) to 17-month-old Tg2576 mice for 6 months [60]. When fed to the aged Tg2576 mice with advanced amyloid accumulation, curcumin resulted in reduced soluble amyloid levels and plaque burden [60]. Moreover, the effect of curcumin in the brain was demonstrated by its capability to modulate cholinergic neurotransmission and, consequently, improve cognition deficits and memory impairment in aged rats [61].

So far, large clinical trials with curcumin in AD patients have been lacking. However, one small study conducted in Japan reported some interesting results [62]. In this study, Hishikawa et al. described three patients with AD whose behavioural symptoms improved remarkably as a result of turmeric (the spice containing curcumin as major ingredient) treatment [62]. After 12 weeks of the treatment, the total score of the Neuropsychiatric Inventory-brief questionnaire decreased significantly in both acuity of symptoms and burden on caregivers. In one case, the minimental state examination (MMSE) score was up by five points, from 12/30 to 17/30. In the other two cases, no significant change was seen in the MMSE; however, they came to recognize their family within 1 year of treatment. In all cases that had been taking turmeric for more than 1 year reexacerbation of behavioural and psychological symptoms of dementia (BPSD) was not seen. Though it is a small sample size, the three AD cases treated with turmeric suggest a significant improvement of the cognitive and behavioural symptoms, suggesting a probable benefit in the use of turmeric in individuals with AD for BPSD [62].

The reported in vitro and in vivo studies indicate that curcumin is a suitable compound to target pathways involved in neuroinflammation. However, preparations with enhanced bioavailability need to be developed in order to realize therapeutic concentrations in the human CNS [63].

5.2. ApigeninApigenin is a dietary flavonoid found in a wide variety of plants, fruits, and vegetables. This polyphenolic

compound is particularly abundant in the ligulate flowers of the chamomile plant and in other sources such as celery, parsley, and grapefruit [64]. Previous investigations of the biological activity of apigenin have demonstrated potent antimicrobial, anti-inflammatory, antioxidant, and antitumorigenic properties [65–67]. Evidence from several reports suggests a broad and potent anti-inflammatory activity of apigenin [68, 69]. For example, apigenin has been shown to have inhibitory effects on in vitro releasing of several proinflammatory mediators in lipopolysaccharide (LPS) and upregulation of proinflammatory markers in murine and human cell lines. Apigenin strongly decreased levels of IL-6 in LPS activated mouse macrophages [70] and suppressed CD40, TNF-α, and IL-6 production via inhibition of interferon gamma (IFN-γ) induced phosphorylation of STAT1 in murine microglia [71]. Evidence of its anti-inflammatory properties is also demonstrated in studies that show dose-dependent suppression of the inflammatory mediators nitric oxide (NO) and prostaglandin E2, through inhibition of iNOS and cyclooxygenase-2 (COX-2) expression in both

17

microglial and macrophage mouse cells [67, 72]. In human cell cultures, apigenin has been demonstrated to attenuate the release of inflammatory cytokines by inactivation of NF-κB, mediated by suppression of LPS-induced phosphorylation of the p65 subunit [73]. Other effects reported for apigenin include decreasing expression of adhesion molecules [74] and its well-known defensive properties against oxidative stress, such as free radical scavenging and increasing intracellular glutathione concentrations [75]. Apigenin is reported to exert many of its effects through interactions with the signaling molecules in the 3 major MAPK pathways (ERK, JNK, and p38) in both murine and human cell culture models [76–78].

There are very few studies on apigenin in models of neuroinflammation and/or cognitive decline including AD animal models. One recent study by Zhao et al. tested the neuroprotective effects of apigenin in the APP/PS1 double transgenic AD mouse [79]. Four-month-old mice were treated orally with apigenin (40mg/kg) for 3 months. Results indicated that apigenin-treated mice displayed improvements in memory and learning deficits and a reduction of fibrillar amyloid deposits with lowered insoluble Aβ concentrations, mediated by a decrease in β-CTF and BACE1. Additionally, the apigenin-treated mice showed restoration of the cortical ERK/CREB/BDNF pathway involved in learning and memory typically affected in AD pathology. Enhanced activities of superoxide dismutase and glutathione peroxidase were also observed and increased superoxide anion scavenging [79, 80]. Similarly, in another study Aβ-25–35-induced amnesia mouse models were treated with apigenin (20 mg/kg), resulting in improvements in spatial learning and memory, in addition to neurovascular protective effects [79]. Other in vivo studies with non-AD-related animal models report significant reductions in LPS-induced IL-6 and TNF-α production in apigenin pretreated mice [70].

Based on the published literature, only one study in humans had been conducted with apigenin with respect to inflammation or cognitive performance. Forty-two patients with AD (12), PD (17), and MS (13) were included in the study; a formulation containing apigenin was administered to them every 12 hours and they were given appointments every three months for a clinical evaluation and a review of general lab analyses. Subjects were submitted to follow-up evaluations between 3 and 24 months (mean: 8.85 ± 5.99 months). Clinical stabilisation was achieved in all the patients (100%) with MS and the scores on the Expanded Disability Status Scale improved in four patients. Clinical stabilisation was achieved in 17 patients (100%) with PD and improvements in the score on the Unified Parkinson's Disease Rating Scale are in 15 of them. Of the AD patients, 12 attained clinical stabilisation (100%) with an improvement in minimental test in nine cases [81]. In view of the role of oxidative stress and neuroinflammatory processes involved in the pathophysiology of AD, there is evidence to suggest that apigenin is a suitable and promising natural compound to further investigate.

5.3. TenilsetamThe nootropic drug (±)-3-(2-thienyl)-2-piperazinone (CAS 997, Tenilsetam, Figure 1) has antidementia,

antiamnesic, and antihypoxidotic properties. In vivo, Tenilsetam has been assayed in human plasma and urine, where recovery in both media was achieved with endogenous background material separated accurately via a HPLC method [82]. Several pharmacokinetic studies were completed and plasma concentrations were observed over 72 h period. With an initial 150 mg dose, the mean plasma concentration reached a maximum value of 3.39 ± 0.64 μg/mL and the mean urine cumulative recovery was 47.3 ± 3.4%. Tenilsetam was absorbed reasonably fast, showing peak plasma concentrations at 2 hours, which were determined to be dose-dependent. The half-life was determined to be between 18 and 22 hours [83].

In human studies, encephalotropic and psychotropic properties were studied in ten aged subjects using quantitative EEG and psychometric analysis. EEG spectral analysis displayed significant CNS activity caused by tenilsetam, where alpha brain activity increased and delta activity decreased. Time-efficacy calculations showed two pharmacodynamic peaks occurring in the 4th and between the 8th and 24th hour. The lag between pharmacokinetic and pharmacodynamic changes is consistent with the hypotheses that tenilsetam needs to penetrate the blood-brain barrier [83].

Several mechanisms of action for tenilsetam have been hypothesized. For example, tenilsetam has been shown to be a carbonyl scavenger (e.g., of methylglyoxal) or inhibitor of advanced glycation end-product (AGE) formation [84, 85]. It inhibits AGE-derived amino acid and protein crosslinking in vitro by covalently scavenging toxic reactive carbonyl compounds such as methylglyoxal [86–88]. In addition, mounting evidence suggests that the interaction of AGEs with their receptor RAGE perpetuates inflammation and participates actively in various vascular and inflammatory diseases [11, 27, 89, 90]. There are various RAGE

18

ligands including AGEs, S100 proteins, and amphoterins [91, 92]. It is proposed that tenilsetam could exert an indirect anti-inflammatory action by minimizing proinflammatory AGE formation [84, 89].

In vitro experiments with human neuroblastoma SH-SY5Y cells, incubated with methylglyoxal which was preincubated with tenilsetam for 2 or 24 hours, tenilsetam completely nullified the toxicity of methylglyoxal at both time points [87]. A few studies have investigated the effect of tenilsetam in humans in regard to memory and cognition. For example, Wesnes et al. [93] examined the influence of tenilsetam on 18 male undergraduates with the hypothesis that tenilsetam would improve cognitive performance in normal conditions and after scopolamine was administered. In an additional study, healthy volunteers (n = 15) received randomized tenilsetam doses (150, 300, and 900 mg) to study proof of antihypoxidotic activity. Blood gas, EEG, and psychometric results were obtained under hypoxic (9.8% O2) and normoxic (21% O2) conditions. Spectral EEG analysis indicated deterioration in vigilance under the hypoxic conditions, which was attenuated by tenilsetam [94].

Tenilsetam has been used successfully as a treatment in a pilot trial for AD patients. Over a 3-month period at 150 mg/day doses, AD patients showed significant improvements in the favorability judgment task (FJT) and reaction time [95]. The influence of tenilsetam on the P300 response test was also observed with the same dose causing a significant reduction in latency after 4 weeks of treatment [96]. The supporting data surrounding tenilsetam suggest that it would make a suitable compound to test in the GFAP IL-6 mouse to learn more about the drug's mode of action, about its anti-inflammatory and cognitive enhancing properties, and if it attenuates sustained neuroinflammation and prevents cognitive decline.

6. ConclusionDementia, in particular Alzheimer's disease (AD), poses a substantial challenge to health, aged care, and

social policy. Chronic neuroinflammation, demonstrated by the activation of microglia and astrocytes as well as the release of reactive oxygen species and cytokines, has attracted considerable interest in AD over the past decade, not only for its potential role in contributing to neuronal degeneration, but also as a target site for developing potent therapeutics in the future. To investigate the connection between neuroinflammation and AD and to test potential anti-inflammatory drugs, a more suitable “neuroinflammatory” animal model is needed, showing the level of neuroinflammation comparable to the human conditions. Using such animal models, including the GFAP-IL6 mouse line, will allow researchers to investigate the effects of chronic low-grade neuroinflammation on brain structure and function, as well as the effects of anti-inflammatory agents in prevention and recovery.

In this review, we introduced the GFAP-IL6 transgenic mouse, in which the proinflammatory cytokine interleukin-6 (IL-6) is produced by astrocytes under the control of the GFAP promoter, highlighting this as a suitable animal model to study the role of chronic neuroinflammation in neurodegeneration. Previous studies show that these transgenic mice display progressive neurodegeneration in the hippocampal and cerebellar regions and a decline of both cognitive function and motor skills from 6 months of age. It has not been evaluated if the cholinergic system, the neurotransmitter system most affected in AD, is impaired in this model, and it is important to understand if IL-6 induced inflammation may cause cholinergic system degeneration and contribute to cognitive impairment.

Previous studies suggested that curcumin, apigenin, and tenilsetam are promising compounds due to their pharmacokinetic properties and previous success in animal models of familiar AD or in patients. In addition to these three drugs, we anticipate that this animal model can be used to validate a variety of cytokine suppressive anti-inflammatory drugs (CSAIDs) with potential for the prevention and/or treatment of AD from both synthetic and natural sources in the future. The GFAP-IL6 mouse line as animal model of chronic neuroinflammation might be even useful for the investigation and therapeutic intervention relevant for other neuroinflammation related diseases, such as multiple sclerosis, lupus, bipolar disorder, Rasmussen's encephalitis, and traumatic brain injury, which are all associated with microglial activation and neurodegeneration. Furthermore, we believe that this animal model can serve as a valuable in vivo bioassay for screening of anti-inflammatory drugs, including the class of CSAIDs, and a successful treatment can be monitored by amelioration of inflammation, neurodegeneration, and cognitive decline.

19

Теломераза: мишень для терапевтического воздействия куркумина и куркумин производные в Aβ1-42 оскорбление in vitro.

Данное исследование было разработано, чтобы исследовать, является ли теломераза участвует в нейропротективный эффект куркумина и Cur1. Альцгеймера болезнь является следствием дисбаланса между генерацией и оформление бета-амилоида в мозге. В этом исследовании мы использовали Aβ1-42 (10 мкг/мл), чтобы установить повреждения клеточной модели, и куркумин и Cur1 были использованы в терапевтических группах. Мы измерили выживаемость клеток и роста клеток, внутриклеточный окислительный стресс и экспрессии hTERT. После того, как РНК-интерференции, влияние куркумина и Cur1 на клетки были проверены. Воздействие Aβ1-42 в результате значительного окислительного стресса и клеточной токсичности, и экспрессия hTERT был значительно снижен. Куркумин и Cur1 как защищенные, SK-N-SH клеток с Aβ1-42 и регулируемой экспрессии hTERT. Кроме того, Cur1 продемонстрировали сильнее защитный эффект, чем куркумин. Однако, когда теломераза была тормозится трет siRNA, нейропротекция, куркумин и Cur1 были прекращены. Наши исследования показали, что нейропротективное действие куркумина и Cur1 зависит от теломеразы, и, таким образом, теломераза может быть мишенью для терапевтического воздействия куркумина и Cur1.

PLoS One. 2014 Jul 1;9(7):e101251. doi: 10.1371/journal.pone.0101251. eCollection 2014.Telomerase: a target for therapeutic effects of curcumin and a curcumin derivative in Aβ1-42 insult in

vitro.Xiao Z1, Zhang A1, Lin J1, Zheng Z1, Shi X1, Di W1, Qi W1, Zhu Y2, Zhou G1, Fang Y1. 1Department of Neurology, the First Affiliated Hospital, Sun Yat-sen University, Guangzhou, China.This study was designed to investigate whether telomerase was involved in the neuroprotective effect of

curcumin and Cur1. Alzheimer's disease is a consequence of an imbalance between the generation and clearance of amyloid-beta peptide in the brain. In this study, we used Aβ1-42 (10 µg/ml) to establish a damaged cell model, and curcumin and Cur1 were used in treatment groups. We measured cell survival and cell growth, intracellular oxidative stress and hTERT expression. After RNA interference, the effects of curcumin and Cur1 on cells were verified. Exposure to Aβ1-42 resulted in significant oxidative stress and cell toxicity, and the expression of hTERT was significantly decreased. Curcumin and Cur1 both protected SK-N-SH cells from Aβ1-42 and up-regulated the expression of hTERT. Furthermore, Cur1 demonstrated stronger protective effects than curcumin. However, when telomerase was inhibited by TERT siRNA, the neuroprotection by curcumin and Cur1 were ceased. Our study indicated that the neuroprotective effects of curcumin and Cur1 depend on telomerase, and thus telomerase may be a target for therapeutic effects of curcumin and Cur1.

ОбсуждениеВ этом исследовании, SK-N-SH клетки были использованы в качестве in vitro модели AD. SK-N-SH-

человеческая производные клеток нейробластомы линии, и эти клетки часто используются в качестве in vitro модели нейронной функции и дифференциации, потому что они могут имитировать биологические характеристики нейронов желательно. Однако, существуют некоторые различия между SK-N-SH клеток и нейронов. Основное различие заключается в том, что SK-N-SH клетки имеют явные черты опухолевых клеток и их аксонов и дендритов, очень отличаются от истинного нейронов, невриты.

В настоящее время механизмы, лежащие в основе AD остаются неизвестными, и признанной оптимальной профилактики или терапии для расстройства все еще не хватает [18]. Предполагается, что Aβ, основного компонента сенильных бляшек в мозге, могут иметь отношение к смерти нейронов. Высокие корреляции между окислительным стрессом и когнитивные нарушения свидетельствуют, что важную роль окислительного стресса в развитии ад [19]. Окислительный стресс возникает от дисбаланса между прооксиданты и антиоксиданты, что приводит к накоплению АФК [20]. Эти активные частицы могут спровоцировать клеточной мембраны липидов, разрушения, расщепления ДНК, окисление белков, и, наконец, апоптоза [21]. В нашем исследовании, 24-ч воздействия Aβ1-42 в результате значительного окислительного стресса и клеточной токсичности в SK-N-SH клеток.

Теломераза-это фермент, который добавляет последовательность ДНК повторов в 3' - конце ДНК теломер в регионах, расположенных на концах эукариотических хромосом. Теломеразы человека

20

состоит из трех молекул каждого человека обратной транскриптазы теломеразы (TERT), РНК теломеразы (TR или TERC), и dyskerin (DKC1) [22]. Трет можете создать одноцепочечной ДНК с использованием шаблона из одноцепочечной РНК. Короткие теломеры были найдены в некоторых синдромов преждевременного старения [23], и исследования показали, потенциальной терапевтической стратегии на основе теломеразы в качестве анти-старения цели. Соответственно, в одном исследовании [24] показали, что те долгоживущих особей в наследство гиперактивные теломеразы, которые могли бы перестроить теломеры, и еще одно исследование сообщило, что введение трет генов в здоровых годовалых мышей привело к 24% увеличение продолжительности жизни [25]. Недавно исследование показало, что увеличение трет выражения novel compound придает устойчивость от апоптоза, индуцированного окислительного стресса [26]. Предыдущие исследования [27] предположили, что там были защищены мтднк, значительно повышенный mitochodria мембранный потенциал и значительно снижают уровень окислительного стресса в hTERT за выражение клетки. И подавленной активности теломеразы вызвало увеличение окислительного стресса и дисфункции митохондрий в эмбриональных нейронов гиппокампа крыс [28].

Чжу H et al. [29] сначала сообщили, что подавление трет в эмбриональных нейронов гиппокампа мыши с помощью антисенс технологии и ингибитора теломеразы 3' -azido-2' 3' -dideoxythymidine значительно повышает Уязвимость нейронов к гибели клеток, индуцированной Aβ. Нейроны, в которых трет уровни были снижены выставлены повышенные уровни окислительного стресса и митохондриальной дисфункции после воздействия Aβ. Над выражением трет в клетках феохромоцитомы привела к снижению уязвимости к Aβ-индуцированного апоптоза. Одно Предыдущее исследование также показало, что низкие дозы Aβ может значительно ингибировать активность теломеразы in vitro [30], и real-time ПЦР и вестерн-блот анализа в нашем исследовании в дальнейшем документально подтверждено, что экспрессия hTERT был значительно уменьшились в SK-N-SH клеток при воздействии Aβ1-42. В частности, снижение жизнеспособности клеток было одновременно связано со снижением экспрессии hTERT. Мы выдвигают гипотезы о том, что изменение клеточной пролиферации за счет Aβ связаны с ингибированием hTERT.

Дальнейшие эксперименты были необходимы, чтобы уточнить, действительно ли куркумин и Cur1 может повысить жизнеспособность клеток и восстановление нормального уровня hTERT следующие Aβ-индуцированных повреждений. Обильные отчеты показали, что куркумин может способствовать разукрупнения существующих амилоидных отложений и предотвращения агрегации новых амилоида [31], выпрямить нейритов с аномальной кривизны рядом или даже далеко от старческих бляшек, и обратного neuritic аномалии [32]. В нашем исследовании, куркумин и Cur1 улучшение жизнеспособности клеток, очевидно, и мы обнаружили, что оба защищены SK-N-SH клеток с Aβ1-42. Кроме того, увеличение рентабельности продаж и снижение уровни GSH в клетках из-за Aβ1-42 также в значительной степени предотвратить путем преинкубации с 10 мкг/мл куркумин и Cur1. Эти данные, следовательно, решительно поддерживает защитные эффекты куркумина и Cur1 против клеточного окислительного стресса. В предыдущих исследованиях [7], [8], [9] также предположили, что куркумин имеет особое антиоксидантной активностью и может смягчить амилоидоза. Куркумин может увеличить уровни противовоспалительного цитокина т.е. IL-10 и антиоксидантных ферментов, т.е. супероксиддисмутазы, каталазы и глутатионпероксидазы [33], и оксигеназы-1 и ГШ играют важную роль в защитном действии куркумина [34]. Наконец, выражения hTERT были регулируются куркумин и Cur1 против Aβ-индуцированных повреждений. А hTERT был тормозится Aβ1-42, укороченных теломер не может восстановить длину, а затем было много апоптотических клеток. Однако, куркумин и Cur1 мог привязать к Aβ1-42 и раздражать нейротоксичности,таким образом, экспрессия hTERT был регламентирован, укороченных теломер восстановлена длина и число клеток были увеличены. Мы также наблюдали hTERT не увеличивается, когда куркумин или Cur1 лечить SK-N-SH клетки без Aβ1-42 обращения. Мы предполагаем, что куркумин и Cur1 не влияют на hTERT up-регуляции в нормальных клеток и лечения их не приводит к неограниченному росту клеток.

Далее мы сравнили различия в нейропротекция между куркумин и Cur1, и мы обнаружили, что Cur1 была сильнее защиты против Aβ-индуцированного повреждения, чем куркумин. Cur1 обладает некоторыми изменениями в химической Конституции по сравнению с куркумой. Различия в заместителе группы на обоих концах бензольного кольца: 3-метокси из Cur1 удаляется, но 4-

21

гидроксильной группы остается. В нашем предыдущем исследовании, мы обнаружили, что 4-гидроксильной группы может быть ответственным за нейропротекция куркумина и Cur1 через анти-Aβ токсичности [11].

Однако, в то время как теломераза была тормозится трет siRNA, нейропротекция куркумина и Cur1 был потерян. В этой ситуации, куркумин или Cur1 больше не улучшение жизнеспособности клеток, ни уменьшение окисления. Между тем, экспрессии hTERT был не регулируется в двух соединений. Так он показывает, что ингибирование hTERT с помощью мирнк является необратимым. Мы предположили, что нейропротективные эффекты куркумина и Cur1 зависит от теломеразы, и теломеразы может быть мишенью для терапевтического воздействия куркумина и Cur1. В нескольких исследованиях в раковых клетках, высокие дозы куркумина может вызывать ингибирование теломеразы, укорочение теломер и апоптоза в опухолевых клетках [35], [36]. В куркумин концентрации в этих исследованиях (25 мкмоль/л-50 мкмоль/л) были намного выше, чем в нашем исследовании (10 мкмоль/л); активность куркумина в этих исследованиях был pro-apoptotic воздействия на опухолевые клетки, наоборот, в нашем исследовании была ингибирование апоптоза. Мы подозреваем, что доза-зависимые отношения могут объяснить разницу и эффект может быть обратным, когда куркумин используется в достаточно высокой дозе; другими словами, воздействие на экспрессию hTERT может быть связано дозы куркумина. Кроме того, кажется, там может быть типа клеток разницу в деятельности куркумин.

В заключение наши исследования показали, что Aβ может индуцировать апоптоз, окислительного стресса и ингибирования трет выражение в SK-N-SH клеток. Наши исследования показали защитный эффект куркумина и Cur1 против Aβ neurotoxicity in vitro. Тем не менее, защитные эффекты куркумина и Cur1 были потеряны, пока теломеразы было мало. Ввиду особых преимуществ куркумин и Cur1, таких как проникновение гематоэнцефалический барьер, мы обоснованно считаем, что куркумин и Cur1 может быть потенциальным терапевтическим агентом для AD. Кроме того, наши данные свидетельствуют, что нейропротективные эффекты куркумина и Cur1 зависит от теломеразы, и теломеразы может быть мишенью для терапевтического воздействия куркумина и Cur1. Эти данные могут предоставить потенциальные терапевтические стратегии для лечения AD.

DiscussionIn this study, SK-N-SH cells were used as an in vitro model of AD. SK-N-SH is a human derived

neuroblastoma cell line, and these cells are often used as in vitro models of neuronal function and differentiation because they can simulate the biological characteristics of neurons preferably. However, there are some differences between SK-N-SH cells and neurons. The main difference is that SK-N-SH cells have obvious traits of tumor cells and their axons and dendrites are very different from the true neuronal neuritis.

At present, the mechanisms underlying AD remain unknown, and a well-recognized optimal prevention or therapy for the disorder is still lacking [18]. It has been proposed that Aβ, a major component of senile plaques in the brain, may be involved in neuronal death. High correlations between oxidative stress and cognitive impairment suggest an important role of oxidative stress in the development of AD [19]. Oxidative stress originates from the imbalance between prooxidants and antioxidants which leads to accumulation of ROS [20]. These reactive species can provoke cell membrane lipid destruction, DNA cleavage, oxidation of proteins, and finally apoptosis [21]. In our study, 24-h exposure to Aβ1–42 resulted in significant oxidative stress and cell toxicity in SK-N-SH cells.

Telomerase is an enzyme that adds DNA sequence repeats to the 3 end of DNA strands in the telomere′ regions, located at the ends of eukaryotic chromosomes. Human telomerase consists of three molecules each of human telomerase reverse transcriptase (TERT), telomerase RNA (TR or TERC), and dyskerin (DKC1) [22]. TERT can create single-stranded DNA using a template of single-stranded RNA. Short telomeres have been found in some premature aging syndromes [23], and studies have indicated the potential of a therapeutic strategy based on telomerase as an anti-aging target. Accordingly, one study [24] showed that those long-lived individuals inherited a hyperactive telomerase which could rebuild telomeres, and another study reported that introducing the TERT gene into healthy one-year-old mice led to a 24% increase in lifespan [25]. Recently study showed that increasing TERT expression by novel compound confers resistance from apoptosis induced by oxidative stress [26]. Previous studies [27] have suggested that there were a

22

protected mtDNA, a significantly elevated mitochodria membrane potential and a significantly reduced oxidative stress level in hTERT over-expression cells. And the suppressed telomerase activity caused oxidative stress increase and mitochondria dysfunction in embryonic rat hippocampal neurons [28].

Zhu H et al. [29] first reported that suppression of TERT in embryonic mouse hippocampal neurons using antisense technology and the telomerase inhibitor 3 -azido-2 3 -dideoxythymidine significantly increases′ ′ ′ neurons vulnerability to cell death induced by Aβ. Neurons in which TERT levels were reduced exhibited increased levels of oxidative stress and mitochondrial dysfunction following exposure to Aβ. Over expression of TERT in pheochromocytoma cells resulted in decreased vulnerability to Aβ-induced apoptosis. One previous study also found that low doses of Aβ could significantly inhibit telomerase activity in vitro [30], and the real-time PCR and western blot analysis in our study further documented that the expression of hTERT was decreased significantly in SK-N-SH cells upon exposure to Aβ1–42. Notably, the reduction in cell viability was simultaneously associated with decreased hTERT expression. We hypothesise that altered cellular proliferation due to Aβ are associated with the inhibition of hTERT.

Further experiments were necessary to clarify whether curcumin and Cur1 could enhance cell viability and restore to normal levels of hTERT following Aβ-induced damage. Abundant reports have demonstrated that curcumin could promote disaggregation of existing amyloid deposits and prevent aggregation of new amyloid deposits [31], straighten the neurites with abnormal curvature near or even far from the senile plaque, and reverse neuritic abnormalities [32]. In our study, curcumin and Cur1 improved cell viability obviously, and we found that both protected SK-N-SH cells from Aβ1–42. Furthermore, increased ROS and reduced GSH levels in the cells due to Aβ1–42 were also significantly prevented by preincubation with 10 µg/ml curcumin and Cur1. These data, therefore, strongly supported the protective effects of curcumin and Cur1 against cellular oxidative stress. Previous studies [7], [8], [9] also suggested that curcumin had particular antioxidant activity and could alleviated amyloidosis. Curcumin could increase the levels of anti-inflammatory cytokine i.e. IL-10 and antioxidant enzymes i.e. superoxide dismutase, catalase and glutathione peroxidase [33], and oxygenase-1 and GSH play a major role in the protective effect of curcumin [34]. Finally, the expressions of hTERT were up-regulated by curcumin and Cur1 against Aβ-induced damage. While hTERT was inhibited by Aβ1–42, shortened telomere could not restore length, and then there were plenty of apoptotic cells. However, curcumin and Cur1 could bind to Aβ1–42 and antagonize neurotoxicity,thus the expression of hTERT was up-regulated, shortened telomere restored length and the numbers of cells were increased. We also observed hTERT did not increase when curcumin or Cur1 treated SK-N-SH cells without Aβ1–42 treatment. We infer that curcumin and Cur1 have no effect on hTERT up-regulation in normal cells and the treatment of them does not lead to an unlimited cell growth.

We further compared the differences in neuroprotection between curcumin and Cur1, and we found that Cur1 had a stronger protection against Aβ-induced damage than curcumin. Cur1 possesses some alterations in the chemical constitution compared with curcumin. The differences are in the substituent groups at both ends of benzene ring: the 3-methoxy of Cur1 is removed but 4-hydroxyl group remains. In our previous study, we found that 4-hydroxyl group might be responsible for the neuroprotection of curcumin and Cur1 through anti-Aβ toxicity [11].

However, while telomerase was inhibited by TERT siRNA, the neuroprotection of curcumin and Cur1 was lost. In this situation, curcumin or Cur1 no longer improved cell viability nor reduced oxidation. Meanwhile, the expression of hTERT was not up-regulated by the two compounds. So it shows that the inhibition of hTERT by siRNA is irreversible. We speculated that neuroprotective effects of curcumin and Cur1 depend on telomerase, and telomerase may be a target for therapeutic effects of curcumin and Cur1. In several studies in cancer cells, high dose of curcumin could induce telomerase inhibition, telomere shortening and apoptosis in tumour cells [35], [36]. The curcumin concentrations in these studies (25 µmol/L-50 µmol/L) were far higher than in our study (10 µmol/L); the activity of curcumin in these studies was pro-apoptotic effects on tumor cells, conversely, in our study was apoptosis inhibition. We suspect that dose-dependent relationship may explain the disparity and the effects can be reversed when curcumin is used in high enough dose; in other words, the impact on the expression of hTERT may be related to curcumin dose. Furthermore, it seems there may be cell type difference in the activities of curcumin.

In conclusion, our study indicated that Aβ could induce apoptosis, oxidative stress and inhibition of TERT expression in SK-N-SH cells. Our study demonstrated protective effects of curcumin and Cur1 against Aβ

23

neurotoxicity in vitro. Nevertheless, the protective effects of curcumin and Cur1 were lost while telomerase was scarce. In view of the special advantages of curcumin and Cur1, such as the penetration of blood-brain barrier, we reasonably believe that curcumin and Cur1 may be a potential therapeutic agent for AD. Moreover, our data suggests that neuroprotective effects of curcumin and Cur1 depend on telomerase, and telomerase may be a target for therapeutic effects of curcumin and Cur1. These data may provide a potential therapeutic strategy for treating AD.

Открытие 5-(4-гидроксифенил)-3-оксо-пентановой [2-(5-метокси-1H-индол-3-ил)-этил]-амид как neuroprotectant для болезни Альцгеймера болезни путем гибридизации куркумин и мелатонин.

В наши усилия, чтобы разработать эффективные нейропротекторные как потенциал для лечения болезни Альцгеймера болезни (AD), гибридных соединений куркумин и мелатонина, два натуральных продуктов, которые интенсивно изучаются в различных AD моделей, были разработаны, синтезированы и биологически характеризуется. Ведущий гибридного соединения (7) был обнаружен показывает значительные нейропротекция при наномолярных потенции (EC50 = 27.60 ± 9.4 нм) в MC65 клеток, клеточном AD модель. Несколько in vitro результаты опробования установлено, что 7 выставлены умеренное ингибирующее влияние на производство амилоида-β олигомеров (AβOs) в MC65 клеток, но не на агрегации Aβ видов. Она также показала значительные антиоксидантные свойства. Дальнейшие кинетические исследования показали, что 7 антиоксидантный эффект хорошо коррелирует с его нейропротекторное потенции для MC65 клеток, и эти эффекты могут быть из-за его вмешательства взаимодействия AβOs в митохондриях MC65 клеток. Кроме того, 7 было подтверждено, что гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) и доставить достаточное количество ткани мозга после перорального применения. В совокупности, эти результаты подкрепляют гибридизации подхода как эффективной стратегии, чтобы помочь в выявлении новых лесов с нужной фармакологии, и настоятельно призвать дальнейшей оптимизации 7 разработать более мощным нейропротекторные для AD.

ACS Chem Neurosci. 2014 Aug 20;5(8):690-9. doi: 10.1021/cn500081s. Epub 2014 May 22.Discovery of 5-(4-hydroxyphenyl)-3-oxo-pentanoic acid [2-(5-methoxy-1H-indol-3-yl)-ethyl]-amide as a

neuroprotectant for Alzheimer's disease by hybridization of curcumin and melatonin.Chojnacki JE1, Liu K, Yan X, Toldo S, Selden T, Estrada M, Rodríguez-Franco MI, Halquist MS, Ye D, Zhang S.Author information 1Department of Medicinal Chemistry, ‡Department of Internal Medicine, §Department of Physics,

and ∥Department of Pharmaceutics, Virginia Commonwealth University , Richmond, Virginia 23298, United States.

AbstractIn our effort to develop effective neuroprotectants as potential treatments for Alzheimer's disease (AD),

hybrid compounds of curcumin and melatonin, two natural products that have been extensively studied in various AD models, were designed, synthesized, and biologically characterized. A lead hybrid compound (7) was discovered to show significant neuroprotection with nanomolar potency (EC50 = 27.60 ± 9.4 nM) in MC65 cells, a cellular AD model. Multiple in vitro assay results established that 7 exhibited moderate inhibitory effects on the production of amyloid-β oligomers (AβOs) in MC65 cells, but not on the aggregation of Aβ species. It also exhibited significant antioxidative properties. Further mechanistic studies demonstrated that 7's antioxidant effects correlate well with its neuroprotective potency for MC65 cells, and these effects might be due to its interference with the interactions of AβOs within the mitochondria of MC65 cells. Furthermore, 7 was confirmed to cross the blood-brain barrier (BBB) and deliver a sufficient amount to brain tissue after oral administration. Collectively, these results strongly support the hybridization approach as an efficient strategy to help identify novel scaffolds with a desired pharmacology, and strongly encourage further optimization of 7 to develop more potent neuroprotectants for AD.

Нейровоспаление в патогенезе болезни Альцгеймера болезни. Рациональную основу для поиска новых терапевтических подходов.

24

Болезнь Альцгеймера (AD) является наиболее частой причиной деменции у людей старше 60 лет. Молекулярные и клеточные изменения, которые вызывают это заболевание по-прежнему являются диффузными, одной из причин задержки в поиске эффективного лечения. В поисках новых мишеней для поиска новых терапевтических проспектов, клинических исследований у пациентов, которые используются противовоспалительные препараты, указывающее ниже заболеваемости ад имеют значение для поддержки neuroinflammatory гипотеза нейродегенеративных процессов и роли врожденного иммунитета в этой болезни. Нейровоспаление-видимому, возникает вследствие ряда повреждений сигналов, в том числе травмы, инфекции, окислительные агенты, окислительно-восстановительные утюг, олигомеров τ и β-амилоид и др. В этом контексте, наша теория Neuroimmunomodulation внимание на связь между повреждению нейронов и мозга, воспалительного процесса, опосредованного последовательная активация астроцитов и клеток микроглии с последующей гиперпродукцией провоспалительных агентов. Здесь мы рассказываем о роли микроглии и астроцитарных клеток, основными посредниками в нейровоспаление процесса, в развитии нейродегенеративных заболеваний, таких как AD. В этом контексте мы также оценили потенциальную актуальность натуральные противовоспалительные компоненты, которые включают в себя куркумин и Роман Анд соединения, в качестве агентов для AD профилактики и в качестве coadjuvant для объявления процедуры.

Front Cell Neurosci. 2014 Apr 22;8:112. doi: 10.3389/fncel.2014.00112. eCollection 2014.Neuroinflammation in the pathogenesis of Alzheimer's disease. A rational framework for the search of

novel therapeutic approaches.Morales I1, Guzmán-Martínez L1, Cerda-Troncoso C1, Farías GA2, Maccioni RB3.Author information 1Laboratory of Cellular and Molecular Neurosciences, Faculty of Sciences, University of Chile

Santiago, Chile ; International Center for Biomedicine (ICC) Santiago, Chile.AbstractAlzheimer disease (AD) is the most common cause of dementia in people over 60 years old. The molecular

and cellular alterations that trigger this disease are still diffuse, one of the reasons for the delay in finding an effective treatment. In the search for new targets to search for novel therapeutic avenues, clinical studies in patients who used anti-inflammatory drugs indicating a lower incidence of AD have been of value to support the neuroinflammatory hypothesis of the neurodegenerative processes and the role of innate immunity in this disease. Neuroinflammation appears to occur as a consequence of a series of damage signals, including trauma, infection, oxidative agents, redox iron, oligomers of τ and β-amyloid, etc. In this context, our theory of Neuroimmunomodulation focus on the link between neuronal damage and brain inflammatory process, mediated by the progressive activation of astrocytes and microglial cells with the consequent overproduction of proinflammatory agents. Here, we discuss about the role of microglial and astrocytic cells, the principal agents in neuroinflammation process, in the development of neurodegenerative diseases such as AD. In this context, we also evaluated the potential relevance of natural anti-inflammatory components, which include curcumin and the novel Andean Compound, as agents for AD prevention and as a coadjuvant for AD treatments.

Новые исследования проспектовСегодня, как результат недостаточной эффективности существующих методов лечения AD, много

усилий было вложено, чтобы улучшить поиск новых терапевтических мишеней. На основе результатов, полученных у пациентов, принимающих противовоспалительные препараты, новые возможности открылся изучение ассоциации воспалительных процессов и AD патофизиологии.

Важной стратегией для предотвращения повреждения мозга основывается на изменения в питании и пищевых добавок, функциональных пищевых продуктов и БАД. В связи с этим есть интересная информация, поступающая из исследований с антиоксидантной и противовоспалительной Анд Соединения (первоначально как называется Анд мумие). Анд Соединения - это очень сложная смесь гуминовых веществ, образующихся в результате природных millenary разложения растительного материала и возникла как эндемический натуральный продукт из Андах. Анд Соединения и его основной активный принцип-фульвовые кислоты-возникают как роман нутрицевтиков с потенциальными использует против нейродегенеративных заболеваний головного мозга (Carrasco-

25

Gallardo et al., 2012a). Это природное соединение является мощным противовоспалительным веществом, и очень безопасная пищевая добавка (Carrasco-Gallardo et al., 2012b). В самом деле, согласно исследованиям Корнехо et al. (2011), фульвовая кислота способна блокировать τ self-агрегации, влияющие на продолжительность и морфологии PHFs генерируется in vitro. Кроме того, после облучения преформированных τ фибрилл, чтобы фульвовые кислоты, уменьшение длины PHFs могут быть обнаружены (Корнехо et al., 2011).

Терапии на основе τ белка, появляются интересные цели, потому что клубок образования определена как важнейшее событие, участвующих в нейродегенеративных процессах. В настоящее время, наша группа работает в соединение, содержащее Анд Соединения плюс комплекс витаминов группы в (т.е., В6, В9 и В12) назван мозга-до 10®, прошел пилотные клинические испытания и показала тенденцию к менее когнитивное ухудшение, снижение на нейропсихологические симптомы и истощений для воспитателя пролеченных больных.

Другой комплекс природного происхождения, который в настоящее время находится в стадии изучения, является куркумин. Куркумин-это природные фенольные соединения, производные от многолетних трав Curcuma longa (куркума), и хорошо известно, проявляют противовоспалительное и антиоксидантное деятельности (Aggarwal и Harikumar, 2009; Lu et al., 2014). В Индии куркума традиционно используемые для лечения заболеваний, связанных с повреждением и воспалением. Информация об этом составные сообщила, что она может быть способной предотвратить гибель нейронов в животных моделях нейродегенеративных расстройств, но и его возможное влияние на развитие и нейропластичность неизвестны (Kim et al., 2008). Исследования привели автора Ким показало, что куркумин обладает двойным действием в культуре клеток NPC (multi-мощный нейральные прогениторные клетки): при низких концентрациях стимулирует пролиферацию клеток, в то время как при высоких концентрациях становится цитотоксические. С другой стороны, администрация куркумин взрослых мышей привело к значительному увеличению количества вновь образующихся клеток в зубчатой извилине гиппокампа, указывая, что данное соединение повышает гиппокампального нейрогенеза взрослого (Kim et al., 2008). Затем, куркумин стимулирует развитие и взрослых гиппокампального нейрогенеза, с биологической активностью, которые могут улучшить нейронной пластичности и ремонт. Недавние исследования показали, что куркумин способен предотвратить ущерб от Aβ, так как это вызвало снижение CaMKII функции в органотипической срезов гиппокампа, смягчающих синаптической дисфункции, вызывая создание более надежных и synaptically эффективного нейронов, и это отражено в ингибирование синаптической дисфункции и смерти нейронов (Hoppe et al., 2013). Эти результаты расширяют нейропротекторной роли куркумина в synaptic уровне, повышение этого соединения в качестве альтернативы или дополнения лечения ад (рис. (2).2). В обоих примерах-т.е., Мозг-до 10® и куркумин-мы показываем, что, глядя на природных соединений можно найти новые альтернативы в поисках лечения для объявлений, поэтому важно не только продолжить создание новых синтетических соединений, но и вернуться к старой традиционной медицины.

Другие соединения были использованы для дополнительного лечения ад (Таблица (Table2).2). Гинкго билоба высоко исследованы но данные с толку. Таким образом, Canevelli предлагает Гинкго билоба может предоставить некоторые когнитивные преимущества в AD пациентов, но только в случаях, предусмотренных ингибиторы холинэстеразы лечения, но клинические выход таких эффектов остается прояснить (Canevelli et al., 2014). С другой стороны, в 2012 году Vellas и его коллеги провели несколько клинических исследований для изучения влияния Гинкго билоба экстракт в AD больных и здоровых пожилых предмет, который использовал этот препарат в течение более длительного времени. Они направлены на оценку эффективности 5 лет " администрация стандартизированный Гинкго билоба экстракт, широко используемый в качестве coadjuvant в лечении больных с когнитивными расстройствами. Однако, результаты не продемонстрировали защитный эффект в этом типе когнитивных расстройств (Vellas et al., 2012).

Природных соединений рекомендуется использовать в лечении объявлений.Ресвератрол является мощным антиоксидантом, который присутствует во многих растениях, в том

числе виноград, арахис и слив, который защищает от воздействия окружающей среды. Это соединение широко изучены для их потенциальных свойств в кардиопротекция,

26

противовоспалительным действием, противоопухолевой и омолаживающий эффекты. Было также показано недавно, что она препятствует агрегации Aβ in vitro (Lu et al., 2012). Проблема в том, что он обладает низкой биодоступности в организме (Kang et al., 2009). На основе знаний, что ресвератрол обладает разнообразием биологической активностью, роман серии производных созданы и испытаны как multi-target агентов для AD лечения (Lu et al., 2012).

Другой компаунд, используемый в AD лечение Церебролизин. Это соединение является нейропептид подготовки, состоящий из низкомолекулярных пептидов и свободных аминокислот. Это вещество имитирует действие эндогенных нейротрофических факторов, и постулируется, что смесь этого пептида с нейротрофические эффекты могут снизить нейродегенеративных патологий (Rockenstein et al., 2006). Wei et al. предложил, что основные эффекты Церебролизина включают нейротрофическая стимуляция, neuroimmunological регулирования и совершенствования транспорт глюкозы через гематоэнцефалический барьер (Wei et al., 2007). После проведения Мета-анализ шести клинических испытаний, эти авторы утверждали, что Церебролизин может улучшить клиническое состояние AD пациентов, но масштабные испытания необходимы, чтобы предоставить убедительные свидетельства эффективности этого соединения на когнитивные функции и деятельность повседневной жизни в ад (Wei et al., 2007). Дальнейшие экспериментальные исследования необходимы для выяснения молекулярных механизмов, вовлеченных в некоторые плейотропные деятельности Церебролизин, и особенно ее влияния на нейровоспаление, а также для выявления их возможных взаимодействий с нейротрофических факторов мозга и рецепторов (Альварес и Фуэнтес, 2011). Основные особенности этих препаратов представлены в таблице Table22.

ВыводРазвитие рекламе включает ряд возмущений и дисбалансы, которые системно влияет на

нормальное функционирование ЦНС, вызывая состояние слабоумия. Несмотря на научные достижения и знания, что существует относительно AD, по-прежнему не представлялось возможным разработать эффективные варианты лечения. Как и сейчас, большинство доступных препаратов направлено против AD симптомы, и служат только в качестве паллиативного лечения. В этом контексте, Neuroimmunomodulation гипотеза появляется как руководство в поиске новых целей, которые не были учтены ранее, для разработки эффективных методов лечения. В этом случае τ белка, которые при патогенных условиях самостоятельно агрегатов и становится одним из самых важных игроков в нейродегенеративных каскада.

По результатам исследований на длительное воздействие противовоспалительные препараты, которые показывают, что эти препараты связаны с уменьшением риска развития болезни Альцгеймера, новые интересные терапии могут быть доступны. НПВП могут защитить людей от болезни Альцгеймера через несколько потенциальных механизмов, которые связаны с болезнью на основе neuroinflammatory теории (Akiyama et al., 2000; Szekely et al., 2004). Например, они могут снизить воспалительные процессы в мозге, поскольку эти препараты могут подавлять воспалительные реакции микроглии и/или астроциты, уменьшение гибели клеток из-за эксайтотоксичности при посредничестве глутамата (Casper et al., 2000).

Но использование этих препаратов требует намного больше исследования и анализа, особенности механизма действия, что ведет к улучшению пациента после длительного использования. То же самое относится к любой нейропротективный эффект, так как это очень деликатный вопрос, который следует рассмотреть, чтобы оценить эффект этих препаратов в организме.

Появление новых соединений, которые могут открыть путь для новых методов лечения становится необходимостью. В этом поиске можно упомянуть соединения, такие как куркумин и Анд соединения, которые, в силу своего природного происхождения и отсутствия побочных эффектов, выглядит как перспективный препарат для AD профилактики. Исследования, которые были сделаны на этих соединений очень недавно, но дают убедительные доказательства того, что его эффекты опосредуются нарушение воспалительного ответа и самостоятельного агрегации τ-белка, позиционируя их как будущих терапевтических вариант для нейрональной травмы.

New research avenuesToday, as a result of the lack of effectiveness of current treatments for AD, a lot of effort has been

invested to enhance the search for new therapeutic targets. Based on the results obtained in patients taking 27

anti-inflammatory drugs, a new possibility has been opened studying the association of inflammatory processes and AD pathophysiology.

An important strategy to prevent brain impairment is based on dietary changes and nutritional supplements, functional foods and nutraceuticals. In this regard, there is interesting information coming from studies with the antioxidant and antiinflammatory Andean Compound (called initially as Andean Shilajit). Andean Compound is a very complex mixture of humic substances generated by natural millenary decomposition of vegetal material and is originated as an endemic natural product from the Andes Mountains. Andean Compound and its major active principle—fulvic acid—emerge as novel nutraceutical with potential uses against neurodegenerative brain disorders (Carrasco-Gallardo et al., 2012a). This natural compound is a potent anti-inflammatory substance, and a very safe dietary supplement (Carrasco-Gallardo et al., 2012b). In fact, according to studies by Cornejo et al. (2011), fulvic acid is able to block τ self-aggregation affecting the length and morphology of PHFs generated in vitro. Additionally, after exposure of preformed τ fibrils to fulvic acid, a decrease in length of PHFs can be detected (Cornejo et al., 2011).

Therapies based on τ protein, appear as an interesting target because tangle formation has been identified as a major event involved in the neurodegenerative process. Currently, our group is working in a compound that contains Andean Compound plus complex B vitamins (i.e., B6, B9 and B12 vitamins) named as Brain-Up 10®, underwent a pilot clinical trial and showed a tendency toward less cognitive deterioration, a reduction on neuropsychological symptoms and less distress for the caregiver of treated patients.

Another compound of natural origin, which is currently under study, is curcumin. Curcumin is a natural phenolic compound derived from the perennial herb Curcuma longa (turmeric), and is well known to exhibit anti-inflammatory and antioxidant activities (Aggarwal and Harikumar, 2009; Lu et al., 2014). In India, turmeric has traditionally been used for the treatment of diseases associated with injury and inflammation. The information about this compound reported that it may be capable of preventing the death of neurons in animal models of neurodegenerative disorders, but its possible effects on development and neuroplasticity are unknown (Kim et al., 2008). Studies led by the author Kim revealed that curcumin has a dual action in cell cultures of NPC (multi-potent neural progenitor cells): at low concentrations stimulates cell proliferation, whereas at high concentrations it becomes cytotoxic. On the other hand, the administration of curcumin to adult mice resulted in a significant increase in the number of newly generated cells in the dentate gyrus of hippocampus, indicating that this compound enhances adult hippocampal neurogenesis (Kim et al., 2008). Then, curcumin would stimulate developmental and adult hippocampal neurogenesis, with a biological activity that may improve neural plasticity and repair. Recent studies have shown that curcumin was able to prevent damage from Aβ, because it induced decrease in CaMKII function in organotypic hippocampal slices, attenuating synaptic dysfunction, inducing the development of more robust and synaptically efficient neurons, and this is reflected in the inhibition of synaptic dysfunction and neuronal death (Hoppe et al., 2013). These results expand the neuroprotective role of curcumin to a synaptic level, enhancing this compound as an alternative or add-on treatment for AD (Figure (Figure2).2). In both examples—i.e., Brain-Up 10® and curcumin—we show that by looking at natural compounds it is possible to find new alternatives in the search of treatments for AD, so it is important not only to continue generating new synthetic compounds, but also to revisit old traditional medicine as well.

Other compounds have been used for supplementary treatment of AD (Table (Table2).2). Ginkgo biloba has been highly investigated but the data are confusing. Thus, Canevelli proposes that Ginkgo biloba may provide some cognitive benefits in AD patients, but only in cases under cholinesterase inhibitors treatment, but the clinical output of such effects remains to be clarified (Canevelli et al., 2014). On the other hand, in 2012 Vellas and coworkers conducted several clinical trials to study the effect of Ginkgo biloba extract in AD patients and healthy elderly subject that used this compound for longer periods of time. They aimed to assess the efficacy of 5 years’ administration of a standardized Ginkgo biloba extract, widely used as coadjuvant in the treatment of patients with cognitive disorders. However, the results failed to show a protective effect in this type of cognitive disorders (Vellas et al., 2012).

Natural Compounds recommended in the treatment AD.Resveratrol is a powerful antioxidant that is present in many plants, including grapes, peanuts and plums,

that protects against environmental stress. This compound has been extensively investigated for their potential properties in cardioprotection, anti-inflammatory effects, anticancer, and antiaging effects. It was

28

also shown recently that it inhibits Aβ aggregation in vitro (Lu et al., 2012). The problem is that it exhibits a low bioavailability in the organism (Kang et al., 2009). On the basis of knowledge that resveratrol possesses a variety of bioactivities, a novel series of derivatives have been generated and tested as multi-target agents for AD treatment (Lu et al., 2012).

Another compound used in AD treatment is Cerebrolysin. This compound is a neuropeptide preparation consisting of low-molecular-weight peptides and free amino acids. This compound mimics the action of endogenous neurotrophic factors, and it is postulated that a mixture of this peptide with neurotrophic effects may reduce neurodegenerative pathologies (Rockenstein et al., 2006). Wei et al. proposed that the main effects of Cerebrolysin include neurotrophic stimulation, neuroimmunological regulation and the improvement of glucose transportation across blood-brain barrier (Wei et al., 2007). After conducting a meta-analysis of six clinical trials, these authors, have postulated that Cerebrolysin could improve the clinical condition of AD patients, but large-scale trials are needed to provide convincing evidences of the efficacy of this compound on cognitive function and activities of daily living in AD (Wei et al., 2007). Further experimental research is needed to elucidate the molecular mechanism involved in some of the pleiotropic activities of Cerebrolysin, and particularly its influence on neuroinflammation, as well as to identify their possible interactions with neurotrophic factors and brain receptors (Álvarez and Fuentes, 2011). Main features of these agents are summarized in Table Table22.

ConclusionThe development of AD involves a series of perturbations and imbalances that systemically affect the

normal functioning of the CNS, triggering a condition of dementia. Despite scientific advances and knowledge that exists regarding the AD, still it has not been possible to develop effective treatment options. As it is now, most available treatments are designed against AD symptoms, and serve only as palliative treatments. In this context, Neuroimmunomodulation hypothesis appears as a guide in the search for new targets that have not been considered before, for developing effective treatments. This is the case of τ protein, which under pathogenic conditions self-aggregates and becomes one of the most important actors in the neurodegenerative cascade.

Based on the results of studies on long-term exposure to anti-inflammatory drugs, that show that these drugs are associated with a decreased risk of developing AD, a new interesting therapy may be available. NSAIDs may protect people from Alzheimer through several potential mechanisms that are associated with the disease based on the neuroinflammatory theory (Akiyama et al., 2000; Szekely et al., 2004). For example, they can reduce the inflammatory processes in the brain, because these drugs can inhibit the inflammatory response of microglial and/or astrocytes, reducing cell death due to excitotoxicity mediated by glutamate (Casper et al., 2000).

But the use of these type of drugs requires definitely more exploration and analysis, especially of the mechanism of action leading to an improvement in the patient after prolonged use. The same applies to any neuroprotective effect, since this is a very sensitive issue that should be considered to estimate the effect of these drugs in the body.

The appearance of new compounds that can open the way to new treatments becomes a necessity. In this search we can mention compounds such as curcumin and Andean Compound, which, because of their natural origin and the lack of adverse effects, appears as promising preparation for AD prevention. Studies that have been made on these compounds are very recent, but give strong evidence that its effects are mediated by disruption of the inflammatory response and self-aggregation of the τ protein, positioning them as a future therapeutic option for neuronal injury.

Влияние куркумина на гиппокампа выражение NgR и регенерации аксонов в Aβ-индуцированной когнитивные расстройства крыс.

Куркумин широко используется для профилактики и лечения болезни Альцгеймера болезни (ад), но его механизм до сих пор не ясно. Ингибирующие факторы регенерации аксонов, как было показано, вызывает ряд патофизиологических изменений в ранний период нашей эры. В этом исследовании, в ко-рецептор (ного рецептора; NgR) три аксональный рост-ингибирующих белков была изучена, и эффекты куркумина на пространственное обучение и память способностей и гиппокампа рост аксонов

29

были исследованы в амилоидных β-белка (Aβ)1-40-индуцированной объявлений крыс. Результаты показали, что экспрессия NgR в AD группы значительно увеличилось и число аксонов белка-положительных волокон значительно снижается. Пространственное обучение и память способностей AD крыс были значительно улучшены в куркумин группа. Кроме того, гиппокампа выражений NgR мРНК и белка уменьшается, и выражение аксонов белка значительно увеличивается. Существует отрицательная корреляция между экспрессией NgR и рост аксонов. Вместе, эти результаты позволяют предположить, что куркумин может улучшить пространственное обучение и память способностей AD крыс. Механизм может быть связано с понижением гиппокампа NgR выражение и способствуя регенерации аксонов.

Genet Mol Res. 2014 Mar 24;13(1):2039-47. doi: 10.4238/2014.March.24.8.Effects of curcumin on hippocampal expression of NgR and axonal regeneration in Aβ-induced cognitive

disorder rats.Yin HL1, Wang YL2, Li JF1, Han B1, Zhang XX1, Wang YT1, Geng S1. 1Department of Neurology, The 148th Hospital, Zibo, Shandong, China.Curcumin has been widely used for the prevention and treatment of Alzheimer's disease (AD), but its

mechanism is still not clear. Inhibitory factors of axonal regeneration have been shown to cause a series of pathophysiological changes in the early period of AD. In this study, the co-receptor (Nogo receptor; NgR) of three axonal growth-inhibitory proteins was examined, and effects of curcumin on spatial learning and memory abilities and hippocampal axonal growth were investigated in amyloid β-protein (Aβ)1-40-induced AD rats. Results showed that the expression of NgR in the AD group significantly increased and the number of axonal protein-positive fibers significantly reduced. The spatial learning and memory abilities of AD rats were significantly improved in the curcumin group. Furthermore, hippocampal expressions of NgR mRNA and protein decreased, and the expression of axonal protein significantly increased. There was a negative correlation between the expression of NgR and axonal growth. Together, these results suggested that curcumin could improve the spatial learning and memory abilities of AD rats. The mechanism might be related with its lowering of hippocampal NgR expression and promoting axonal regeneration.

Мозг инсулинорезистентности в болезни Альцгеймера болезни и ее возможного лечения с GLP-1 аналоги.

Распространенность болезни Альцгеймера болезни стремительно растут, в отсутствие по-настоящему эффективной терапии. Перспективная стратегия развития таких методов лечения является лечение мозга сопротивление инсулина, общего и ранним признаком болезни Альцгеймера болезни, тесно связана с когнитивным снижением и способной содействовать многих биологических аномалий в расстройство. Проксимальный причиной мозга инсулинорезистентность, кажется нейронов высот в фосфорилирование серина IRS-1, скорее всего из-за амилоида-β-срабатывает микроглии высвобождение провоспалительных цитокинов. Preclinically, первая линия обороны-это поведение-снижение периферической инсулинорезистентности (напр., физические упражнения и средиземноморской диеты, дополненной с продукты, богатые флавоноидами, куркумин и ω-3 жирных кислот). Более мощным рекультивации требуется, однако, в клинической стадии. К счастью, в США FDA утвержден противодиабетические эксенатид (Byetta; Амилин Фармасьютикалз, Инк., Калифорния, США) и liraglutide (Victoza; Novo Nordisk A/S, Bagsvaerd, Дания) показывает большое обещание в снижении болезни Альцгеймера болезни патологии и в восстановлении нормального мозга инсулиновой реакции и когнитивные функции.

Neurodegener Dis Manag. 2014 Feb;4(1):31-40. doi: 10.2217/nmt.13.73.Brain insulin resistance in Alzheimer's disease and its potential treatment with GLP-1 analogs.Talbot K. Department of Neurosurgery, Cedars-Sinai Medical Center, Los Angeles, CA, USA. talbotk@cshs.org.The prevalence of Alzheimer's disease is increasing rapidly in the absence of truly effective therapies. A

promising strategy for developing such therapies is the treatment of brain insulin resistance, a common and early feature of Alzheimer's disease, closely tied to cognitive decline and capable of promoting many biological abnormalities in the disorder. The proximal cause of brain insulin resistance appears to be

30

neuronal elevation in the serine phosphorylation of IRS-1, most likely due to amyloid-β-triggered microglial release of proinflammatory cytokines. Preclinically, the first line of defense is behavior-lowering peripheral insulin resistance (e.g., physical exercise and a Mediterranean diet supplemented with foods rich in flavonoids, curcumin and ω-3 fatty acids). More potent remediation is required, however, at clinical stages. Fortunately, the US FDA-approved antidiabetics exenatide (Byetta; Amylin Pharmaceuticals, Inc., CA, USA) and liraglutide (Victoza; Novo Nordisk A/S, Bagsvaerd, Denmark) are showing much promise in reducing Alzheimer's disease pathology and in restoring normal brain insulin responsiveness and cognitive function.

Эффекты curcuminoids выявленных в корневища Curcuma longa на BACE-1 ингибирующей и поведенческой активностью и продолжительностью жизни болезни Альцгеймера болезни Drosophila моделей.

Alzheimer's disease (AD) - это наиболее распространенный тип пресенильным и старческое слабоумие. Человеческий β-амилоидного расщепления фермента (BACE-1) - ключевой фермент, ответственный за амилоидных бляшек производства, что подразумевает под собой прогресс и симптомы объявлений. Здесь мы оценили анти-BACE-1 и поведенческой деятельности curcuminoids от корневища Curcuma longa (Zingiberaceae), diarylalkyls куркумин (CCN), demethoxycurcumin (DMCCN), и bisdemethoxycurcumin (BDMCCN) против AD Drosophila melanogaster моделей.

Методы: Нейро-защитная способность curcuminoids оценивался с использованием Drosophila melanogaster

модель системы overexpressing BACE-1 и его субстрата приложение фасеточными глазами и весь нейронов. Кормление и скалолазания деятельности, продолжительности жизни, и морфоструктурные изменения в лету глаза также были оценены.

Результаты: BDMCCN имеет самую сильную ингибирующую активность по отношению к BACE-1 с 17 мкм IC50,

которая была в 20 и в 13 раз ниже, чем у CCN и DMCCN соответственно. Гиперэкспрессия APP/BACE-1 в результате постепенного и измеряемых дефектов в морфологии глаза и локомоции. Удивительно, дополняющий диету с 1 мм BDMCCN или 1 мм CCN спас APP/BACE1-выражая мух и хранил их от развивающихся как морфологических, так и поведенческих дефектов. Наши результаты показывают, что структурные характеристики, такие как степень насыщения, типы углеродного скелета и функциональным группам, и гидрофобность видимому, играют роль в определении ингибирующей потенции curcuminoids на BACE-1.

Вывод: Дальнейшие исследования будут гарантируете возможных применений curcuminoids в качестве

терапевтических BACE-1-блокаторы.BMC Complement Altern Med. 2014 Mar 5;14:88. doi: 10.1186/1472-6882-14-88.Effects of curcuminoids identified in rhizomes of Curcuma longa on BACE-1 inhibitory and behavioral

activity and lifespan of Alzheimer's disease Drosophila models.Wang X, Kim JR, Lee SB, Kim YJ, Jung MY, Kwon HW1, Ahn YJ. 1WCU Biomodulation Major, Department of Agricultural Biotechnology, Seoul National University,

Seoul 151-921, Republic of Korea. biomodeling@snu.ac.kr.Alzheimer's disease (AD) is the most common type of presenile and senile dementia. The human β-

amyloid precursor cleavage enzyme (BACE-1) is a key enzyme responsible for amyloid plaque production, which implicates the progress and symptoms of AD. Here we assessed the anti-BACE-1 and behavioral activities of curcuminoids from rhizomes of Curcuma longa (Zingiberaceae), diarylalkyls curcumin (CCN), demethoxycurcumin (DMCCN), and bisdemethoxycurcumin (BDMCCN) against AD Drosophila melanogaster models.

METHODS: Neuro-protective ability of the curcuminoids was assessed using Drosophila melanogaster model system

overexpressing BACE-1 and its substrate APP in compound eyes and entire neurons. Feeding and climbing activity, lifespan, and morphostructural changes in fly eyes also were evaluated.

31

RESULTS: BDMCCN has the strongest inhibitory activity toward BACE-1 with 17 μM IC50, which was 20 and 13 times

lower than those of CCN and DMCCN respectively. Overexpression of APP/BACE-1 resulted in the progressive and measurable defects in morphology of eyes and locomotion. Remarkably, supplementing diet with either 1 mM BDMCCN or 1 mM CCN rescued APP/BACE1-expressing flies and kept them from developing both morphological and behavioral defects. Our results suggest that structural characteristics, such as degrees of saturation, types of carbon skeleton and functional group, and hydrophobicity appear to play a role in determining inhibitory potency of curcuminoids on BACE-1.

CONCLUSION: Further studies will warrant possible applications of curcuminoids as therapeutic BACE-1 blockers.

Куркумин в качестве терапевтического агента при деменции: мини-систематический обзор клинических исследованиях.

Деменция является ведущей проблемой здравоохранения во всем мире, с Alzheimer's disease (AD) представляет до 60% всех случаев деменции. Растущий интерес в последнее время поднялась на потенциальное использование природных молекул в этом состоянии. Куркумин - это полифенольные соединения, которые традиционно используются в индийской медицине. Несколько in vitro и in vivo исследования показали защитный эффект куркумина в AD. В настоящем систематическом обзоре мы стремились оценить state-of-the-art клинических испытаний куркумин в AD. Мы извлекаются три опубликованных исследований, в то время как есть несколько текущих клинических испытаниях. На сегодняшний день существует недостаточно доказательств того, использование куркумина в слабоумием пациентов. Следует отметить, что кратковременное применение куркумина кажется безопасным. Несколько причин может нести ответственность за несоответствие in vitro и in vivo выводы и человеческих испытаний, таких как низкая биодоступность и плохой дизайн исследования.

ScientificWorldJournal. 2014 Jan 22;2014:174282. doi: 10.1155/2014/174282. eCollection 2014.Curcumin as a therapeutic agent in dementia: a mini systematic review of human studies.Brondino N1, Re S1, Boldrini A1, Cuccomarino A1, Lanati N2, Barale F1, Politi P1.Author information 1Department of Brain and Behavioral Sciences, University of Pavia, Via Bassi 21, 27100 Pavia, Italy.Dementia is a leading health problem worldwide, with Alzheimer's disease (AD) representing up to 60% of

all dementia cases. A growing interest has recently risen on the potential use of natural molecules in this condition. Curcumin is a polyphenolic compound traditionally used in Indian medicine. Several in vitro and in vivo studies have found a protective effect of curcumin in AD. In the present systematic review we aimed to evaluate the state-of-the-art of clinical trials of curcumin in AD. We retrieved three published studies, while there are several ongoing clinical trials. To date there is insufficient evidence to suggest the use of curcumin in dementia patients. Of note, short-term use of curcumin appears to be safe. Several reasons could be responsible for the discrepancy between in vitro and in vivo findings and human trials, such as low bioavailability and poor study design.

1. ВведениеРаспространенность деменции в 2010 году достиг 5%-7%, 35,6 миллиона людей, пострадавших, и

эта цифра может как минимум удвоить в ближайшие несколько десятилетий [1]. Болезнь Альцгеймера (AD) представляет около 60% всех больных деменцией [2]. Объявление, характеризующееся прогрессирующим ухудшением когнитивных функций, потеря памяти, поведенческих и личностных изменений. Следует отметить, умеренными когнитивными нарушениями (MCI) - это заболевание, которое характеризуется ухудшением памяти, помимо ожидаемого для возраста и образования [3]. У пациентов с MCI не соответствуют диагностические критерии деменции, но есть высокий риск прогрессирования AD [4]. Основные гистологические особенности AD являются сенильных бляшек, нейрофибриллярных клубков, и наличие заметной потерей нейронов. Две белки играют ключевую роль в патогенезе AD: амилоид-β-протеин (β) и Тау,

32

которые являются основным компонентом сенильных бляшек и нейрофибриллярных клубков, соответственно [5, 6]. В частности, β является производным от скола amyloid precursor protein (APP) и агрегатов в качестве олигомеров и фибрилл в паренхиму мозга и церебрального сосудистого русла, что приводит к значительной потерей нейронов и синаптических обесценения. Следует отметить, β олигомеры по-видимому, более токсичны, чем fibrillary агрегатов и сенильных бляшек. Вβ40 иβ42-две основные формыβсβ42 будучи более подвержены агрегации [7]. Кроме Того, β способствует hyperphosphorilation Тау: hyperphosphorylated Тау агрегаты для формирования нейрофибриллярных клубков и разрушает мембраны митохондрий, приводя к апоптотической гибели клеток [8]. Несмотря на огромное количество данных о патогенезе AD, ограниченное количество лекарственных препаратов, которые еще не разработаны. В последнее время, растет интерес в природных антиоксидантов, содержащихся в продуктах питания, которые, кажется, имеют меньше побочных эффектов и более высокой переносимостью.

Куркумин является производным от корневище из Curcuma longa. Оно содержится в кулинарных карри и используется в качестве красителя в пищевой. Традиционной индийской медицине считается, это полифенольные соединения в качестве эффективной терапии при ряде патологических состояний, начиная от астмы до эпилепсии, от желчного камня для диабетиков заживление ран [9].

Гипотеза потенциальная терапевтическая роль куркумина в деменции происходит из эпидемиологических данных. В 2000 году, Ganguli и коллеги [10] сообщили о меньшей распространенности объявление в индийского населения, которые потребляют диеты, богатой куркумин как часть карри, по сравнению с США населения. Недавно, НГ и коллеги [11] обнаружили, что пожилые здоровых людей, которые потребляют чаще, карри показывают улучшение когнитивной производительности. Переходя от этих предварительных замечаний, несколько in vitro и in vivo исследования проводились для того, чтобы найти защитный эффект куркумина в AD. In vitro исследования показали, нейропротекторное и антиоксидантное действие куркумина, который оказался больше, чем токоферол. В частности, куркумин защищает нейрон-как крысы PC12 клеток и эндотелиальных клеток пупочной противβ токсичность и уменьшает Тау hyperphsphorylation [12], способствуетβ поглощение из макрофагов AD пациентов [13], и " доза-зависимо снижает фибрилл и расширения, а также дестабилизирующих игралβ фибрилл [14-16]. Кроме того, куркумин снижает уровниβ-индуцированной радикал кислорода [17] и ингибирует APP расщепления [18]. Следует отметить, что в гиппокампа крысы срезы обработаныβ олигомеры, куркумин восстанавливает синаптическую пластичность, за счет повышения долгосрочного потенцирования [19]. Производительность in vivo исследований была ограничена из-за низкой биодоступности куркумин. На самом деле, у крыс, Оральный куркумин плохо всасывается и подвергается экстенсивному метаболизации и глюкуронизации в стенке кишечника и в печени [20]. Однако, Лим и его коллеги [21] перорально низкой дозы биологически куркумин (160 ppm) трансгенных мышей с болезнью Альцгеймера модель (Tg2576) в течение шести месяцев и наблюдается снижение воспаления и окислительного стресса в мозге. В частности, авторы обнаружили снижениеβ уровней и количества бляшек в различных областях мозга. Следует отметить, что более высокие дозы биологически куркумин (5000 ppm) не снижаютβ уровнях. Frautschy и коллегами [22] вселялβ чтобы побудить депозиты и нейродегенерации в крыс, чтобы имитировать болезнь Альцгеймера гистологических изменений. Диетическое куркумин (2000 ppm), удалось снизить окислительное повреждение и повышенная реакция микроглии возлеβ вклады. Кроме того, низкие дозы куркумина (160 ppm) избегать возникновения пространственного нарушения памяти у крыс, получавших вβ инфузии. Впоследствии, исследование Yang et al. [16] была выполнена у мышей Tg2576; они показали, в соответствии с предыдущими данными, что куркумин уменьшеноβ олигомер и фибрилл. В другом исследовании [23], проведенного в той же мышиной модели, низкие дозы куркумина (500 ppm) перорально в течение четырех месяцев определяется снижение налета бремя иβ уровнях. С помощью другого мышиной модели болезни Альцгеймера (APP-swe/PS1dE9), Гарсия-Alloza и его коллеги [24] показали улучшенное оформлениеβ депозит в мозге мышей после внутривенного введения куркумин (7.7 мг/кг/день) в течение 7 дней. Следует отметить, что они используются многофотонной микроскопии in vivo и обнаружили, что куркумин пересек гематоэнцефалический барьер. Недавно Hamaguchi et al. [25] отмечено, что доза 5000 ppm куркумина увеличиласьβ мономер уровнях, пока он

33

снизилсяβ олигомер концентрации в мышей Tg2576. Однако, они не нашли никакого влияния куркумина наβ отложение в тканях мозга. Авторы предположили, что куркумин может препятствоватьβ полимеризации, но может не иметь никакого эффекта наβ осаждения.

В организме человека, куркумин, кажется, имеет хороший профиль безопасности. Исследования у онкологических пациентов сообщили об отсутствии токсичности в 25 пациентов, принимающих оральные куркумин (от 500 до 8000 мг/день) в течение трех месяцев [26]. С фармакокинетической точки зрения, после перорального приема, сывороточные уровни куркумин достигла максимума через 1-2 ч и снизилась в течение 12 ч после приема внутрь. Диапазон концентрация в сыворотке крови была между 0.51 ± 0.11 μМ в дозе 4000 мг/день и 1.77 ± 1.87 μМ в дозе 8000 мг/сут [26]. Недавно, доза эскалации исследование проводилось на здоровых добровольцах [27]. Куркумин пероральной дозы варьировались от 500 до 12000 мг, и серьезные побочные эффекты не были зарегистрированы. Только 30% испытуемых отмечено незначительное токсичность (головная боль, диарея, сыпь), которая была не связанные с дозой [27]. Есть недостаток доказательств об итогах куркумин использовать у пациентов с когнитивным снижением. Следует отметить, что большинство клинических исследований по куркумин сосредоточились на эффект этого природного соединения на рак. Целью настоящего систематического обзора было оценить state-of-the-art эффективности куркумина у пациентов с деменцией.

4. ОбсуждениеНесколько доклинические исследования предоставили доказательства, подтверждающие

эффективность куркумина против AD патофизиологические особенности (т.е., Вβ полимеризации и осаждения). К сожалению, на сегодняшний день, лишь несколько клинических испытаний, которые были завершены, давая отрицательные или неоднозначные результаты. Возможные причины расхождения между in vivo и in vitro тесты и исследования на людях многочисленны. Во-первых, куркумин обладает плохой устные биодоступность из-за низкой абсорбции и быстрого печеночного и кишечного метаболизма [20, 36]. Это приводит к низкой или неопределяемой в плазме крови после однократного приема в дозе и, следовательно, потенциально недостаточно мозга уровнях [29]. Чтобы преодолеть эту проблему, новые рецептуры разрабатываются в настоящее время. Например, пиперидина (нашел в черном перце) может выступать в качестве UDP-glucuronosyltransferase ингибитора. Если назначать с куркумин, пиперидина может блокировать кишечных и печеночных глюкуронизации, таким образом, в результате выше куркумин плазмы и тканевом уровнях. Следует отметить, что у здоровых субъектов, получающих дозе 2 г куркумина в одиночку, в сыворотке крови были неопределяемыми. Пиперин определяется увеличение биодоступности 2000% [37]. Другие перспективные направления приходят от наночастицы, мицеллы и липосомы, которые представляют собой оптимальное поставка систем для гидрофобных веществ, как куркумин. В частности, после приема куркумина с коллоидными дисперсными наночастицами, биодоступность показал резкий рост по сравнению куркумин в одиночку [38] или куркумин в сочетании с пиперидина [39]. Следует отметить, что куркумин наночастиц были эффективны при болезни Альцгеймера трансгенных мышей Tg2576 модели [40]. Похожие увеличивается биодоступность наблюдались, если куркумин-фосфолипидного комплекса или полимерных мицеллярный куркумин вводили [41, 42]. Другой потенциальной причиной отсутствия положительных результатов в клинических исследованиях является то, что эти испытания были крайне недостаточна [28, 29]. Текущих судебных процессов с больший размер выборки может показать более надежные выводы. Кроме того, в период наблюдения мог быть слишком коротким, чтобы выявить потенциальные изменения в симптомы и прогрессирование деменции. В самом деле, AD симптомы обычно становятся очевидными после долгого времени от начала заболевания и, следовательно, тканей мозга, как правило, более тяжелая, чем в животной модели [43]. По своим фармакодинамическим свойствам куркумин, кажется, для того, чтобы выступать в качестве нейропротектора, нежели как разворот лекарства. Таким образом, возможно, что куркумин лечение может представлять профилактики, а не лечения.

В заключение, на сегодняшний день нет достаточных доказательств того, использование куркумина в слабоумием пациентов. Следует отметить, что кратковременное применение куркумина кажется безопасным; больше исследования необходимы для выяснения потенциальных наличие хронической токсичности в организме человека. Надеемся, что будущие результаты продолжающихся клинических

34

испытаний будут затенять свет на потенциальную терапевтическую эффективность куркумина в слабоумие.

1. IntroductionThe prevalence of dementia in 2010 reached 5%–7%, with 35.6 million people affected, and this figure

may at least double in the next few decades [1]. Alzheimer's disease (AD) represents nearly 60% of all dementia patients [2]. AD is characterized by a progressive deterioration of cognitive function, loss of memory, and behavioral and personality changes. Of note, mild cognitive impairment (MCI) is a condition which is characterized by memory impairment beyond that expected for age and education [3]. Patients with MCI do not meet dementia diagnostic criteria, but are at high risk for progression to AD [4]. The principal histological features of AD are the senile plaques, the neurofibrillary tangles, and the presence of a conspicuous neuronal loss. Two proteins play a key role in the pathogenesis of AD: amyloid-β-protein (Aβ) and tau, which are the main constituent of senile plaques and neurofibrillary tangles, respectively [5, 6]. In particular, Aβ is derived from the cleavage of the amyloid precursor protein (APP) and aggregates as oligomers and fibrils in the brain parenchyma and in the cerebral vasculature, causing significant neuronal loss and synaptic impairment. Of note, Aβ oligomers appear to be more toxic than fibrillary aggregates and senile plaques. Aβ40 and Aβ42 are the two principal forms of Aβ, with Aβ42 being more subjected to aggregation [7]. Additionally, Aβ promotes hyperphosphorilation of tau: hyperphosphorylated tau aggregates to form neurofibrillary tangles and disrupts the mitochondrial membrane, leading to apoptotic cell death [8]. Despite the huge amount of data regarding the pathogenesis of AD, a limited number of therapeutic drugs have yet been developed. Recently, there is an increasing interest in natural antioxidants contained in food, which appear to have less side effects and higher tolerability.

Curcumin is derived from the rhizome of the Curcuma longa. It is contained in culinary curry and used as a coloring agent in food. Traditional Indian medicine considered this polyphenolic compound as an effective therapy for several pathological conditions, ranging from asthma to epilepsy, from gall stone to diabetic wound healing [9].

The hypothesis of a potential therapeutic role of curcumin in dementia originates from epidemiological data. In 2000, Ganguli and coworkers [10] reported a lower prevalence of AD in the Indian population, who consumes a diet rich in curcumin as a part of curry, compared to the USA population. Recently, Ng and colleagues [11] found that elderly healthy individuals who consume more frequently curry show a better cognitive performance. Moving from these preliminary observations, several in vitro and in vivo studies were conducted in order to find a protective effect of curcumin in AD. In vitro studies demonstrated a neuroprotective and antioxidant effect of curcumin, which appeared to be greater than that of tocopherol. In particular, curcumin protects neuron-like PC12 rat cells and umbilical endothelial cells against Aβ toxicity and reduces tau hyperphsphorylation [12], promotes Aβ uptake from macrophages of AD patients [13], and dose-dependently reduces fibril formation and extension, also destabilizing preformed Aβ fibrils [14–16]. Additionally, curcumin decreases levels of Aβ-induced radical oxygen species [17] and inhibits APP cleavage [18]. Of note, in rat hippocampal slices treated with Aβ oligomers, curcumin restores synaptic plasticity, by enhancing longterm potentiation [19]. The performance of in vivo studies has been hampered by the low bioavailability of curcumin. In fact, in rats, oral curcumin is poorly absorbed and undergoes extensive metabolization and glucuronidation in the intestinal wall and in the liver [20]. However, Lim and coworkers [21] orally administered a low dose of dietary curcumin (160 ppm) to an Alzheimer transgenic mouse model (Tg2576) for six months and observed reduced inflammation and oxidative stress in the brain. In particular the authors found a decrease of Aβ levels and of the number of plaques in different brain areas. Of note, a higher dose of dietary curcumin (5000 ppm) did not reduce Aβ levels. Frautschy and colleagues [22] infused Aβ to induce deposits and neurodegeneration in rats, in order to mimic Alzheimer histological alterations. Dietary curcumin (2000 ppm) succeeded in reducing oxidative damage and increased microglial reaction near Aβ deposits. Additionally, low doses of curcumin (160 ppm) avoided the occurrence of spatial memory impairment in rat treated with Aβ infusion. Subsequently, a study from Yang et al. [16] was performed in Tg2576 mice; they showed, in accordance with previous data, that curcumin reduced Aβ oligomer and fibril formation. In another study [23] conducted in the same mouse model, low doses of curcumin (500 ppm) orally administered for four months determined a reduction in plaque burden and Aβ levels. Using another Alzheimer mouse model (APP-swe/PS1dE9), Garcia-Alloza and coworkers [24] demonstrated an enhanced

35

clearance of Aβ deposit in mouse brain after the intravenous administration of curcumin (7.7 mg/kg/day) for 7 days. Of note, they used multiphoton microscopy in vivo and found that curcumin crossed the blood brain barrier. Recently Hamaguchi et al. [25] observed that a dose of 5000 ppm of curcumin increased Aβ monomer levels while it decreased Aβ oligomer concentration in Tg2576 mice. However, they did not find any effect of curcumin on Aβ deposition in brain tissues. The authors hypothesized that curcumin may prevent Aβ polymerization but may not have any effect on Aβ deposition.

In humans, curcumin seems to have a good safety profile. Studies in cancer patients reported no toxicity in 25 patients taking oral curcumin (from 500 to 8000 mg/day) for three months [26]. From a pharmacokinetic point of view, after oral administration, serum levels of curcumin peaked after 1-2 h and declined within 12 h after intake. The range for serum concentration was between 0.51 ± 0.11 μM at a dose of 4000 mg/day and 1.77 ± 1.87 μM at a dose of 8000 mg/day [26]. Recently, a dose escalation study was conducted in healthy volunteers [27]. Curcumin oral dose ranged from 500 to 12000 mg, and serious adverse events were not reported. Only 30% of subjects experienced a minor toxicity (headache, diarrhea, and rash) which was not dose-related [27]. There is a dearth of evidence about the outcome of curcumin use in patients with cognitive decline. Of note, the majority of clinical studies on curcumin have focused on the effect of this natural compound on cancer. The aim of the present systematic review was to evaluate the state-of-the-art of the efficacy of curcumin in patients with dementia.

4. DiscussionSeveral preclinical studies provided evidence supporting the efficacy of curcumin against AD

pathophysiological features (i.e., Aβ polymerization and deposition). Unfortunately, to date, only few clinical trials have been completed, yielding negative or inconclusive results. Potential reasons for the discrepancy between in vivo and in vitro tests and human studies are numerous. Firstly, curcumin possesses poor oral bioavailability due to low absorption and rapid hepatic and intestinal metabolization [20, 36]. This lead to low or undetectable plasma levels after single oral dose and, subsequently, potentially insufficient brain levels [29]. To overcome this issue, new formulations are currently being developed. For instance, piperidine (found in black pepper) may act as UDP-glucuronosyltransferase inhibitor. If administered with curcumin, piperidine may block enteric and hepatic glucuronidation, thus resulting in higher curcumin plasma and tissue levels. Of note, in healthy subjects receiving a dose of 2 g curcumin alone, serum levels were undetectable. Piperine determined an increase in bioavailability of 2000% [37]. Other promising directions come from nanoparticles, micelles, and liposomes, which represent optimal delivery systems for hydrophobic substances as curcumin. In particular, after administration of curcumin dispersed with colloidal nanoparticles, bioavailability showed a dramatic increase compared to curcumin alone [38] or curcumin combined with piperidine [39]. Of note, curcumin nanoparticles were effective in Alzheimer Tg2576 transgenic mouse model [40]. Similar increases in bioavailability were observed if curcumin-phospholipid complex or polymeric micellar curcumin were administered [41, 42]. Another potential reason for the lack of positive results in clinical studies is that these trials were highly underpowered [28, 29]. Ongoing trials with larger sample size may show more reliable findings. Additionally, follow-up period could have been too short to detect potential changes in dementia symptoms and progression. In fact, AD symptoms usually become evident after a long time from the beginning of the disease and therefore brain tissues are usually more extensively affected than in animal model [43]. According to its pharmacodynamic properties, curcumin seems to act more as a neuroprotective agent than as a reversal medication. Thus, it is possible that curcumin treatment may represent a prevention and not a treatment.

In conclusion, to date there is insufficient evidence to suggest the use of curcumin in dementia patients. Of note, short-term use of curcumin appears to be safe; longer studies are needed to elucidate the potential presence of chronic toxicity in humans. Hopefully, future findings from ongoing clinical trials will shade more light on the potential therapeutic efficacy of curcumin in dementia.

Противоопухолевый ингибитор гистондеацетилазы Саха и природный флавоноид куркумин проявляют синергетический нейропротекция против бета-амилоида токсичности.

С тенденцией увеличения пожилого населения во всем мире, болезнь Альцгеймера болезнь (AD), возрастные нейродегенеративные расстройства, как одна из основных причин слабоумия у пожилых

36

людей, вызывает растущую озабоченность. Несмотря на многие усилия покушение за последние несколько десятилетий в попытке пролить свет на патологические механизмы, лежащие в основе AD и выдвигая потенциальных терапевтических стратегий, есть еще отсутствие эффективных методов лечения AD. Эффективность многих потенциальных терапевтических препаратов для AD является основной проблемой в клинической практике. Например, большие органами доказательства показывают, что анти-опухоли гистондеацетилазы (HDAC) ингибитор, suberoylanilidehydroxamic кислоты (SAHA), может быть полезен для лечения ад; однако, его обширные ингибирование гда делает его плохим терапевтическим. Кроме того, природный флавоноид, куркумин, также могут иметь потенциальные терапевтические преимущества против AD; однако, она страдает от низкой биодоступностью. Таким образом, интегративные эффекты Саха и куркумина были исследованы в качестве защиты от бета-амилоида neurotoxicity in vitro. Мы предположили, что при низких дозах их синергетический эффект позволит улучшить избирательность терапевтического, на основе экспериментов, которые показали, что при низких концентрациях Саха и куркумин может обеспечить комплексную защиту от Aβ25-35-индуцированного повреждения нейронов в PC12 клетках, сильно подразумевая мощный синергизм. Кроме того, сетевой анализ показал, что возможный механизм, лежащий в основе их синергическое действие может быть образовано от восстановления поврежденной функциональной связи между Akt и CBP/p300 тропа, которая играет важнейшую роль в патологических развития AD. Таким образом, наши данные при условии, возможным направлением для применения синергетического лекарственной комбинации, Саха и куркумин, в лечении AD.

PLoS One. 2014 Jan 7;9(1):e85570. doi: 10.1371/journal.pone.0085570. eCollection 2014.The anti-tumor histone deacetylase inhibitor SAHA and the natural flavonoid curcumin exhibit

synergistic neuroprotection against amyloid-beta toxicity.Meng J1, Li Y2, Camarillo C3, Yao Y1, Zhang Y1, Xu C3, Jiang L1.Author information 1Department of Geriatrics, the Second Affiliated Hospital of Harbin Medical University, Harbin,

Heilongjiang, China. 3The Center of Excellence in Neuroscience, Texas Tech University Health Sciences Center, El Paso,

Texas, United States of America.AbstractWith the trend of an increasing aged population worldwide, Alzheimer's disease (AD), an age-related

neurodegenerative disorder, as one of the major causes of dementia in elderly people is of growing concern. Despite the many hard efforts attempted during the past several decades in trying to elucidate the pathological mechanisms underlying AD and putting forward potential therapeutic strategies, there is still a lack of effective treatments for AD. The efficacy of many potential therapeutic drugs for AD is of main concern in clinical practice. For example, large bodies of evidence show that the anti-tumor histone deacetylase (HDAC) inhibitor, suberoylanilidehydroxamic acid (SAHA), may be of benefit for the treatment of AD; however, its extensive inhibition of HDACs makes it a poor therapeutic. Moreover, the natural flavonoid, curcumin, may also have a potential therapeutic benefit against AD; however, it is plagued by low bioavailability. Therefore, the integrative effects of SAHA and curcumin were investigated as a protection against amyloid-beta neurotoxicity in vitro. We hypothesized that at low doses their synergistic effect would improve therapeutic selectivity, based on experiments that showed that at low concentrations SAHA and curcumin could provide comprehensive protection against Aβ25-35-induced neuronal damage in PC12 cells, strongly implying potent synergism. Furthermore, network analysis suggested that the possible mechanism underlying their synergistic action might be derived from restoration of the damaged functional link between Akt and the CBP/p300 pathway, which plays a crucial role in the pathological development of AD. Thus, our findings provided a feasible avenue for the application of a synergistic drug combination, SAHA and curcumin, in the treatment of AD.

Куркумин защищает аксоны от вырождения в определении местной нейровоспаление.Дегенерация Аксона является отличительной чертой нескольких центральной нервной системы

(ЦНС) заболеваний, включая рассеянный склероз (MS), Alzheimer disease (AD) и болезнь Паркинсона 37

болезнь (PD). Предыдущие нейропротекторное подходы в основном ориентированы на восстановление или предотвращение нейрональных клеток тела перерождение или смерть. Однако, экспериментальные данные свидетельствуют о том, что механизмы дегенерации аксона может отличаться от механизмов клеточной гибели, и что терапевтические агенты, которые защищают клетки тела не могут защитить аксонов. Кроме того, дегенерация аксона лежит в основе неврологической инвалидности и, возможно, в некоторых случаях, представляют собой важный первый шаг, который приводит к смерти нейронов. Здесь мы разрабатываем роман количественные микрофлюидных методику оценки механизмов дегенерации аксона, вызванные местными нейровоспаление. Мы видим, что LPS-стимулированной микроглии релиз растворимые факторы, которые при применении локально аксонов, в результате дегенерации аксона. Эта локальная дегенерация аксона опосредуется микроглии MyD88/p38 MAPK сигнальных и сопутствующей продукции оксида азота (NO). Внутри механизмы дегенерации аксонов включают фосфорилирование JNK. Куркумин, соединение с Анти-оксидантное и JNK ингибирующие свойства, в частности, защищает аксоны, но не тела нервных клеток, от NO-опосредованной дегенерации. В целом, наша Платформа предоставляет механистическое понимание местной дегенерации аксона, определяет куркумин , как роман axon протравителями в настройках нейровоспаление, и позволяет готова скрининг axon защитные препараты.

Exp Neurol. 2014 Mar;253:102-10. doi: 10.1016/j.expneurol.2013.12.016. Epub 2013 Dec 29.Curcumin protects axons from degeneration in the setting of local neuroinflammation.Tegenge MA1, Rajbhandari L1, Shrestha S1, Mithal A1, Hosmane S1, Venkatesan A2.Author information 1Department of Neurology, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, MD, USA. 2Department of Neurology, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, MD, USA.

Electronic address: avenkat2@jhmi.edu.AbstractAxon degeneration is a hallmark of several central nervous system (CNS) disorders, including multiple

sclerosis (MS), Alzheimer's disease (AD) and Parkinson's disease (PD). Previous neuroprotective approaches have mainly focused on reversal or prevention of neuronal cell body degeneration or death. However, experimental evidence suggests that mechanisms of axon degeneration may differ from cell death mechanisms, and that therapeutic agents that protect cell bodies may not protect axons. Moreover, axon degeneration underlies neurologic disability and may, in some cases, represent an important initial step that leads to neuronal death. Here, we develop a novel quantitative microfluidic-based methodology to assess mechanisms of axon degeneration caused by local neuroinflammation. We find that LPS-stimulated microglia release soluble factors that, when applied locally to axons, result in axon degeneration. This local axon degeneration is mediated by microglial MyD88/p38 MAPK signaling and concomitant production of nitric oxide (NO). Intra-axonal mechanisms of degeneration involve JNK phosphorylation. Curcumin, a compound with both anti-oxidant and JNK inhibitory properties, specifically protects axons, but not neuronal cell bodies, from NO-mediated degeneration. Overall, our platform provides mechanistic insights into local axon degeneration, identifies curcumin as a novel axon protectant in the setting of neuroinflammation, and allows for ready screening of axon protective drugs.

Куркумин и его производные: их применение в нейрофармакологии и неврологии в 21-м веке.Куркумин (diferuloylmethane), полифенолов, извлеченных из растения Curcuma longa, широко

используется в Юго-Восточной Азии, Китае и Индии в приготовление пищи и в лечебных целях. Со второй половины прошлого века, это традиционная медицина привлекла к себе внимание ученых из различных дисциплин для выяснения его Фармакологические свойства. Значительный интерес представляет куркумин's роль для лечения нейродегенеративных заболеваний, включая болезнь Альцгеймера болезнь (AD), болезнь Паркинсона болезнь (PD) и злокачественность. Эти заболевания все доли воспалительную основу, сопровождающихся повышенной клеточной активных форм кислорода (АФК) накопление и окислительное повреждение липидов, белков и нуклеиновых кислот. Терапевтический эффект куркумина на эти нейродегенеративные заболевания появляются

38

многофакторного через регуляцию транскрипции факторов, цитокинов и ферментов, связанных с (ядерный фактор каппа бета-активности NFκB. Этот обзор описывает исторические использование куркумина в медицине, химии, стабильности и биологической активности, в том числе куркумин's анти-рак, анти-микробное, антиоксидантными и противовоспалительными свойствами. В обзоре также обсуждаются фармакологии куркумин и открывает новые перспективы на его терапевтический потенциал и ограничения. Особенно, в обзоре рассмотрены подробно на эффективность куркумина и механизм его действия при лечении нейродегенеративных заболеваний, таких как болезни Альцгеймера и Паркинсона и других заболеваний мозга и злокачественных новообразований.

Curr Neuropharmacol. 2013 Jul;11(4):338-78. doi: 10.2174/1570159X11311040002.Curcumin and its derivatives: their application in neuropharmacology and neuroscience in the 21st

century.Lee WH1, Loo CY1, Bebawy M2, Luk F2, Mason RS3, Rohanizadeh R1.Author information 1Advanced Drug Delivery Group, Faculty of Pharmacy, University of Sydney, NSW 2006, Australia; 2School of Pharmacy, Graduate School of Health, University of Technology Sydney PO Box 123

Broadway, NSW 2007, Australia; 3Physiology and Bosch Institute, University of Sydney, NSW 2006, Australia.AbstractCurcumin (diferuloylmethane), a polyphenol extracted from the plant Curcuma longa, is widely used in

Southeast Asia, China and India in food preparation and for medicinal purposes. Since the second half of the last century, this traditional medicine has attracted the attention of scientists from multiple disciplines to elucidate its pharmacological properties. Of significant interest is curcumin's role to treat neurodegenerative diseases including Alzheimer's disease (AD), and Parkinson's disease (PD) and malignancy. These diseases all share an inflammatory basis, involving increased cellular reactive oxygen species (ROS) accumulation and oxidative damage to lipids, nucleic acids and proteins. The therapeutic benefits of curcumin for these neurodegenerative diseases appear multifactorial via regulation of transcription factors, cytokines and enzymes associated with (Nuclear factor kappa beta) NFκB activity. This review describes the historical use of curcumin in medicine, its chemistry, stability and biological activities, including curcumin's anti-cancer, anti-microbial, anti-oxidant, and anti-inflammatory properties. The review further discusses the pharmacology of curcumin and provides new perspectives on its therapeutic potential and limitations. Especially, the review focuses in detail on the effectiveness of curcumin and its mechanism of actions in treating neurodegenerative diseases such as Alzheimer's and Parkinson's diseases and brain malignancies.

ВведениеКуркума (Curcuma longa) это интригующая ингредиент с богатой историей, в качестве пищевой

пряности и травяные дополнения в Древнем Китае и Индии [1]. Этот отличительный желтый цвет пряностей, получаемый из корневища растения (C. longa), является членом семейства Zingiberaceae и широко культивируется в Индии и Юго-Восточной Азии. Использование куркумы в Азии насчитывает более чем 2000 лет, где его использовали в кулинарии, медицине, косметологии и красители ткани. Куркумы только завоевали популярность в европейском обществе из 14ой века нашей эры [1]. Куркума является, пожалуй, одной из наиболее широко используемых специй во всем мире, как явствует из его многочисленных имен, принятой местными жителями, т.е.. Юкон, индийский шафран, kurkum, желтый имбирь и kunyit basah. Грубая оценка по Ravindran показали, что по крайней мере 20 стран используют куркуму в основные приготовления пищи ежедневно [2]. Основной активного соединения, ответственные за желтый цвет имени куркумин был выявлен в начале 1900 по лампе и Milobedzka [3]. ‘Magic touch’ куркумы в лечении различных недугов, из-за его широкого спектра фармакологической активности отмечается с древних времен. Древние индийские холистической медицины Аюрведа использует куркуму для лечения распространенных глазных инфекций, ожогов, акне, шлихта раны, растяжения, вывихи и отеки [4]. В традиционной медицине куркума используется для повышения иммунной системы и в качестве лекарства от различных заболеваний дыхательных путей, таких как астма и аллергии [4]. Куркумы также традиционно используется для лечения диабета, кашля, синусита, гриппа, ревматизма и заболеваний печени [4]. Между тем, традиционная китайская медицина практиков регулярно использовать куркуму для лечения боли в животе сопутствующих

39

заболеваний [5]. Это широко было принято с древних времен, что это полифенольные соединения, обладает противовоспалительными свойствами [6]. Достижения в области современной медицины выявили множество unkown лечебные свойства куркумы которые включают в себя антиоксидантные, антимутагенные, анти-рак, анти-микробных и анти-сосудистой деятельности [7-3]. Исследования также убедительно показали, что куркумин, активное соединение в куркуме, является основным компонентом, ответственным за основные лечебные мероприятия куркумы [14, 15]. Некоторые различия в применении куркумы или куркумин в древний период и в современном обществе, перечислены в табл. 11.

Куркумин в традиционной медицине и современных научных приложений Благодаря своей многогранной фармакологии, согласованные усилия были сделаны, чтобы оценить

возможности использования куркумина для лечения или профилактики нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера (AD) [16, 17], болезни Паркинсона (PD) [18, 19] и опухолей головного мозга [20-23], которые пока продемонстрировали обнадеживающие результаты. Мозг является наиболее уязвимым органом для окислительного повреждения, так как она несет ответственность за 20% тела, потребления кислорода, несмотря на них приходится лишь 2% общего веса тела [24]. Наличие обильных окисляющих ненасыщенных жирных кислот и редокс-активных ионов переходных металлов также предоставляет дополнительные оскорбление окислительного повреждения мозга [24]. Окислительный стресс и генерируемых свободных радикалов, которые возникают, главным образом, в сильно окислительной внутриклеточных микросреды, окружающей нейроны и глиальные клетки, связанные с старение мозга и травмы головного мозга [24]. Активные формы кислорода (АФК), которые также известны как pro-oxidant, продукты аэробного метаболизма и второй посланники путей трансдукции [25]. При нормальных физиологических условиях, ROS присутствуют в минимальных концентрациях и уравновесился с соответствующим количеством антиоксидантов. Однако, когда хрупкое равновесие между АФК и антиоксидантов нарушается, последующий окислительный стресс создает вредное воздействие на ДНК, белков и липидов, которые приводят к развитию нейродегенеративных заболеваний, таких как AD и PD. В последнее время термин “nitrosative стресс” или реактивного азота (RNS) был придуман, чтобы указать на повреждения, вызванные анион пероксинитрита, оксида азота, нитроксильный анион и nitrosonium (подробно рассмотрены в [26]). Для того, для клетки, чтобы выжить штурм ROS и RNS эффективно, генерации молекул оснащены антиоксидантными свойствами и, возможно, анти-апоптотических деятельности. Ферменты, такие как белок теплового шока-32, супероксиддисмутазы, глутатион-пероксидазы и каталазы обеспечивают клетки с возможностью борьбы с ROS и RNS. Кроме того, экзогенные антиоксиданты, такие как витамины A, C и E [27, 28] и биологических макромолекул (флавоноидов и куркумина) [29-31] и эндогенных антиоксидантов (глутатиона) среди кандидатов наделены мощными антиоксидантными свойствами. Это известный факт, что куркумин - мощный анти-оксидант соединения с большие способности для очистки кислорода, производный от свободных радикалов. Следовательно, куркумин может быть потенциального нейропротектора.

Прогрессирование ба является многофакторной и включает в себя агрегации амилоида-β пептид (β), окислительного стресса и снижение ацетилхолина (AChE) уровнях [32-34]. Интересно отметить, что результат от эпидемиологическое исследование в Индии показало, что возникновение AD является самой низкой в сравнении с другими странами, наблюдение, которое может быть связано с их высокой куркумин диетического потребления [35]. Cummulative научных доказательств с обеих in vitro и in vivo модели подтвердило роль куркумина в контроле ад, подавляя вβ-образование бляшек, через привязку к куркуминβ пептид и фибрилл [36-41]. PD является вторым наиболее распространенным нейродегенеративным заболеванием, при котором накопление статистических α-synuclein является основным фактором, способствующим прогрессированию заболевания [42, 43]. Формирование nonfibrillar олигомер и protofibrillar структуры α-synuclein было показано, вызывает апоптоз клеток [44]. Риск PD увеличивается при воздействии нейротоксинов и пестицидов и через оксидативное повреждение нейронов, снижением митохондриального комплекса I деятельности и глутатиона [18, 45-49]. Куркумин снижает цитотоксичность агрегированных α-synuclein в сторону клетки нейробластомы наряду с уровня внутриклеточных АФК [50]. Кроме того, куркумин эффективен также при лечении злокачественных опухолей мозга (глиома, аденома гипофиза и нервные оболочки

40

опухоли [51-54]. Подавление рака активаторы, такие как NFκB подают вниз регулируют воспалительные цитокины, ответственные за онкогенез [55].

Этот обзор описывает последние выводы в отношении эффективности куркумина в борьбе с нейродегенеративными расстройствами, в том числе AD, PD и опухолей головного мозга. Кроме того, ключевую роль куркумина в борьбе с симптомами этих заболеваний обсуждаются в деталях. Хотя curcumins универсальны соединений с широким спектром терапевтических мероприятий, низкая биодоступность куркумин вместе с присущей ей неразрешимость, остается главным препятствием, которое ограничивает его mainstream приложения.

НЕЙРОПРОТЕКТОРНОЕ ДЕЙСТВИЕ КУРКУМИНА ПРОТИВ AD In Vitro Доказательств Ингибирование Aβ формирование и агрегирование-это, пожалуй, среди наиболее рациональные

стратегии, применяемые для лечения ад, поскольку установлено, чтоβ это ключевой компонент для запуска патогенезе ба. Значительное внимание было сосредоточено на AD терапевтический потенциал несколько растительные полифенольные соединения, такие как куркумин, экстракт чая и гинкго билоба. Куркумин, признанным плейотропные природного соединения выделяются с сильным потенциалом для лечения AD первоначально на основе эпидемиологических данных в индейское население, согласно которому длительное употребление куркумина показал 4,4 раза снижена заболеваемость ба по сравнению с США [35]. С тех пор убедительных доказательств от in vitro, in vivo и доклинических исследований системно удалены следы одолевают сомнения относительно терапевтический эффект куркумина в AD [17, 39, 40, 245-249]. Из 214 антиоксидантные соединения испытаны в предотвращении формирования фибрилл, куркумин продемонстрировали сильнейшие ингибирующее действие (IC50 = 0.25 мкг/мл) [36]. Аффинность связывания куркумин наβ агрегатов была, по крайней мере, наравне с молекулярной визуализации зондов, таких как Пиб в ПЭТ с ФДГ Kя

0,07 нм для F18 с надписью куркумин 0.679 мкм) [37]. Куркумин может иметь возможность привязки к другим β-плиссе лист структур, в том числе прионных агрегатов, synuclein и агрегатов Тау [38]. Куркумин показал дозозависимое ингибирующее влияние на формированиеβ фибрилл с ЕС50 0.09-0.63 мкм [39]. Кроме того, дестабилизация игралβ фибрилл, куркумин также зависит от дозы в диапазоне 0.1-1.0 мкм [39]. Куркумин, demethoxycurcumin, bisdemethoxycurcumin др улучшенный защитный эффект противβ1-42 оскорбления с ED50 значения 3.0-7.1 мкг/мл по сравнению с α-токоферола [250]. В другом исследовании, роман изолированные куркумин соединений из природных продуктов выставлены нейропротекторное поведениеβ (ED50 = 0.5-10 мкг/мл) по сравнению с Конго красным (ED50 = 37-39 мкг/мл) [251]. Аналогичным образом, мощным анти-amyloidogenic деятельности куркумы, экстракты обогащенные curcuminoids (IC50 = <5 мкг/мл) находятся в согласии с ранее опубликованными данными [247] (рис. 66).

С помощью высоком уровне ab initio вычислительные исследования, основные структурные особенности куркумин, что облегчает проникновение в BBB и привязки кβ были определены [252]. Анализ облигаций обвинения показал, что enolic и фенольных групп куркумин полярные; и, по существу, разделенных нейтральной гидрофобной сопряженных углерод мост, в котором последний, который облегчает проникновение в BBB. Между тем, в полярных групп при условии, сайт для депротонирования и последующей привязки сайта дляβ олигомеры [252].

Недавнее исследование Чжан et al.. представлен впервые, сокращениеβ уровни через затухание APP созревания в секреторный путь [253]. По крайней мере, 40% сокращениеβ40 иβ42 уровни в мышь первичные нейронные клетки наблюдались в сочетании с администрации 20 мкм куркумин. Кроме того, куркумин нарушена приложение созревания циклов, изменяя коэффициент оборачиваемости незрелых приложения для зрелой APP. В присутствии куркумина, соотношение зрелых приложения для незрелых APP уменьшился на 67%, возможно, вследствие повышенной стабильности незрелых APP. Между тем, эффект brefeldin а (БФА), который выступал в качестве Гольджи-нарушая агент на APP созревания и людьми был значительно ослабляется куркумин. В AD пациентов мозга, незрелых APP выход эндоплазматический ретикулум (ER) и пройти O-гликозилирования в комплекс Гольджи, чтобы стать зрелой APP. Это зрелые APP впоследствии сортируются на плазматической мембране, после чего он может пройти эндоцитоза через clathrin-coated pits. Следовательно, нарушение APP людьми, БФА может внести значительный вклад в патогенезе ба. В совокупности, настоящее исследование

41

предложены возможные роли куркумин, чтобы задержать выход незрелых приложение из ER, стабилизации незрелых приложения на ER и одновременно ослабило эндоцитоза приложения на клеточной поверхности [253].

Лин et al.. независимо показали, что куркумин заметно ослабляется гиперэкспрессия приложения и BACE1 в PC12 клетках, выращенных в присутствии ионов металлов, таких как Cu2+ и мн2+ [254]. Однако в отличие от Cu2+ и мн2+, Zn2+оба Fe3+ и Al3+ не способствуют повышению транскрипции уровни приложения и BACE1. Интересно отметить, что по сравнению с другими антиоксидантами, такими как minocyline и натрия ferulate, авторы обнаружили, что куркумин показали высокий ингибирующий эффект на полное подавление транскрипции как приложение, так и BACE1. Кроме того, куркумин также обладал Сравнительная способность предотвращать до регулируемого приложения и BACE1 транскрипции с пути ингибиторы, такие как МЭК-1, JNK MAPK и [254].

Различные подходы были разработаны, чтобы препятствовать степениβ агрегация с применением куркумина, которые включают в себя основные структурные модификации куркумин, что сохранил его антиоксидантное, противовоспалительное и анти-β агрегационными свойствами [246, 255-258] и разработке наноразмерных конъюгированной-куркумин [259, 260]. Кратко, структура куркумин состоит из двух ароматических групп и компоновщика области в середине (рис. 11). Рейнке и Gestwicki ранее описано соотношение структура-активность куркумина лигандов сβ ингибиторная активность [255]. Авторы показали, что простые ароматические группы куркумин не былоβ ингибирующей активности при модификации или потери гидроксильных групп в ароматических кольцах куркумина отменил действие, таким образом предполагая, что ароматического замещения, способных к образованию водородных взаимодействий имеет решающее значение для поддержания связывающая активность куркумина лигандов кβ. Кроме того, аффинность связывания куркумин кβ зависит от длины и гибкости компоновщик региона, в котором оптимальная длина находится между 8-16 Å [255]. С этими знаниями в голове, Чэнь et al.. разработан роман куркумин аналогов различной компоновщик гибкость и подставляя Полярный N-methylpiperazine на две ароматические концах, чтобы возникновение водородных связей и электростатических взаимодействий [246]. Куркумин аналог [3,5-бис-(4-(4-methylpiperazin-1-ил)benzylidene)-piperidin-4-он)] или обозначенного как соединение A4 показал самый мощный деятельности с примерно 90% анти-β агрегационной активности и IC50 2,5 мкм [246]. Кроме того, соединение A4 также ингибирует или задержке вβ конформационные изменения от α-спирали и β-структуры полотна и продемонстрировали значительно улучшенный и антиоксидантной активностью по сравнению с немодифицированным куркумин и Тролокса [246]. С другой стороны, куркумин-производные пиразолов и изоксазолов синтезированных через замена 1,3-дикарбонильных вещество куркумин с этими isosteric гетероциклов показал 10 до 100 складки повышение потенции его по сравнению с немодифицированной куркумин. В дополнение к усиленной сродство кβ42 агрегаты и мощные γ-секретаз ингибитор, эти куркумин аналогов служил depolymerizing агентов для Тау агрегатов и может потенциально препятствовать инициации агрегации Тау [256]. Кроме того, водорастворимые куркумин конъюгата, достигается путем присоединения части сахара к куркумин, показали, усиливается активность на 1000 складки в сравнении с немодифицированной куркумин [261]. Кроме того, этот сахар-куркумин конъюгат был эффективным в отношении ингибирования Тау-пептида иβ агрегация на нано-молярная концентрация [261].

В другом исследовании, Орландо et al.. химически синтезированные куркумин аналоги, но с несколькими изменениями на базовую структуру куркумин [257]. Некоторые структурные особенности были выявлены способствует анти-агрегированиеβ. Их исследования показали, что по крайней мере один enone группы в распорку между арильные кольца будет важно для анти-Aβ агрегации, б) ненасыщенные углерод проставки между арильные кольца потребуется же ингибирующее действие, и c) замещение methoxyl и гидроксила в Мета - и пара - положениях по арильные кольца показали улучшенные анти-Aβ агрегации эффект. Авторы также обнаружили, что куркумин аналог 2, в котором пара-гидроксильной группы заменен метокси (1,7-бис (3,4-Литвинов В.П. синтез замещенных)-1,6-heptadiene-3,5-Дион) показали высокий ингибирующий эффект (в 6,7 раза больше), за которым следует куркумин аналоговый 1 1,7-бис - (3-гидрокси-4-метоксифенил)-1,6-heptadiene-3,5-Дион (Мета-и пара-sub>stituted methoxyl и гидроксильных групп в обратном

42

положении по сравнению куркумин) и куркумин аналог 8 [1,5-бис (3,4-dihydroxyphenyl)-1,4-пентадиен-3-он (содержат гидроксильных групп в Мета-и пара-положениях арильные кольца)] [257].

Куркумин-оформлены липосомы со средним пузырек размерами 131-207 нм были синтезированы и оценены на предмет их целостности, стабильности и сродство кβ1-42 фибрилл [259]. Как куркумин nanoliposomes синтезированных с помощью мыши химии метод или конъюгации с фосфолипидными др достаточную стабильность в плазме белков и in vivo и высшей наблюдается сродство кβ1-42 фибрилл до даты [259]. В другом исследовании различных куркумин, связанные nanoliposomes, которые были функционализированных липидов лигандов (фосфатидной кислоты (ФК), кардиолипин, или ганглиозида GM1) показали многообещающие результаты в привязке кβ и впоследствии, препятствующих агрегации амилоидных процесс, посредством ингибирования олигомерных вβ формирование in vitro [262]. В недавнем исследовании, адресность доставки поли молочной-со-гликолевой кислоты (на основе), инкапсулированный куркумин наночастиц (NPs) для центральной нервной системы способствовало крепления Tet-1 пептида, 12-аминокислотный пептид с обязательными характеристиками для столбнячного токсина, чтобы NPs. Тет-1 сопряженная куркумин NPs, сохраняя мощным антиоксидантным и anti-амилоида деятельности куркумина было также достигнуто улучшенное поглощение нейрональных клеток [260]. В другом исследовании, амилоидные связывания аптамеров на основе конъюгированной инкапсулированные куркумин NPs были заняты изучить возможность эффективного связывания амилоидных бляшек, и тем самым, подавляя его агрегации [263]. Как показали авторы, наличие аптамеры лиганда в сочетании с Анти-амилоида активность куркумина показал эффективного таргетинга, привязка к амилоидных белков и впоследствии деградировали, амилоидные на более мелкие фрагменты, которые могут быть устранены путем фагоцитоза [263].

Антиоксидантные свойства куркумина, как полагают, происходят от его фенола части. Как таковой, пожертвование H-атома из β-дикетона части липидов алкил или перекисные радикалы липидов считается потенциально более надежный механизм, лежащий в основе куркумина, и антиоксидантной активностью. Для экземпляров, пожертвование H-атома к линолевой кислоты (бис-аллильного радикала) результаты в резонанс стабилизированного β-оксо-алкил куркумин радикала с неспаренных электронов, распределенных между тремя углерода и двух атомов кислорода. Резонансная куркумин радикал подвергается молекулярной реорганизации быстрых внутримолекулярных H-shift для создания феноксильных радикал [264, 265].

Куркумин может собирать не на основе радикалов, в конечном счете, защищенный мозг от окислительного повреждения (рис. 66). Также было показано, что куркумин предотвратить окислительное повреждение ДНК фибробластов мыши через очистки водорода радикалов, чтобы предотвратить 8-гидрокси-2-дезокси-guanoise образование в молекуле ДНК. Между тем, выше куркумин дозировка индуцированной митохондриальной и ядерной ДНК повреждения человеческой гепатомы G2 клетки, по которому перекисного окисления липидов и ору уровни были значительно выше в условиях высокой дозы куркумина [266]. Кроме того, куркумин охраняемых крыса

корковые нейроны из трет-бутила гидропероксид индуцированного окислительного повреждения за счет сокращения ROS поколения и фрагментации ДНК [267].

Куркумин лечения значительно повышается уровень гемоксигеназа-1 (HO-1) в клетках головного мозга [268, 269]. HO-1 ubiquitious и редокс-чувствительных индуцируемого белка; ответственность за защиту различных тканей от клеточно-опосредованной стресс и, следовательно, ее выражение-это автоматический ответ на увеличение накопления токсичных веществ гема уровни в мозге. Вместе с ее изоферментов HO-2, HO-1 деградирует гема через расщепления гема кольца в α-methene мост в виде биливердина, угарный газ (CO) и бесплатный утюг. впоследствии, биливердин сводится к билирубина, bilverdin редуктазы и служит в качестве внутриклеточного антиоксидантного агента. Как биливердин и ко играют важную роль в модуляции физиологических процессов в нервной системы, в том числе ингибирования агрегации тромбоцитов мозги и защиты тканей от окислительного повреждения [19]. HO-1 гены имеют консенсус AP1, AP2 и NF-B сайты связывания в его промоутер области и являются транскрипционно регулируются различные раздражители, в том числе гема, окислительный стресс (ROS/RNS), TNF-α и IL. Как уже упоминалось, куркумин транскрипционно активированный HO-1 и HSP70 одновременно и впоследствии повышает толерантность мозга к стрессу [270]. Увеличение HO-1

43

уровня не только из-за нейрофибриллярных клубков, но и ко-локализуется с сенильных бляшек при болезни Альцгеймера мозг. Таким образом, как только хо ферментов активировались куркумин, это привело к последующей активации и регулируемый белком nrf2 пути, чтобы нейтрализовать как окислительные, так и nitrosative напряжений [271, 272].

Кроме того, куркумин, поступающая глюкоза оксидаза-опосредованного окислительного повреждения астроцитов крысы и культивируемых нейронов гиппокампа через индукция HO-1 активность в дозе и время-зависимым образом [268]. Как отметили авторы, достоверное повышение хинон-редуктазы и глутатион S-трансферазы уровни были найдены в тандеме с увеличением HO-1 активности и активации регулируемый белком nrf2/ARE пути. Экспрессии HO-1 " достиг максимального уровня через 6 ч инкубации с 15 мкм куркумина. На предварительной очистки 15 мкм куркумин при условии дополнительной защиты клеток как видно из 70% восстановление жизнеспособности клеток, который был объявлен перед окислительного повреждения. Между тем, в 100 мкм, куркумин, индуцированной существенные цитотоксическое действие на клетки нейрона, как и более чем в 4 раза снижение жизнеспособности клеток наблюдается через 24 ч лечения. Кроме того, куркумин стимулирует активацию MAPK путь, который, в свою очередь, индуцирует экспрессию гетеродимеры NF-E2-факторы, относящиеся к 2 (регулируемый белком nrf2), который отвечает для активации репортерных генов [268].

Куркумин охраняемых PC12 противβ25-35-опосредованной токсичности в зависимости от дозы способом, когда предварительное лечение с 5-10 мкг/мл куркумин восстановлена жизнеспособность клеток. При концентрациях выше 50 мкг/мл, было отмечено, что цитопротекторный эффект куркумина перешли цитотоксических вместо [273]. Только низкие дозы куркумина (9 мкг/мл) необходим для очистки 50% свободных радикалов и значительно уменьшить повреждение ДНК в PC12 клетках. Тау hyperphosphorylation, индуцированнаяβ также ослабляется с помощью куркумина лечения [251, 273] (рис. 66).

Предыдущие данные показали, что куркумин снижение окислительного стресса, связанных с повреждение переднего мозга крыс [274]. Ишемического мозгового повреждения, связанные с чрезмерной активацией N-метил-D-аспартата. Лечение крыс нейроны сетчатки с куркумой в течение 24 ч снижается N-метил-D-аспартат опосредованного окислительного повреждения и ослабленных внутриклеточное накопление Ca2+ как замечено от увеличения жизнеспособности клеток и снижение апоптоза [275]. Парк et al.. сообщали о подобных наблюдений, по которому внутриклеточной концентрации Ca2+ вβ-лечение PC12 клетках уменьшается после куркумин лечения [273].

Регуляции перекисного окисления липидов имеет решающее значение в развитии ад патологии. Предыдущие исследования показали, что куркумин охраняемых лимфоцитов крови человека клетки от негативных побочных эффектов, таких как перекисного окисления липидов и повреждения ДНК, которые произошли с администрацией митомицин C (противоопухолевое средство) [276]. Кроме того, ионы металлов, таких как Al3+, Zn2+, Кр2+ и Fe2+ производятся свободных радикалов, которые переведены на индукции перекисного окисления липидов, митохондриального окисления и т.д., подчеркнув тем самым потенциальный терапевтический эффект хелаторов металлов, такие как куркумин [277-284]. Чжао et al. показали, что куркумин может легко хелат Zn2+ и кр2+ и свободные радикалы очистки способность в результате кр2+-куркумин комплекс оказался сильнее, чем куркумин в одиночку [285] (рис. 66). Кроме того, Фе2+ хелатирующая активность куркумина было изучено на молекулярном уровнях, в которых уровни мРНК ферритина ч и Л И GSTα в клетках печени увеличилось в присутствии куркумина [286]. Активность рецептора трансферрина 1 (белковый стабилизатор в ходе утюг ограничение) и утюг регуляторных белков (Irp) были увеличены при инкубировали с куркумой [286]. Гарсия et al.. оценивается степень повреждения ДНК профилактики (использование E. coli DH1 очищенной плазмидной ДНК) с различными ионами металлов хелатора антиоксиданты, такие как катехоламины, аминокислоты, L-выработки дигидроксифенилаланина и куркумин. В своем исследовании, куркумин присвоил значительную защиту Fe2+ andCu2-опосредованное повреждение с IC50 (мкм) o 6.2 ± 0.2 и 30,8 ± 0.6, соответственно [287].

Недавнее исследование также показало, что куркумин способен защитить нейробластомы мыши neuro-2A клетки от H2O2-индуцированного окислительного стресса и смерти (илл. 66). Предварительная обработка клеток с куркумой увеличение жизнеспособности клеток около 65%,

44

тогда как снижение апоптоза почти 2-folds был записан [288]. Куркумин лечения сопровождалась также с увеличением молекулярной экспрессии PARP и Bcl-2, в котором последний вызывает снижение митохондриальной проницаемости и замедленного высвобождения цитохрома C [288]. В другом исследовании, активация NFκB и высвобождение интерлейкина-8 в альвеолярных эпителиальных клеток (А549) после индукции с 100 мкм H2O2 и 10 нг/мл TNF-α были ниже после лечения с куркумой [289]. Кроме того, глутатион и glutamylcyysteine лигаза мРНК каталитической выражения были повышены с куркумой лечение в ответ на истощение глутатиона [289]. Нейро-защитные эффекты куркумина противβ-индуцированной нейронов окислительного стресса, включенных очистки свободных радикалов, ослабление окислительного повреждения от H2O2 и ROS и торможения β-крытые брезентом агрегации [290].

Как уже упоминалось выше, PS 1 является центральной для γ-секретаз деятельности, а также служит в качестве субстрата для гликоген синтазы киназы-3β (GSK-3β). В нормальном состоянии, GSK-3β фермент участвует в метаболизме гликогена, регуляции клеточного цикла и пролиферации клеток. Однако, чрезмерная экспрессия этого фермента связана с AD развития. Куркумин лечение в клетки нейробластомы значительно сократил PS1 и GSK-3β выражений в дозо - и время-зависимым образом. Авторы показали, что ингибирование GSK-3β вызвало сокращение PS-1 активность, и впоследствии подавляет поколения Aβ40 и Aβ42 [245].

Куркумин является признанным плейотропные соединения с способностью взаимодействовать с различными провоспалительных молекул, секретируемых во время воспалительного процесса (рис. 66). Куркумин является нейропротекторное к липополисахарид-стимулированной активации клеток микроглии в зависимости от дозы образом с IC50 3,7 мкм. Куркумин подавил хронические и острые воспалительные состояния непосредственно очистки нет, а молекулярные мишени куркумина включают cyclooygenase-2 (ЦОГ-2), TNF-α, IL-1, IL-2, IL-6, IL-8, IL-12, NFκB и MAPK деятельности [ 291]. В другом исследовании, предварительной обработки 10 мкм куркумин показал положительный эффект в борьбе с микроглии деятельности путем отключения NFκB и AP-1 путей и ингибируя экспрессию генов провоспалительных факторов, таких как TNFα, iNOS, COX-2, ЭПГ2 и ил-1β [292]. Кроме этого, куркумин является мощным модулятором микроглии транскриптома, как это эффективно срабатывает анти-воспалительные сигналы, в то время как ингибирование активации BV-2 клетки микроглии миграции [293]. Аналогично, авторы сообщили, что лечение куркумина на липополисахарид-стимулированных клеток микроглии ослабляется транскрипции NO-синтазы и соответствующих преобразователей сигналов [293]. В сравнение, demethoxycurcumin выставлены сильнее тормозящий эффект на NO и TNF-α производства в липополисахарида-стимулированной первичной клетки микроглии по сравнению куркумин и bisdemethoxycurcumin [294]. Последнее свидетельствует о том, что нейропротективное действие куркумина в основном, за счет своих противовоспалительных свойств, особенно через ингибирование активации клеток микроглии [295]. Авторы обнаружили, что куркумин не проявляют видимой защиты к допамин-индуцированной гибели нервных клеток, но вместо этого заблокировали поколения pro-воспалительные и цитотоксические медиаторы [295].

In Vivo Фармакологическое действие Куркумина в AD леченияС помощью multi-фотонной микроскопии подход, Гарсия-Alloza et al. продемонстрировал

доказательствоβ олигомеры и фибрилл подавления куркумин in vivo. Куркумин назначают (7,5 мг/кг/сут) внутривенно через хвостовую Вену за неделю пересек BBB, сохранившиеся в окрестностях сенильных бляшек и впоследствии действовали одновременно снизить примерно на 30% Размер бляшек и предотвращения образования новыхβ. Кроме того, куркумин, возложенных значительное изменение структурных изменений, особенно в выпрямление аномальных искаженное neuritic кривизны вблизи бляшки. Куркумин лечение в APPswe/PS1dE9 мышах также показали тенденцию к снижению уровня растворимых вβ40 одновременно растворим вβ42 уровень был повышен, что может быть связано с недостаточно времени (Длительность эксперимента была неделю), чтобы добиться значительных биохимических измененийβ несмотря на существенное наблюдениеβ оформление [40]. В качестве лечения куркумин в APPSw мышей был продлен до 6 месяцев как в растворимой, так и нерастворимой вβ были снижены. Лим et al. сообщается, что низкие дозы куркумина (160 ppm) перорально в течение 6 месяцев сократил нерастворимых амилоидных иβ доска бремя в APPSw мозга соответственно на 39% и 43,6%, которые были в предшествующие наблюдения в ибупрофен-лечить

45

животных [41]. Авторы также продемонстрировали значительное подавление окисленных белков и провоспалительных IL-1β уровней после введения низких, так и высоких доз куркумин. Между тем, хорошо толерантности AAPSw мышей к высокой дозы куркумина указал, что это полифенольные соединения может быть безопаснее по сравнению (non-steroidal anti-inflammatory drug) НПВП, поскольку осложнения обычно связаны с чрезмерным применением ибупрофен, такие как желудочно-кишечного тракта, почечной и печеночной токсичности были, по-видимому, ниже, в куркумин лечения [41]. Кроме того, куркумин также выступал в качестве раннего вмешательства, чтобы ограничить накопление амилоида in vivo как она привязана напрямую к небольшой β-амилоидные видов, которые, в свою очередь, успешно препятствует агрегации и образованию амилоидных фибрилл [248]. Куркумин является мощным анти-amyloidogenic агента и одинаково эффективны при очистке существующих бляшек в возрасте от мышей Tg2576, которым до начала лечения питал огромное количество передовых государство вместо того, чтобы сворачиваться (больше, чем человеческий мозг н.э.) [248]. Ежедневная разовая доза-куркумин (500 ppm) вводят в течение 5 месяцев трансгенных мышей значительно снижается уровень нерастворимых вβ иβ бляшки. В старых самок крыс Sprague-Dawley, куркумин лечения снизилась скоростьβ осаждения и, несмотря на получение intracerebroventricular настойβоба пред - и пост-синаптических белков уровней увеличилась на администрирование устно 500 ppm куркумин за 2 месяца доβ инфузии. Интересно отметить, что очень низкие дозы куркумина было достаточно, чтобы снизить уровень нерастворимых и растворимых вβ, а также налет бремя в коре и гиппокампе мышей. Однако, для крыс, получавших высокие дозы куркумина, IL-1β и окисленный белок уровни были снижены, тогда как никаких существенных различий вβ отложение наблюдалось, таким образом, указывая, что механизм действия куркумина были разные дозы требований, которые могли бы уравновесить друг друга при более высоких дозировках [296].

В другом исследовании эффективность куркумина, чтобы облегчитьβ-индуцированной нейротоксичности был по сравнению с ибупрофен в 22 месяца Sprague-Dawley крысы модель [297]. В своем исследовании, настой липопротеинов carrier-mediated intracebroventricular был использован для создания окислительного повреждения, synaptophysin потери и нейровоспаление и избыток вβ осаждения. Диетический 200 ppm куркумин подавлено окислительного стресса и synaptophysin поддерживался на нормальном уровне, в то время как ибупрофен Лечение не принесло тот же результат. Авторы показали, что диета 500 ppm куркумин предотвращениюβ-индуцированный дефицит пространственной памяти иβ осаждения [297]. Последние данные, указывающие на роль мозга инсулиновых рецепторов в патофизиологии деменции при болезни Альцгеймера. На основе этого механизма, исследователи использовали streptozotcin симулировать слабоумие симптомы у крыс [298-300]. В исследовании с использованием intracerebroventicular вводят стрептозотоцинового деменции у крыс, как до, так и после лечения куркумин (200 мг/кг), восстановлено памяти функции мозга и рецепторов к инсулину [299]. Кроме того, куркумин лечения ослабленных стрептозотоцинового окислительный стресс, снижение активности ацетилхолинэстеразы и усиления GCH содержание в гиппокампе и коре головного мозга [299]. Эти выводы были поддержаны Авастхи et al.., где администрация куркумин (10, 20 и 50 мг/кг) стрептозотоцинового нарушениями памяти крыс привело к значительному восстановлению памяти и ослабление окислительного повреждения [300].

Как было установлено, активации JNK присутствует в нейронах и дистрофические нейритов обеих мышей и мозг AD модели, которая совпадает с фосфорилирования белка субстрата рецептора инсулина-1 (IRS-1) и Тау, отложение амилоидных бляшек и synapthophysin потери [301]. Лечение 3xTg-AD мышей с высоким содержанием жиров-DHA-богатые рыбные масла или куркумин или их комбинации в течение 4 месяцев пресечена деятельность JNK и фосфорилирования, как IRS-1 и Тау [302]. Администрация либо куркумин или tetrahydrocurcumin в возрасте Tg2576 APPsw мышей или липополисахарид-ля мышей дикого типа снижение активности JNK и растворим вβ накопление [303]. Между тем, куркумин, но не tetrahydrocurcumin имели значительный эффект в профилактикеβ агрегации, которые косвенно указывали, что наличие dienone мост в куркумин было необходимо, чтобы уменьшить сенильных бляшек осаждения [303].

46

Недавние исследования показали, что куркумин увеличилась продолжительность жизни и снизиласьβ нейротоксичность беспозвоночных в модельных системах [304, 305]. Как свидетельствует Цезарь et al., с помощью трансгенных Дрозофилы модель, до 75% повышение продолжительности жизни и двигательную активность наблюдалась для куркумин кормили мухами. Между тем в отличие от большинства опубликованных результатов относительно влияния куркумина наβв этом исследовании не было обнаружено значительное снижение вβ выпадения были обнаружены следующие куркумин администрации [304]. Авторы сообщили, что куркумин ускоренного преобразования предварительно fibrilllar кβ1-42 в обработанных мух, которые, в конечном счете, привело к снижению нейротоксичности.

Перорально куркумин увеличивал глутатион-S-трансферазы уровней в печени мышей. Увеличение было незначительным (1.4 складки), хотя высокие дозы (500 мг/кг/день) куркумин был бумажный вариант теста в течение 14 дней [306]. Напротив, в другом исследовании, Piper et al.. показано, что низкие концентрации куркумин (25-50 мг/кг/сут) было достаточным для создания в 1,5 складок увеличение глутатиона-S-трансферазы уровней в печень грызунов [307]. Эффект куркумина в борьбе с эффектом алюминия (Al3+) в продвижении перекисного окисления липидов, PKC и болят деятельности, а также снижение супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы, глутатион-S-трансферазы и Na+, K+-Атфазы деятельности были изучены в различных животных моделях. В ходе исследования, проведенного шарма et al., куркумин лечения улучшение активности супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы, глутатион-S-трансферазы в 10 и 24 месяца Аль-кормили крыс по сравнению с контрольной группой, в которой деятельность ферментов были значительно замедляется Al3+ [308]. В другом исследовании, Кауль и Krishnakanth сообщили о более чем 100% увеличение Na+ и K+-Атфазы деятельности в микросомах мозга в куркумин-кормили крыс [309]. Между Тем, Бала et al.. предположил, что способность куркумина для продвижения Na+, K+-Атфазы деятельность была выгодна для возбудимости в возрасте нейрональной ткани [310]. Ataie et al.. показал, что intracerebroventricular администрации гомоцистеина (0.2 ммоль) в головном мозге крыс увеличилось malondialdenyde и супероксид-анион уровней, которые впоследствии привели к перекисного окисления липидов, дефицит памяти и, в конечном итоге, гибель клеток [311]. В своем исследовании, куркумин был использован в качестве нейропротектора от окислительного стресса и значительно улучшить обучение и память дефицита [311].

Куркумин смягчило Al3+-индуцированного окислительного повреждения и предотвратить митохондриальной дисфункции в головном мозге крыс [312]. Как сообщили авторы, администрация 50 мг/кг/альтернативный день куркумина в сочетании с Al3+ (100 мг/кг/день) в течение 8 недель достоверно нормализовались измененные деятельности митохондриальных комплексов и снижение уровня глутатиона в головном мозге крыс. Например, деятельность НАДФН-дегидрогеназа (комплекс I), янтарной дегидрогеназы (комплекс II) и цитохрома окисляться (комплекс IV) были снижены в три различных регионах мозга крыс (головного мозга, среднего мозга и мозжечка). Куркумин также сообщалось, что даровать модуляторные эффекты в Na+и K+-Атфазы деятельности в микросомах мозга. Исследователи обнаружили, что phospholemman (PLM), белок, связанный с НС+ и K+-Атфазы, было в изобилии в выбранной области центральной нервной системы, таким образом предлагая роль PLM для активации Na+и K+-Атфазы [313]. Оба Na+ и K+-Атфазы чувствительны перекисного окисления липидов и поскольку куркумин обладал antilipidperoxidative деятельности, считается, что куркумин принимает участие в активации Na+ и K+-Атфазы. Вследствие этого, куркумин действовал противодействовать Al3+-индуцированного сокращения Na+ и K+-Атфазы и увеличение уровней протеинкиназы C (PKC) деятельность взрослых и старых крыс мозги [308]. Авторы показали, что совместное введение куркумина с Аль3+ репрессированных деятельность киназы фосфорилазы, протамина, PKC и боль, в то время как супероксиддисмутаза, глутатион-пероксидазы, глутатион-S-трансферазы и Na+, K+-Атфазы уровни были значительно повышен [308].

Роль куркумина в качестве анти-оксиданта и утюг связующего по сравнению с капсаицина и S-allylcysteine в крыс линии Вистар [314]. Среди них, куркумин был самый высокий окислительный потенциал (ФП) (0.41V), затем капсаицин (0.37V), аскорбиновая кислота (0.012V), а S-allylcysteine не показали и антиоксидантной активностью. Однако, когда площадь под Кривой (AUC) (предлагаемое как лучше параметр для измерения total anti-oxidant) было принято во внимание, активность этих

47

соединений следовали этой тенденции к снижению: капсаицин (2.27 µC) > куркумин (0.19 µC) > аскорбиновая кислота (0.45 µC) > S-allylcysteine (0 µC). Хотя аскорбиновой кислоты было ниже, AUC и OP значения, чем капсаицин, аскорбиновая была более эффективной очистки в DPPH радикалов по сравнению капсаицин. По сравнению капсаицин и S-allylcysteine, куркумин был самый высокий окислительно-восстановительный потенциал в снижении Fe2+ и QA-индуцированного перекисного окисления липидов, которые показали, что куркумин был сильнее металл-лиганд взаимодействия и, таким образом, обеспечивает дополнительную защиту для окислительно-восстановительных Велоспорт железа и последующее снижение перекисного окисления липидов. В условиях супероксид-анион очистки, активность куркумина является более значительным по сравнению капсаицин и S-allylcysteine в очистке супероксида в гомогенате мозга крыс, независимо от используемой концентрации [314, 315]. Те же авторы исследовали также влияние curcuminoids (куркумин, demethoxycurcumin и bisdemethoxycurcumin) против Pb2+-индуцированной нейротоксичности у самцов крыс линии Вистар [315]. Крыс совместно инкубировали с Pb2+ и куркумин/demethoxycurcumin за 5 дней было выше содержание глутатиона и менее окисленных белков по сравнению с контрольными группами. Кроме того, curcuminiods крыс сохраняется пространственная привязка памяти, как видно из их быстрее бежать задержки [315].

Центральная администрация colchicines выросли в ROS поколения, когнитивной дисфункции, микротрубочки дисфункция и потеря холинергических нейронов в мозге [316, 317]. В недавнем исследовании, эффект куркумина против colchicines-индуцированной познавательной и окислительного стресса определяли в Wistars крыс и по сравнению с ривастигмин лечения. В исследовании, колхицина (15 мг/мл) вводили intracerebroventricularly вызывать когнитивные дисфункции. Предварительно у крыс, получавших с куркумой (100, 200 и 400 мг/кг дважды в день) в течение 28 дней до индукции с colchicines показал улучшенную защиту от colchicines-индуцированной когнитивные нарушения путем улучшения глутатиона и болят деятельности, а также снижение перекисного окисления липидов в колхицина крыс. Удивительно, способность куркумина для управления colchicines-индуцированной когнитивными нарушениями, в частности с точки зрения защиты от окислительного стресса казался более мощным, чем ривастигмин [318].

КУРКУМИН И PDНейропротективное роль куркумина в PD все ясно, как видел в опубликованном результате Pandey

et al.., [50], которые продемонстрировали прямое влияние куркумина на α-synuclein агрегации. В присутствии 1 мм Fe3+, куркумин, возложенных Зависимое от дозы ингибирование α-synuclein агрегации и одновременно повышенной α-synuclein растворимость [50]. Она также продемонстрировала, что куркумин есть возможность разогнать/break преформированных α-synuclein агрегаты (рис. 88). Авторы также подтвердил их in vitro выводы с клетки нейробластомы и дофаминергические MN9D клеток. Однако, к сожалению отметить, что снижение α-synuclein агрегаты были компенсированы увеличением SDS-устойчивых олигомерных видов, которые могли бы спровоцировать контр-продуктивности [50]. В недавнем исследовании, куркумин смягчило α-synuclein-индуцированной cytoxicity в SH-SY5Y клеток нейробластомы счет снижения внутриклеточной избыточная экспрессия α-synuclein и ору поколения [367]. Кроме того, активация каспазы-3 была эффективно подавляли и признаки апоптоза были уменьшены [367]. В другом независимом исследовании, используя различные in vitro ячеечная модель, эффект куркумина на α-synuclein также привело к тому же результату. В дополнение куркумина на A53Y α-synuclein мутант PC12 индуцибельной ячеечная модель семейной Паркинсонизм ослабляется индукции клеточной смерти через снижение внутриклеточных ROS, митохондриальной дисфункции, цитохром c релиз, каспазы 3 и каспазы 9 активации [368] (рис. 88). Между тем, роман химически синтезированных куркумин-глюкозид аналог предотвратить обоих олигомеров и фибрилл и дали превосходное сродство к α-synuclein олигомеров в зависимости от дозы образом [369]. Кроме того, тот же самый состав, solubilized олигомерных форм α-synuclein, развал преформированных фибрилл на основе наблюдения, усиленной α-synuclein растворимость по куркумин-глюкозид дополнение [369].

Нейропротектиное роль куркумина против PD. Несколько in vivo и in vitro исследованиях использовались 6-OHDA и МФТП модели, чтобы

имитировать экспериментальной болезни ПД; потому что эти модели воспроизводят существенные 48

патологические и биохимические торговые марки ПД, включая окислительный стресс, митохондриальной дисфункции и да дегенерации. Управление природных фенольных антиоксидантов, в том числе куркумин в 6-OHDA крыса модель значительно ослабленный потерей DA нейронов в SN [370]. Предварительная обработка куркумин в 6-OHDA крыс приводило к снижению DA нейрон потери (21%) по сравнению с контрольной группой (около 50%). Авторы также показали, что после лечения куркумина для поражения ослабленных потерей DA метаболитов, dihydroxypenylacetic кислоты и homovanilic кислоты в striata [370]. Нейропротективное действие куркумина против 6-OHDA-опосредованной токсичности связан с его антиоксидантными поведения [48, 370]. MES23.5 клеток, получавших куркумин показало частичное восстановление митохондриального деятельности, заметно улучшенную экспрессию Cu, Zn-супероксиддисмутазы и снижается накопление внутриклеточных АФК [48] (рис. 88). Кроме того, анти-оксидантное действие куркумина сопровождалось одновременным ингибированием NFκB цитозоле транслокации в ядро клетки и последующей инактивации клеток индуцированного апоптоза гены, такие как p53 [48]. Анти-апоптотических есть куркумина было дальше освещены в недавнем исследовании Jaisin et al.., [371], который описал затухания опосредованного апоптоза р53 в SH-SY5Y клеток линии с помощью 6-OHDA модели. Профилактики 6-OHDA-индуцированной DA потери и ору поколения куркумин до лечения был дозозависимым, согласно которому сотовый viabilities в 20 мкм куркумин и контрольной группы (без куркумин) составил 92% и 59%, соответственно. Охрана, предоставляемая по куркумин против 6-OHDA токсичность была из-за ингибирования р53 фосфорилирования и восстановление баланса между анти - и про - апоптотических белков семейства Bcl-2 family [371].

Выводы Чэнь et al.. [49] ясно показано, что молекулярный механизм, участвующих в охране куркумин против MPP+-индуцированного апоптоза в PC12 клетках через Bcl-2-митохондрии-ROS-iNOS пути. Выживаемость клеток вводят 0,25 ммоль/л куркумин и MPTP составил 72% по сравнению с 45% жизнеспособность клеток в MPTP в одиночку. Авторы также обнаружили, что ингибирование АФК и уровня экспрессии iNOS, куркумин в тандеме с более чем выражение и antagonization антиапоптозных белков Bcl-2, что указывает на синергетический роль Bcl-2 в куркумин-индуцированной защиты [49]. Между тем, Rajeswari и Sabesan показал, что DA истощение и усиленной моноаминоксидазы-б (Мао) деятельности как функция MPTP-индуцированной токсичности был ослабляется с куркумой и tetrahydrocurcumin [372].

Исследования показали, что активация JNK сигнального пути вызванного МФТП/MPP+

опосредованное-нейротоксичность и 6-OHDA поражения модели PD участвует в DA дегенерации [373, 374]. Ю. et al.. обнаружили, что куркумин ингибирует JNK-опосредованной да апоптоза, вызванного МФТП/MPP+ экспозиция в обоих C57BL/6N мышей и SH-SY5Y клетки моделей [375]. Куркумин смягчить дефицит поведения у мышей, как и локомоции и воспитания частот животных были расширены. Кроме того, нейрон выживания мышей было значительно улучшено во время активации астроцитов была уменьшена с помощью куркумина лечения. Как in vitro и in vivo модели выставлены аналогичные ингибирующий эффект куркумина в активации JNK (c-Jun и каспазы-3. На основе своих выводов, авторы предположили, что в дополнение к антиоксидантным и противовоспалительными свойствами, вмешательство куркумин в PD также участвует комплекс регуляторных клеток-апоптоза, таких как JNK путь [375].

Дозозависимый neuropreventive активность куркумина до PN-индуцированного окислительного оскорбление в спираль ганглиозных нейронов наблюдалось в исследовании Liu et al.. [376]. Похожими на предыдущие выводы, куркумин снижается скорость апоптоза и экспрессии malonaldehyde при восстановлении клеточного уровня глутатиона и супероксиддисмутазы. Следует отметить, что в их исследовании, верхний предел куркумин концентрации 15 мкм, как куркумин переключился с Анти - pro-oxidant поведение, где enhanced PN-индуцированного повреждения наблюдали за этой концентрации.

Куркумин также эффективен против комплекса я повредить при посредничестве PN накопление в митохондриях [45]. Предварительная обработка куркумин охраняемых митохондриях мозга против RNS воздействия in vitro путем прямого детоксикации и ингибирование 3-NT формирования. Предполагается, что куркумин комплекс охраняемых I in vivo опосредованно, через индукцию глутамат-цистеин лигазы выражение и синтеза глутатиона. Высота в глутатиона при одновременном

49

применении куркумин в N27 дофаминергических нейронов служил дополнительной защитой от RNS стресс. Та же группа более не поднимался механизм куркумин действий с использованием как экспериментальных (in vivo, in vitro) и динамическое моделирование биологических митохондриальной дисфункции моделей. Как in vivo и in vitro экспериментальные данные показали, что куркумин охраняемых ГШ от истощения и митохондриальных повреждений, оксидативный стресс, в нейронных клеток, в то время как моделирование показало, что куркумин индуцированного синтеза глутатиона через увеличение γ-GCL транскрипции [45, 46]. Таким образом, предполагается, что восстановление глутатиона может быть превентивный шаг, чтобы избежать триггер раннего пре-симптоматическая PD. Bioconjugates куркумина отображаются улучшенная нейропротекция деятельности (в части компенсации уровня восстановленного глутатиона) по сравнению куркумин [377]. Например, восстановление глутатиона после до и после лечения глутаминовой кислоты производные куркумина были 83% и 136%соответственно по сравнению куркумин в одиночку (78% и 127%). Кроме того, куркумин bioconjugates также показал более высокую биодоступность и ору очистки емкости в PD [18, 377]. Та же группа сделала шаг дальше, чтобы продемонстрировать, что куркумин bioconjugates предложил превосходную защиту от ПНС-опосредованной RNS стресс и повреждение митохондрий мозга [18].

Хотя противовоспалительные свойства куркумина хорошо зарекомендовали себя, не многие исследования касаются их влияние молекулярной основе нейронных системах. Юнг et al.. [291] исследовала влияние куркумина на лечение нет поколений и соответствующих сигнальных путей в первичных клеток микроглии активируются воспалительные стимулы, такие как LPS [291]. Их выводы могут быть обобщены В: А) поколение не регулировался через ингибирование JNK, p38 и NFκB сигнальный путь, и b) по сравнению с другими макрофагов и клеточных линий в мозг, концентрация и ингибирующее действие куркумина в первичных клеток микроглии является преобладающим, что подразумевает потенциал терапевтического применения этого соединения в нейродегенеративные заболевания, связанные с воспалением. Кроме того, другие исследования также сообщили, независимо аналогичные результаты, хотя, используя различные in vitro и in vivo модели [292, 378, 379]. Например, куркумин ингибирует генерацию глутамата, ох-, простагландинов и активации провоспалительных цитокинов в крысы гипоталамуса [379]. Между тем, по случайному совпадению эффект куркумина лечения до LPS-индуцированной DA токсичность в основной крыса нейрон/глия, клетки зависит от дозы, как и его администрации уменьшили поколения провоспалительных генов [292].

Хотя большинство исследований было описано благотворное влияние куркумина в PD, несколько противоречивые отчеты показали, что куркумин, наоборот, усугубили болезнь, в частности, в исследовании Ортис-Ортис et al.., [380], которые показали более высокую скорость апоптоза в N27 среднего клеток после совместного инкубирования в куркумин и паракват. Куркумин, казалось, сенсибилизировать клетки к паракват-индуцированного апоптоза, а вместо этого выступил pro-oxidant значительно улучшить необратимые производства рос. В другом исследовании, выдержки из N27 среднего клетки куркумин индуцированной над выражением LKKR2 в зависимости от времени манере, которая, таким образом, о причастности куркумин в PD патогенеза [381].

ТЕРАПЕВТИЧЕСКОЕ ВЛИЯНИЕ КУРКУМИНА НА ОПУХОЛИ ГОЛОВНОГО МОЗГААнтипролиферативные эффекты КуркуминаTimiras et al.. первой сообщила дозозависимый эффект куркумина в подавлении пролиферации

клеток глиомы in vitro. С тех пор, возникающих доказательства медленно консолидации анти-пролиферативные эффекты куркумина на первичные опухоли головного мозга прогрессии. Анти-пролиферативные эффекты куркумина, как правило, возникают через его действие на клеточные циклы, в частности, инициации клеточного цикла и активации р53. Активация про-апоптотических сигналов, таких как каспазы семьи и угнетение анти-апоптотических генов (AP-1, NFκB, Bcl) - среди типичных ответов наблюдается в опухолевых клетках при куркумин лечения. Следовательно, вниз-регулируемой экспрессии NFκB-связанных генов, включая Bcl-2, ММП-9, циклин D1, циклооксигеназы-2 и IL-6 также может инициировать арест клеточного цикла событий, анти-пролиферации и индукции апоптоза (рис. 1010).

Куркумин в качестве противоопухолевого агента и отвечать молекулярных мишеней. 50

Dhandapani et al.. исследовано влияние куркумина на активизацию и подавление роста клеток глиобластомы человека [52]. Несколько интересных основные результаты их изучения являются: а) гибель клеток, индукции действие куркумина было самостоятельно через р53 и каспазы регуляция, которая эффективно уворачиваться от атипичной раздражители как р53 и каспазы, которые оказывают повышенная выживаемость и chemoprotection для опухолевых клеток, б) привязка деятельность AP-1 и NFκB были снижены (где сущностно более-экспрессия этих генов-маркеров в GBM), c) куркумин снизился экспрессии генов, который возложил хемостойкость, таких как ИФА и Bcl семьи, и d) экспрессия ферментов репарации ДНК (MGMT, Ku70, Ku80 и DNA-PKcs), как полагают, участвует в chemosresistance и противорадиационными был куркумин препятствует. Авторы также показали, что куркумин лечения до радио-терапии удалось привлечь внимание агрессивной радиорезистентны, GBM, тем самым открывая новое окно возможностей через совместной деятельности между куркумин и химиотерапевтических агентов к максимизации гибели клеток [52]. Кроме того, up-регуляции экспрессии р53 в клеток глиомы U251, возбуждение G2/M клеточного цикла также индуцированной ING4 выражение, роман, член ING опухолевого супрессора семьи, когда куркумин был принят на работу [54] (рис. 1010).

В другом исследовании, куркумин снижение сопротивления, присущего человеческой злокачественной GBM клетки U87MG через ингибирование антиапоптозных сигналов, таких как Bcl-2, IAPs и NFκB, одновременно активируется внутренняя и внешняя каспазы каскадов, что приводит к апоптоз опухолевых клеток [395, 396]. Кроме того, авторы обнаружили, что уровни цитохрома C и pro-apoptotic молекулы микроскопия/Diablo освобожден из митохондрий следующие куркумин лечения были увеличены. Как цитохром C и микроскопия/Diablo известны посредники, ведущие к апоптозу; где цитохрома C актов для активации каспазы-9 в то время как микроскопия/Diablo подавляет ИАП выражение в цитозоле. На снижение экспрессии Bcl-2 вовлечен в куркумин-индуцированного апоптоза и клеточного цикла в G2/M фазе. Luthra et al.. сделал шаг дальше, чтобы сравнить эффективность куркумина и его curcuminoids производные (demethoxycurcumin и bisdemethoxycurcumin) в лечении человеческой глиомы U87 клеток [397]. Подобно другим опубликованные результаты, авторы показали, что каскады событий, ведущих к апоптозу, в которых принимают участие anti-proliferation, конденсации хроматина и фрагментация ДНК была очевидна в куркумин, bisdemethoxycurcumin и demethoxycurcumin teatments, с последней, демонстрируя улучшенный деятельности по сравнению с другими соединениями. Эти соединения индуцированной G2/M клеточного цикла в микромолярных концентрациях (12.5 мкг/мл) через 24 ч администрирования. После 48 ч, суб-G1 апоптоза фракция была очевидна для demethoxycurcumin в то время как куркумин и bisdemethoxycurcumin были по-прежнему заперты в G2/M ареста [397]. Доза-зависимого апоптоза, индуцированного demethoxycurcumin в человеческой GBM 8401 клеток предложил быть связаны с митохондриями - и каспаз-зависимого пути [398]. Авторы показали, что demethoxycurcumin оказывал цитотоксическое воздействие на человека GBM 8401 клеток с IC 50 из 22.71 мкм. Аналогично, demethoxycurcumin лечение привело к серии pro-apoptotic событий, включая индукцию клеточного цикла sub-G1 арест и фрагментации ДНК, активацию каспаз и потеря mitrochondrial мембранного потенциала во время деятельности NKκB бездействует в человеческой GBM 8401 клеток [398].

Другой тип программируемой клеточной смерти является курение апоптоза, аутофагии, которые характеризуются autophagic вакуолей в цитоплазме. Было отмечено, что хотя злокачественных клеток глиомы были очень устойчивы к апоптозу, однако они были чувствительны к аутофагии в ответ на анти терапии рака. Аоки et al.. показали, что куркумин индуцированной G2/M клеточного цикла и номера-апоптоза, аутофагии в U87-MG и U373-мг клеток [399]. Индукция аутофагии был результат Akt/mTOR/p7056K пути торможения и ERK пути активации. Кроме того, куркумин подавляет рост подкожных ксенотрансплантатов опухоли клеток и индуцированных аутофагии. Интересно также отметить, что противоопухолевый эффект оказывает куркума посредством аутофагии не была вызвана угнетением NFκB. Исследования показали, что плохо дифференцированные опухоли-инициирующих клеток, ответственных за самообновлению и повторения GBM. Между тем, куркумин показано, что активация аутофагии и индуцировать дифференцировку каскад в глиома-инициирующих клеток in vitro и in vivo, затем снизился к самовоспроизведению и clonogenic способность [400] (рис. 1010).

51

Подавление клеток Глиомы вторжения в соседние нормальные клетки Инфильтрация клеток глиомы, чтобы окружающие нормальные клетки опосредуется аномальной

экспрессии ММП. Таким образом, можно предположить, что соединения, которые могут ингибировать или подавления экспрессии ММП и соответствующим вышестоящим нормативным пути будут использоваться в лечении опухолей головного мозга. Подавление ММП-9 выражение в phorbol эфира человеческих индуцированных клеток astroglioma через ингибирование PKC и MAPK сигнальных путей оказывал куркумин [401]. Той же группе выявило широкий спектр ингибирующей поведение куркумин, как и деятельность других Мгэс (-1, -3 и -14) молекул одновременно были репрессированы в тандеме с куркумой администрации, что косвенно указывает причину инвазии глиомы был существенно ограничен куркумин. Подавленные выражения этих генов были прямым результатом ингибирования модулятора, AP-1 транскрипционный деятельности, куркумин [402].

На сегодняшний день, исследования in vivo эффективность куркумина на первичных опухолей головного мозга выборочно несколько. В in vivo ингибирующий эффект куркумина были созданы на других раковых заболеваний, таких как кожи, лимфомы/лейкемии, рака кишечника и печени. Первый отчет консолидации анти-опухоль роль куркумина in vivo была впервые Перри et al.., [403]. Авторы показали, что пре - и пост - администрации куркумин выставлены значительный противоопухолевый эффект с замедлением роста опухоли и увеличение продолжительности жизни время с ослабленным иммунитетом мышей. В частности, механизм его действия in vivo был через снижение gelatinolytic деятельности матриксной металлопротеиназы-9 (ММП-9). Кроме того, куркумин вниз-регулируется CD31and CD105 мРНК (два маркера эндотелиальных клеток новообразованных сосудов) и снижение содержания гемоглобина в клетках глиомы. Было также отмечено, что куркумин может легко проникают через tight junction " BBB", при этом предполагая, частичное причин его анти-опухоли влияют независимо от того, in vitro или in vivo модель [403]. Между Тем, Zanotto-Филью et al.. ответили, что их попытка регулировать анти-глиома активность куркумина с помощью иммуно-компетентных крыс [404]. Внутрибрюшинное введение куркумина (50 мг/кг/день) снизилась до 80% опухолей головного мозга у крыс с незначительным повреждений, наблюдаемых в тканях (трансаминаз, креатинина, щелочной фосфатазы). Кроме того, обмена веществ (холестерина и глюкозы), окислительного и гематологическая токсичность не определяется после лечения куркумина. В соответствии с предыдущими исследованиями, куркумин, пострадавших in vitro активация P13K/AKT и NFκB путей, подавлял Bcl-2 слова и индуцированной дисфункции тромбоцитов в р53 и PTEN независимым образом [404].

ОГРАНИЧЕНИЯ КУРКУМИНБиодоступность Куркумина в организме животных и человекаНизкая биодоступность куркумин является основным препятствием, мешающим его развитию в

качестве эффективного терапевтического агента. За годы обширные исследования оказали идеи для бедных куркумин биодоступность in vivo, в том числе с низкой поглощающей способностью и сыворотке крови, высокая скорость метаболизма и быстрого системный клиренс, так как подтвердили в бесчисленных перорально куркумин человека и животных моделях [405-407]. Сравнительно большое число докладов было показано, что плазменные концентрации куркумин вводят через перорально или внутрибрюшинно маршрута были очень низкими, как правило, в диапазоне наномолярных (табл. 44). Первый биодоступность, распределение и выведение куркумин исследования с использованием Spague-Dawley крыс появился в 1978 году Wahlstrom и Blennow [405]. Был сделан вывод, что содержание куркумина в плазме крови крыс было незначительным, хотя излишне уплаченной суммы куркумин (до 1 г/кг) вводили перорально. Более 75% куркумина были экскретируется в кале в то время как следы размере, было обнаружено в моче, что косвенно показал, что в кишечнике (слепой кишки) крыс был плохой куркумин абсорбционная способность. Кроме того, без видимых побочных эффектов были замечены на крыс, хотя высокие дозы (5 г/кг) были приведены. В отдельном исследовании, держатель et al. пытались увеличить биодоступность куркумин путем внутрибрюшинного введения подход в мышей [408]. Однако, этот подход не уступала значительно улучшились результаты в виде 75% и >10% куркумина были обнаружены у мышей, кала и желчи, соответственно [408]. В 1980 году. Равиндранат и Chandrasekhara показал, что, хотя 400 мг куркумина было перорально крысам, наличие куркумин не был обнаружен в сердце кровь, а только

52

следы сумму куркумин присутствовал в портальной крови (< 5 мкг/мл), печени и почек (< 20 мкг/ткани) после 15 мин до 24 ч администрирования [406]. С помощью радиофармпрепарата куркумин, та же группа в дальнейшем исследовали метаболизм маршрут куркумина с) в диапазоне доз от 10 до 400 мг. Радиоактивность была самой высокой в крови и последующим печени и почек [409]. Основными ликвидации маршрута было установлено, что через кал и почти ни один не был найден в моче. В низких дозах (10 и 80 мг) [3H]-куркумин, почти все с надписью-куркумин был экскретируется в течение 72 ч, в то время как значительное количество высоких дозах (400 мг) с надписью куркумина были сохранены в ткани в течение 12 дней [409]. Фармакокинетика куркумин в мышей по сравнению с использованием устной или внутрибрюшинное введение [410]. С администрацией куркумин перорально по 0,1 г/кг, уровень куркумин в плазме крови достигло наивысшей концентрации (0.22 мкг/мл) на 1 час; затем резко снизилась до уровня ниже 5 нг/мл в течение 6 ч. Удивительно, когда куркумин, осуществляемых за счет введения в брюшную полость (0,1 г/кг), куркумин концентрации в плазме крови достиг максимального в 2,25 мкг/мл, но стремительно сокращались в течение 1 ч. Между тем, распределение куркумина было в основном сосредоточено в кишечнике (>100 мкг/г), за которым следуют селезенки (26.1μg/г), печени (на 26,9 мкг/г), почки (7,5 мкг/г) и ткани мозга (0.4 мкг/г) [410]. Позже, Perkins et al.. оценку фармакокинетики куркумин ведении мин/+ mouse модель FAP либо через пищевые или через внутрибрюшинного маршрут как разовая доза радиофармпрепарата куркумин. Небольшие слизистые оболочки кишечника, содержащихся разных уровнях куркумина в диапазоне от 39 до 240 нмоль/г, но куркумин уровень в плазме крови была почти ниже предела обнаружения (5 пмоль/мл) [411]. В недавнем докладе Ян et al. показали, что максимальные куркумин уровень в сыворотке крови составил 0,36 ± 0,05 мкг/мл при 10 мг/кг куркумина было дано крыс путем внутривенного введения по сравнению с простым 0.06 ± 0.01 мкг/мл куркумин в уровень в сыворотке крови после перорального приема, хотя доза была 50 раз выше при пероральном приеме [412]. Основываясь на результатах этих исследований, очевидно, что администрация маршруту играет важную в сыворотке крови уровня куркумин, в котором куркумин биодоступность значительно ниже при приеме внутрь по сравнению внутрибрюшинного и внутривенного путей.

Biodistribution Куркумина в человека, крыс и мышей, модели с различными дозами и администрация маршрутами

Клинического испытания, исследования показали, что низкая системная биодоступность куркумин наблюдается у человека после перорального приема; обусловлен высокой скоростью метаболизма в печени и кишечнике, в котором дозы куркумина диапазоне 5-50 мкм были быстро очищены от желудочно-кишечной системы в течение нескольких часов после приема. Первая фаза I клинических исследований для изучения токсикологии, фармакокинетики и биологические эффекты куркумина на человека проводились с 25 больных с высоким риском или предраковые поражения [407]. Пациенты были первоначально назначают в начальной дозе 500 мг/день куркумин и если нет очевидной токсичности произошло, с шагом в дозировке проводились поэтапно в порядке, 1000, 2000, 4000, 8000 до 12000 мг/день. Вместе с тем, планируемый прирост до 12000 мг/день не проводилось, поскольку основной объем куркумин не хорошо переносится пациентами за 8000 мг/сут, доза. Сыворотке крови концентрацию куркумина были самыми высокими в течение первых 2 ч и постепенно снижается в течение 12 ч. Средняя куркумин концентрации после перорального приема 4000 мг, 6000 и 8000 мг мг были 0.51 ± 0.11 мкм, 0.63 ± 0.06 мкм и 1.77 ± 1.87 мкм, соответственно. Их основной вывод показало, что пероральный прием до 8000 мг/день куркумина в течение 3 месяцев хорошо переносится пациентами [407].

Шарма et al.. проведено пилотное исследование больных колоректальным раком с Куркума экстракт, в котором содержится 36-180 мг куркумин в несвободных капсула на 4 месяца. Ни куркумин, ни его метаболиты были обнаружены в плазме, крови и моче до 29 дней перорального приема процедур. Однако, следы куркумин и куркумин сульфата были обнаружены в кале. Их исследование показало, что администрация 36 мг куркумина на 29 дней в результате 59% снижение глутатиона S-трансферазной активности, а уровень окислительного ДНК-аддукт-3-(2-дезокси-β-ди-эритро-pentafuranosyl)-pyr[1,2-α]-purin-10(3Ч) один (м1Г) была постоянной на протяжении всего

53

эксперимента. Их результаты позволяют предположить, что переносимой дозы куркумина в пациентов составил 2,2 г/день Куркума экстракт, что эквивалентно 180 мг куркумина [413].

В другом исследовании, ежедневная пероральная доза-3600 мг куркумин, больных раком ободочной и прямой кишки было показано, чтобы быть достаточной для выявления фармакологический эффект как измеряется эффект на м1G и циклооксигеназы-2 (ЦОГ-2) выражение. В их клинических отчетов, пациенты с колоректальным раком внутрь суточная доза 450, 1800 и 3600 мг куркумин за неделю до операции. Уровень м1G снизился с 4,8 ± 2,9 до 2.0 ± 1.8 аддуктов в 107 нуклеотидов в злокачественных колоректальных тканей для пациентов, принимающих 3600 мг куркумин. В одновременных с другими клиническими отчеты, куркумин и его метаболитов в плазме крови на страшную даже после администрируемая как высокие дозы 3600 мг. Это еще больше поддерживает гипотезу низких системных куркумин биодоступность при пероральном приеме. Следует отметить, что при попадании в организм куркумин очищается быстро, который считается невыгодным, однако объем вводимого куркумин (3600 мг в день), возложенных достаточной антиоксидантной активностью в кишечнике человека в результате фармакодинамические изменения, соответствующие кишечника chemopreventions [414, 415].

Повреждения ДНК и Хромосомные нарушенияКуркумин, как известно, оказывают химические мероприятий, направленных на широкий спектр

клеточных линий рака, как правило, активное участие в различных сценах, таких как пролиферация, метастазирование и ангиогенез [61]. К сожалению, последние исследования накопления фактически указал противное и вредное воздействие, вызывают обеспокоенность в отношении безопасности куркумин. В свете исследования Goodpasture и Арриги, он намекнул на возможность куркумин быть опасной для некоторых клетках млекопитающих, вызывая хромосомные отклонения в концентрациях ниже 10 мкг/мл [420]. Несколько in vitro и in vivo исследования с тех пор пролить свет на повреждение ДНК и хромосомных мутаций, индуцированных куркумин при концентрациях вблизи те, которые оказали Фармакологические и химические эффекты [421-423]. Становится все более очевидным, что куркумин выставлены обе конфликтующие про - и анти - оксидантов свойства, как видно из их стимуляция кверцетин-индуцированного повреждения ядерной ДНК, липидов и белков ущерб, который был обострилась в присутствии Cu или Fe [424]. Далее было на примере исследования по Ахсан и Хади, согласно которому в присутствии Cu2+, куркумин, связали и вызвали strand разрезании ДНК. Они показали, что куркумин непосредственно производится ROS, таких как H2O2, O2

- и о-о-

которые были ответственны в расщепление ДНК деятельности [423]. Келли et al.. сообщали о подобных результатах, которые выделены повреждения ДНК в Jurkat Т-лимфоцитов, куркумин, которые были связаны ряд механизмов, связанных с генерацией АФК [425]. В другом исследовании фрагментации ДНК и базовый урон был наведен куркумин при одновременном присутствии Cu и изоферментов цитохрома Р450 (CYP), присутствующих в легких, лимфы, печени и кожи [421]. Ущерб был, возможно, из-за O-деметилирование куркумин, чтобы сформировать O-demethyl куркумин радикалы, как, катализируемой CYP что, в свою очередь, с Cu, форм ДНК-повреждения ТС +-hydroperoxo комплекса [421]. Между Тем, Есино et al.. сообщили, формирование медь-зависимой 8-гидрокси-deoxyguanosine в ответ куркумин, который считается причиной повреждения ДНК и апоптоза в гибели клеток [426]. Данные обследования, проведенного ЦАО et al.. показал убытки как ДНК, так и митохондриального геномов в человеческой гепатомы G2 клеток, индуцированных куркумина были от дозы, в которой ущерб был более выражен в митохондриях [266]. Гипотеза о двойной конфликтующих ролей куркумина в канцерогенез является дальнейшее укрепление из их исследования, как и отсутствие повреждений ДНК наблюдалось при низкой дозы куркумина в то время как повышенный оксидативный стресс, повреждение ДНК и возникновение клеточной смерти была очевидна на высокую концентрацию куркумина. Было высказано предположение, что повышение рентабельности продаж и перекисного окисления липидов уровни генерируются напрямую или косвенно куркумин является, возможно, ответственность за ухудшение состояний ДНК в человеческой гепатомы G2 клеток [266]. Между Тем, Штрассер et al.. подтвердил, что куркумин увеличивал ROS уровня в клеток U937 [427]. Недавно, Li et al.. показано, что относительно низкие концентрации куркумин вызвало значительное увеличение индукции повреждений ДНК в легких эпителиальных клеток [428].

54

Эти негативные и разрушительные эффекты куркумина свидетельствует число исследований, казалось, объединяет общая черта: повышенные уровни ROS, который служит в качестве промоутера для канцерогенеза. Это предложение было сделано, основываясь на следующих фактах: а) раковые клетки имели высокий уровень рентабельности продаж по сравнению с нормальными клетками, (b) злокачественного фенотипа опухолевых клеток может быть отменено путем снижения клеточном уровне рентабельности продаж и (c) наличие ROS индуцирует клетки злокачественной трансформации. Этот эффект проявляется только при высокой концентрации куркумин был использован в то время как при более низкой концентрации, куркумин-прежнему ведет себя как потенциальный антиоксидант агента. Известно, что α,β-непредельного кетона в куркумин реагирует ковалентно с тиольными группами остатков цистеина белков по реакции Майкла дополнение. Это мог бы ответить, почему куркумин генерирует ROS, безвозвратно изменяя антиоксидантный фермент thioredoxin редуктазы, вызывая топоизомеразы II-опосредованного повреждения ДНК и инактивации опухолевого супрессора белка.

Куркумин МетаболитовЧисло отчетов показали, что куркумин может быть подвергнут спряжения, например сульфатация и

глюкуронизации в разных типах тканей. В 1980 году. Равиндранат и Chandrasekhara, сульфатных конъюгатов глюкуронида и были обнаружены у мышей моче после перорального приема 400 мг куркумин. Глюкуронида концентрация поддерживалась на высоком уровне в течение более шести дней и unirary сульфат уровень был выше, чем нормальный уровень более чем на 40 дней [406]. Согласно держатель et al., glucuronides, tetrahydrocurcumin и hexahydroxycurcumin были основные метаболиты желчных куркумина у мышей [408]. Позже, Пан et al.. предлагаемые возможности биотрансформации и метаболитов куркумина, основанные на модели мышей. Глюкуроновые метаболиты, такие как куркумин-glucuronoside, dihydrocurcumin-glucuronoside и tetrahydrocurcumin-glucuronoside а также tetrahydrocurcumin были основные метаболиты куркумин мышей в модели [410] (рис. 1111). Эти результаты согласуются с теми, Айрсон et al.., кто изучал метаболитов куркумина в человека и крысы [429, 430]. В дополнение к tetrahydrocurcumin и hexahydroxycurcumin, Хохле et al. установлено, что octahydrocurcumin другое формирования редуктивных метаболитов куркумина в ткани печени крыс самцов крыс, которым были выше уровня ctahydro-куркумин по сравнению самок крыс [431].

ПЕРСПЕКТИВЫ КУРКУМИНА В НЕЙРО-ДЕГЕНЕРАТИВНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙНаграды и удостоверения куркумина в качестве многофункционального терапевтического

комплекса в нейродегенеративных заболеваний, сердечно-сосудистых, злокачественных новообразований и других заболеваний были поддержаны широко опубликованные исследования на протяжении нескольких десятилетий. Терапевтический эффект куркумина были дополнительно укреплены в эпидемиологических доказательств в куркумин-потребляющего населения, таких как Индия, согласно которому долгосрочные потребления curcumim показал значительно ниже заболеваемости нейродегенеративных случаях. Результаты многочисленных лабораторных данных, выполненных в in vivo и in vivo исследования ясно показали, что куркумин также поставлен минимальной токсичностью по отношению к нейрональных клеток. Хотя экспериментальные лабораторные результаты кажутся очень перспективными, данные о человеческих клинических испытаний ограничено. Данные, собранные из многочисленных исследований за последние тридцать лет заявил, что мульти-целевой и pleotropic терапии показал выше, успех в лечении нейродегенеративных заболеваний, в отличие от моно-таргетная терапия. Например, в случае лечения AD и PD, терапевтических стратегий, предназначенных включают соединений с Анти-воспалительные, анти-амилоидных отложений и антиоксидантными свойствами. Кроме того, эти соединения должны быть терпимым (нетоксический) даже в высоких дозах перорально, в наличии, низкая цена и легко доступны. В результате соединения с несколькими клеточные мишени, такие как куркумин стать предметом интенсивных научно-исследовательских работ. Как уже упоминалось в обзоре, куркумин может модулировать несколько сигнальных путей, вовлеченных в практически большинство нейродегенеративных заболеваний и эффективного лечения нейродегенеративных заболеваний и повышения качества терапевтической модальности. Во-вторых, куркумин может легко пересечь tight junction ВВВ, как это важно для обеспечения эффективного фармакокинетические

55

действия в ЦНС. В-третьих, низкая биодоступность и преждевременной деградации куркумин в результате суб-терапевтических уровней по-прежнему остается главным из таких недостатков куркумин терапии, что создает большие проблемы на сегодняшний день. Как говорилось в обзоре, несколько исследований показали, что куркумин не растворим в водном растворе, чрезвычайно неустойчив в щелочной состоянии, легко разлагается и усваивается организмом человека. Последние тенденции показали большой всплеск научных данных отчетности превращение нерастворимых в воде куркумин в наноразмерных частиц, что значительно улучшило куркумин растворимость и, следовательно, его биодоступность in vivo [432, 433]. Значительное улучшение в ячейке поглощения и больше времени циркуляции куркумина в человека достигается через покрытия со специальными биополимеров [434]. Как и большинство терапевтических данных куркумина основаны на in vitro и in vivo модель, более широкомасштабные и хорошо контролируемые клинические исследования на людях должны быть установлены, чтобы точно определить его оптимальные администрации дозы, пути введения и взаимодействия с различными органами.

INTRODUCTIONTurmeric (Curcuma longa) is an intriguing ingredient with a rich history as a dietary spice and herbal

supplement in ancient China and India [1]. This distinctive yellow- colored spice, derived from the rhizome of the plant (C. longa), is a member of Zingiberaceae family and is widely cultivated in India and Southeast Asia. The use of turmeric in Asia dates back more than 2000 years where it was used in cooking, medicine, cosmetics and fabric dyes. Tumeric only gained popularity in European society from the 14 th century A.D [1]. Turmeric is arguably one of the most widely used spices throughout the world, as evident from its numerous names as adopted by the locals; i.e. ukon, Indian saffron, kurkum, yellow ginger and kunyit basah. A rough estimate by Ravindran showed that at least 20 countries use turmeric in basic food preparation daily [2]. The primary active compound responsible for the yellow color named curcumin was identified in early 1900 by Lampe and Milobedzka [3]. The ‘magic touch’ of turmeric in curing various ailments due to its broad spectrum of pharmacological activities has been noted since ancient times. The ancient Indian holistic medicine known as Ayurveda uses turmeric for the treatment of common eye infections, burns, acne, wound dressing, sprains and swelling [4]. In traditional medicine turmeric is used to enhance the immune system and as a cure for different respiratory diseases such as asthma and for allergy [4]. Tumeric has also been traditionaly used for the treatment of diabetes, cough, sinusitis, flu, rheumatism and liver disorders [4]. Meanwhile, traditional Chinese medicine practitioners regularly use turmeric for treating abdominal pain associated diseases [5]. It has widely been accepted since ancient times that this polyphenol compound possesses anti-inflammatory properties [6]. Advancements in modern medicine have revealed many unkown medicinal properties of turmeric which include anti-oxidant, anti-mutagenic, anti-cancer, anti-microbial and anti-cardiovascular activities [7-3]. Studies have also strongly indicated that curcumin, the active compound in turmeric, is the key ingredient responsible for the major therapeutic activities of turmeric [14, 15]. Some differences in the applications of turmeric or curcumin in ancient period and in modern society are listed in Table 11.

Due to its multi-faceted pharmacology, concerted efforts have been made to evaluate the possibility of using curcumin for the treatment or prevention of neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease (AD) [16, 17], Parkinson’s disease (PD) [18, 19] and brain tumors [20-23], which have so far demonstrated encouraging results. The brain is the most vulnerable organ to oxidative damage, as it is responsible for 20% of the body’s oxygen consumption despite accounting for only 2% of total body weight [24]. The presence of abundant oxidisable unsaturated fatty acids and redox-active transition metal ions also provides additional insult to oxidative damage in brain [24]. Oxidative stress and generated free radicals which mainly occur in the highly oxidative intracellular microenvironment surrounding the neurons and glial cells, are associated with brain ageing and brain injury [24]. Reactive oxygen species (ROS) also referred as pro-oxidant, are by-products of aerobic metabolism and are second messengers of transduction pathways [25]. Under normal physiological conditions, ROS are present in minimal concentrations and counter-balanced with appropriate amount of anti-oxidants. However, when the delicate balance between ROS and anti-oxidants is disrupted, the ensuing oxidative stress generates damaging effects to DNA, proteins and lipids that lead to progression of neurodegenerative diseases such as AD and PD. Recently, the term “nitrosative stress” or reactive nitrogen species (RNS) has been coined to indicate the damage caused by anion peroxynitrite, nitric oxide,

56

nitroxyl anion and nitrosonium (extensively reviewed in [26]). In order for cells to survive the assault of ROS and RNS effectively, the generation of molecules equipped with anti-oxidant properties and perhaps anti-apoptotic activities are required. Enzymes such as heat shock protein-32, superoxide dismutase, glutathione peroxidases and catalase provide cells with the ability to combat the ROS and RNS. Besides that, exogenous anti-oxidants such as vitamins A, C and E [27, 28] and bio-macromolecules (flavonoids and curcumin) [29-31] and endogenous anti-oxidants (glutathione) are among candidates endowed with potent anti-oxidant properties. It is a known fact that curcumin is a strong anti-oxidant compound with great ability to scavenge the oxygen-derived free radicals. Consequently, curcumin could be a potential neuroprotective agent.

The progression of AD is multifactorial and includes aggregation of amyloid-β peptide (Aβ), oxidative stress and reduction of acetylcholine (AChE) levels [32-34]. It is interesting to note that the outcome from an epidemiologic investigation in India showed that the occurrence of AD is the lowest in comparison with other countries, an observation which could be related to their high curcumin dietary consumption [35]. Cummulative scientific evidence from both in vitro and in vivo models has confirmed the role of curcumin in controlling AD by inhibiting the Aβ-plaque formation, through binding of curcumin to Aβ peptide and fibrils [36-41]. PD is the second most common neuro-degenerative disease in which the accumulation of aggregated α-synuclein is the main factor contributing to disease progression [42, 43]. The formation of nonfibrillar oligomer and protofibrillar structures of α-synuclein has been shown to cause apoptosis in cells [44]. The risk of PD is increased by exposure to neurotoxins and pesticides and through oxidative damage to neurons by a decrease in the mitochondrial complex I activity and glutathione levels [18, 45-49]. Curcumin decreases the cytotoxicity of aggregated α-synuclein towards neuroblastoma cells along with intracellular ROS levels [50]. In addition, curcumin is also effective in the treatment of brain malignancies such as glioma, pituitary adenoma and nerve sheath tumors [51-54]. Suppression of cancer activators such as NFκB serves to down regulate inflammatory cytokines, responsible for tumorigenesis [55].

This review describes the recent findings regarding the effectiveness of curcumin in combating neurodegenerative disorders including AD, PD and brain tumors. In addition, the key roles of curcumin in controlling the symptoms of these diseases are discussed in detail. Even though curcumins are versatile compounds with broad spectrum of therapeutic activities, the low bioavailability of curcumin together with its inherent insolubility remains a major hurdle which limits its mainstream application.

NEUROPROTECTIVE ACTION OF CURCUMIN AGAINST AD In Vitro Evidences The inhibition of Aβ formation and aggregation is arguably amongst the most rational strategies employed

to treat AD since it is established that Aβ is the key component to trigger AD pathogenesis. Considerable attention have been focused on the AD therapeutic potential of several plant derived polyphenolic compounds such as curcumin, tea extract and gingko biloba. Curcumin, a recognized pleiotropic natural compound is earmarked with strong potential to treat AD initially based on the epidemiological evidence in Indian population whereby long-term consumption of curcumin showed a 4.4 fold reduced incidence rate of AD compared to the USA [35]. Since then, compelling evidences from in vitro, in vivo and pre-clinical studies have systemically removed traces of lingering doubts regarding the therapeutic effect of curcumin in AD [17, 39, 40, 245-249]. Out of 214 anti-oxidant compounds tested in preventing fibrils formation, curcumin demonstrated the strongest inhibitory effect (IC50 = 0.25 μg/mL) [36]. The binding affinity of curcumin on Aβ aggregates was at least on par with the molecular imaging probes such as PiB in FDG PET with a Ki of 0.07 nm for F18 labeled curcumin 0.679 μM) [37]. Curcumin could be able to bind to other β-pleated sheet structures including prion aggregates, synuclein and tau aggregates [38]. Curcumin showed dose-dependent inhibitory effect on the formation of Aβ fibrils with an EC50 of 0.09–0.63 μM [39]. In addition, the destabilization of preformed Aβ fibrils by curcumin was also dose-dependent at 0.1–1.0 μM [39]. Curcumin, demethoxycurcumin, bisdemethoxycurcumin displayed superior protective effect against Aβ1–42 insults with ED50 values of 3.0–7.1 μg/mL compared to α-tocopherol [250]. In another study, novel isolated curcumin compounds from natural products exhibited neuroprotective behaviour from Aβ (ED50 = 0.5–10 μg/mL) compared to Congo red (ED50 = 37–39 μg/mL) [251]. Similarly, the potent anti-amyloidogenic activities of turmeric extracts enriched with curcuminoids (IC50 = <5 μg/mL) are in accord with previous published data [247] (Fig. 66).

57

Using high level ab initio computational study, the key structural features of curcumin that facilitates the penetration into BBB and binding to Aβ were identified [252]. The analysis of bond charges revealed that the enolic and phenolic groups of curcumin are polar; and are essentially separated by a neutral hydrophobic conjugated carbon bridge, in which the latter facilitates the penetration into BBB. Meanwhile, the polar groups provided a site for deprotonation and subsequent binding site for Aβ oligomers [252].

Recent study by Zhang et al. demonstrated for the first time the reduction of Aβ levels via attenuation of APP maturation in the secretory pathway [253]. At least 40% reduction of Aβ40 and Aβ42 levels in mouse primary neuron cells were observed in conjunction with the administration of 20 μM curcumin. In addition, curcumin disrupted the APP maturation cycles by altering the turnover rate of immature APP to mature APP. In the presence of curcumin, the ratio of mature APP to immature APP was decreased by 67% possibly due to the increased stability of immature APP. Meanwhile, the effect of brefeldin A (BFA) that acted as Golgi-disrupting agent on APP maturation and trafficking was significantly attenuated by curcumin. In AD patients’ brain, immature APP exit endoplasmic reticulum (ER) and undergo O-glycosylation in Golgi complex to become mature APP. This mature APP is subsequently sorted onto plasma membrane after which it can undergo endocytosis via clathrin-coated pits. Consequently, the disruption of APP trafficking by BFA could significantly contribute to AD pathogenesis. Collectively, this study suggested the possible roles of curcumin to delay the exit of immature APP from ER, stabilizing immature APP at ER and simultaneously attenuated the endocytosis of APP from the cell surface [253].

Lin et al. independently showed that curcumin markedly attenuated the overexpression of APP and BACE1 in PC12 cells grown in the presence of metal ions such as Cu2+ and Mn2+ [254]. However unlike Cu2+ and Mn2+, Zn2+, both Fe3+ and Al3+ did not contribute to increased transcription levels of APP and BACE1. It is interesting to note that compared to other anti-oxidants such as minocyline and sodium ferulate, the authors found that curcumin demonstrated superior inhibitory effects on complete suppression of the transcription of both APP and BACE1. In addition, curcumin also possessed comparative ability to prevent up-regulated APP and BACE1 transcriptions with pathway inhibitors such as MEK-1, MAPK and JNK [254].

Different approaches have been devised to inhibit the degree of Aβ aggregation using curcumin, which include basic structural modification of curcumin that retained its anti-oxidant, anti-inflammation and anti-Aβ aggregation properties [246, 255-258] and formulation of nano-sized conjugated-curcumin [259, 260]. Briefly, the structure of curcumin consists of two aromatic end groups and a linker region in the middle (Fig. 11). Reinke and Gestwicki previously described the structure-activity relationship of curcumin ligands with Aβ inhibitory activity [255]. The authors showed that simple aromatic group of curcumin did not have Aβ inhibitory activity while modification or loss of hydroxyl groups in the aromatic rings of curcumin abolished the effect, thus suggesting that aromatic substitutions capable of forming hydrogen interactions is crucial to maintain the binding activity of curcumin ligands to Aβ. In addition, the binding affinity of curcumin towards Aβ is influenced by the length and flexibility of linker region in which the optimal length lies between 8–16 Å [255]. With these knowledge in mind, Chen et al. designed novel curcumin analogues by varying the linker flexibility and substituting polar N-methylpiperazine on the two aromatic ends to allow the occurrence of hydrogen bonding and electrostatic interactions [246]. Curcumin analogue [3,5-bis-(4-(4-methylpiperazin-1-yl)benzylidene)-piperidin-4-one)] or labelled as compound A4 showed the most potent activity with approximately 90% of anti-Aβ aggregation activity and IC50 of 2.5 μM [246]. In addition, compound A4 also inhibited or delayed the Aβ conformational changes from α-helix to β-sheet structure and demonstrated significantly superior anti-oxidant activity compared to the unmodified curcumin and Trolox [246]. On the other hand, curcumin-derived pyrazoles and isoxazoles synthesized via the replacement of 1,3-dicarbonyl moiety of curcumin with these isosteric heterocycles showed 10 to 100 folds enhancement in its potency compared to unmodified curcumin. In addition to enhanced binding affinity towards Aβ42 aggregates and potent γ-secretase inhibitor, these curcumin analogues also served as depolymerizing agents for tau aggregates and could potentially inhibit the initiation of tau aggregation [256]. Besides that, a water-soluble curcumin conjugate, achieved by attaching a sugar moiety to curcumin, demonstrated amplified bioactivity by 1000 folds in comparison with unmodified curcumin [261]. Furthermore, this sugar-curcumin conjugate was effective against inhibition of tau peptide and Aβ aggregation at nano-molar concentration [261].

In another study, Orlando et al. chemically synthesized curcumin analogs with several modifications on the basic structure of the curcumin [257]. Several structural features had been identified contributing to

58

anti-aggregation of Aβ. Their study concluded that a) at least one enone group in the spacer between aryl rings would be important for the anti Aβ aggregation, b) unsaturated carbon spacers between aryl rings would be needed for the same inhibitory effect, and c) substitution of methoxyl and hydroxyl at meta- and para- positions on the aryl rings showed improved anti Aβ aggregation effect. The authors also found that curcumin analogue 2 in which the para-hydroxyl group was substituted with methoxy (1,7-bis (3,4-dimethoxyphenyl)-1,6-heptadiene-3,5-dione) showed the highest inhibitory effect (6.7 folds higher) followed by curcumin analog 1 1,7-bis (3-hydroxy-4-methoxyphenyl)-1,6-heptadiene-3,5-dione (meta-and para-sub>stituted methoxyl and hydroxyl groups in reverse position as compared to curcumin) and curcumin analogue 8 [1,5-bis (3,4-dihydroxyphenyl)-1,4-pentadiene-3-one (contain hydroxyl groups in meta and para-positions of the aryl rings)] [257].

Curcumin-decorated liposomes with mean vesicle sizes of 131–207 nm were synthesized and evaluated for their integrity, stability and binding affinity to Aβ1–42 fibrils [259]. Both curcumin nanoliposomes synthesized using click chemistry method or conjugation with phospholipid displayed sufficient stability in plasma proteins and in vivo and the highest observed affinity to Aβ1–42 fibrils to date [259]. In another study, various curcumin associated nanoliposomes that were functionalized with lipid ligands (phosphatidic acid, cardiolipin, or GM1 ganglioside) showed promising results in binding to Aβ and subsequently interfering with the amyloid aggregation process through inhibition of oligomeric Aβ formation in vitro [262]. In a recent study, the targeting delivery of poly lactic-co-glycolic acid (PLGA) encapsulated curcumin nanoparticles (NPs) to central nervous systems was facilitated by the attachment of a Tet-1 peptide, a 12-amino acid peptide with binding characteristics to tetanus toxin, to the NPs. The Tet-1 conjugated curcumin NPs while retaining the potent anti-oxidant and anti-amyloid activities of curcumin had also achieved an enhanced uptake by neuronal cells [260]. In another study, amyloid-binding aptamers conjugated PLGA encapsulated curcumin NPs were employed to study the possibility of effective binding to amyloid plaques and thereby inhibiting its aggregation [263]. As demonstrated by the authors, the presence of aptamers ligand coupled with the anti-amyloid activity of curcumin showed effective targeting, binding to amyloid proteins and subsequently degradated amyloid into smaller fragments, which could be cleared by phagocytosis [263].

The anti-oxidant property of curcumin is believed to derive from its phenol moiety. As such, the donation of H-atom from β-diketone moiety to lipid alkyl or lipid peroxyl radical is considered the potentially more reliable mechanism underlying curcumin’s anti-oxidant activity. For instances, the donation of H-atom to a linoleic acid (bis-allylic radical) results in resonance stabilized β-oxo-alkyl curcumin radical with unpaired electron density distributed between three carbon and two oxygen atoms. The resonant curcumin radical undergoes molecular reorganization rapid intramolecular H-shift to generate the phenoxyl radical [264, 265].

Curcumin could scavenge NO-based radicals ultimately protected brains from oxidative damages (Fig. 66). It had also been shown that curcumin prevented oxidative damage of DNA in mouse fibroblasts via scavenging of hydrogen radicals to prevent 8-hydroxy-2-deoxy-guanoise formation in the DNA molecule. Meanwhile, higher curcumin dosage induced mitochondrial and nuclear DNA damages to human hepatoma G2 cells whereby lipid peroxidation and ROS levels were markedly elevated under conditions of high curcumin doses [266]. Furthermore, curcumin protected rat

cortical neurons from tert-butyl hydroperoxide induced oxidative damage through the reduction of ROS generation and DNA fragmentation [267].

Curcumin treatment significantly enhanced the levels of heme oxygenase-1 (HO-1) in brain cells [268, 269]. HO-1 is a ubiquitious and redox-sensitive inducible protein; responsible for the protection of various tissues from cellular-mediated stress and therefore its expression is an automatic response to increasing accumulation of toxic free heme levels in the brain. Together with its isozymes HO-2, HO-1 degrades heme via cleavage of heme’s ring at α-methene bridge to form biliverdin, carbon monoxide (CO) and free iron. subsequently, biliverdin is reduced to bilirubin by bilverdin reductase and serves as intracellular anti-oxidant agent. Both biliverdin and CO play important roles in modulating physiological process within nervous systems including inhibiting platelet aggregation and protecting brains tissues against oxidative injury [19]. HO-1 genes have consensus AP1, AP2 and NF-κB binding sites in its promoter region and are transcriptionally regulated by various stimuli including heme, oxidative stress (ROS/RNS), TNF-α and IL. As

59

mentioned, curcumin transcriptionally activated HO-1 activity and HSP70 simultaneously and subsequently increased the tolerance of brain to stress [270]. The increase of HO-1 levels was not only due to the neurofibrillary tangles but also co-localized with senile plaques in AD brain. Thus once HO enzymes were activated by curcumin, it led to subsequent activation of ARE and Nrf2 pathways to neutralize both the oxidative and nitrosative stresses [271, 272].

Besides that, curcumin mitigated the glucose oxidase-mediated oxidative damage in rat astrocytes and cultured hippocampal neurons via induction of HO-1 activity in a dose and time-dependent manner [268]. As observed by the authors, significant elevation of quinone reductase and glutathione S-transferase levels were found in tandem with the increase of HO-1 activity and activation of Nrf2/ARE pathways. The expression of HO-1 reached maximal level after 6 h incubation with 15 μM of curcumin. The pre-treatment with 15 μM curcumin provided additional protection to cells as evident from the 70% recovery in cells viability that was exposed prior to oxidative damage. Meanwhile, at 100 μM, curcumin induced substantial cytotoxic effect to neuron cells as more than 4 fold reduction in cell viability was observed after 24 h treatment. Additionally, curcumin stimulated the activation of MAPK pathway which in turn induced the expression of heterodimers of NF-E2-related factors 2 (Nrf2) that is responsible for ARE activation reporter genes [268].

Curcumin protected PC12 against Aβ25–35-mediated toxicity in a dose dependent manner whereby pre-treatment with 5–10 μg/mL of curcumin restored cell viability. At concentrations above 50 μg/mL, it was observed that the cytoprotective effect of curcumin switched to cytotoxic instead [273]. Only low dosage of curcumin (9 μg/mL) was needed to scavenge 50% free radicals and to markedly reduce DNA damage in PC12 cells. Tau hyperphosphorylation induced by Aβ was also attenuated using curcumin treatment [251, 273] (Fig. 66).

Previous data showed that curcumin reduced oxidative-stress related damage in rat forebrain [ 274]. The ischemic cerebral damage is related to excessive activation of N-methyl-D-aspartate. The treatment of rat retinal neurons with curcumin for 24 h reduced N-methyl-D-aspartate mediated oxidative damage and attenuated the intracellular accumulation of Ca2+ as observed from the increased cell viability and reduced apoptosis [275]. Park et al. reported similar observations whereby the intracellular concentrations of Ca2+ in Aβ-treated PC12 cells reduced after curcumin treatment [273].

The regulation of lipid peroxidation is crucial in the development of AD pathologies. Previous study demonstrated that curcumin protected human blood lymphocytes cells from negative side effects such as lipid peroxidation and DNA damage that occurred with the administration of mitomycin C (an antitumor agent) [276]. In addition, metal ions such as Al3+, Zn2+, Cu2+ and Fe2+ readily produced free radicals that translated into induction of lipid peroxidation, mitochondrial oxidation etc, thus underlining the potential therapeutic effect of metal chelators such as curcumin [277-284]. Zhao et al. demonstrated that curcumin could easily chelate Zn2+ and Cu2+ and the free radicals scavenging ability of resulting Cu2+-curcumin complex appeared to be stronger than curcumin alone [285] (Fig. 66). Furthermore, the Fe2+ chelation activity of curcumin was studied at molecular levels in which mRNA levels of ferritin H and L and GSTα in liver cells increased in the presence of curcumin [286]. The activity of transferrin receptor 1 (protein stabilizer during iron limitation) and iron regulatory proteins (IRPs) were increased when incubated with curcumin [286]. García et al. evaluated the extent of DNA damage prevention (using E. coli DH1 purified plasmid DNA) with different metal ions chelator anti-oxidants such as catecholamine, amino acid, L-dihydroxyphenylalanine and curcumin. In their study, curcumin conferred significant protection to Fe2+ andCu2-mediated damage with IC50 (µM) at o 6.2 ± 0.2 and 30.8 ± 0.6, respectively [287].

Recent study has also showed that curcumin was capable to protect mouse neuroblastoma neuro-2A cells from H2O2-induced oxidative stress and death (Fig. 66). The pre-treatment of cells with curcumin increased cell viability to approximately 65% while reduction in apoptosis by almost 2-folds was recorded [288]. Curcumin treatment was also accompanied with increase in molecular expression of PARP and Bcl-2 in which the latter caused a decrease in mitochondrial permeability and slowed-down the release of cytochrome C [288]. In another study, the activation of NFκB and release of IL-8 in alveolar epithelial cells (A549) after induction with 100 µM H2O2 and 10ng/mL TNF-α were lower after treatment with curcumin [289]. In addition, glutathione and glutamylcyysteine ligase catalytic mRNA expressions were elevated with curcumin treatment in response to glutathione depletion [289]. The neuro-protective effects of curcumin against Aβ-

60

induced neuronal oxidative stress, included scavenging free radicals, attenuation of oxidative damage from H2O2 and ROS and inhibition of β-sheeted aggregation [290].

As mentioned above, PS 1 is central for γ-secretase activity and also serves as substrate for glycogen synthase kinase-3β (GSK-3β). In normal condition, GSK-3β enzyme is involved in glycogen metabolism, cell cycle regulation and cell proliferation. However, over-expression of this enzyme is associated with AD development. Curcumin treatment in neuroblastoma cells significantly reduced both PS1 and GSK-3β expressions in a dose- and time-dependent manner. The authors showed that the inhibition of GSK-3β caused a reduction in PS-1 activity and subsequently inhibited the generation of Aβ40 and Aβ42 [245].

Curcumin is a recognized pleiotropic compound with ability to interact with various pro-inflammatory molecules secreted during inflammation process (Fig. 66). Curcumin is neuroprotective towards lipopolysaccharide-stimulated activated microglial cells in a dose dependent manner with an IC50 of 3.7 μM. Curcumin suppressed the chronic and acute inflammation state by directly scavenging NO while the molecular targets of curcumin include cyclooygenase-2 (COX-2), TNF-α, IL-1, IL-2, IL-6, IL-8, IL-12, NFκB and MAPK activities [291]. In another study, pre-treatment with 10 µM curcumin showed positive effects in controlling microglia activity by deactivating NFκB and AP-1 pathways and inhibiting the gene expressions of pro-inflammatory factors such as TNFα, iNOS, COX-2, PGE2 and IL-1β [292]. In addition, curcumin is a potent modulator of microglial transcriptome as it effectively triggered anti-inflammatory signals while inhibiting the activation of BV-2 microglial cells migration [293]. Similarly, the authors reported that treatment of curcumin on lipopolysaccharide-stimulated microglial cells attenuated the transcription of NO synthase and corresponding signal transducers [293]. In comparison, demethoxycurcumin exhibited stronger inhibitory effect on NO and TNF-α production in lipopolysaccharide-stimulated primary microglial cells compared to curcumin and bisdemethoxycurcumin [294]. Recent evidence suggested that the neuroprotective effect of curcumin is mainly attributable to its anti-inflammatory properties especially via the inhibition of microglial cell activation [295]. The authors found that curcumin did not exhibit apparent protection towards dopamine-induced neuronal cell death but instead blocked the generation of pro-inflammatory and cytotoxic mediators [295].

In Vivo Pharmacological Effect of Curcumin in AD TreatmentUsing multi-photon microscopy approach, Garcia-Alloza et al. demonstrated the evidence of Aβ oligomers

and fibrils suppression by curcumin in vivo. Curcumin administered (7.5 mg/kg/day) intravenously through tail vein for a week crossed BBB, retained in the vicinity of senile plaques and subsequently acted to simultaneously to reduce approximately 30% of plaques size and prevent the formation of new Aβ. In addition, curcumin conferred significant reversal of structural changes especially in the straightening of abnormal distorted neuritic curvature near the plaques. Curcumin treatment in APPswe/PS1dE9 mice also showed the tendency to decrease the level of soluble Aβ40 while concurrently soluble Aβ42 level was increased, which could be attributable to the insufficient time (duration of experiment was a week) to achieve significant biochemical changes of Aβ despite the observation of significant Aβ clearance [40]. As the treatment of curcumin in APPSw mice was prolonged to 6 months both soluble and insoluble Aβ were decreased. Lim et al. reported that low dosage of curcumin (160 ppm) administered orally for 6 months reduced both the insoluble amyloid and Aβ plaque burden in APPSw brain respectively by 39% and 43.6%, which were consistent with previous observation in ibuprofen-treated animals [41]. The authors also demonstrated significant suppression of oxidized protein and pro-inflammatory IL-1β levels after administration of both low and high doses of curcumin. Meanwhile, the well tolerance of AAPSw mice towards high curcumin doses indicated that this polyphenolic compound might be safer compared to (non-steroidal anti-inflammatory drug) NSAID since the complications usually associated with excessive use of ibuprofen such as gastrointestinal, renal and liver toxicities were apparently lower in curcumin treatment [41]. Furthermore, curcumin also acted as early intervention to limit the accumulation of amyloid in vivo as it bound directly to small β-amyloid species, which in turn successfully hindered the aggregation and formation of fibril [248]. Curcumin is a potent anti-amyloidogenic agent and is equally effective in clearing existing plaques in aged Tg2576 mice, which prior to treatment harboured massive amount of advanced state amyloids (greater than human brain AD) [248]. A daily single dose of curcumin (500 ppm) administered for 5 months to transgenic mice significantly reduced the level of insoluble Aβ and Aβ plaques. In old female Sprague-Dawley rats, curcumin treatment decreased the rate of Aβ deposition and despite receiving an

61

intracerebroventricular infusion of Aβ, both pre- and post-synaptic protein levels increased by orally administrating 500 ppm curcumin for 2 months prior to Aβ infusion. It is interesting to note that very low dosage of curcumin was sufficient to reduce the level of insoluble and soluble Aβ, as well as plaque burden in mice cortex and hippocampus. However, for rats treated with high doses of curcumin, IL-1β and oxidised protein levels were reduced whereas no significant difference in Aβ deposition was observed thus indicating that the mechanism of action of curcumin had different dose requirements that could counterbalance each other at higher dosages [296].

In another study, the effectiveness of curcumin to alleviate Aβ-induced neurotoxicity was compared with ibuprofen in 22 month old Sprague-Dawley rat model [297]. In their study, infusion of lipoprotein carrier-mediated intracebroventricular was used to generate oxidative damage, synaptophysin loss and neuroinflammation and excess Aβ deposition. The dietary of 200 ppm curcumin suppressed oxidative stress and synaptophysin was maintained at normal level, while ibuprofen treatment did not yield the same result. The authors further demonstrated that a diet of 500 ppm curcumin thwarted Aβ-induced spatial memory deficits and Aβ deposition [297]. Recent evidence suggested the role of brain insulin receptors in the pathophysiology of dementia in Alzheimer’s disease. Based on this mechanism, researchers used streptozotcin to simulate the dementia symptoms in rat [298-300]. In a study using intracerebroventicular administered streptozotocin-induced dementia in rats, both pre- and post- treatment of curcumin (200 mg/kg) restored memory functions and brain insulin receptors [299]. In addition, curcumin treatment attenuated the streptozotocin-induced oxidative stress by reducing the acetylcholinesterase activity and enhancing GCH content in hippocampus and cerebral cortex [299]. These findings were supported by Awasthi et al., where the administration of curcumin (10, 20 and 50 mg/kg) to streptozotocin-induced memory impaired rats resulted in significant recovery of memory and attenuation of oxidative damage [300].

As it has been established, activated JNK is present in neurons and dystrophic neurites of both mice and brain AD models, which coincides with phosphorylation of protein insulin receptor substrate-1 (IRS-1) and tau, deposition of amyloid plaques and synapthophysin loss [301]. The treatment of 3xTg-AD mice with high-fat diet of DHA-rich fish oil or curcumin or a combination of both for 4 months suppressed the activities of JNK and phosphorylation of both IRS-1 and tau [302]. Administration of either curcumin or tetrahydrocurcumin to aged Tg2576 APPsw mice or lipopolysaccharide-injected wild-type mice reduced JNK activity and soluble Aβ accumulation [303]. Meanwhile, curcumin but not tetrahydrocurcumin had significant effect in the prevention of Aβ aggregation, which indirectly indicated that the presence of dienone bridge in curcumin was needed to reduce senile plaque deposition [303].

Recent studies demonstrated that curcumin increased lifespan and reduced Aβ neurotoxicity in invertebrate model systems [304, 305]. As demonstrated by Caesar et al., using a transgenic Drosophila model, up to 75% improved lifespan and locomotor activity was observed for curcumin-fed flies. Meanwhile contrary to the majority published results regarding the effect of curcumin on Aβ, in this study no significant reduction in Aβ deposition was detected following curcumin administration [304]. The authors reported that curcumin accelerated conversion of pre-fibrilllar to Aβ1–42 in treated flies, which ultimately resulted in reduced neurotoxicity.

Orally administered curcumin increased the glutathione-S-transferases levels in mouse liver. The increase was slight (1.4 folds) albeit a high dose (500 mg/kg/day) of curcumin was adminstered for 14 days [ 306]. Contrary, in another study, Piper et al. demonstrated that low concentrations of curcumin (25-50 mg/kg/day) were sufficient to generate the 1.5 folds increase in glutathione-S-transferases levels in rodent livers [307]. The effect of curcumin in combating the effect of aluminium (Al3+) in promoting lipid peroxidation, PKC and AChE activities as well as lowering superoxide dismutase, glutathione peroxidase, glutathione-S-transferases and Na+, K+-ATPase activities were studied in different animal models. In a study conducted by Sharma et al., curcumin treatment improved the activities of superoxide dismutase, glutathione peroxidase, glutathione-S-transferases in 10 and 24 month old Al-fed rats compared to control group in which the activities of the enzymes were significantly retarded by Al3+ [308]. In another study, Kaul and Krishnakanth reported more than 100% increase in Na+ and K+-ATPase activities in brain microsomes in curcumin-fed rats [309]. Meanwhile, Bala et al. suggested that the ability of curcumin to promote Na+, K+-ATPase activities was beneficial for the excitability of the aged neuronal tissue [310]. Ataie et al. showed

62

that intracerebroventricular administration of homocysteine (0.2 mmol) in rat brain increased malondialdenyde and superoxide anion levels, which subsequently led to lipid peroxidation, memory deficits and eventually cell death [311]. In their study, curcumin was used as a neuroprotective agent against oxidative stress and significantly improved the learning and memory deficits [311].

Curcumin alleviated the Al3+-induced oxidative damage and prevented mitochondrial dysfunction in rat brain [312]. As reported by the authors, administration of 50 mg/kg/alternate day of curcumin in conjuction with Al3+ (100 mg/kg/day) for a period of 8 weeks significantly normalized the altered activities of mitochondrial complexes and reduced the levels of glutathione in rat brain. For instance, the activities of NADPH dehydrogenase (complex I), succinic dehydrogenase (complex II) and cytochrome oxidize (complex IV) were lowered in three different regions of rat brain (cerebral cortex, mid brain and cerebellum). Curcumin is also reported to confer modulatory effects in Na+and K+-ATPase activities in brain microsomes. Researchers have found that phospholemman (PLM), a protein associated with Na+ and K+-ATPase, was abundant in selected area of central nervous system, thus suggesting the role of PLM to activate Na +and K+-ATPase activity [313]. Both Na+ and K+-ATPase are sensitive lipid peroxidation and since curcumin possessed antilipidperoxidative activity, it is believed that curcumin takes part in the activation process of Na+ and K+-ATPase. Owing to that, curcumin acted to counteract the Al3+-induced reduction of Na+ and K+-ATPase and to increase levels of protein kinase C (PKC) activities in adult and old rat brains [ 308]. The authors showed that co-administration of curcumin with Al3+ repressed the activities of phosphorylase kinase, protamine, PKC and AChE, while superoxide dismutase, glutathione peroxidase, glutathione-S-transferases and Na+, K+-ATPase levels were significantly elevated [308].

The role of curcumin as anti-oxidant and iron binding agent was compared with capsaicin and S-allylcysteine in Wistar rats [314]. Among them, curcumin had the highest oxidation potential (OP) (0.41V), followed by capsaicin (0.37V), ascorbic acid (0.012V) while S-allylcysteine did not show any anti-oxidant activity. However, when area under the curve (AUC) (proposed as a better parameter to measure total anti-oxidant) was taken into consideration, the activity of these compounds followed this decreasing trend: capsaicin (2.27 µC) > curcumin (0.19 µC) > ascorbic acid (0.45 µC) > S-allylcysteine (0 µC). Although ascorbic acid had lower AUC and OP values than capsaicin, ascorbic was more effective in scavenging DPPH radicals compared to capsaicin. Compared to capsaicin and S-allylcysteine, curcumin had the highest redox potential in reducing Fe2+ and QA-induced lipid peroxidation, which indicated that curcumin had stronger metal-ligand interaction and thus provided additional protection for redox cycling of iron and subsequently reduced lipid peroxidation. In terms of superoxide anion scavenging, the activity of curcumin is more significant compared to capsaicin and S-allylcysteine in scavenging the superoxide in rat brain homogenate regardless the used concentrations [314, 315]. The same authors also investigated the effects of curcuminoids (curcumin, demethoxycurcumin and bisdemethoxycurcumin) against Pb2+-induced neurotoxicity in male Wistar rats [315]. Rats co-incubated with Pb2+ and curcumin/demethoxycurcumin for 5 days had higher glutathione content and less oxidised proteins compared to the control groups. In addition, curcuminiods-treated rats retained the spatial reference memory as seen from their faster escape latencies [315].

Central administration of colchicines caused increased in ROS generation, cognitive dysfunction, microtubule dysfunction and loss of cholinergic neurons in brain [316, 317]. In a recent study, the effect of curcumin against colchicines-induced cognitive and oxidative stress was determined in Wistars rats and compared with rivastigmine treatment. In the study, colchicine (15 mg/mL) was administered intracerebroventricularly to induce cognitive dysfunction. Pre-treated rats with curcumin (100, 200 and 400 mg/kg twice a day) for a period of 28 days before induction with colchicines showed improved protection against colchicines-induced cognitive impairment by improving the glutathione levels and AChE activities as well as reducing lipid peroxidation in colchicine-treated rats. Surprisingly, the ability of curcumin to control colchicines-induced cognitive impairment specifically in terms of protecting against oxidative stress seemed more potent than rivastigmine [318].

CURCUMIN AND PDThe neuroprotective role of curcumin in PD is increasingly clear as seen in the published result of Pandey

et al., [50] which demonstrated the direct influence of curcumin on α-synuclein aggregation. In the presence of 1 mM Fe3+, curcumin conferred a dose-dependent inhibition on α-synuclein aggregation and simultaneously enhanced α-synuclein solubility [50]. It is also demonstrated that curcumin have the ability

63

to disperse/break preformed α-synuclein aggregates (Fig. 88). The authors further confirmed their in vitro findings with neuroblastoma cells and dopaminergic MN9D cells. However, it is unfortunate to note that the reduced α-synuclein aggregates were compensated with an increase of SDS-resistant oligomeric species, which could provoke counter-productivity [50]. In a recent study, curcumin alleviated the α-synuclein-induced cytoxicity in SH-SY5Y neuroblastoma cells by reducing the intracellular overexpression of α-synuclein and ROS generation [367]. Furthermore, the activation of caspase-3 was effectively inhibited and the signs of apoptosis were lessened [367]. In another independent study, using a different in vitro cell model, the effect of curcumin on α-synuclein also resulted in similar outcome. The addition of curcumin on an A53Y α-synuclein mutant PC12 inducible cell model of familial Parkinsonism attenuated the induction of cell death via reduction of intracellular ROS, mitochondrial dysfunction, cytochrome c release, caspase 3 and caspase 9 activation [368] (Fig. 88). Meanwhile, a novel chemically synthesized curcumin-glucoside analogue prevented both oligomer and fibril formation and yielded superior binding affinity towards α-synuclein oligomers in a dose dependent manner [369]. Furthermore, the same compound solubilized the oligomeric form of α-synuclein by disintegrating the preformed fibrils based on the observation of enhanced α-synuclein solubility upon curcumin-glucoside addition [369].

Several in vivo and in vitro studies employed 6-OHDA and MPTP models to mimic the experimental disease of PD; because these models recapitulate the essential pathological and biochemical trademarks of PD including oxidative stress, mitochondrial dysfunction and DA degeneration. Administration of natural phenolic anti-oxidants including curcumin in a 6-OHDA rat model significantly attenuated the loss of DA neurons in SN [370]. Pre-treatment of curcumin in 6-OHDA rats resulted in reduced DA neuron loss (21%) compared to control group (about 50%). The authors also showed that post-treatment of curcumin to lesion attenuated the loss of DA metabolites, dihydroxypenylacetic acid and homovanilic acid in the striata [ 370]. The neuroprotective action of curcumin against 6-OHDA-mediated toxicity is associated with its anti-oxidant behavior [48, 370]. MES23.5 cells treated with curcumin showed partial restoration of mitochondrial activities, remarkably enhanced expression of Cu-Zn superoxide dismutase and reduced intracellular ROS accumulation [48] (Fig. 88). In addition, the anti-oxidant action of curcumin was accompanied by the simultaneous inhibition of NFκB cytosol translocation to nucleus and subsequent inactivation of cell induced apoptosis genes such as p53 [48]. The anti-apoptotic feature of curcumin was further elucidated in a recent study by Jaisin et al., [371] which described the attenuation of p53 mediated apoptosis in SH-SY5Y cell lines using a 6-OHDA model. The prevention of 6-OHDA-induced DA loss and ROS generation by curcumin pre-treatment was dose-dependent, whereby cell viabilities in 20 μM curcumin and control group (without curcumin) was 92% and 59%, respectively. The protection conferred by curcumin against 6-OHDA toxicity was due to the inhibition of p53 phosphorylation and the restoration of balance between anti- and pro- apoptotic proteins of Bcl-2 family [371].

The findings of Chen et al. [49] clearly indicated that the molecular mechanism involved in the protection of curcumin against MPP+-induced apoptosis in PC12 cells is via Bcl-2-mitochondria-ROS-iNOS pathway. The survival rate of cells administered with 0.25 mmol/L curcumin and MPTP was 72% compared to only 45% cell viability in MPTP alone. The authors also found that the inhibition of ROS level and iNOS expression by curcumin is in tandem with the over expression and antagonization of anti-apoptotic protein, Bcl-2, thus suggesting a synergistic role of Bcl-2 in curcumin-induced protection [49]. Meanwhile, Rajeswari and Sabesan showed that DA depletion and enhanced monoamine oxidase-B (MAO) activity as a function of MPTP induced toxicity was attenuated with curcumin and tetrahydrocurcumin [372].

Studies have demonstrated that the activation of JNK signaling pathway induced by MPTP/MPP+

mediated-neurotoxicity and 6-OHDA lesion models in PD is involved in DA degeneration [373, 374]. Yu et al. found that curcumin inhibited JNK-mediated DA apoptosis induced by MPTP/MPP+ exposure in both C57BL/6N mice and SH-SY5Y cell models [375]. Curcumin alleviated the deficits behavior in mice as the locomotion and rearing frequencies of animals were enhanced. Additionally, neuron survival in mice was markedly improved while the activation of astrocytes was reduced using curcumin treatment. Both in vitro and in vivo models exhibited similar inhibitory effects of curcumin in the activation of JNK, c-Jun and caspase-3. Based on their findings, the authors suggested that in addition to anti-oxidant and anti-inflammatory properties, the intervention of curcumin in PD also involved complex regulatory of cell-induced apoptosis such as JNK pathway [375].

64

Dose-dependent neuropreventive activity of curcumin prior to PN-induced oxidative insult in spiral ganglion neurons had been observed in a study by Liu et al. [376]. Similar to previous findings, curcumin reduced apoptotic rate and expression of malonaldehyde while restoring the cellular levels of glutathione and superoxide dismutase. It should be noted that in their study, the upper limit of curcumin concentration was 15 μM as curcumin switched from anti- to pro-oxidant behavior, where enhanced PN-induced damage was observed beyond this concentration.

Curcumin is also effective against the complex I damage mediated by PN accumulation in mitochondria [45]. The pre-treatment of curcumin protected brain mitochondria against RNS exposure in vitro by direct detoxification and inhibition of 3-NT formation. It is suggested that curcumin protected complex I in vivo indirectly through the induction of glutamate-cysteine ligase expression and glutathione synthesis. The elevation in glutathione levels in concurrent administration of curcumin in N27 dopaminergic neurons served additional protection against RNS stress. The same group further elucidated the mechanism of curcumin action using both experimental (in vivo, in vitro) and dynamic biological simulation mitochondrial dysfunction models. Both in vivo and in vitro experimental data demonstrated that curcumin protected GSH against depletion and mitochondrial damage-mediated oxidative stress in neuron cells while simulations showed that curcumin induced glutathione synthesis via increased γ-GCL transcriptions [45, 46]. Thus, it is envisaged that the restoration of glutathione could be a preventive step to avoid the trigger of early pre-symptomatic PD. Bioconjugates of curcumin displayed improved neuroprotection activity (in terms of compensating the glutathione level) compared to curcumin [377]. For instance, the restoration of glutathione levels after pre- and post- treatment of glutamic acid derivative of curcumin were 83% and 136%, respectively compared to curcumin alone (78% and 127%). In addition, curcumin bioconjugates also demonstrated higher bioavailability and ROS scavenging capacity in PD [18, 377]. The same group took a step further to demonstrate that curcumin bioconjugates offered superior protection against PNS-mediated RNS stress and damage to brain mitochondria [18].

Although the anti-inflammatory properties of curcumin are well established, not many studies relate their effect in molecular basis on neuronal systems. Jung et al. [291] investigated the underlying effects of curcumin treatment on NO generations and related signaling pathways in primary microglial cells activated by inflammatory stimuli such as LPS [291]. Their findings could be summarized into: a) generation of NO was regulated through inhibition of JNK, p38 and NFκB signaling pathway, and b) compared to other macrophages and cell lines in brain, the concentration and inhibitory effect of curcumin in primary microglia cells is predominant, thus implying the potential therapeutic application of this compound in neurodegeneration diseases associated with inflammation. In addition to that, other studies also independently reported similar findings albeit employing different in vitro and in vivo models [292, 378, 379]. For instance, curcumin inhibited the generation of glutamate, OH -, prostaglandins and activation of pro-inflammatory cytokines in rat’s hypothalamus [379]. Meanwhile, coincidentally the effect of curcumin treatment prior to LPS induced DA toxicity in primary rat neuron/glia cells was dose dependent as its administration lessened the generation of pro-inflammatory genes as well [292].

Although most studies had described the beneficial effects of curcumin in PD, a few contradictory reports had shown that curcumin actually exacerbated the disease, notably in a study by Ortiz-Ortiz et al., [380] which showed higher apoptosis rate in N27 mesencephalic cells after co-incubation in curcumin and paraquat. Curcumin seemed to sensitize the cells to paraquat-induced apoptosis and instead acted as pro-oxidant to greatly enhance irreversible ROS production. In another study, the exposure of N27 mesencephalic cells to curcumin induced the over-expression of LKKR2 in a time dependent manner, which thus implicating curcumin in the PD pathogenesis [381].

THERAPEUTICS IMPACT OF CURCUMIN ON BRAIN TUMORSAnti-proliferative Effects of CurcuminTimiras et al. first reported the dose-dependent effect of curcumin in suppressing the proliferation of

glioma cells in vitro. Since then, emerging evidence is slowly consolidating the anti-proliferative effects of curcumin on primary brain tumor progression. The anti-proliferative effects of curcumin usually occur through its effect on cell cycles in particular the initiation of cell cycle arrest and activation of p53. The activation of pro-apoptotic signals such as caspase family and inhibition of anti-apoptotic genes (AP-1, NFκB, Bcl) is among the typical responses observed in tumor cells upon curcumin treatment. Consequently, the

65

down-regulated expression of NFκB-related genes including Bcl-2, MMP-9, cyclin D1, cyclooxygenase-2 and IL-6 initiates cell cycle arrest event, anti-proliferation and induction of apoptosis (Fig. 1010).

Dhandapani et al. investigated the effect of curcumin on sensitizing and suppressing the growth of human glioblastoma cells [52]. Several interesting key findings of their study include: a) the cell death induction effect by curcumin was independently through p53 and caspase upregulation, which effectively dodge the atypical stimuli by both p53 and caspase that exert increased the survival and chemoprotection to tumor cells, b) the binding activities of AP-1 and NFκB were decreased (where the constitutively over-expression of these genes is a marker in GBM), c) curcumin decreased the expression of genes which conferred chemoresistance such as IAP and Bcl family, and d) the expression of DNA repair enzymes (MGMT, Ku70, Ku80 and DNA-PKcs) believed to be involved in chemosresistance and radioprotection was inhibited by curcumin. The authors also demonstrated that curcumin treatment prior to radio-therapy managed to sensitize the aggressive radioresistant GBM, thus opening new window of possibilities via synergistic activities between curcumin and chemotherapeutic agents to maximize cell death [52]. Besides up-regulating the expression of p53 in U251 glioma cells, the initiation of G2/M cell cycle arrest also induced ING4 expression, a novel member of ING tumor suppressor family when curcumin was employed [54] (Fig. 1010).

In another study, curcumin reduced inherent resistance of human malignant GBM U87MG cells via inhibition of anti-apoptotic signals such as Bcl-2, IAPs and NFκB while simultaneously activated intrinsic and extrinsic caspase cascades, thus leading to tumor cell apoptosis [395, 396]. In addition, the authors found that the levels of cytochrome C and pro-apoptotic molecule Smac/Diablo released from mitochondria following curcumin treatment were increased. Both cytochrome C and Smac/Diablo are known mediators leading to apoptosis; where cytochrome C acts to activate caspase-9 while Smac/Diablo suppresses IAP expression in cytosol. The downregulation of Bcl-2 is implicated in curcumin-induced apoptosis and cell cycle arrest in G2/M phase. Luthra et al. took a step further to compare the effectiveness of curcumin and its curcuminoids derivatives (demethoxycurcumin and bisdemethoxycurcumin) in the treatment of human glioma U87 cells [397]. Similar to other published results, the authors showed that cascades of events leading to apoptosis, which involved anti-proliferation, chromatin condensation and DNA fragmentation was evident in curcumin, bisdemethoxycurcumin and demethoxycurcumin teatments, with the latter demonstrating superior activity compared to the other compounds. These compounds induced G2/M cell cycle arrest at micromolar concentration (12.5 μg/mL) after 24 h of administration. After 48 h, sub-G1 apoptotic fraction was evident for demethoxycurcumin while both curcumin and bisdemethoxycurcumin were still locked at G2/M arrest [397]. Dose-dependent apoptosis induced by demethoxycurcumin in human GBM 8401 cells is suggested to be linked to mitochondria- and caspase-dependent pathways [398]. The authors showed that demethoxycurcumin exerted cytotoxic effects on human GBM 8401 cells with IC50 of 22.71 μM. Similarly, the demethoxycurcumin treatment led to series of pro-apoptotic events, including induction of cell cycle sub-G1 arrest and DNA fragmentation, the activation of caspase and the loss of mitrochondrial membrane potential while the activity of NKκB remained dormant in human GBM 8401 cells [398].

Another type of programmed cell death is non-apoptotic autophagy, which is characterized by autophagic vacuoles in the cytoplasm. It was observed that although malignant glioma cells were very resistant to apoptosis, however they were susceptible to autophagy in response to anti cancer therapies. Aoki et al. demonstrated that curcumin induced G2/M cell cycle arrest and non-apoptotic autophagy in U87-MG and U373-MG cells [399]. The induction of autophagy was a result of Akt/mTOR/p7056K pathway inhibition and ERK pathway activation. In addition, curcumin also inhibited the growth of subcutaneous xenografts of tumor cells and induced autophagy. It is also interesting to note that the anti-tumor effect exerted by curcumin through autophagy was not caused by the inhibition of NFκB. Studies showed that poorly differentiated glioma-initiating cells were responsible for self-renewal and recurrence of GBM. Meanwhile, curcumin is shown to activate autophagy and induce differentiation cascade in glioma-initiating cells in vitro and in vivo, followed by decreased self-renewal and clonogenic ability [400] (Fig. 1010).

Suppression of Glioma Cells Invasion to Neighboring Normal Cells The infiltration of glioma cells to surrounding normal cells is mediated by the abnormal expression of

MMP. Therefore, it is conceivable that the compounds which could inhibit or suppress MMP expression and 66

corresponding upstream regulatory pathways would be used in the treatment of brain tumors. The suppression of MMP-9 expression in phorbol ester induced human astroglioma cells via inhibition of PKC and MAPK signaling pathways was exerted by curcumin [401]. The same group further revealed the broad-spectrum inhibitory behavior of curcumin, as the activities of other MMPs (-1, -3 and -14) molecules were simultaneously repressed in tandem with curcumin administration, which indirectly pointed out the reason glioma invasion was significantly restricted by curcumin. The suppressed expressions of these genes were a direct result of inhibition of the modulator, AP-1 transcriptional activities, by curcumin [402].

To date, studies on the in vivo efficacy of curcumin on primary brain tumors are selectively few. The in vivo inhibitory effects of curcumin had been established on other cancers such as skin, lymphomas/leukemia, colon and liver. The first report consolidating the anti-tumor role of curcumin in vivo was pioneered by Perry et al., [403]. The authors showed that the pre- and post- administration of curcumin exhibited significant anti-tumor effects with slower tumor growth and improved survival time of immune-compromised mice. In particular, the mechanism of its action in vivo was via the decrease of gelatinolytic activities of matrix metalloproteinase-9 (MMP-9). In addition, curcumin down-regulated CD31and CD105 mRNA (two endothelial cell marker from newly formed vessels) and reduced the content of hemoglobin in glioma cells. It was also noted that curcumin could penetrate easily through the tight junction of BBB, thus suggesting the partial reason contributing to its anti-tumor affect regardless of in vitro or in vivo model [403]. Meanwhile, Zanotto-Filho et al. reported their attempt to regulate the anti-glioma activity of curcumin using immune-competent rats [404]. Intraperitoneal administration of curcumin (50 mg/kg/day) decreased up to 80% brain tumors in rats with negligible damages observed in tissues (transaminases, creatinine, alkaline phosphatase). Furthermore, metabolic (cholesterol and glucose), oxidative and hematological toxicity was not detectable post-treatment of curcumin. In accordance with previous studies, curcumin affected in vitro the activation of P13K/AKT and NFκB pathways, inhibited the Bcl-2 expression and induced mitochondrial dysfunction in a p53 and PTEN independent manner [404].

LIMITATIONS OF CURCUMINBioavailability of Curcumin in Animals and HumanThe low bioavailability of curcumin is a major drawback, which hampers its development as an effective

therapeutic agent. Over the years, extensive research had provided insights for poor curcumin bioavailability in vivo, including low absorption and serum levels, high metabolizing rate and rapid systemic clearance as confirmed in countless orally administered curcumin in human and animal models [405-407]. Relatively high number of reports had shown that plasma concentrations of curcumin administered via oral or intraperitoneal route were very low, typically in the nanomolar range (Table 44). The first bioavailability, distribution and excretion of curcumin study using Spague-Dawley rats appeared in 1978 by Wahlstrom and Blennow [405]. It was concluded that the content of curcumin in rat’s blood plasma was negligible even though excess amount of curcumin (up to 1 g/kg) was administered orally. More than 75% of curcumin were excreted into the feces while traces amount was found in urine, which indirectly showed that the gut (caecum) of rat had poor curcumin absorption capability. In addition, no apparent side effects were observed on the rats even though high doses (5 g/kg) were administrated. In another separate study, Holder et al. attempted to increase the bioavailability of curcumin through intraperitoneal administration approach into mice [408]. However, this approach did not yield significantly improved results as 75% and >10% of curcumin were found in mice feces and bile, respectively [408]. In 1980, Ravindranath and Chandrasekhara showed that although 400 mg of curcumin was orally administered to rats, the presence of curcumin was not detected in heart blood while only traces amount of curcumin was present in portal blood (< 5 μg/mL), liver and kidney (< 20 μg/tissue) after 15 min to 24 h of administration [406]. Using radiolabeled curcumin, the same group further examined the metabolism route of curcumin with doses ranging from 10 to 400 mg. The radioactivity was the highest in the blood and followed by liver and kidney [409]. The major elimination route was found to be through feces and almost none was found in urine. At low doses (10 and 80 mg) of [3H]-curcumin, almost all labeled-curcumin was excreted within 72 h while considerable amount of the high dosage (400 mg) of labeled curcumin were retained in tissue for 12 days [409]. The pharmacokinetics of curcumin in mice was compared using either oral or intraperitoneal administration [410]. With the administration of curcumin orally at 0.1 g/kg, the level of curcumin in plasma reached the highest concentration (0.22 μg/mL) at 1 h; then dramatically decreased to below 5 ng/mL within 6 h. Surprisingly,

67

when curcumin administered through intraperitoneal (0.1 g/kg), the curcumin in plasma concentration reached maximal at 2.25 μg/mL but decreased rapidly within 1 h. Meanwhile, the distribution of curcumin was mainly concentrated in intestine (>100 μg/g), followed by spleen (26.1μg/g), liver (26.9 μg/g), kidney (7.5 μg/g) and brain tissue (0.4 μg/g) [410]. Later, Perkins et al. evaluated the pharmacokinetics of curcumin administered to Min/+ mouse model of FAP either through dietary or via intraperitoneal route as a single dose of radiolabeled curcumin. The small intestinal mucosa contained different levels of curcumin ranging from 39 to 240 nmol/g, but curcumin level in plasma was almost below the detection limit (5 pmol/mL) [411]. A recent report by Yang et al. showed that the maximal curcumin level in serum was 0.36 ± 0.05 µg/mL when 10 mg/kg of curcumin was given to rats through intravenous administration compared to a mere 0.06 ± 0.01 µg/mL curcumin in serum level when administered orally although the dose was 50 folds higher in oral administration [412]. Based on the results of these studies, it is clear that administration route plays important in serum level of curcumin, in which curcumin bioavailability is much lower when administered orally compared to intraperitoneal and intravenous routes.

Clinical trial studies demonstrated that low systemic bioavailability of curcumin is observed in human following oral administration; attributable to the high metabolic rates of liver and intestine in which the dosages of curcumin ranging between 5-50 μM were rapidly cleared from gastrointestinal systems within few hours after administration. The first phase I clinical trial to study the toxicology, pharmacokinetics and biological effects of curcumin on human were conducted with 25 patients with high risk or pre-malignant lesions [407]. Patients were initially administered with the starting dose of 500 mg/day of curcumin and if no apparent toxicity occurred, increments in dosage were done step-wise in the order of 1000, 2000, 4000, 8000 to 12000 mg/day. However, the planned increment to 12000 mg/day was not carried out as the bulk volume of curcumin was not well tolerated in the patients beyond 8000 mg/day dose. The serum concentrations of curcumin were the highest for the first 2 h and gradually decreased within 12 h. The average curcumin concentrations after oral intake of 4000 mg, 6000 mg and 8000 mg were 0.51 ± 0.11 μM, 0.63 ± 0.06 μM and 1.77 ± 1.87 μM, respectively. Their main finding showed that oral intake of up to 8000 mg/day curcumin for 3 months is well tolerated by patients [407].

Sharma et al. conducted a pilot study of colorectal cancer patients with Curcuma extract which contained 36–180 mg curcumin in proprietary capsule for 4 months. Neither curcumin nor its metabolites were detected in the plasma, blood and urine up to 29 days of oral intake treatments. However, traces of curcumin and curcumin sulfate were detected in feces. Their study showed that the administration of 36 mg curcumin for 29 days resulted in 59% decrease in glutathione S-transferase activity while the level of oxidative DNA adduct-3-(2-deoxy-β-di-erythro-pentafuranosyl)-pyr[1,2-α]-purin-10(3H) one (M1G) was constant throughout the experiment. Their results suggested that the tolerated dose of curcumin in patients was 2.2 g/day of Curcuma extract, which is equivalent to 180 mg of curcumin [413].

In another study, the daily oral intake of 3600 mg curcumin by colorectum cancer patients was shown to be sufficient to elicit pharmacological effect as measured by the effect on M1G and cyclooxygenase-2 (COX-2) expression. In their clinical report, patients with colorectal cancer ingested daily doses of 450, 1800 and 3600 mg curcumin for a week prior to surgery. The level of M1G decreased from 4.8 ± 2.9 to 2.0 ± 1.8 adducts per 107 nucleotides in malignant colorectal tissues for patients ingesting 3600 mg curcumin. In concurrent with other clinical reports, the curcumin and its metabolites in plasma were unquantifiable even after administrating a dose as high as 3600 mg. This further supported the hypothesis of low systemic curcumin bioavailability when administered orally. It should be noted that while ingested curcumin is cleared rapidly, which is considered disadvantageous, however the amount of administered curcumin (3600 mg daily) conferred sufficient anti-oxidant activity in human intestinal tract to result in pharmacodynamic changes corresponding to intestinal chemopreventions [414, 415].

DNA Damage and Chromosomal AlterationsCurcumin is known to exert chemopreventive activities towards a wide spectrum of cancer cell lines,

usually active in various stages such as cell proliferation, metastasis and angiogenesis [61]. Unfortunately, recent accumulating studies have in fact pointed to the contrary and damaging effects, raising concern regarding the safety of curcumin. In the light of study by Goodpasture and Arrighi, it hinted on the possibility of curcumin being harmful to certain mammalian cells by inducing chromosome deviations at concentrations as low as 10 μg/mL [420]. Several in vitro and in vivo studies have since then shed light on

68

DNA damage and chromosomal mutations induced by curcumin at concentrations near to those that exerted pharmacological and chemopreventive effects [421-423]. It is becoming increasingly clear that curcumin exhibited both conflicting pro- and anti- oxidants properties as evident from their stimulation of quercetin-induced nuclear DNA damage, lipid peroxidation and protein damage, which was escalated in the presence of Cu or Fe [424]. It was further exemplified from the study by Ahsan and Hadi whereby in the presence of Cu2+, curcumin bound and caused strand scission in DNA. They showed that curcumin directly produced ROS such as H2O2, O2

- and OH- which were responsible in DNA cleavage activities [423]. Kelly et al. reported similar findings which highlighted DNA damage in Jurkat T-lymphocytes by curcumin which were linked to series of mechanisms involving the generation of ROS [425]. In another study, DNA fragmentation and base damage was induced by curcumin in concurrent presence of Cu and isozymes of cytochrome p450 (CYP) present in lung, lymph, liver and skin [421]. The damage was possibly due to O-demethylation of curcumin to form O-demethyl curcumin radicals as catalyzed by CYP which in turns, with Cu, forms DNA-damaging Cu+-hydroperoxo complex [421]. Meanwhile, Yoshino et al. reported the formation of copper-dependent 8-hydroxy-deoxyguanosine in response to curcumin, which is believed to be the cause of DNA damage and apoptotic cell death [426]. Evidence from a study conducted by Cao et al. showed the damages of both DNA and mitochondrial genomes in human hepatoma G2 cells induced by curcumin were dose-dependent in which the damage was more pronounced in mitochondria [266]. The hypothesis regarding the dual conflicting roles of curcumin in carcinogenesis is further strengthened from their study as the lack of DNA damage was observed at low curcumin dose while elevated oxidative stress, DNA damage and the onset of cell death was evident at higher concentration of curcumin. It was suggested that the elevation of ROS and lipid peroxidation levels generated directly or indirectly by curcumin is possibly responsible for the deteriorating states of DNA in human hepatoma G2 cells [266]. Meanwhile, Strasser et al. confirmed that curcumin increased the ROS level in U937 cells [427]. Recently, Li et al. demonstrated that relatively low concentrations of curcumin elicited significant increase in induction of DNA damage in lung epithelial cells [428].

These negative and damaging effects of curcumin demonstrated by numbers of studies seemed to share a common trait: elevated levels of ROS that serves as promoter to carcinogenesis. This suggestion was made based on the following facts: (a) cancer cells had elevated level of ROS compared to normal cells, (b) malignant phenotype of cancer cells can be reversed by lowering the cellular level of ROS and (c) the presence of ROS induces cell malignant transformation. This effect is visible only when high concentration of curcumin was used while at lower concentration, curcumin still behaves as a potential anti-oxidant agent. It is known that α,β-unsaturated ketone in curcumin reacts covalently with the thiol groups of cysteine residues of proteins through a reaction Michael addition. This could answer the reason why curcumin generates ROS by irreversibly modifying the anti-oxidant enzyme thioredoxin reductase, inducing topoisomerase II-mediated DNA damage and inactivating the tumor suppressor protein.

Curcumin MetabolitesNumbers of reports demonstrated that curcumin could be subjected to conjugations such as sulfation and

glucuronidation in different types of tissues. In 1980, Ravindranath and Chandrasekhara, sulphate conjugates and glucuronide were found in the mice’s urine after oral administration of 400 mg curcumin. Glucuronide concentration was maintained at high level for more than six days and unirary sulfate level was higher than normal level for more than 40 days [406]. According to Holder et al., glucuronides, tetrahydrocurcumin and hexahydroxycurcumin were the major billiary metabolites of curcumin in mice [408]. Later, Pan et al. proposed the possibility of biotransformation and metabolites of curcumin based on mice model. Glucuronide conjugates such as curcumin-glucuronoside, dihydrocurcumin-glucuronoside and tetrahydrocurcumin-glucuronoside as well as tetrahydrocurcumin were the major metabolites of curcumin in mice model [410] (Fig. 1111). These results were in agreement with those of Ireson et al., who studied the metabolites of curcumin in human and rats [429, 430]. In addition to tetrahydrocurcumin and hexahydroxycurcumin, Hoehle et al. found that octahydrocurcumin is another formation of reductive metabolites of curcumin in rat liver tissue whereby male rats had higher level of ctahydro-curcumin compared to female rats [431].

69

FUTURE OUTLOOK OF CURCUMIN IN NEURO-DEGENERATIVE DISEASESThe accolade and credentials of curcumin as a multi-functional therapeutic compound in

neurodegenerative diseases, cardiovascular, malignancies and other diseases have been supported by extensive published studies over the few decades. The therapeutic effects of curcumin were further strengthened in epidemiological evidences in curcumin-consuming populations such as India whereby long term consumption of curcumim showed remarkably lower incidence rate of neurodegenerative cases. The outcomes of numerous laboratory data performed in in vivo and in vivo studies have made it clear that curcumin also posed minimal toxicity towards neuronal cells. Although experimental laboratory results seem very promising, data on human clinical trial is limited. Data collected from numerous studies over the last thirty years stated that a multi-targeted and pleotropic therapy showed higher success in curing neurodegenerative diseases as opposed to a mono-targeted therapy. For instance, in the case of treating AD and PD, therapeutic strategies earmarked include compounds with anti-inflammatory, anti-amyloid deposition and anti-oxidant properties. In addition, these compounds should be tolerable (non-toxic) even in high doses, orally available, low cost and easily accessible. As a result, compounds with multiple cellular targets such as curcumin become the subject of intense research works. As mentioned in the review, curcumin could modulate multiple signaling pathways involved in virtually most neurodegenerative diseases and effectively treat neurodegenerative diseases as an improved therapeutic modality. Secondly, curcumin could easily cross the tight junction of BBB as this is important to ensure effective pharmacokinetic actions in CNS. Thirdly, low bioavailability and pre-mature degradation of curcumin resulting in sub-therapeutic levels remains the main disadvanteges of curcumin therapy that poses great challenges to date. As discussed in the review, several studies have showed that curcumin is insoluble in aqueous solution, extremely unstable in alkaline condition, easily degraded and metabolized by human body. Recent trend showed a large surge of scientific data reporting the conversion of water-insoluble curcumin into nano-sized particles, which greatly improved curcumin’s solubility and consequently its bioavailability in vivo [432, 433]. Significant improvement in cell uptake and longer circulation time of curcumin in human is achieved via coating with special biopolymers [434]. As majority of therapeutic data of curcumin are based on in vitro and in vivo model, more extensive and well-controlled human trials should be established to accurately determine its optimal administration dose, route of administration and interactions with different organs.

Куркумин's Нейропротекторной эффективности в модели Drosophila Идиопатической болезни Паркинсона болезнь - это конкретные фазы: последствия его терапевтической эффективности.

Селективная дегенерация дофаминергических нейронов в substantia nigra лежит в основе основными двигательными нарушениями Паркинсона болезнь. Куркумин был использован на протяжении веков в традиционной медицине в Индии. Наша цель состоит в том, чтобы понять эффективность genotropic препарата куркумин в качестве нейропротектора в Паркинсона болезнь. Анализ различных стадий развития модельных организмов показало, что они характеризуются разные паттерны экспрессии генов, которая аналогична стадии развития человека. Genotropic препараты будут эффективны только в течение этих этапов жизненного цикла которых их молекулы-мишени. Следовательно, существует вероятность того, что цели genotropic соединения, такие как куркумин , не могут присутствовать на всех этапах жизни. Однако никаких Сообщений доступны в Паркинсона болезнь модели, иллюстрирующие эффективность куркумина на более поздних этапах взрослой жизни, что важно, поскольку это период, когда поздним расстройства, такие как идиопатическая болезнь Паркинсона болезнь . Для понимания этой парадигмы мы протестировали защитную эффективность куркумина в разных стадиях роста (рано, поздно здравоохранения этапа и перехода фазы) во взрослой мухи Дрозофилы и результаты показали, что он может спасти мотор дефектов на ранних стадиях жизни, но неэффективна на более поздних этапах. Это наблюдение было подтверждено вывод о том, что куркумин лечения, которые могли бы пополнить истощившиеся мозге уровень дофамина в Паркинсона болезнь модель только на ранних стадиях жизненного цикла, явно свидетельствующие о его ограничения как лечебное средство в конце наступление нейродегенеративных расстройств, таких как болезнь Паркинсона и болезнь.

Rejuvenation Res. 2014 Sep 19. [Epub ahead of print]70

Curcumin's Neuroprotective Efficacy in Drosophila Model of Idiopathic Parkinson's Disease is Phase Specific: Implication of its Therapeutic Effectiveness.

Phom L1, Achumi B, Alone DP, Muralidhara M, Yenisetti SC. 1Nagaland University, Zoology, Lumami, nagaland, India ; lim_angh@yahoo.co.in.Selective degeneration of dopaminergic neurons in the substantia nigra underlies the basic motor

impairments of Parkinson's disease. Curcumin has been used for centuries in traditional medicines in India. Our aim is to understand the efficacy of genotropic drug curcumin as a neuroprotective agent in Parkinson's disease. Analysis of different developmental stages in model organisms revealed that they are characterized by different patterns of gene expression which is similar to that of developmental stages of human. Genotropic drugs would be effective only during those life cycle stages of which their target molecules are available. Hence there exists a possibility that targets of genotropic compounds such as curcumin may not be present in all life stages. However no reports are available in Parkinson's disease models illustrating the efficacy of curcumin in later phases of adult life which is important as this is the period when late onset disorders such as idiopathic Parkinson's disease set in. To understand this paradigm we tested the protective efficacy of curcumin in different growth stages (early, late health stage and transition phase) in adult Drosophila flies and results showed that it can rescue the motor defects during early stages of life but is ineffective at later phases. This observation was substantiated with the finding that curcumin treatment could replenish depleted brain dopamine levels in Parkinson's disease model only during early stages of life cycle, clearly suggesting its limitation as a therapeutic agent in late onset neurodegenerative disorders such as Parkinson's disease.

Липосомальные-сформулированы куркумин [Lipocurc™] таргетинга HDAC (гистондеацетилазы) предотвращает апоптоз и улучшает моторные дефициты в парке 7 (DJ-1)-нокаут крысиной модели болезни Паркинсона, заболевания: последствия для эпигенетика на основе нанотехнологий-driven препарата платформы.

Сходящийся доказательства свидетельствуют о том, двухполярных эпигенетика в плане гистон-опосредованной ацетилирование/деацетилирование дисбаланс в Parkinson disease (PD). Таргетинг гистондеацетилазы (HDAC) в выживаемость нейронов и нейропротекция может быть полезным в лечении и профилактике нейродегенеративных расстройств. Несколько фармакологических исследованиях используются трансгенные модели PD охарактеризовать нейропротекция действия соединений свинца как известно, цель HDAC в мозг.

Методы: В нашей работе изучено нейропротекторное действие липосомальных-сформулированы куркумин:

Lipocurc™ таргетинга ингибитора HDAC в DJ-1(парк 7)-ген-нокаут крыса модель PD. Группа I (DJ-1-KO-Lipocurc™) получил Lipocurc™ 20 мг/кг в / в 3 раза в неделю в течение 8 недель; группа II: DJ-1 KO управления (DJ-1 ко-PBS), полученные И.В. фосфат-буферизованный физиологический раствор (PBS). III группа: DJ-1-дикий Тип (DJ-1 WT-PBS), полученные PBS. Мы мониторинг различных компонентов моторного поведения, rotarod, дискинезия, и открытое поле " поведение, как на базовом, так и на регулярной основе. К концу 8 недели, мы измерили апоптоза нейронов и дофамина (DA) нейрон-специфической тирозин гидроксилазы уровней иммунохимические методы в post-mortem.

Результаты: Мы обнаружили, что диджей-KO I и II групп, по сравнению с DJ-1 мас группы, выставлены средней

степени тяжести двигательных нарушений на rotarod тест. Lipocurc™ лечения улучшение двигателя, поведение и двигательные нарушения в большей степени, чем PBS лечения. Там было помечено апоптоза в DJ-1 мас группы. Lipocurc™ значительно заблокирован апоптоза нейронов: апоптозного индекса DJ-1-KO-Lipocurc™ группа была заметно снижена по сравнению с диджей-KO-группы PBS (3.3 vs 25.0, p<0,001). Мы нашли предварительные данные Lipocurc™ стимулировали DA нейронов в substantia nigra. Соотношение незрелых в зрелые DA нейронов в substantia nigra был статистически выше в DJ-1-KO-Lipocurc™ группы (p<0,025).

71

Выводы: Мы продемонстрировали впервые Lipocurc™'s anti-apoptotic и нейротрофический эффекты в theDJ-

1-KO крыса модель PD. Наши многообещающие результаты требуют рандомизированное контролируемое испытание Lipocurc™ в переводе романа на основе нанотехнологий эпигенетика-driven лекарств платформы в сторону эффективных терапевтических средств в PD.

J Complement Integr Med. 2013 Nov 7;10. pii: /j/jcim.2013.10.issue-1/jcim-2013-0020/jcim-2013-0020.xml. doi: 10.1515/jcim-2013-0020.

Liposomal-formulated curcumin [Lipocurc™] targeting HDAC (histone deacetylase) prevents apoptosis and improves motor deficits in Park 7 (DJ-1)-knockout rat model of Parkinson's disease: implications for epigenetics-based nanotechnology-driven drug platform.

Chiu S, Terpstra KJ, Bureau Y, Hou J, Raheb H, Cernvosky Z, Badmeav V, Copen J, Husni M, Woodbury-Farina M.

Converging evidence suggests dysregulation of epigenetics in terms of histone-mediated acetylation/deacetylation imbalance in Parkinson's disease (PD). Targeting histone deacetylase (HDAC) in neuronal survival and neuroprotection may be beneficial in the treatment and prevention of neurodegenerative disorders. Few pharmacological studies use the transgenic model of PD to characterize the neuroprotection actions of a lead compound known to target HDAC in the brain.

METHODS: In our study, we investigated neuroprotective effects of liposomal-formulated curcumin: Lipocurc™

targeting HDAC inhibitor in the DJ-1(Park 7)-gene knockout rat model of PD. Group I (DJ-1-KO-Lipocurc™) received Lipocurc™ 20 mg/kg iv 3× weekly for 8 weeks; Group II: DJ-1 KO controls (DJ-1 KO-PBS) received i.v. phosphate-buffered saline (PBS). Group III: DJ-1-Wild Type (DJ-1 WT-PBS) received PBS. We monitored various components of motor behavior, rotarod, dyskinesia, and open-field behaviors, both at baseline and at regular intervals. Toward the end of the 8 weeks, we measured neuronal apoptosis and dopamine (DA) neuron-specific tyrosine hydroxylase levels by immunohistochemistry methods at post-mortem.

RESULTS: We found that DJ-KO Group I and Group II, as compared with DJ-1 WT group, exhibited moderate degree

of motor impairment on the rotarod test. Lipocurc™ treatment improved the motor behavior motor impairment to a greater extent than the PBS treatment. There was marked apoptosis in the DJ-1 WT group. Lipocurc™ significantly blocked neuronal apoptosis: the apoptotic index of DJ-1-KO-Lipocurc™ group was markedly reduced compared with the DJ-KO-PBS group (3.3 vs 25.0, p<0.001). We found preliminary evidence Lipocurc™ stimulated DA neurons in the substantia nigra. The ratio of immature to mature DA neurons in substantia nigra was statistically higher in the DJ-1-KO-Lipocurc™ group (p<0.025).

CONCLUSIONS: We demonstrated for the first time Lipocurc™'s anti-apoptotic and neurotrophic effects in theDJ-1-KO rat

model of PD. Our promising findings warrant randomized controlled trial of Lipocurc™ in translating the novel nanotechnology-based epigenetics-driven drug discovery platform toward efficacious therapeutics in PD.

Еда, нутригеномика, и нейродегенерации--нейропротекция по тому, что вы едите!Диета в здоровье человека-это не просто питание, но в свете последних исследований, особенно

нутригеномика, он связан посредством эволюции и генетики в ячейку состояние здоровья способные модулировать апоптоз, детоксикации, и соответствующий ген ответ. Нутритивная недостаточность и болезни, особенно недостаток витаминов и минералов, хорошо известно, но совсем недавно эпидемиологические исследования указывают на роль фруктов и овощей, а также незаменимые жирные кислоты и даже красное вино (французский парадокс), в защите от болезней. В начале 1990-х годов, различных исследовательских групп начали с учетом использования антиоксидантов (напр., мелатонин, ресвератрол, зеленого чая, липоевая кислота) и метаболических соединений (напр., никотинамид, ацетил-L-карнитин, креатин, коэнзим Q10), как возможных кандидатов в нейропротекции. Они были, конечно, рассматривается наравне с " змеиное масло " продавец (женщины). Положительные действия пищевых добавок, минералов и растительных экстрактов в

72

болезни профилактика сейчас мейнстрима и коммерческой здоровья утверждения являются предметом правового регулирования в большинстве стран. Помимо эффективности, и найдя правильных дозах, безопасности, и, особенно, степень очистки и отсутствие загрязнения-все это вопросы, которые являются важными, так как их массовое использование. С механистической точки зрения, большую часть времени эти вещества восполнения в организме дефицита и восстановления нормальной функции. Однако, они также оказывают действия, которые не sensu stricto питательные и могут быть рассмотрены Фармакологические особенности, которые, порой, выше, чем Рекомендуемая доза (RDA) необходимо, чтобы увидеть эти эффекты. Свободные радикалы и нейровоспаление процессы лежат в основе многих нейродегенеративных условиях, даже Болезнь Паркинсона болезнь Альцгеймера, болезнь. Куркумин, каротины, ацетил-L-карнитин, коэнзим Q10, витамин D, полифенолы и другие нутрицевтики имеют потенциал к нескольким пути в этих условиях. В резюме, приумножения путей нейропротекции с помощью диеты и поиск новых природных веществ, которые могут быть более эффективными, т.е., индукция, способствующих укреплению здоровья, генов и снижение экспрессии заболевания-содействие генов, могут быть включены в нейропротективные стратегии будущего.

Mol Neurobiol. 2013 Oct;48(2):353-62. doi: 10.1007/s12035-013-8498-3. Epub 2013 Jun 28.Food, nutrigenomics, and neurodegeneration--neuroprotection by what you eat!Virmani A1, Pinto L, Binienda Z, Ali S.Author information 1Research, Innovation and Development, Sigma-tau SpA, Via Pontina km 30,400, 00040, Pomezia,

Rome, Italy, ashraf.virmani@sigma-tau.it.AbstractDiet in human health is no longer simple nutrition, but in light of recent research, especially

nutrigenomics, it is linked via evolution and genetics to cell health status capable of modulating apoptosis, detoxification, and appropriate gene response. Nutritional deficiency and disease especially lack of vitamins and minerals is well known, but more recently, epidemiological studies suggest a role of fruits and vegetables, as well as essential fatty acids and even red wine (French paradox), in protection against disease. In the early 1990s, various research groups started considering the use of antioxidants (e.g., melatonin, resveratrol, green tea, lipoic acid) and metabolic compounds (e.g., nicotinamide, acetyl-L-carnitine, creatine, coenzyme Q10) as possible candidates in neuroprotection. They were of course considered on par with snake oil salesman (women) at the time. The positive actions of nutritional supplements, minerals, and plant extracts in disease prevention are now mainstream and commercial health claims being made are subject to regulation in most countries. Apart from efficacy and finding, the right dosages, the safety, and especially the level of purification and lack of contamination are all issues that are important as their use becomes widespread. From the mechanistic point of view, most of the time these substances replenish the body's deficiency and restore normal function. However, they also exert actions that are not sensu stricto nutritive and could be considered pharmacological especially that, at times, higher intake than recommended (RDA) is needed to see these effects. Free radicals and neuroinflammation processes underlie many neurodegenerative conditions, even Parkinson's disease and Alzheimer's disease. Curcumin, carotenoids, acetyl-L-carnitine, coenzyme Q10, vitamin D, and polyphenols and other nutraceuticals have the potential to target multiple pathways in these conditions. In summary, augmenting neuroprotective pathways using diet and finding new natural substances that can be more efficacious, i.e., induction of health-promoting genes and reduction of the expression of disease-promoting genes, could be incorporated into neuroprotective strategies of the future.

Куркумин улучшает нейродегенеративные патологии в A53T α-synuclein клеточной модели болезни Паркинсона болезнь через подавление mTOR/p70S6K сигнализации и восстановление macroautophagy.

Паркинсона болезнь (PD) - это патологически характеризуется наличием α-synuclein положительные интрацитоплазматическая включений. Миссенс-мутации, A53T α-synuclein тесно связанные с наследственными, раннего начала ПД. Накапливающиеся данные свидетельствуют, что

73

патологическое накопление A53T α-synuclein белка будет волновать себя эффективно и, как правило, деградированных через свой обычный путь деградации, macroautophagy-лизосом пути, поэтому токсическое воздействие на нейрон будет усугубляться. Основываясь на этот факт, мы показали в этом исследовании, что A53T α-synuclein гиперэкспрессия ухудшает macroautophagy в SH-SY5Y клеток и upregulates mammalian target of rapamycin (mTOR)/p70 рибосомного белка S6 киназы (p70S6K) сигнализации, классический подавляющей пути аутофагии. Мы также обнаружили, что куркумин, натуральный смесь, полученная из карри пряность куркума и с низкой токсичности для нормальных клеток, может эффективно уменьшить накопление A53T α-synuclein через снижение экспрессии mTOR в/p70S6K сигнализации и восстановление macroautophagy, которое было подавлено. Эти находки позволили предположить, что в регуляции mTOR/p70S6K сигнализации может быть участником накопления A53T α-synuclein белка, связанного с болезнью Паркинсона. Между тем куркумин может быть кандидатом нейропротектора, побуждая macroautophagy, и необходимо дальнейшее расследование путем клинического применения у пациентов, страдающих болезнью Паркинсона заболевания.

J Neuroimmune Pharmacol. 2013 Mar;8(1):356-69. doi: 10.1007/s11481-012-9431-7. Epub 2013 Jan 17.Curcumin ameliorates the neurodegenerative pathology in A53T α-synuclein cell model of Parkinson's

disease through the downregulation of mTOR/p70S6K signaling and the recovery of macroautophagy.Jiang TF1, Zhang YJ, Zhou HY, Wang HM, Tian LP, Liu J, Ding JQ, Chen SD. 1Department of Neurology & Institute of Neurology, Ruijin Hospital Affiliated to Shanghai Jiaotong

University School of Medicine, Shanghai 200025, China.Parkinson's disease (PD) is pathologically characterized by the presence of α-synuclein positive

intracytoplasmic inclusions. The missense mutation, A53T α-synuclein is closely related to hereditary, early-onset PD. Accumulating evidences suggest that pathological accumulation of A53T α-synuclein protein will perturb itself to be efficiently and normally degraded through its usual degradation pathway, macroautophagy-lysosome pathway, therefore toxic effects on the neuron will be exacerbated. Based on the above fact, we demonstrated in this study that A53T α-synuclein overexpression impairs macroautophagy in SH-SY5Y cells and upregulates mammalian target of rapamycin (mTOR)/p70 ribosomal protein S6 kinase (p70S6K) signaling, the classical suppressive pathway of autophagy. We further found that curcumin, a natural compound derived from the curry spice turmeric and with low toxicity in normal cells, could efficiently reduce the accumulation of A53T α-synuclein through downregulation of the mTOR/p70S6K signaling and recovery of macroautophagy which was suppressed. These findings suggested that the regulation of mTOR/p70S6K signaling may be a participant of the accumulation of A53T α-synuclein protein-linked Parkinsonism. Meanwhile curcumin could be a candidate neuroprotective agent by inducing macroautophagy, and needs to be further investigated by clinical application in patients suffering Parkinson's disease.

Куркумин ингибирование JNKs предотвращает дофаминергических нейронов потери в мышиной модели болезни Паркинсона, болезни путем подавления дисфункции митохондрий.

Куркумин,натуральный полифенол, полученный из куркумы,была вовлечена быть нейропротекторное в различных нейродегенеративных расстройств, хотя механизм остается малоизученной. Результаты последних экспериментов показали, что куркумин может защитить дофаминергические нейроны от апоптоза в 1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридина (МФТП) в мышиной модели болезни Паркинсона заболевания (PD). Гибель дофаминергических нейронов и потеря дофаминергических аксонов в стриатуме были значительно подавлены куркумин в МФТП модели мыши. Дальнейшие исследования показали, что куркумин ингибирует JNKs hyperphosphorylation вызванного МФТП лечения. JNKs фосфорилирования может вызвать транслокацию Bax, митохондрий и высвобождение цитохрома c, которые оба, в конечном счете, способствовать митохондрий-опосредованного апоптоза. Эти про-апоптоза, влияние может быть уменьшено путем куркумин. Наши эксперименты показали, что куркумин может препятствовать nigrostriatal дегенерации путем ингибирования митохондриальной дисфункции путем подавления

74

hyperphosphorylation из JNKs вызванного МФТП. Наши результаты позволяют предположить, что JNKs/митохондрии путь, может быть новая цель в лечении больных ПБ.

Transl Neurodegener. 2012 Aug 20;1(1):16. doi: 10.1186/2047-9158-1-16.Curcumin inhibition of JNKs prevents dopaminergic neuronal loss in a mouse model of Parkinson's

disease through suppressing mitochondria dysfunction.Pan J1, Li H, Ma JF, Tan YY, Xiao Q, Ding JQ, Chen SD.Author information 1Department of Neurology and Neuroscience Institute, Ruijin Hospital, Shanghai Jiao-Tong University

School of Medicine, Shanghai, 200025, P,R, China. jqding18@yahoo.com.AbstractCurcumin,a natural polyphenol obtained from turmeric,has been implicated to be neuroprotective in a

variety of neurodegenerative disorders although the mechanism remains poorly understood. The results of our recent experiments indicated that curcumin could protect dopaminergic neurons from apoptosis in a 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) mouse model of Parkinson's disease (PD). The death of dopaminergic neurons and the loss of dopaminergic axon in the striatum were significantly suppressed by curcumin in MPTP mouse model. Further studies showed that curcumin inhibited JNKs hyperphosphorylation induced by MPTP treatment. JNKs phosphorylation can cause translocation of Bax to mitochondria and the release of cytochrome c which both ultimately contribute to mitochondria-mediated apoptosis. These pro-apoptosis effect can be diminished by curcumin. Our experiments demonstrated that curcumin can prevent nigrostriatal degeneration by inhibiting the dysfunction of mitochondrial through suppressing hyperphosphorylation of JNKs induced by MPTP. Our results suggested that JNKs/mitochondria pathway may be a novel target in the treatment of PD patients.

ВведениеБолезнь Паркинсона (БП) является второй только к болезни Альцгеймера (AD), как наиболее

распространенных и изнурительных связанных с возрастом человека, нейродегенеративные расстройства. Множество экологических, генетических и иммунных сигналы были связаны с наступлением этого заболевания [1]. Клинические симптомы PD включают тремор, bradykinesia, ригидностью и постуральной нестабильности [2,3]. Патологически, она характеризуется глиоза и прогрессивной дегенерации дофаминергических нейронов, связанных с наличием интрацитоплазматическая включений (Lewy) в substantia nigra pars compacta (SNc) [2,3]. Симптомы PD, можно облегчить с помощью препаратов, улучшающих функции дофамина, среди которых L-дофа считается наиболее эффективным. Однако, L-дофа не удается остановить прогрессирование др. Кроме наличия нежелательных побочных эффектов, таких как двигательные флюктуации и дискинезии, лечебный эффект L-дофа снижается примерно после двух лет лечения [4]. Кроме того, длительное применение L-дофа может на самом деле повреждения нейронов, ускорение нейронального апоптоза. С запрограммированной смерти клетки, играет ключевую роль в развитии нейродегенеративных процессов в PD [5], новое поколение нейропротективные агенты против апоптоза может улучшить прогноз PD.

Куркумин был вовлечен, чтобы оказывать нейропротекторное действие в различных нейродегенеративных расстройств, таких как AD и мозгового ischemi [6,7]. Эпидемиологические данные из Индии, связанные огромное потребление куркумы (куркумин является его существенной составляющей, ее низкие показатели распространенности AD и PD в мире [8]. Дело в том, куркумин сейчас находится в фазе II клинических испытаний для AD [9]. Куркумин, как сообщается, будет хороший ингибитор c-Jun N-терминальной киназы (JNK) опосредованной транскрипции генов [10]. JNK является важным членом митоген-активированных протеинкиназ (MAPK) семьи, которые могут быть активированы различными раздражителями, в том числе нейротоксическое оскорбления, экологического стресса и апоптоза агентов [11-13]. JNK состоит из трех различных изоформ, JNK1, JNK2 и JNK3. В отличие от JNK1 и JNK2, которые повсеместно выражены, JNK3 в значительной степени ограничен мозга и наиболее последовательно связанные с нейрональной смерти [14] Наши предыдущие исследования и другие предположили, что JNK играет важную роль в посредничестве MPTP-индуцированной нейротоксичности. CEP1347, конкретные пути JNK ингибитор, ослабляет потерю nigrostriatal дофаминергических нейронов после воздействия MPTP [15] SP600125

75

(селективный ингибитор JNK) предотвращает дофаминергические нейроны от смерти и уменьшает потери катехоламинов в стриатуме [16] частично ингибирующая JNK пути. Поэтому, разумно предположить, что блокада JNK пути, могут предотвратить или эффективно замедлить прогрессирование др. Тем не менее, понимание молекулярных механизмов, с помощью которых JNK регулирует апоптоз следует дать краткий экскурс в лечении PD.

Предыдущие исследования показали, что JNK может способствовать гибели клеток путем регулирования активации субстратов, таких как Bcl-2 членов семьи [17]. Bcl-2/Bax heterodimer является активным компонентом для защиты смерти [18,19]. Фосфорилирование Bcl-2, возможно, релиз Bax из Bcl-2/Bax диммеры [20-22]. В preapototic белка Bax формы поры в наружной митохондриальной Мембраны для освобождения цитохрома c [23], способствуя, таким образом, апоптоз. На смерть индукции цитохрома c не только транслоцируется в цитозоле, но кроме того может быть с избытком, обнаруженных во внеклеточной среде. Таким образом, высвобождение цитохрома c считается признаком митохондриальной дисфункции [24]. Поэтому не исключено, что через регулирующий активацию некоторых Bcl-2 членов семьи, активации JNK пути повышения проницаемости митохондриальной мембраны и последующим освобождением снизить содержание факторов, которые в конечном счете могут способствовать митохондрий опосредованного апоптоза.

Ли куркумин может препятствовать аномальной активации JNK, вызванного МФТП, таким образом, предотвратить запуск серии по течению эффекты, которые приводят к апоптозу неизвестно. В данном исследовании ингибирующее действие куркумина на MPTP-индуцированной активации JNK оценивали. С помощью MPTP-индуцированной PD модели мышей, мы показали, что куркумин может подавлять активацию JNK в PD мышей, вызванного МФТП. Кроме того, мы показали, что куркумин может уменьшить МФТП-индуцированного повреждения дофаминергических клеток органов и терминалы митохондрий за счет ингибирования опосредованного апоптоза.

ОбсуждениеНаиболее прямые доказательства митохондрий нарушается обмен веществ пришел в результате

исследований аутопсии ткани и других тканей и образцов in vitro клеточных культур, полученных от больных с PD [30]. Митохондриальная дисфункция, либо из-за окружающей среды или генетические факторы, могут вызвать апоптическую гибель дофаминергических клеток в PD. По сути, результаты вестерн-блот и электронного микроскопа показали, что цитохром c выпуская и митохондрий интактных были уничтожены в МФТП мышам. Bcl-2/Bax heterodimer является активным компонентом для защиты смерти. Предыдущие исследования также показали, что фосфорилирование инактивирует Bcl-2, способствуя, таким образом, апоптоз, возможно, путем освобождения Bax из Bcl-2/Bax диммеры [20-22] Проапоптотических белков Bax освобожден от Bcl-2/Bax диммеры и действовать как каналы для ионов или белки, формирующие поры в наружной митохондриальной мембраны, что освобождение цитохрома с [31]. Фосфорилирование Bcl-2 регулируется JNK [32,33].

Большой и растущий доказательств свидетельствует о том, что JNK путь может функционировать в pro-apoptotic образом. In vivo, небольшой молекулы CEP-1347 тормозит MPTP-опосредованной JNK сигнального в дозе, которая ослабляет MPTP-опосредованной nigrostriatal потеря дофаминергических [15]. Кроме того, SP600125 также увеличивает полосатой концентрации катехоламинов, в результате чего изменения в поведении [16]. Как натуральный ингибитор JNK, куркумин, эфирное экстракт куркумы, хорошо esablished оказывать нейропротекторное воздействие на животных моделях дегенеративных заболеваний, таких как ишемия головного мозга, болезнь Альцгеймера [9,34,35]. Наши предыдущие исследования и другие предположили, что JNK3 играет более важную роль, чем JNK1/2 в гибель нейронов и может служить потенциальной мишенью для нейропротекторной терапии. Абляция JNKs может не только защитить дофаминергических нейронов против MPTP-индуцированной нейродегенерации, но и улучшить двигательную функцию мыши модель PD [36]. По сути, результаты вестерн-блот и иммунопреципитации свидетельствуют о высокой верности нашей гипотезы о том, что куркумин может inhibiteJNKs активации.

Наше исследование также показало, что куркумин может уменьшить фосфорилирование Bcl-2 белков, увеличить взаимодействие Bcl-2, Bax, и предотвратить Bax от translocating к sytosol вызванного МФТП. Кроме того, куркумин держит целостности митохондрий и сохраняет цитохром c потери от митохондрий, которые, как правило, считается важную роль в апоптозе MPTP-в состоянии

76

алкогольного опьянения мышей. Поскольку куркумин лечение может ингибировать активацию JNKs митохондрий пути вызванного МФТП поражения, мы пришли к выводу, что применение куркумина бы также восстановить дофаминергических терминалов, а также SNc клетки органов от вырождения. Наши исследования показали, что куркумин на самом деле имел возможность предотвратить дофаминергические нейроны от дегенерации следующие MPTP оскорбление. В то же время, результаты TUNEL предоставлены веские доказательства того, что куркумин может защитить дофаминергические нейроны от апоптоза. Кроме того, куркумин является основным мономером из экстракта куркумы. Куркума используется в традиционной индийской кухни и медицины без каких-либо известно, основным токсическим эффектом [37]. Таким образом, защитный эффект куркумина, показанное здесь, скорее всего, клинически значимые, существенные нейропротекция была достигнута, когда куркумин назначали после начала ПД. В то же время, мы можем сделать вывод, что избирательное ингибирование JNKs митохондрий пути активации может быть терапевтической пользой для PD пациентов.

IntroductionParkinson’s disease (PD) is second only to Alzheimer’s disease (AD) as the most common and debilitating

age-associated human neurodegenerative disorder. A host of environmental, genetic, and immune cues have been associated with the onset of this disease [1]. Clinical symptoms of PD include tremor, bradykinesia, rigidity, and postural instability [2,3]. Pathologically, it is characterized by gliosis and progressive degeneration of the dopaminergic neurons associated with the presence of intracytoplasmic inclusions (Lewy bodies) in the substantia nigra pars compacta (SNc) [2,3]. The symptoms of PD can be alleviated by drugs that enhance dopamine function, among which L-dopa is considered the most effective one. However, L-dopa fails to halt the progression of PD. Aside from having undesirable side effects, such as motor fluctuations and dyskinesias, the therapeutic effect of L-dopa diminishes after about two years of treatment [4]. Moreover, long term use of L-dopa may actually damage neurons, accelerating neuronal apoptosis. Since programmed cell death plays a key role in the neurodegenerative processes in PD [5], new generation of neuroprotective agents against apoptosis may improve the prognosis of PD.

Curcumin has been implicated to be neuroprotective in a variety of neurodegenerative disorders such as AD and cerebral ischemi [6,7]. Epidemiological evidence from India has related the huge consumption of turmeric (curcumin is its essential component) to its lowest prevalence rates of AD and PD in the world [ 8]. As a matter of fact, curcumin is now in Phase II clinical trials for AD [9]. Curcumin has been reported to be a good inhibitor of c-Jun N-terminal kinase (JNK) mediated gene transcription [10]. JNK is a important member of mitogen-activated protein kinases (MAPK) family, which can be activated by a variety of stimuli including neurotoxic insults, environmental stress and apoptotic agents [11-13]. JNK is composed of three different isoforms, JNK1, JNK2 and JNK3. In contrast to JNK1 and JNK2, which are ubiquitously expressed, JNK3 is largely restricted to the brain and is most consistently associated with neuronal death [14] Our previous studies and others suggested that JNK plays an important role in mediating MPTP-induced neurotoxicity. CEP1347, a specific JNK pathway inhibitor, attenuates the loss of nigrostriatal dopaminergic neurons after the exposure to MPTP [15] SP600125 (a selective inhibitor of JNK) prevents dopaminergic neurons from death and decreases the loss of catecholamines in the striatum [16] by partially inhibiting JNK pathway. Therefore, it is reasonable to assume that blockade of JNK pathway may prevent or effectively slow down the progression of PD. Nevertheless, an understanding of the molecular mechanisms by which JNK regulates apoptosis should provide insights into the treatment of PD.

Previous studies demonstrated that JNK can promote cell death by regulating the activation of substrates, such as Bcl-2 family members [17]. The Bcl-2/Bax heterodimer is the active component for death protection [18,19]. Phosphorylation of Bcl-2 may possibly release Bax from Bcl-2/Bax dimmers [20-22]. The preapototic protein Bax forms pores in the outer mitochondrial membrane to release cytochrome c [23], thus promoting apoptosis,. On death induction, cytochrome c not only translocates into the cytosol, but furthermore can be abundantly detected in the extracellular medium. Thus, release of cytochrome c is considered as an indication of mitochondrial dysfunction [24]. It is therefore possible that through regulating the activation of some Bcl-2 family members, activated JNK pathway increase mitochondrial membrane permeability and the subsequent release of apoptogenic factors, which could ultimately contribute to mitochondria mediated apoptosis.

77

Whether curcumin could inhibit the abnormal activation of JNK induced by MPTP, thus prevent the triggering of a series downstream effects that lead to apoptosis is unknown. In this study, the inhibitory effect of curcumin to the MPTP-induced activation of JNK was evaluated. Using a MPTP-induced PD mice model, we demonstrated that curcumin could suppress the activation of the JNK in PD mice induced by MPTP. Furthermore we demonstrated that curcumin could decrease MPTP-induced injuries to dopaminergic cell bodies and terminals via inhibiting mitochondria mediated apoptosis.

DiscussionThe most direct evidence for disrupted mitochondrial metabolism has come from studies of autopsy

tissue and other tissue samples and in vitro cell cultures derived from patients with PD [30]. Mitochondrial dysfunction, due to either environmental or genetic factors, can trigger the apoptotic death of dopaminergic cells in PD. As a matter of fact, results from western blot and electron microscope indicated that cytochrome c releasing and mitochondrial intact were destroyed in MPTP mice. The Bcl-2/Bax heterodimer is the active component for death protection. Previous studies have also indicated that phosphorylation inactivates Bcl-2, thus promoting apoptosis, possibly by freeing Bax from Bcl-2/Bax dimmers [20-22] ,The proapoptotic protein Bax released from Bcl-2/Bax dimmers and act as the channels for either ions or proteins by forming pores in the outer mitochondrial membrane that release cytochrome c [31]. The phosphorylation of Bcl-2 is regulated by JNK [32,33].

A large and growing of evidence suggests that the JNK pathway can function in a pro-apoptotic manner. In vivo, the small molecule CEP-1347 inhibits MPTP-mediated JNK signaling at a dose that attenuates MPTP-mediated nigrostriatal dopaminergic loss [15]. In addition, SP600125 also increases striatal catecholamine concentrations, resulting in behavioral changes [16]. As a natual inhibitor of JNK, curcumin, the essential extract from turmeric, is well esablished to exert neuroprotection in animal models of degenerative diseases such as cerebral ischemia, Alzheimer’s disease [9,34,35]. Our previous study and others suggested that JNK3 plays a more important role than JNK1/2 in neuron death and may serve as a potential target for neuroprotective therapies. Ablation of JNKs can not only protect dopaminergic neurons against MPTP-induced neurodegeneration but also improve the motor function in mouse model of PD [36]. As a matter of fact, results from western blot and immunoprecipitation show high fidelity to our hypothesis that curcumin could inhibiteJNKs activation.

Our study also shows that curcumin could attenuate the phosphorylation of Bcl-2 proteins, increase the interaction of Bcl-2 with Bax, and prevent Bax from translocating to sytosol induced by MPTP. Furthermore, curcumin keeps the mitochondria integrity and preserves cytochrome c loss from mitochondria which normally is considered critical role in apoptosis MPTP-intoxicated mice. Since curcumin treatment can inhibit the activation of JNKs mitochondria pathway induced by MPTP lesion, we inferred that application of curcumin would also restore dopaminergic terminals as well as SNc cell bodies from degeneration. Our present study indicated that curcumin actually had the ability to prevent dopaminergic neurons from degeneration following MPTP insult. At the same time, results from TUNEL provided strong evidence that curcumin could protect the dopaminergic neurons from apoptosis. Moreover, curcumin is the major monomer from turmeric extract. Turmeric has been utilized in traditional Indian cuisine and medicine without any known major toxic effect [37]. Thus, the protective effect of curcumin shown here is likely clinically relevant, as significant neuroprotection was achieved when curcumin was administered after the onset of PD. At the same time, we can conclude that selective inhibition of JNKs mitochondria pathway activation may be of therapeutic benefit for PD patients.

Curcuminoids в нейродегенеративных заболеваний.Нейродегенерации-это термин, используемый для описания прогрессирующее ухудшение

структуры и/или функции нейронов, что влияет на различные отделы центральной нервной системы и приводит к возможной смерти. Нейродегенеративные заболевания включают болезнь Альцгеймера болезнь (AD), болезнь Паркинсона болезнь (PD), боковой амиотрофический склероз (ALS), мочекаменная болезнь (HD), и синдром Дауна (DS), рассеянный склероз (MS), глаукома, возрастная макулярная дегенерация (AMD)и диабетической энцефалопатии (дэ). Хотя первоначальные события, которые вызывают эти расстройства могут отличаться друг от друга, они имеют сходные

78

биохимические реакции, что приводит к нейродегенерации. Curcuminoids, полифенольных соединений из куркумы (Curcuma longa), обладают разнообразными биологическими свойствами, которые модулируют изнурительных биохимических процессов, вовлеченных в объявление, которые включают в себя ослабление митохондриальной дисфункции-индуцированного окислительного стресса и воспалительной реакции на воспалительные цитокины, ЦОГ-2 и iNOS. Curcuminoids также привязать к β-амилоида (Aβ) бляшек, тормозят накопление амилоида и агрегации в мозге, помимо ингибирования токсичных Aβ олигомеров формирования и олигомер-зависимых Aβ токсичности. Эти свойства могут быть доработаны для DS, глаукома и AMD. Curcuminoids также предотвратить α-synuclein агрегации в PD; ослаблять рос-индуцированная экспрессия ЦОГ-2 в ALS; улучшить симптомы мс, DE и черепно-мозговую травму, в дополнение к neurodamages, вызванных отравлением тяжелыми металлами. Эти результаты показывают, curcuminoids может быть потенциально эффективных терапевтических средств для лечения нейродегенеративных заболеваний. Большая часть патентов раскрывает методы повышения биодоступности curcuminoids для лечебных развития. В данном обзоре приводится подробное описание о текущей успеваемости за куркуминоиды против нейродегенеративных заболеваний.

Recent Pat CNS Drug Discov. 2012 Dec;7(3):184-204.Curcuminoids in neurodegenerative diseases.Kim DS1, Kim JY, Han Y.Author information 1Core LifeSource Inc., 5100 Newport Dr. Suite # 10, Rolling Meadows, IL 60008, USA.

calebin@gmail.comAbstractNeurodegeneration is a term used to describe progressive deterioration of structure and/or function of

neurons that affects different parts of the central nervous system and leads to eventual death. Neurodegenerative diseases include Alzheimer's disease (AD), Parkinson's disease (PD), amyotrophic lateral sclerosis (ALS), Huntington's disease (HD), and Down's syndrome (DS), multiple sclerosis (MS), glaucoma, age-related macular degeneration (AMD), and diabetic encephalopathy (DE). Although the initial events that trigger these disorders may be different from each other, they share similar biochemical reactions that lead to neurodegeneration. Curcuminoids, polyphenol compounds from turmeric (Curcuma longa), possess diverse biological properties that modulate debilitating biochemical processes involved in AD that include attenuation of mitochondrial dysfunction-induced oxidative stress and inflammatory responses to inflammatory cytokines, COX-2, and iNOS. Curcuminoids also bind to β-amyloid (Aβ) plaques to inhibit amyloid accumulation and aggregation in the brain, in addition to inhibiting the toxic A β oligomer formation and oligomer-dependent Aβ toxicity. These properties can be further elaborated to DS, glaucoma and AMD. Curcuminoids also prevent α-synuclein aggregation in PD; attenuate ROS-induced COX-2 expression in ALS; ameliorate the symptoms of MS, DE and traumatic brain injury, in addition to neurodamages caused by heavy metal poisoning. These results demonstrate curcuminoids may be potentially effective therapeutic means to treat neurodegenerative diseases. A bulk of patents discloses methods to improve bioavailability of curcuminoids for therapeutic development. This review provides a comprehensive description on the current progress on curcuminoids against neurodegenerative diseases.

Куркумин и нейродегенеративных заболеваний: перспектива.Куркумин, диетическое полифенол найти в карри пряность куркума, обладает мощными

антиоксидантными и противовоспалительными свойствами и способностью модулировать несколько целей, замешанных в патогенезе хронических заболеваний. Куркумин показал, терапевтический потенциал для лечения нейродегенеративных заболеваний, включая болезнь Альцгеймера болезнь (ад), Parkinson disease (PD).

ОХВАТЫВАЕМЫЕ ОБЛАСТИ: В данной статье освещаются предпосылки и эпидемиологические доказательства куркумин's health

benefits и его фармакодинамические и фармакокинетические профиль. Куркумин's способность 79

противодействовать окислительного стресса и воспаления и его способность модулировать несколько молекулярных мишеней пересматривается. Мы подчеркиваем нейропротективные свойства куркумина в том числе доклинических доказательства его фармакологических эффектов в экспериментальной модели AD и PD. Биодоступность и безопасность куркумин, развитие полусинтетическое curcuminoids а также новые составы куркумин адресованы.

МНЕНИЕ ЭКСПЕРТА: Куркумин обладает терапевтическим потенциалом в улучшении множество нейродегенеративных

недугов, о чем свидетельствует его антиоксидантное, противовоспалительное и анти-агрегации белков эффекты. Однако, такие вопросы, как ограниченная биодоступность и недостаточность клинических исследований, направленных на изучение его терапевтической эффективности в болезнях, таких как AD и PD в настоящее время ограничивают его терапевтической разъяснительной работы. Потребуются значительные усилия, чтобы приспособиться куркумина в качестве нейропротектора быть использованы в лечении AD, PD и других нейродегенеративных заболеваний.

Expert Opin Investig Drugs. 2012 Aug;21(8):1123-40. doi: 10.1517/13543784.2012.693479. Epub 2012 Jun 6.

Curcumin and neurodegenerative diseases: a perspective.Darvesh AS1, Carroll RT, Bishayee A, Novotny NA, Geldenhuys WJ, Van der Schyf CJ.Author information 1College of Pharmacy, Northeast Ohio Medical University, Rootstown, OH 44272, USA.AbstractINTRODUCTION: Curcumin, a dietary polyphenol found in the curry spice turmeric, possesses potent antioxidant and anti-

inflammatory properties and an ability to modulate multiple targets implicated in the pathogenesis of chronic illness. Curcumin has shown therapeutic potential for neurodegenerative diseases including Alzheimer's disease (AD) and Parkinson's disease (PD).

AREAS COVERED: This article highlights the background and epidemiological evidence of curcumin's health benefits and its

pharmacodynamic and pharmacokinetic profile. Curcumin's ability to counteract oxidative stress and inflammation and its capacity to modulate several molecular targets is reviewed. We highlight the neuroprotective properties of curcumin including pre-clinical evidence for its pharmacological effects in experimental models of AD and PD. The bioavailability and safety of curcumin, the development of semi-synthetic curcuminoids as well as novel formulations of curcumin are addressed.

EXPERT OPINION: Curcumin possesses therapeutic potential in the amelioration of a host of neurodegenerative ailments as

evidenced by its antioxidant, anti-inflammatory and anti-protein aggregation effects. However, issues such as limited bioavailability and a paucity of clinical studies examining its therapeutic effectiveness in illnesses such as AD and PD currently limit its therapeutic outreach. Considerable effort will be required to adapt curcumin as a neuroprotective agent to be used in the treatment of AD, PD and other neurodegenerative diseases.

Куркумин требует, фактор некроза опухоли α сигнализации, чтобы облегчить когнитивные нарушения выявленные липополисахаридом.

Снижение когнитивных способностей является характерной особенностью нормального процесса старения и нейродегенеративных расстройств, таких как болезнь Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона заболеваний. Хотя их этиологии отличаются, все эти расстройства связаны локальной активации врожденной иммунной путей и связанных с ними воспалительных цитокинов. Однако, клинические испытания анти-воспалительных агентов в развитии нейродегенеративных расстройств оказались неутешительными, и поэтому необходимо, чтобы лучше понять сложные роли воспалительного процесса в неврологической дисфункции. Диетических фитохимических куркумин может оказывать противовоспалительное, антиоксидантное и нейропротекторное действия. Здесь мы предоставляем доказательства того, что куркумин улучшает когнитивные нарушения, связанные с

80

активацией врожденного иммунного ответа механизмы, требующие функционального фактора некроза опухоли α рецептора 2 (TNFR2) сигнализации. In vivo, способность куркумина , чтобы противодействовать гиппокамп-зависимых дефицит пространственной памяти, чтобы стимулировать нейропротективных механизмов, таких как регуляция BDNF, чтобы уменьшить глютаминаза уровней, и для модуляции N-метил-D-аспартат рецепторов уровней отсутствовала в мышей, у которых функциональные TNFRs. Куркумин лечение охраняемых культивируемых нейронов против глутамат-индуцированный эксайтотоксичности, механизм, требующий TNFR2 активации. Наши результаты указывают на возможность того, что терапевтические подходы в отношении когнитивных нарушений, предназначенные для выборочного повышения TNFR2 сигнализации, скорее всего, будет более выгодным, чем использование противовоспалительных препаратов per se.

Neurosignals. 2013;21(1-2):75-88. doi: 10.1159/000336074. Epub 2012 May 9.Curcumin requires tumor necrosis factor α signaling to alleviate cognitive impairment elicited by

lipopolysaccharide.Kawamoto EM1, Scavone C, Mattson MP, Camandola S.Author information 1Laboratory of Neurosciences, National Institute on Aging, Intramural Research Program, 251

Bayview Blvd, Baltimore, MD 21224, USA.AbstractA decline in cognitive ability is a typical feature of the normal aging process, and of neurodegenerative

disorders such as Alzheimer's, Parkinson's and Huntington's diseases. Although their etiologies differ, all of these disorders involve local activation of innate immune pathways and associated inflammatory cytokines. However, clinical trials of anti-inflammatory agents in neurodegenerative disorders have been disappointing, and it is therefore necessary to better understand the complex roles of the inflammatory process in neurological dysfunction. The dietary phytochemical curcumin can exert anti-inflammatory, antioxidant and neuroprotective actions. Here we provide evidence that curcumin ameliorates cognitive deficits associated with activation of the innate immune response by mechanisms requiring functional tumor necrosis factor α receptor 2 (TNFR2) signaling. In vivo, the ability of curcumin to counteract hippocampus-dependent spatial memory deficits, to stimulate neuroprotective mechanisms such as upregulation of BDNF, to decrease glutaminase levels, and to modulate N-methyl-D-aspartate receptor levels was absent in mice lacking functional TNFRs. Curcumin treatment protected cultured neurons against glutamate-induced excitotoxicity by a mechanism requiring TNFR2 activation. Our results suggest the possibility that therapeutic approaches against cognitive decline designed to selectively enhance TNFR2 signaling are likely to be more beneficial than the use of anti-inflammatory drugs per se.

Нейропротективный эффект curcuminoids против воспаления, опосредованного дофаминергических нейродегенерации в МФТП модели Паркинсона болезнь.

В настоящем исследовании изучено нейропротекторное действие curcuminoids, активные полифенолы из Curcuma longa (L.) корневищ против воспаления, опосредованного дофаминергических нейродегенерации в 1-метил-4-фенил-1,2,3,6 - тетрагидропиридина (МФТП) модель Паркинсона болезнь (PD). Самцов мышей линии C57BL/6 были предварительно обработаны с curcuminoids (150 мг/кг/день) в течение 1 недели, затем четыре внутрибрюшинным (В / Б.) инъекции МФТП (20 мг/кг) в 2 ч интервалах с последующим администрации curcuminoids или депренил (3 мг/кг/день) в течение 2 недель. Наши результаты показывают, что пероральное введение curcuminoids значительно предотвратить MPTP-опосредованной истощение дофамина и тирозингидроксилазы (TH) иммунореактивность. В дополнение, предварительной обработки с curcuminoids вспять glial fibrillary acidic protein (GFAP) и индуцибельной синтазы окиси азота (iNOS) экспрессии белков, а также снижение провоспалительных цитокинов и общего нитрита поколения в стриатуме МФТП-в состоянии алкогольного опьянения мышей. Существенное улучшение характеристик двигателя и валовой поведенческой активности, а определяется rota-rod и открытые полевые испытания наблюдались. Взятые вместе, наши результаты показывают, что curcuminoids оказывать нейрозащитный эффект на фоне МФТП-индуцированного дофаминергических

81

нейродегенерации через его противовоспалительное действие и, таким образом, имеет огромный потенциал в качестве лечебного кандидата для профилактики и лечения ПД.

J Neuroimmune Pharmacol. 2012 Sep;7(3):609-18. doi: 10.1007/s11481-012-9363-2. Epub 2012 Apr 21.Neuroprotective effect of curcuminoids against inflammation-mediated dopaminergic

neurodegeneration in the MPTP model of Parkinson's disease.Ojha RP1, Rastogi M, Devi BP, Agrawal A, Dubey GP.Author information 1Centre for Advanced Research in Indian System of Medicine (CARISM), SASTRA University,

Thanjavur, Tamilnadu, India.AbstractThe present study investigated the neuroprotective effect of curcuminoids, the active polyphenols of

Curcuma longa (L.) rhizomes against inflammation-mediated dopaminergic neurodegeneration in the 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6- tetrahydropyridine (MPTP) model of Parkinson's disease (PD). Male C57BL/6 mice were pre-treated with curcuminoids (150 mg/kg/day) for 1 week, followed by four intra-peritoneal (i.p.) injections of MPTP (20 mg/kg) at 2 h intervals with further administration of curcuminoids or deprenyl (3 mg/kg/day) for 2 weeks. Our results show that oral administration of curcuminoids significantly prevented MPTP-mediated depletion of dopamine and tyrosine hydroxylase (TH) immunoreactivity. In-addition, pre-treatment with curcuminoids reversed glial fibrillary acidic protein (GFAP) and inducible nitric oxide synthase (iNOS) protein expression, as well as, reduced pro-inflammatory cytokine and total nitrite generation in the striatum of MPTP-intoxicated mice. Significant improvement in motor performance and gross behavioural activity, as determined by rota-rod and open field tests were also observed. Taken together, our findings suggest that curcuminoids exert a neuroprotective effect against MPTP-induced dopaminergic neurodegeneration through its anti-inflammatory action and thus holds immense potential as a therapeutic candidate for the prevention and management of PD.

Противопаркинсонические лекарств из лекарственных трав: что мы получили от нейротоксических модели?

Травяные лекарства, используемые для лечения болезни Паркинсона заболевания (PD) в древних медицинских систем в странах Азии, таких как Индия, Китай, Япония и Корея, основанных на собственных анекдотические или опыт на основе теорий.

ЦЕЛЬ СМОТРА: Систематически обобщать и анализировать противопаркинсонические деятельности растительных

препаратов (в том числе активных веществ, растительных экстрактов и лекарственных форм), которые исследуются в нейротоксической модели PD и обеспечить будущие ссылки для фундаментальных и клинических исследований.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ: Все растительные материалы протестированы на in vitro и in vivo нейротоксическое модели PD

были извлечены из базы данных PubMed используя предустановленные поиска строк. Соответствующих соединений и растительных экстрактов с противопаркинсонические деятельности были включены и проанализированы в соответствии с их химической классификации или биологической активности.

Результаты: В общей сложности 51 травяные лекарства были проанализированы. Разнообразие компонентов,

выделенных из растительных материалов были зарегистрированы, чтобы быть эффективным на нейротоксической модели PD, модулируя несколько ключевых событий или сигнальные пути, замешанных в патогенезе ПД. Основные типы структур этих соединений относятся к catechols, stilbenoids, флавоноиды, phenylpropanoids и лигнаны, phenylethanoid гликозиды и терпены. Хотя некоторые растительные экстракты и составы, показали положительные результаты на PD животных моделях, относительная соединений учет влияния и основные механизмы остаются для продолжения расследования.

82

Выводы: Травяные лекарства могут быть альтернативой и ценным источником для

противопаркинсонические лекарств. Соединений, классифицированных в stilbenoids, флавоноиды, catechols и терпены могут быть наиболее перспективных кандидатов для дальнейшего расследования. Некоторые исследования соединений, таких как baicalein, puerarin, ресвератрол, куркумин и гинзенозидов, заслуживают дальнейшего изучения в клинических испытаниях. Углубленные экспериментальные исследования необходимы для оценки эффективности экстрактов трав и составов в PD моделей.

J Ethnopharmacol. 2012 Feb 15;139(3):698-711. doi: 10.1016/j.jep.2011.12.030. Epub 2011 Dec 29.Anti-Parkinsonian drug discovery from herbal medicines: what have we got from neurotoxic models?Song JX1, Sze SC, Ng TB, Lee CK, Leung GP, Shaw PC, Tong Y, Zhang YB.Author information 1School of Chinese Medicine, LKS Faculty of Medicine, The University of Hong Kong, Pokfulam, Hong

Kong, China.Herbal medicines are used to treat Parkinson's disease (PD) in ancient medical systems in Asian countries

such as India, China, Japan and Korea based on their own anecdotal or experience-based theories.AIM OF THE REVIEW: To systematically summarize and analyze the anti-Parkinsonian activities of herbal preparations (including

active compounds, herbal extracts and formulations) investigated in the neurotoxic models of PD and provide future references for basic and clinical investigations.

MATERIALS AND METHODS: All the herbal materials tested on in vitro and in vivo neurotoxic models of PD were retrieved from

PubMed database by using pre-set searching strings. The relevant compounds and herbal extracts with anti-Parkinsonian activities were included and analyzed according to their chemical classifications or biological activities.

RESULTS: A total of 51 herbal medicines were analyzed. A diversity of compounds isolated from herbal materials

were reported to be effective on neurotoxic models of PD by modulating multiple key events or signaling pathways implicated in the pathogenesis of PD. The main structure types of these compounds belong to catechols, stilbenoids, flavonoids, phenylpropanoids and lignans, phenylethanoid glycosides and terpenes. Although some herbal extracts and formulations have shown positive results on PD animal models, the relative compounds accounting for the effects and the underlying mechanisms remain to be further investigated.

CONCLUSIONS: Herbal medicines can be an alternative and valuable source for anti-Parkinsonian drug discovery.

Compounds classified into stilbenoids, flavonoids, catechols and terpenes may be the most promising candidates for further investigation. Some well-studies compounds such as baicalein, puerarin, resveratrol, curcumin and ginsenosides deserve further consideration in clinical trials. In-depth experimental studies are still needed to evaluate the efficacy of herbal extracts and formulations in PD models.

Куркумин: потенциального нейропротектора в Паркинсона болезнь.Паркинсона болезнь (PD) - это ассоциированных с возрастом нейродегенеративных заболеваний

клинически характеризуется как расстройства движения. Двигательных симптомов в ПД возникают из-за селективной дегенерации дофаминергических нейронов в substantia nigra из вентрального среднего мозга, тем самым, сокращая уровень дофамина в стриатуме. Большинство современных медикаментозных подходов в PD направлены на пополнение полосатой дофамина. Хотя эти препараты обеспечивают облегчение симптомов в раннем PD, многие пациенты развивать двигательные осложнения при длительном лечении. Далее, PD препаратов не эффективно решать тремор, постуральная неустойчивость и когнитивного дефицита. Самое главное, большинство этих препаратов не проявляют нейропротекторные эффекты у пациентов. Следовательно, роман терапии с участием природных антиоксидантов и растительных продуктов/молекул нейропротективные

83

свойства используются для вспомогательной терапии. Куркумин - полифенол и активный компонент куркумы (Curcuma longa), диетическое специй, используемых в индийской кухне и медицине. Куркумин проявляет антиоксидантные свойства, противовоспалительные и противораковые свойства, проникает через гематоэнцефалический барьер и нейропротекторное в неврологических расстройств. Несколько исследований в различных экспериментальных моделей PD решительно поддерживаем клинического применения куркумина в PD. Нынешний обзор исследует терапевтический потенциал куркумина в PD.

Curr Pharm Des. 2012;18(1):91-9.Curcumin: a potential neuroprotective agent in Parkinson's disease.Mythri RB1, Bharath MM.Author information 1Department of Neurochemistry, National Institute of Mental Health and Neurosciences, Bangalore-

560029, Karnataka, India.AbstractParkinson's disease (PD) is an age-associated neurodegenerative disease clinically characterized as a

movement disorder. The motor symptoms in PD arise due to selective degeneration of dopaminergic neurons in the substantia nigra of the ventral midbrain thereby depleting the dopamine levels in the striatum. Most of the current pharmacotherapeutic approaches in PD are aimed at replenishing the striatal dopamine. Although these drugs provide symptomatic relief during early PD, many patients develop motor complications with long-term treatment. Further, PD medications do not effectively tackle tremor, postural instability and cognitive deficits. Most importantly, most of these drugs do not exhibit neuroprotective effects in patients. Consequently, novel therapies involving natural antioxidants and plant products/molecules with neuroprotective properties are being exploited for adjunctive therapy. Curcumin is a polyphenol and an active component of turmeric (Curcuma longa), a dietary spice used in Indian cuisine and medicine. Curcumin exhibits antioxidant, anti-inflammatory and anti-cancer properties, crosses the blood-brain barrier and is neuroprotective in neurological disorders. Several studies in different experimental models of PD strongly support the clinical application of curcumin in PD. The current review explores the therapeutic potential of curcumin in PD.

Терапевтические подходы к митохондриальной дисфункции при болезни Паркинсона болезни.Большой объем доказательств от postmortem ткани мозга и генетического анализа у человека, а

также биохимические и патоморфологические исследования на животных моделях нейродегенерации предположить, что митохондриальная дисфункция является ключевым патологическим механизмом Паркинсона болезнь (PD). Митохондриальная дисфункция приводит к развитию окислительного стресса, повреждения митохондриальной ДНК, митохондриальная ДНК, удаление, изменение митохондриальной морфологии, изменения в митохондриальной деления и синтеза и, в конечном счете, гибели нейронов. Терапевтические подходы, нацеленные на митохондриальной дисфункции и окислительного повреждения, следовательно, имеют большой потенциал в PD. Ряд агентов, которые ориентированы на энергетический обмен, в настоящее время в терапевтических испытаний в PD. Как креатин и коэнзим Q10 (CoQ10) проходят испытания в фазе III клинических испытаний. Кроме того, доклинические исследования на животных моделях показали эффективность митохондриального-адресованных антиоксидантов и СС пептидов. Перспективным подходом для повышения антиоксидантной защиты является транскрипционно увеличить активность регулируемый белком nrf2/ARE путь, который активирует транскрипцию противовоспалительных и антиоксидантных генов. Ряд агентов, в том числе сульфорафан, куркумин и тритерпеноиды, как было показано, активируют этот путь и производить нейропротективные эффекты. И, наконец, вновь выявленных терапевтических мишеней включают пероксисом proliferator activated рецептора гамма-коактиватор (PGC-1альфа) и сиртуинов. Эти пути обеспечивают обещание для будущих терапевтических разработок в лечении PD.

Parkinsonism Relat Disord. 2009 Dec;15 Suppl 3:S189-94. doi: 10.1016/S1353-8020(09)70812-0.Therapeutic approaches to mitochondrial dysfunction in Parkinson's disease.

84

Beal MF.Author information Department of Neurology & Neuroscience, Weill Cornell Medical College, New York, NY 10065-4870,

USA. fbeal@mail.med.cornell.eduAbstractA large body of evidence from postmortem brain tissue and genetic analysis in humans, as well as

biochemical and pathological studies in animal models of neurodegeneration suggest that mitochondrial dysfunction is a key pathological mechanism in Parkinson's Disease (PD). Mitochondrial dysfunction leads to oxidative stress, damage to mitochondrial DNA, mitochondrial DNA deletions, altered mitochondrial morphology, alterations in mitochondrial fission and fusion and ultimately neuronal demise. Therapeutic approaches targeting mitochondrial dysfunction and oxidative damage, therefore, hold great promise in PD. A number of agents, which target energy metabolism, are presently in therapeutic trials in PD. Both creatine and Coenzyme Q10 (CoQ10) are being tested in phase III clinical trials. In addition, preclinical studies in animal models have shown efficacy of mitochondrial-targeted antioxidants and the SS peptides. A promising approach for increasing antioxidant defenses is to transcriptionally increase the activity of the Nrf2/ARE pathway, which activates transcription of anti-inflammatory and antioxidant genes. A number of agents including sulforaphane, curcumin and triterpenoids have been shown to activate this pathway and to produce neuroprotective effects. Lastly, newly identified therapeutic targets include peroxisomal proliferator activated receptor gamma-coactivator (PGC-1alpha) and sirtuins. These pathways provide promise for future therapeutic developments in the treatment of PD.

Нейропротекторных и когнитивно повышения эффекты мульти-целевой продовольственной интервенции в животной модели нейродегенерации и депрессии.

Рост нейродегенеративных и депрессивные заболевания распространенность в сочетании с отсутствием эффективных фармацевтических процедур и опасные побочные эффекты, создает настоятельную необходимость разработки эффективных методов лечения. Учитывая, что эти нарушения являются многофакторного происхождения, процедуры, призванные вмешиваться в различные механистические уровнях может быть более эффективным, чем традиционные одно-направленной фармакологической концепции. С этой целью экспериментальной диеты, состоящей из цинка, мелатонин, куркумин, пиперина, эйкозапентаеновая кислота (ЭПК, 20:5, n-3), докозагексаеновая кислота (DHA, 22:6, n-3), уридина и холина была сформулирована. Эта диета была опробована на обонятельные бэ крыса (OBX), установленной животную модель депрессии и когнитивных нарушений. Ингредиенты диеты были индивидуально показан для ослабления глутамата excitoxicity, оказывают мощный анти-оксидант/anti-воспалительные свойства, а также улучшить synaptogenesis; процессы, которые все были замешаны в нейродегенеративных заболеваний и когнитивных дефицитов следующие OBX грызунов. Диетическое лечение начинают за 2 недели до OBX операции, продолжается в течение 6 недель в общей сложности. Диеты ослабляется OBX-индуцированной когнитивные и поведенческие дефициты, за исключением долгосрочных пространственной памяти. Смягчение влияния диеты продлен до контрольных животных. Кроме того, экспериментальные диеты уменьшается атрофия гиппокампа и снижение периферической иммунной активации в OBX крыс. Повышение управленческой влияния диеты на OBX-индуцированные изменения были сравнимы с NMDA-рецепторов антагонист, мемантин-препарат, используемый для управления Альцгеймера болезнь. Это proof-of-concept исследование показывает, что диета, которая одновременно несколько целей болезней, этиологии, мешать/препятствовать развитию нейродегенеративных и депрессивных расстройств и сопутствующих когнитивных нарушений.

Neuropharmacology. 2014 Apr;79:738-49. doi: 10.1016/j.neuropharm.2013.11.009. Epub 2013 Nov 25.Neuroprotective and cognitive enhancing effects of a multi-targeted food intervention in an animal

model of neurodegeneration and depression.Borre YE1, Panagaki T2, Koelink PJ2, Morgan ME2, Hendriksen H3, Garssen J4, Kraneveld AD2, Olivier B3,

Oosting RS3.

85

1Division of Pharmacology, Utrecht Institute for Pharmaceutical Sciences, Faculty of Science, Utrecht University, PO Box 80082, 3508 TB Utrecht, The Netherlands; Rudolf Magnus Institute of Neuroscience, Utrecht University, PO Box 80082, 3508 TB Utrecht, The Netherlands. Electronic address: y.e.borre@gmail.com.

Rising neurodegenerative and depressive disease prevalence combined with the lack of effective pharmaceutical treatments and dangerous side effects, has created an urgent need for the development of effective therapies. Considering that these disorders are multifactorial in origin, treatments designed to interfere at different mechanistic levels may be more effective than the traditional single-targeted pharmacological concepts. To that end, an experimental diet composed of zinc, melatonin, curcumin, piperine, eicosapentaenoic acid (EPA, 20:5, n-3), docosahexaenoic acid (DHA, 22:6, n-3), uridine, and choline was formulated. This diet was tested on the olfactory bulbectomized rat (OBX), an established animal model of depression and cognitive decline. The ingredients of the diet have been individually shown to attenuate glutamate excitoxicity, exert potent anti-oxidant/anti-inflammatory properties, and improve synaptogenesis; processes that all have been implicated in neurodegenerative diseases and in the cognitive deficits following OBX in rodents. Dietary treatment started 2 weeks before OBX surgery, continuing for 6 weeks in total. The diet attenuated OBX-induced cognitive and behavioral deficits, except long-term spatial memory. Ameliorating effects of the diet extended to the control animals. Furthermore, the experimental diet reduced hippocampal atrophy and decreased the peripheral immune activation in the OBX rats. The ameliorating effects of the diet on the OBX-induced changes were comparable to those of the NMDA receptor antagonist, memantine, a drug used for the management of Alzheimer's disease. This proof-of-concept study suggests that a diet, which simultaneously targets multiple disease etiologies, can prevent/impede the development of a neurodegenerative and depressive disorders and the concomitant cognitive deficits.

Селективные ингибиторы Мао-б: урок из натуральных продуктов.Моноаминооксидазы (MAOs) митохондрий связаны ферменты, которые катализируют

окислительное дезаминирование моноаминов нейротрансмиттеров. Внутри мозга, MAOs присутствуют в двух изоформ: Мао-а и Мао-б. активность Мао-B, как правило, выше у пациентов, страдающих от нейродегенеративных заболеваний, как болезни Альцгеймера и Паркинсона. Поэтому поиск наиболее мощный и селективный ингибиторы Мао-б по-прежнему остается вызовом для лекарственных химиков. Природа всегда была источником вдохновения для открытия новых соединений свинца. Кроме того, природное Лекарство является основным компонентом во всех традиционных систем медицины. В этом обзоре мы представляем новейшие открытия в поиск селективные ингибиторы Мао-б из природных источников. Для ясности, соединений были классифицированы на основе структурной аналогии или источник: флавоноиды, ксантоны, дубильные вещества, проантоцианидины, iridoid глюкозиды, куркумин, алкалоидов, каннабиноидов, и экстракты природных источников. Ингибирование Мао значения, сообщили в текст не всегда совпадают из-за высокой изменчивости Мао источников (крупный рогатый скот, свиньи, крысы мозга или печени, и человека) и неоднородность экспериментальных протоколов, используемых.

Mol Divers. 2014 Feb;18(1):219-43. doi: 10.1007/s11030-013-9490-6. Epub 2013 Nov 12.Selective MAO-B inhibitors: a lesson from natural products.Carradori S1, D'Ascenzio M, Chimenti P, Secci D, Bolasco A. Department of Drug Chemistry and Technologies, Sapienza University of Rome, P.le A. Moro 5, 00185

, Rome, Italy.AbstractMonoamine oxidases (MAOs) are mitochondrial bound enzymes, which catalyze the oxidative

deamination of monoamine neurotransmitters. Inside the brain, MAOs are present in two isoforms: MAO-A and MAO-B. The activity of MAO-B is generally higher in patients affected by neurodegenerative diseases like Alzheimer's and Parkinson's. Therefore, the search for potent and selective MAO-B inhibitors is still a challenge for medicinal chemists. Nature has always been a source of inspiration for the discovery of new lead compounds. Moreover, natural medicine is a major component in all traditional medicine systems. In

86

this review, we present the latest discoveries in the search for selective MAO-B inhibitors from natural sources. For clarity, compounds have been classified on the basis of structural analogy or source: flavonoids, xanthones, tannins, proanthocyanidins, iridoid glucosides, curcumin, alkaloids, cannabinoids, and natural sources extracts. MAO inhibition values reported in the text are not always consistent due to the high variability of MAO sources (bovine, pig, rat brain or liver, and human) and to the heterogeneity of the experimental protocols used.

Точка зрения: механизм действия и терапевтический потенциал neurohormetic фитохимических веществ.

Нервной системы имеет фундаментальное значение в адаптивных (гормезиса) реакции организмов на все виды стресса, в том числе экологических "токсины". Фитохимические вещества, присутствующие в овощах и фруктах, как полагают, чтобы уменьшить риск ряда серьезных болезней, включая сердечно-сосудистые заболевания, рака и нейродегенеративных расстройств. Хотя антиоксидантные свойства были предложены в качестве основы здоровья фитохимических веществ, возникающих результаты показывают совсем другой механизм действия. Многие фитохимические обычно функционируют как токсины, которые защищают растения от насекомых и других вредных организмов. Однако, при относительно низких доз потребляемого человека и других млекопитающих эти самые "токсичные" фитохимические активация адаптивного клеточного пути реакции на стресс, которые могут защитить клетки от различных неблагоприятных условий. Последние исследования выяснено hormetic механизмы действия фитохимических веществ (напр., ресвератрол, куркумин, sulforaphanes и катехины) с использованием клеточных культурах и животных моделях неврологических расстройств. Примеры гормезиса пути активировал фитохимические вещества включают фактор транскрипции Nrf-2, который активирует гены, контролируемые antioxidant response element, и histone deacetylases из семейства sirtuin и транскрипционных факторов FOXO. Такие hormetic путей, стимулируют выработку антиоксидантных ферментов, белков шаперонов и нейротрофических факторов. В ряде случаев neurohormetic фитохимических веществ, как было показано, подавляют болезнь обрабатывать на животных моделях, соответствующих нейродегенеративных расстройств, таких как болезнь Альцгеймера и Паркинсона и других заболеваний, а также может улучшить исход после инсульта. Мы в настоящее время скрининг-панель биопестицидов в целях установления hormetic дозах, нейропротекторная эффективность, механизмы действия и терапевтический потенциал в качестве биологически активных добавок.

Dose Response. 2007 Aug 6;5(3):174-86. doi: 10.2203/dose-response.07-004.Mattson.Viewpoint: mechanisms of action and therapeutic potential of neurohormetic phytochemicals.Mattson MP1, Son TG, Camandola S.Author information 1Laboratory of Neurosciences, National Institute on Aging Intramural Research Program, Baltimore,

MD, USA. mattsonm@grc.nia.nih.govAbstractThe nervous system is of fundamental importance in the adaptive (hormesis) responses of organisms to

all types of stress, including environmental "toxins". Phytochemicals present in vegetables and fruits are believed to reduce the risk of several major diseases including cardiovascular disease, cancers and neurodegenerative disorders. Although antioxidant properties have been suggested as the basis of health benefits of phytochemicals, emerging findings suggest a quite different mechanism of action. Many phytochemicals normally function as toxins that protect the plants against insects and other damaging organisms. However, at the relatively low doses consumed by humans and other mammals these same "toxic" phytochemicals activate adaptive cellular stress response pathways that can protect the cells against a variety of adverse conditions. Recent findings have elucidated hormetic mechanisms of action of phytochemicals (e.g., resveratrol, curcumin, sulforaphanes and catechins) using cell culture and animal models of neurological disorders. Examples of hormesis pathways activated by phytochemicals include the transcription factor Nrf-2 which activates genes controlled by the antioxidant response element, and histone deacetylases of the sirtuin family and FOXO transcription factors. Such hormetic pathways stimulate the

87

production of antioxidant enzymes, protein chaperones and neurotrophic factors. In several cases neurohormetic phytochemicals have been shown to suppress the disease process in animal models relevant to neurodegenerative disorders such as Alzheimer's and Parkinson's diseases, and can also improve outcome following a stroke. We are currently screening a panel of biopesticides in order to establish hormetic doses, neuroprotective efficacy, mechanisms of action and therapeutic potential as dietary supplements.

Альцгеймера болезнь: новые диагностические и терапевтические инструменты.19 марта 2008 г. симпозиум по Патофизиологии старения и возрастных заболеваний была

проведена в Палермо, Италия. Здесь, на лекции м. Racchi по истории и перспективы Биомаркеры болезни Альцгеймера и г. Scapagnini на реакции клеточного стресса и старения мозга суммируются. Alzheimer's disease (AD) является разнородной и прогрессивной нейродегенеративных заболеваний, которая в западном обществе, в основном, приходится клиника деменции. AD профилактика является важной задачей проводимых исследований. Две цели, которые должны быть выполнены для того, чтобы профилактика осуществимо: (i) лиц повышенного риска AD должны быть определены прежде, чем ранние симптомы становятся очевидны, когда обширные нейродегенерации уже произошло и вмешательство, чтобы предотвратить болезнь скорее всего, будет менее успешным и ii) безопасные и эффективные меры должны быть разработаны, которые приводят к снижению экспрессии этой патологии. В целом, данные здесь рассмотрены убедительно показывают, что измерение конформационно измененных р53 в клетках крови имеет высокую способность различать AD случаях при нормальном старении, болезни Паркинсона, болезни и других деменций. С другой стороны, есть данные о причастности куркумин в восстановлении клеточного гомеостаза и восстановление баланса окислительно-восстановительные равновесия, позволяют предположить, что куркумин может быть полезным дополнением в лечении нейродегенеративных заболеваний, характеризующихся воспалением, таких как AD.

Immun Ageing. 2008 Aug 13;5:7. doi: 10.1186/1742-4933-5-7.Alzheimer's disease: new diagnostic and therapeutic tools.Racchi M1, Uberti D, Govoni S, Memo M, Lanni C, Vasto S, Candore G, Caruso C, Romeo L, Scapagnini G.Author information 1Department of Experimental and Applied Pharmacology, University of Pavia, Italy.

marco.racchi@unipv.itAbstractOn March 19, 2008 a Symposium on Pathophysiology of Ageing and Age-Related diseases was held in

Palermo, Italy. Here, the lectures of M. Racchi on History and future perspectives of Alzheimer Biomarkers and of G. Scapagnini on Cellular Stress Response and Brain Ageing are summarized. Alzheimer's disease (AD) is a heterogeneous and progressive neurodegenerative disease, which in Western society mainly accounts for clinica dementia. AD prevention is an important goal of ongoing research. Two objectives must be accomplished to make prevention feasible: i) individuals at high risk of AD need to be identified before the earliest symptoms become evident, by which time extensive neurodegeneration has already occurred and intervention to prevent the disease is likely to be less successful and ii) safe and effective interventions need to be developed that lead to a decrease in expression of this pathology. On the whole, data here reviewed strongly suggest that the measurement of conformationally altered p53 in blood cells has a high ability to discriminate AD cases from normal ageing, Parkinson's disease and other dementias. On the other hand, available data on the involvement of curcumin in restoring cellular homeostasis and rebalancing redox equilibrium, suggest that curcumin might be a useful adjunct in the treatment of neurodegenerative illnesses characterized by inflammation, such as AD.

Куркумин ингибирует агрегацию Альфа-synuclein.Агрегации амилоида-бета-протеина (Abeta) - это основные патогенетические события в Alzheimer's

disease (AD). Куркумин, составляющей индийской специи куркумы - конструктивно сходные с Конго 88

красным и было продемонстрировано привязать Abeta амилоида и предотвращения дальнейшей олигомеризации Abeta мономеров на растущей амилоидных бета-листов. Рассуждения о том, что олигомеризации кинетика и механизм формирования амилоидных похожи в Parkinson disease (PD) и AD, мы исследовали влияние куркумина на Альфа-synuclein (а) агрегации белков. In vitro модель агрегации была разработана путем обработки очищенного белка (дикого типа) с 1 мм Fe3+ (реакция Фентона). Было отмечено, что добавление куркумин ингибирует агрегацию в зависимости от дозы и увеличилась по растворимости. Агрегирование-ингибирующий эффект куркумина был рядом исследовали в культуре клеток с использованием катехоламинергические SH-SY5Y клеток линии. Модель была разработана система, в которой красный флуоресцентный белок (DsRed2) смешивался с A53T мутант, как и ее агрегирования рассматривается под разными концентрациями куркумин. Для оценки агрегации беспристрастно, был разработан протокол, в котором изображения были захвачены автоматически благодаря высокой пропускной способностью клеток-скрининг с использованием микроскопа. Полученные изображения были обработаны автоматически для агрегатов в пределах определенной размерности 1-6 мкм. Более 32% снижение мутанта Альфа-synuclein агрегации наблюдалось в течение 48 ч после куркумин дополнение. Наши данные позволяют предположить, что куркумин тормозит как олигомеризации в более высокомолекулярных агрегатов и, следовательно, заслуживает дальнейшего изучения в качестве потенциального терапевтического препарата для ПД и связанных с этим расстройств.

Acta Neuropathol. 2008 Apr;115(4):479-89. doi: 10.1007/s00401-007-0332-4. Epub 2008 Jan 10.Curcumin inhibits aggregation of alpha-synuclein.Pandey N1, Strider J, Nolan WC, Yan SX, Galvin JE.Author information 1Department of Anatomy and Neurobiology, Washington University School of Medicine, St Louis, MO

63110, USA.AbstractAggregation of amyloid-beta protein (Abeta) is a key pathogenic event in Alzheimer's disease (AD).

Curcumin, a constituent of the Indian spice Turmeric is structurally similar to Congo Red and has been demonstrated to bind Abeta amyloid and prevent further oligomerization of Abeta monomers onto growing amyloid beta-sheets. Reasoning that oligomerization kinetics and mechanism of amyloid formation are similar in Parkinson's disease (PD) and AD, we investigated the effect of curcumin on alpha-synuclein (AS) protein aggregation. In vitro model of AS aggregation was developed by treatment of purified AS protein (wild-type) with 1 mM Fe3+ (Fenton reaction). It was observed that the addition of curcumin inhibited aggregation in a dose-dependent manner and increased AS solubility. The aggregation-inhibiting effect of curcumin was next investigated in cell culture utilizing catecholaminergic SH-SY5Y cell line. A model system was developed in which the red fluorescent protein (DsRed2) was fused with A53T mutant of AS and its aggregation examined under different concentrations of curcumin. To estimate aggregation in an unbiased manner, a protocol was developed in which the images were captured automatically through a high-throughput cell-based screening microscope. The obtained images were processed automatically for aggregates within a defined dimension of 1-6 microm. Greater than 32% decrease in mutant alpha-synuclein aggregation was observed within 48 h subsequent to curcumin addition. Our data suggest that curcumin inhibits AS oligomerization into higher molecular weight aggregates and therefore should be further explored as a potential therapeutic compound for PD and related disorders.

Мембрана-опосредованной нейропротекция, куркумин из амилоидного β-пептида-индуцированной токсичности.

Амилоид β пептида (Aβ)-мембранных взаимодействий были причастны к образованию токсичных олигомеров, что permeabilize мембран, позволяя приток ионов кальция и вызывая гибель клеток в патогенезе болезни Альцгеймера болезни (AD). Куркумин, небольшой полифенольных биологически молекулы, как было показано, чтобы уменьшить Aβ-индуцированной токсичности и AD патологии. Мы исследуем здесь эффект куркумина на Aβ40-индуцированной токсичности в культуре нейробластомы человека SH-SY5Y клеток и тест-роман нейропротекция механизм, в котором куркумин снижает Aβ-

89

мембранных взаимодействий и ослабляет Aβ-индуцированной мембранных нарушений. В основном мономерный Aβ40 проявляет токсичность по отношению к SH-SY5Y клеток и, как было показано вставить спонтанно в анионных липидов в монослоях на воздух/вода интерфейса, в результате неправильного сворачивания и монтаж Aβ в β-sheet-обогащенного олигомеров. Одновременно, морфологии мембраны и липидные упаковка нарушена. Куркумин доза-зависимо улучшает Aβ-индуцированной нейротоксичности и снижает или на скорость или степень Aβ вставки в анионных липидов в монослоях. Кроме того, куркумин снижает Aβ-индуцированной утечки красителя из липидного бислоя, покрытые, краситель-загружается, пористых микросфер кремнезема. Потому что куркумин не затрагивает неотъемлемого поверхностной активности Aβ и не изменяет свойства мембраны, снижает Aβ вставки непосредственно смягчающих Aβ-мембранных взаимодействий и снижение Aβ-индуцированное разрушение мембраны. Хотя точный молекулярный механизм действия куркумина's мембранный защитный эффект остается неясным, этот эффект может частично способствовать куркумин's нейропротекторный эффект в отношении Aβ-индуцированной токсичности. Наша работа раскрывает роман молекулярный механизм, с помощью которого куркумин снижает Aβ, связанных с патологией и токсичность и предлагает терапевтические стратегии для предотвращения или лечения ад путем воздействия на ингибирование Aβ-индуцированное разрушение мембраны.

Langmuir. 2013 Sep 17;29(37):11713-23. doi: 10.1021/la4020459. Epub 2013 Sep 4.Membrane-mediated neuroprotection by curcumin from amyloid-β-peptide-induced toxicity.Thapa A1, Vernon BC, De la Peña K, Soliz G, Moreno HA, López GP, Chi EY.Author information 1Department of Chemical and Nuclear Engineering and the Center for Biomedical Engineering,

University of New Mexico , Albuquerque, New Mexico 87131, United States.AbstractAmyloid-β peptide (Aβ)-membrane interactions have been implicated in the formation of toxic oligomers

that permeabilize membranes, allowing an influx of calcium ions and triggering cell death in the pathogenesis of Alzheimer's disease (AD). Curcumin, a small dietary polyphenolic molecule, has been shown to reduce Aβ-induced toxicity and AD pathology. We investigate here the effect of curcumin on Aβ40-induced toxicity in cultured human neuroblastoma SH-SY5Y cells and test a novel neuroprotection mechanism in which curcumin reduces Aβ-membrane interactions and attenuates Aβ-induced membrane disruptions. Predominantly monomeric Aβ40 exerts toxicity toward SH-SY5Y cells and has been shown to insert spontaneously into anionic lipid monolayers at the air/water interface, resulting in the misfolding and assembly of Aβ into β-sheet-enriched oligomers. Concomitantly, membrane morphology and lipid packing are disrupted. Curcumin dose-dependently ameliorates Aβ-induced neurotoxicity and reduces either the rate or extent of Aβ insertion into anionic lipid monolayers. Moreover, curcumin reduces Aβ-induced dye leakage from lipid-bilayer-covered, dye-loaded, porous silica microspheres. Because curcumin neither affects the inherent surface activity of Aβ nor modifies the membrane properties, it reduces Aβ insertion by directly attenuating Aβ-membrane interactions and reducing Aβ-induced membrane disruption. Although the exact molecular mechanism of curcumin's membrane protective effect remains unclear, this effect could in part contribute to curcumin's neuroprotective effect with respect to Aβ-induced toxicity. Our work reveals a novel molecular mechanism by which curcumin reduces Aβ-related pathology and toxicity and suggests a therapeutic strategy for preventing or treating AD by targeting the inhibition of Aβ-induced membrane disruption.

Нейропротекторные свойства куркумина в Альцгеймера болезнь--преимущества и недостатки.Как демография в развитых странах сдвиг в сторону старения населения, нейродегенеративных

патологий, особенно деменции, такие как болезнь Альцгеймера, болезнь, поза одна из крупнейших проблем современной системы здравоохранения. Так там еще не лекарство от слабоумия, существует большое давление, чтобы обнаружить потенциальных терапевтических средств для этих заболеваний. Один популярный кандидат является куркумин или diferuloylmethane, полифенольные соединения, которое является основным curcuminoid найти в Curcuma longa (семейство Zingiberaceae). В последние годы, куркумин как сообщается, обладают анти-amyloidogenic, противовоспалительным,

90

антиоксидантным, металла и хелатирующих свойств, что может привести к нейропротективные эффекты. В частности, гидрофобность куркумин молекулы намекает на возможность гематоэнцефалический барьер проникновению и накоплению в мозге. Однако куркумин экспонатов крайне низкой биодоступностью, в основном из-за ее плохого водной растворимостью, низкой стабильностью в растворе, и быстрым кишечных первого прохода и печеночного метаболизма. Несмотря на многие усилия, которые сейчас предпринимаются, чтобы улучшить биодоступность куркумин мозга , концентрацию куркумина остается низким. Кроме того, хотя многие из них сообщили, что куркумин обладает относительно низкой токсичностью профиль, куркумин , применяемые в высоких дозах, что не редкость в практике многих in vivo и клинические исследования, могут представлять определенную опасность, по нашему мнению, не были учтены в достаточной степени. Здесь, нейропротективный потенциал куркумина, с акцентом на болезни Альцгеймера, болезни, а также ее ограничения будут обсуждаться в деталях.

Curr Med Chem. 2013;20(32):3955-85.Neuroprotective properties of curcumin in Alzheimer's disease--merits and limitations.Chin D1, Huebbe P, Pallauf K, Rimbach G.Author information 1Institute of Human Nutrition and Food Science, Christian-Albrechts-University Kiel, Hermann-

Rodewald-Strasse 6-8, D-24118 Kiel, Germany. chin@foodsci.uni-kiel.de.AbstractAs demographics in developed nations shift towards an aging population, neurodegenerative pathologies,

especially dementias such as Alzheimer's disease, pose one of the largest challenges to the modern health care system. Since there is yet no cure for dementia, there is great pressure to discover potential therapeutics for these diseases. One popular candidate is curcumin or diferuloylmethane, a polyphenolic compound that is the main curcuminoid found in Curcuma longa (family Zingiberaceae). In recent years, curcumin has been reported to possess anti-amyloidogenic, antiinflammatory, anti-oxidative, and metal chelating properties that may result in potential neuroprotective effects. Particularly, the hydrophobicity of the curcumin molecule hints at the possibility of blood-brain barrier penetration and accumulation in the brain. However, curcumin exhibits extremely low bioavailability, mainly due to its poor aqueous solubility, poor stability in solution, and rapid intestinal first-pass and hepatic metabolism. Despite the many efforts that are currently being made to improve the bioavailability of curcumin, brain concentration of curcumin remains low. Furthermore, although many have reported that curcumin possesses a relatively low toxicity profile, curcumin applied at high doses, which is not uncommon practice in many in vivo and clinical studies, may present certain dangers that in our opinion have not been addressed sufficiently. Herein, the neuroprotective potential of curcumin, with emphasis on Alzheimer's disease, as well as its limitations will be discussed in detail.

Медицинская химия эпигенетических диеты и ограничения калорийности питания.Выраженное влияние эпигенетических diet (ED) и ограничение калорий (CR) на эпигенетической

регуляции генов были описаны в многочисленных доклинических и клинических исследований. Понимание эпигенетика имеет большое значение, потому что концепции, что внешние факторы, такие как питание и диета может обладать способностью изменять экспрессию генов без изменения последовательности ДНК. Эд вводит медицинской химии биологически активных соединений, таких как сульфорафан (SFN), куркумин (СКК), эпигаллокатехин галлат (EGCG) и ресвератрола (RSV), которые, как полагают, чтобы помочь в продлении жизни человека. CR, хотя похоже в ред целевой долголетия, мягко снижает общее потребление калорий, одновременно обеспечивая всех полезных питательных веществ. СГ и Эд могут выступать в качестве эпигенетические модификаторы, чтобы замедлить процессы старения путем модификаций гистонов, метилирование ДНК, и путем модуляции экспрессии микрорнк. CR и Эд были предложены в качестве двух важных механизмов, которые модулируют и потенциально замедлить развитие возрастных заболеваний, таких как сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ), рак, ожирение, болезни Альцгеймера и остеопороза. В то время как многие исследователи рассматривали CR и Эд, как отдельных юридических лиц, в настоящем обзоре

91

основное внимание будет сосредоточено на обоих, как они относятся к болезни, связанные с возрастом, их эпигенетических эффектов и медицинской химии.

Curr Med Chem. 2013;20(32):4050-9.Medicinal chemistry of the epigenetic diet and caloric restriction.Martin SL1, Hardy TM, Tollefsbol TO.Author information 1CH175, 1300 University Boulevard, Birmingham, AL 35294-1170 USA. trygve@uab.edu.AbstractThe pronounced effects of the epigenetic diet (ED) and caloric restriction (CR) have on epigenetic gene

regulation have been documented in many pre-clinical and clinical studies. Understanding epigenetics is of high importance because of the concept that external factors such as nutrition and diet may possess the ability to alter gene expression without modifying the DNA sequence. The ED introduces bioactive medicinal chemistry compounds such as sulforaphane (SFN), curcumin (CCM), epigallocatechin gallate (EGCG) and resveratrol (RSV) that are thought to aid in extending the human lifespan. CR, although similar to ED in the target of longevity, mildly reduces the total daily calorie intake while concurrently providing all beneficial nutrients. Both CR and ED may act as epigenetic modifiers to slow the aging process through histone modification, DNA methylation, and by modulating microRNA expression. CR and ED have been proposed as two important mechanisms that modulate and potentially slow the progression of age-related diseases such as cardiovascular disease (CVD), cancer, obesity, Alzheimer's and osteoporosis to name a few. While many investigators have examined CR and ED as separate entities, this review will primarily focus on both as they relate to age-related diseases, their epigenetic effects and their medicinal chemistry.

ВведениеТермин " эпигенетика был придуман Конрад Уоддингтон в 1942 году, когда он объединил два поля

генетики и эпигенез [1]. Эпигенетика обычно определяется как наследственные изменения в экспрессии генов, которые происходят без изменения последовательности ДНК [2]. Эпигенетические модификации, включая метилирование ДНК, ацетилирование гистонов, и РНК-интерференция может возникать за счет внешних факторов и широко известны за их обратимость. Недавно, результаты нескольких эпигенетика исследований было выяснено несколько отложенных механистические вопросы, и стали связующей нитью для других биомедицинских исследований полей. Новые исследования показывают, что существует корреляция между эпигенетика, ограничение калорий (CR) и организменном долговечность [3]. Кроме того, эпигенетические изменения недавно были приняты в качестве биомаркеров для многих возрастных заболеваний [4-6]. Эпигенетические модификации могут также замедлить процесс старения и воздействия разнообразных преимуществ для здоровья, активируя многочисленные внутриклеточные пути. Один из ведущих теория предполагает, что биологически активные вещества растительного в том числе 1-isothiocyanato-4- (methylsulfinyl) бутан (сульфорафан/SFN), (2R, 3R)-5,7-дигидрокси-2- (3,4,5-trihydroxyphenyl) - 3-4-дигидро-2H-chromen-3-ил, 3,4,5-trihydroxybenzoate (эпигаллокатехин галлат/EGCG), 3, 4’, 5 tihydroxystilbene (ресвератрол/RSV), и (1E, 6E)-7-бис- (4-гидрокси-3-метоксифенил)-1,6-heptadiene (куркумин/СКК) играют значительную роль, как эпигенетические модификаторов [7, 8]. Кроме того, эти соединения показывают большой потенциал в замедлении старения-процессов и начало ускоренного дегенеративных заболеваний, при регулярном потреблении, которая может устранить один или более заболеваний с длительным приемом [7-9]. Вышеупомянутые теории обычно именуются “Эпигенетические диета”, поскольку она вводит биологически активных соединений, которые помогают задержать начало старения и ассоциированных с возрастом заболеваний процессов [10] (табл. 1). В то время как CR и Эд были изучены индивидуально, по двое похожи из-за их применения аналогичных пищевых соединений. В частности, фитохимических веществ, используемых в ред часто извлеченные из фруктов и овощей, потребляемых на CR диеты.

Всех внешних факторов окружающей среды, питания считается одним из самых важных, поскольку она помогает в изменении экспрессии генов на транскрипционном уровне [11]. Выяснение важности эпигенетика и его многочисленных биологических ролей, таких как изменение экспрессии генов, принес инновации в различных областях, в том числе старения [12]. Кроме того, снижение

92

проявлений ряда заболеваний были зарегистрированы путем внедрения Эд, который, как полагают, тишина хроматина (также наблюдается в CR) [13].

На сегодняшний день, CR считается одним из самых эффективных и полезных средств задерживают прогрессирование старения, поскольку он предполагает снижение ежедневного потребления калорий, одновременно предоставляя все необходимые питательные вещества [14]. Преимущества CR изначально были соблюдать McCay и коллеги (1935), когда in vivo исследования, проведенные на грызунах, показали, что уменьшение общего количества калорий, в конечном счете, продлен срок их службы [15]. С тех пор ряд исследований подтвердили McCay гипотеза относительно CR и продемонстрировали преимущества CR диеты в различных животных моделях, в том числе дрожжей [16], "червей" [17], пауков [18], мух [19], рыба [20], мышей [21]и крыс [22], тем самым увеличивая вероятность развития метода в том, чтобы замедлить старение.

INTRODUCTIONThe term epigenetics was coined by Conrad Waddington in 1942 when he merged the two fields of

genetics and epigenesis [1]. Epigenetics is generally defined as heritable changes in gene expression that occur without altering the DNA sequence [2]. Epigenetic modifications including DNA methylation, histone acetylation, and RNA interference may occur through external factors and are widely known for their reversibility. Recently, findings from several epigenetics studies have elucidated several pending mechanistic questions, and have become a common thread for other biomedical research fields. Emerging studies suggest that there may be a correlation between epigenetics, caloric restriction (CR) and organismal longevity [3]. In addition, epigenetic changes have recently been adopted as biomarkers for many age-related diseases [4–6]. Epigenetic modifications may also delay the aging process and impact diverse health benefits by activating numerous intracellular pathways. One leading theory suggests that bioactive phytochemicals including 1-isothiocyanato-4- (methylsulfinyl) butane (sulforaphane/SFN), (2R, 3R)-5,7-dihydroxy-2- (3,4,5-trihydroxyphenyl) - 3-4-dihydro-2H-chromen-3-yl, 3,4,5-trihydroxybenzoate (epigallocatechin gallate/EGCG), 3, 4’, 5 tihydroxystilbene (resveratrol/RSV), and (1E, 6E)-7-bis- (4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-1,6-heptadiene (curcumin/CCM) play significant roles as epigenetic modifiers [7, 8]. Moreover, these compounds show great potential in delaying aging-processes and the onset of accelerated degenerative diseases with regular consumption, which may eliminate one or more diseases with long-term intake [7–9]. The aforementioned theory is more commonly referred to as the “Epigenetic Diet” as it introduces bioactive compounds that aid in delaying the onset of aging and age-associated disease processes [10] (Table 1). While CR and ED have been studied individually, the two are similar due to their utilization of similar dietary compounds. Notably, phytochemicals used in the ED are often extracted from fruits and vegetables consumed on a CR diet.

Of all the external environmental factors, nutrition is thought to be one of the most important because it assists in modifying the expression of genes at the transcriptional level [11]. Elucidation of the importance of epigenetics and its many biological roles, such as modification of gene expression, has brought innovation to various fields including aging [12]. In addition, lower occurrences of a number of diseases have been reported through implementing of the ED, which is believed to silence chromatin (also observed in CR) [13].

To date, CR is considered to be one of the most effective and beneficial means of delaying the progression of aging, since it involves reducing the daily caloric intake, while simultaneously providing all essential nutrients [14]. The benefits of CR were initially observed by McCay and colleagues (1935), when an in vivo study conducted on rodents showed that reducing the total amount of calories ultimately prolonged their lifespan [15]. Since then, a number of studies have confirmed McCay’s hypothesis regarding CR and have demonstrated the benefits of a CR diet in a variety of animal models, including yeast [16], worms [17], spiders [18], flies [19], fish [20], mice [21], and rats [22], thereby increasing the probability of developing a method to slow the progression of aging.

Терапевтический потенциал куркумы в болезни Альцгеймера болезни: куркумин или curcuminoids?

Альцгеймера болезнь (ад) является наиболее распространенной формой деменции. Есть ограниченный выбор в современных терапевтических средств, и препараты имеют ограниченный

93

успех с множеством побочных эффектов, в дополнение к высокой стоимости. Следовательно, новые и альтернативные варианты лечения в настоящее время изучаются для эффективных и безопасных терапевтических мишеней для решения нашей эры. Куркума обладает множественными целебными использует в том числе для лечения AD. Curcuminoids, смесь куркумина, demethoxycurcumin, и bisdemethoxycurcumin, являются важной составляющей куркумы. Считается, что куркумин является наиболее важной составляющей curcuminoid смеси, что способствует фармакологический профиль родителя curcuminoid смесь или куркумы. Тщательное изучение литературы показывает, что две другие составляющие curcuminoid смесь также вносят значительный вклад в эффективность curcuminoids в AD. Поэтому, подчеркивается в обзоре, что каждый компонент curcuminoid смеси играет определенную роль в принятии curcuminoid смесь полезна в ад, и, следовательно, curcuminoid представляет собой смесь куркумы в ее лечебную ценность лучше, чем куркумин в одиночку. Прогресс в понимании болезни, этиологии требует нескольких сайтов-таргетная терапия, и curcuminoid смесь всех компонентов, отличающихся по существу, делает смесь более перспективным в борьбе с этой сложной болезнью.

Phytother Res. 2014 Apr;28(4):517-25. doi: 10.1002/ptr.5030. Epub 2013 Jul 19.Therapeutic potential of turmeric in Alzheimer's disease: curcumin or curcuminoids?Ahmed T1, Gilani AH. 1Atta-ur-Rahman School of Applied Biosciences, National University of Sciences and Technology, H-12

Kashmir Highway, Islamabad, 44000, Pakistan.Alzheimer's disease (AD) is the most common form of dementia. There is limited choice in modern

therapeutics, and drugs available have limited success with multiple side effects in addition to high cost. Hence, newer and alternate treatment options are being explored for effective and safer therapeutic targets to address AD. Turmeric possesses multiple medicinal uses including treatment for AD. Curcuminoids, a mixture of curcumin, demethoxycurcumin, and bisdemethoxycurcumin, are vital constituents of turmeric. It is generally believed that curcumin is the most important constituent of the curcuminoid mixture that contributes to the pharmacological profile of parent curcuminoid mixture or turmeric. A careful literature study reveals that the other two constituents of the curcuminoid mixture also contribute significantly to the effectiveness of curcuminoids in AD. Therefore, it is emphasized in this review that each component of the curcuminoid mixture plays a distinct role in making curcuminoid mixture useful in AD, and hence, the curcuminoid mixture represents turmeric in its medicinal value better than curcumin alone. The progress in understanding the disease etiology demands a multiple-site-targeted therapy, and the curcuminoid mixture of all components, each with different merits, makes this mixture more promising in combating the challenging disease.

Роль полифенолов в модуляции сиртуинов и других путей, вовлеченных в болезнь Альцгеймера болезнь.

Альцгеймера болезнь (ад) характеризуется внеклеточных амилоидных отложений, нейрофибриллярных клубков, synaptic потери, воспаление и широкий окислительного стресса. Полифенолы, которые входят ресвератрол, эпигаллокатехин галлат и куркумин, накопили значительный интерес своей способностью уменьшать эти признаки заболевания и их потенциал, чтобы замедлить снижение когнитивных способностей. Хотя их антиоксидантной и бесплатно антирадикальное свойства хорошо зарекомендовали себя в последнее время полифенолы, как было показано, для производства других важных эффектов, в том числе анти-amyloidogenic деятельности, клеточных сигналов модуляции, эффекты на длину теломер и модуляции sirtuin белков. Мозг доступным полифенолы с несколькими эффектами на путей, вовлеченных в нейродегенерации и старения, таким образом, может оказаться эффективным в лечении возрастных заболеваний, таких как AD, хотя доказательств этого пока ограничено. Данный обзор призван изучать известные эффекты полифенолов из различных натуральных и синтетических источников на старение мозга и нейродегенерации, и исследовать их несколько механизмов действия, с акцентом на роль, что sirtuin пути, могут играть и последствия это может иметь для лечения AD.

Ageing Res Rev. 2013 Sep;12(4):867-83. doi: 10.1016/j.arr.2013.06.003. Epub 2013 Jul 5.94

The role of polyphenols in the modulation of sirtuins and other pathways involved in Alzheimer's disease.

Jayasena T1, Poljak A, Smythe G, Braidy N, Münch G, Sachdev P. 1Centre for Healthy Brain Ageing (CHeBA), School of Psychiatry, University of New South Wales,

Sydney, Australia.Alzheimer's disease (AD) is characterised by extracellular amyloid deposits, neurofibrillary tangles,

synaptic loss, inflammation and extensive oxidative stress. Polyphenols, which include resveratrol, epigallocatechin gallate and curcumin, have gained considerable interest for their ability to reduce these hallmarks of disease and their potential to slow down cognitive decline. Although their antioxidant and free radical scavenging properties are well established, more recently polyphenols have been shown to produce other important effects including anti-amyloidogenic activity, cell signalling modulation, effects on telomere length and modulation of the sirtuin proteins. Brain accessible polyphenols with multiple effects on pathways involved in neurodegeneration and ageing may therefore prove efficacious in the treatment of age-related diseases such as AD, although the evidence for this so far is limited. This review aims to explore the known effects of polyphenols from various natural and synthetic sources on brain ageing and neurodegeneration, and to examine their multiple mechanisms of action, with an emphasis on the role that the sirtuin pathway may play and the implications this may have for the treatment of AD.

Влияние куркумы на болезнь Альцгеймера болезнь с поведенческих и психологических симптомов деменции.

Мы описываем здесь, у трех пациентов с болезнью Альцгеймера болезнь (AD), чьи поведенческие симптомы были улучшены удивительно, как результат куркума лечение, являющейся традиционной индийской медицины. Их когнитивных и поведенческих и психологических симптомов деменции (BPSD) были очень тяжелыми. Всех трех пациентов выставлены раздражительность, возбуждение, тревога, апатия, двух пациентов страдают от недержания мочи и странствии. Их назначали, куркумы, порошка, капсул и начал восстановление от этих симптомов без каких-либо побочных реакций в клинических симптомов и лабораторных данных. После 12 недель лечения, Общая оценка нервно-психические инвентаризации-краткая анкета значительно уменьшились в обеих остроты симптомов и бремя воспитателей. В одном случае Mini-Mental State Examination (MMSE) счете до пяти очков, с 12/30 до 17/30. В двух других дел, значительных изменений не было замечено в MMSE; однако, они пришли, чтобы признать их семьи в течение 1 года лечения. Во всех случаях принимали куркумы более чем на 1 год, повторное обострение BPSD не было видно. В настоящее время случаи показывают значительное улучшение поведенческих симптомов в AD с куркумой лечение, что приводит к вероятным преимуществом использования куркумы у лиц с ад с BPSD.

Ayu. 2012 Oct;33(4):499-504. doi: 10.4103/0974-8520.110524.Effects of turmeric on Alzheimer's disease with behavioral and psychological symptoms of dementia.Hishikawa N1, Takahashi Y, Amakusa Y, Tanno Y, Tuji Y, Niwa H, Murakami N, Krishna UK.Author information 1Chief Physician, Department of Neurology, Kariya Toyota General Hospital, Kariya City, Aichi, Japan.AbstractWe describe here three patients with the Alzheimer's Disease (AD) whose behavioral symptoms were

improved remarkably as a result of the turmeric treatment, which is the traditional Indian medicine. Their cognitive decline and Behavioral and Psychological Symptoms of Dementia (BPSD) were very severe. All three patients exhibited irritability, agitation, anxiety, and apathy, two patients suffer from urinary incontinence and wonderings. They were prescribed turmeric powder capsules and started recovering from these symptoms without any adverse reaction in the clinical symptom and laboratory data. After 12 weeks of the treatment, total score of the Neuro-Psychiatric Inventory-brief questionnaire decreased significantly in both acuity of symptoms and burden of caregivers. In one case, the Mini-Mental State Examination (MMSE) score was up five points, from 12/30 to 17/30. In the other two cases, no significant change was seen in the MMSE; however, they came to recognize their family within 1 year treatment. All cases have been taking turmeric for more than 1 year, re-exacerbation of BPSD was not seen. The present cases suggest

95

a significant improvement of the behavioral symptoms in the AD with the turmeric treatment, leading to probable benefit of the use of turmeric in individuals with the AD with BPSD.

Case ReportsСлучай 1Больной 83-летней женщины, которые разработали прогрессирующей деменции. Она начала

выставлять нарушения кратковременной памяти и ориентации, когда ей было 76 лет. Не было в анамнезе сахарный диабет, гипертензия, дислипидемия, и травмы головы. Медицинская история семьи был ничем не примечательный. Она также испытывал затруднения в освоении новой информации. Постепенно, ее повседневной деятельности не был нарушен. Она была возрастающей сложности в одевание, приготовление пищи и координации бытовых задач. Она бесцельно бродил вокруг дома, было недержание мочи. У нее были некоторые psychobehavioral изменения, такие как апатия, беспокойство, возбуждение, раздражительность. Она обязательно присутствие воспитателя, хотя она назначался ингибитор Ахэ (донепезил 10 мг) и Yokukansan, которая является традиционной японской медицины (Кампо). Когда ей было 83 года, она набрала на 1/30 ее Mini-Mental State Examination (MMSE), которая была использована для оценки когнитивных функций. Ее физическая экспертиза была, в основном, нормальные. Нет пирамидальной или экстра-пирамидных знаков. Результаты лабораторных анализов были в норме. Мозга магнитно-резонансная томография (МРТ) показали, симметричной двусторонней височной атрофии. После куркума 764 мг/день (куркумин 100 мг/сут) лечение в течение 12 недель, как десятки остроты симптомов и бремя сиделок сократился на японской версии neuropsychiatric inventory-краткая анкета (NPI-Q) [Таблица 1, показатели Figures11 и and2].2]. Среди НКО-Q субшкалам, ее возбуждение, апатия, беспокойство и раздражительность были освобождены. Она начала рассказывать о необходимости помочиться. Кроме того, она пришла, чтобы вступить в смех, наблюдая, комедия ТВ, программа, начал петь песни и делать вязание, которое она использовала, чтобы сделать. После приема куркумы для более чем 1 год, она пришла, чтобы признать ее семью, и, кажется, напомнить ее покойного мужа и она живет спокойной жизнью, без существенного BPSD.

Случай 284-летняя женщина представлена в нашей больнице с целью получения медицинских консультаций

для прогрессирующей деменции. Ее симптомы были забывчивость, дезориентация в месте и времени, галлюцинации, бред, возбуждение, раздражительность, депрессия, апатия, выдумка, блуждая, и недержания мочи, которая разработана несколько лет до презентации. Она была история гипертонии. Нет никакой семейной истории деменции. Она была в салоне не курили и выпили немного алкоголя. Ее физическая экспертиза и ее лабораторных данных, в том числе hematograms, биохимия и анализ мочи были в основном нормальные. Во время ее первого визита, ее когнитивных нарушений была уже очень тяжелая и ее MMSE счет был 0/30. На МРТ головного показало умеренный двусторонней височной атрофии с мягким желудочковой дилатацией. Боль ингибитора (донепезил) не могли использовать из-за побочных эффектов. Ее BPSD, в том числе, возбуждение, раздражительность, беспокойство было не улучшилось, хотя она была установленном Yokukansan и атипичных антипсихотических препаратов. Мы начали администрировать куркума 764 мг/день (куркумин 100 мг/сут) к ней. Она постепенно успокоилась. Ее BPSD, которые были галлюцинации, бред, депрессия, возбуждение, апатия, тревожность, раздражительность, были освобождены. Она остановилась мочеиспускание вне парадной двери. Она пришла, чтобы надеть свою одежду правильно, и отличить ее семьи из штабов care center. После 12 недель, судя по японской версии NPI-Q, как острота BPSD и бремя воспитатели были освобождены [Таблица 2, рисунки Figures11 и and2].2]. Она принимала куркумы более чем на 1 год; она мирно живет в спокойной манере с ее семьей.

Случай 379-летний мужчина пациента, представленные в нашей больнице в сопровождении своей жены.

Она сообщила, что краткосрочная потеря памяти постепенно развивается в течение нескольких лет, хотя он был уже прописан в животе ингибитора (донепезил 5 мг) его предыдущего врача в течение 3 лет. Он хотел остаться дома, и жил праздной жизни. Он остановился живописи маслом, который он использовал, чтобы сделать для своего хобби. Он имел историю гипертензией, получающих лозартан калия. Медицинская история семьи была незначительной. Его физическое обследование было

96

нормально. Обычные анализы крови были в норме, включая функцию щитовидной железы, сыворотка витамин В1, В12, и фолиевой кислоты. МРТ головного продемонстрировали мягкая двусторонняя височная атрофия с мягким ишемических изменений в глубоком белом веществе. Однофотонной эмиссионной компьютерной томографии показали типичные объявлений узор, что означает перфузии в височной, теменной и задней cingulated значительно снизилась. Его балл MMSE был 12/30, с плохой ориентации в месте и времени, расчет, концентрация, напомним, транскрипция рисунок, спонтанной письменной и вербальной беглости. Его BPSD было возбуждение, депрессия, апатия, тревога, эйфория, аберрантных пищевого поведения и раздражительность. Куркума 764 мг/день (куркумин 100 мг/сут) лечение в течение 12 недель с облегчением пациента BPDS, особенно возбуждение, раздражительность, депрессия. Обе оценки остроты симптомов и бремя воспитатели были снижены в японской версии НКО-Q [Таблица 3, рисунки Figures11 и and2].2]. Его MMSE счете до пяти очков, 17/30, улучшение расчет, концентрация, транскрипция рисунок, и спонтанной письменной форме. Он принимает куркумы более чем на 1 год; он живет спокойно со своей женой.

ОбсуждениеЗдесь, мы сообщили о трех случаях из AD, чьи BPSD были значительно улучшены за счет куркума

лечение, оценивать NPI-Q. NPI-Q-это краткое, надежный и клинической оценкой инструмент, который оценивает neuronpsychiatric симптомы в слабоумных пациентов и связанных с ними воспитатель бедствия, и эффекты фармакологического лечения на эти симптомы и воспитателей " дистресс.[23] Таким образом, в данном исследовании мы оцениваем с помощью NPI-Q подтвердил, что куркума лечение улучшение поведенческих симптомов, связанных с AD. В настоящем исследовании обнаружили, что куркума был эффективен для лечения нескольких BPSD, включая бред, галлюцинации, апатия, возбуждение, беспокойство, раздражительность, депрессия. Во всех случаях Общая оценка по НКО-Q значительно уменьшились в обеих остроты симптомов и бремя воспитателей. Клинические улучшения были постепенно наблюдали в течение 12 недель куркумы администрации. И их опекунов были освобождены от связанного с ним страдания. В случае 1 и случае 3 больных, донепезила было, проводимый в течение нескольких лет перед началом куркума лечение, и эффект донепезила на BPSD может поэтому уже достигла стабильного состояния. Куркума сделал дальнейшее снижение НКО-Q score, уже сократился на донепезила.

BPSD могут ухудшать КЖ в пациенте, а также их воспитатель. Существует положительная корреляция между тяжестью BPSD и заботы бремя, и лечение BPSD также важно, как и что из основных симптомов.[24] ингибиторы AChE,[2,4] NMDA-рецепторов неконкурентный антагонист (эффекты мемантина),[3] и антипсихотические препараты эффективны в BPSD лечения; однако эффекты не являются полностью удовлетворительными. В частности, антипсихотические препараты могут вызвать побочные эффекты, такие как медикаментозный экстрапирамидные симптомы, сонливость, нарушение походки и другие симптомы, и может вызывать уменьшение на пациентов ADL и КЖ. В отличие от них, не было никаких побочных эффектов или значительные изменения в лабораторных данных, в нашем случаи в течение куркума лечение. Основываясь на этих результатах, куркума лечение в AD безопаснее, чем другие Фармакологические методы лечения и полезным для пациентов, и что он может, возможно, снизить дозы антипсихотических препаратов, необходимых для лечения BPSD.

BPSD возникнуть в 50-90% AD пациента, и дисбаланс между различными нейротрансмиттеров, таких как серотонин, дофамин, глютамин, ацетилхолин и норадреналин относятся к патофизиологии BPSD в AD.[25,26] Куркумин, основной активный компонент куркумы, обладает некоторыми интересными свойствами. Куркумин модулировать уровни норадреналина, дофамина и серотонина в мозге,[18,19] и подавляет моно-аминоксидазы (Мао)-A и Мао-B фермент, фермент, который расщепляет дофамин и серотонин.[18] Дофамин участвует в удовольствие, эмоции, и регулирование передвижения, в то время как серотонин играет важную роль, чтобы играть в нейровегетативные функции организма, такие как аппетит, сон, память и обучение, регулирование температуры, настроения, поведения, функций сердечно-сосудистой, сокращение мышц и эндокринной регуляции. Норадреналин - нейромедиатор участвует в внимательность, эмоции, сон, сновидения и обучения. Мы полагаем, что куркума значительно снижает поведенческие симптомы ад у пациентов изменяя эти нейротрансмиттеры’ дисфункции.

97

Монтаж отчеты предположили, профилактический и/или терапевтический потенциал cur тмина и других изделий из куркумы в патофизиологии объявлений, такие как Amydoid-β (Aβ) каскада фосфорилирования Тау, нейровоспаление, или окислительного стресса. Несколько исследований показали, что куркумин являются мощными антиоксидантами и обладают сильной противовоспалительной активностью.[7,27] In vitro исследования показали, что куркумин уменьшает воспалительные реакции мозга, клетки микроглии,[28] и тормозит образование Aβ олигомеров и фибрилл.[10,11] Aβ олигомеры являются высокотоксичными, и рассматривать как играет важную роль в AD патологии.[29,30] In vivo исследования показывают, что куркумин может обратить neuritic аномалии в результате Aβ производства.[8] в трансгенных мышах модель AD исследований, куркумин предотвращает повреждение нейронов в мозге,[31] и непосредственно связывает небольшой Aβ видов блокировать агрегацию и фибрилл.[11] другое исследование с использованием трансгенных мышей, показали, что пищевые куркумина существенно снижены окисленных белков и интерлейкин-1β, провоспалительных цитокинов в neuroinflammatory каскадов, вовлеченных в neuritic образование бляшек в мозге.[9] И это исследование также показало, что куркумин лечения, астроцитарных маркер Glial Fibrillary acidic Protein (GFAP) была снижена, и нерастворимые и растворимые Aβ и налет нагрузки были значительно снизились на 43-50%.

Для лечения ад, боль и ингибиторы NMDA-рецепторов неконкурентный антагонист (эффекты мемантина), которые обычно используются. Куркумин обладает выраженной боли ингибиторная активность в лобной коре и гиппокампе объявлений в экспериментальных животных,[32] и защищают от NMDA-индуцированной токсичности in vitro исследования.[33] кроме того, куркумин, как сообщается, увеличение холин, ацетил трансферазы (чат) деятельности, синтезирующий фермент для ацетилхолина в гиппокампе AD модель крысы.[34] сообщалось, что куркумин может быть эффективным в предотвращении и подавлении когнитивных нарушений на основании того, что оно обладает антиоксидантным, анти-neuroinflammatory эффекты, и модулировать холинергические системы.[35,36] эпидемиологические исследования показали, что повышенное потребление карри, которые обычно содержат куркуму, связанный с улучшение когнитивной производительности, не душевнобольная предметам.[37] Однако, в клинических испытаниях в Китае, 34 больных с вероятным или возможным объявлений рандомизированы на 4 г (10,9 ммоль), 1 г (2,7 ммоль), 0 г куркумы один раз в день не выявил статистически значимых различий в изменениях балл MMSE или плазмы Aβ40 уровнях между 0 и 6 месяцев.[38] В нашем отчете, один пациент улучшил свой балл MMSE. В двух других случаях, их когнитивного снижения были слишком тяжелыми, чтобы принять MMSE; однако, они пришли, чтобы признать их семьи. Улучшению когнитивной функции может быть из-за активации чата и боль inhibiter, и/или стабилизации психического состояния пациента с помощью куркумы.

Мы заключаем, что куркума лечение добавление к обычной терапии повышения КЖ и ADL пациентов и облегчить уход’ бремя. Это первый случай, демонстрирующий, что куркума является эффективным и безопасным препаратом для лечения BPSD в AD пациентов и, что это может ухудшить когнитивные функции.

Case ReportsCase 1The patient was an 83-year-old female who developed progressive dementia. She had started to exhibit

disturbances of short-term memory and orientation, when she was 76 years old. There was no past history of diabetes mellitus, hypertension, dyslipidemia, and head injury. The medical family history was unremarkable. She also had difficulty in learning new information. Gradually, her daily activity was disturbed. She had increasing difficulty in getting dressed, cooking, and coordination household tasks. She wandered aimlessly around the house, had incontinence of urine. She had some psychobehavioral changes, such as apathy, anxiety, agitation, and irritability. She required the presence of caregiver, though she was prescribed AChE inhibitor (donepezil 10 mg) and Yokukansan, which is a traditional Japanese medicine (Kampo). When she was 83 years old, she scored on 1/30 her Mini-Mental State Examination (MMSE), which was used for evaluation of cognitive functions. Her physical examination was largely normal. There were no pyramidal or extra-pyramidal signs. Findings on laboratory tests were normal. Cerebral Magnetic Resonance Imaging (MRI) demonstrated symmetrical bilateral temporal atrophy. After turmeric 764 mg/day (curcumin 100 mg/day) treatment for 12 weeks, both scores of acuity of symptoms and burden of caregivers were

98

decreased by the Japanese version of neuropsychiatric inventory-brief questionnaire (NPI-Q) [Table 1, Figures Figures11 and and2].2]. Among the NPI-Q subscales, her agitation, apathy, anxiety, and irritability were relieved. She began to tell about the need to urinate. Furthermore, she came to join in the laughter watching TV comedy program, began to sing some songs and do knitting, which she used to do. After taking turmeric for more than 1 year, she came to recognize her family, and seem to remind her late husband and she lives a peaceful life without a significant BPSD.

Case 2An 84-year-old female presented at our hospital with the purpose of taking medical advice for progressive

dementia. Her symptoms were forgetfulness, disorientation to place and time, hallucination, delusion, agitation, irritability, depression, apathy, confabulation, wandering, and incontinence of urine, which developed several years prior to presentation. She had a history of hypertension. There was no family history of dementia. She was a non-smoker and drank little alcohol. Her physical examination and her laboratory data, including hematograms, biochemistry, and urinalysis were largely normal. At the time of her initial visit, her cognitive decline was already very severe and her MMSE score was 0/30. On cerebral MRI revealed moderate bilateral temporal atrophy with the mild ventricular dilation. AChE inhibitor (donepezil) could not use because of the side-effects. Her BPSD, including agitation, irritability, and anxiety was not improved, though she was prescribed Yokukansan and atypical antipsychotic drugs. We began to administer turmeric 764 mg/day (curcumin 100 mg/day) to her. She gradually calmed down. Her BPSD, which were hallucination, delusion, depression, agitation, apathy, anxiety, and irritability, were relieved. She stopped urinating outside the front door. She came to put on her clothes properly, and distinguish her family from staffs of the care center. After 12 weeks, judging from the Japanese version of NPI-Q, both acuity of BPSD and burden of caregivers were relieved [Table 2, Figures Figures11 and and2].2]. She has been taking turmeric for more than 1 year; she lives in a peacefully serene manner with her family.

Case 3A 79-year-old male patient presented at our hospital accompanied by his wife. She reported that the

short-term memory loss gradually developed over several years, though he was already prescribed AChE inhibitor (donepezil 5 mg) by his previous doctor for 3 years. He wanted to stay at home, and lived an idle life. He stopped painting in oils, which he used to do for his hobby. He had a history of hypertension being treated with losartan potassium. The medical family history was insignificant. His physical examination was normal. Routine blood tests were normal, including thyroid function, serum vitamin B1, B12, and folic acid. Cerebral MRI demonstrated mild bilateral temporal atrophy with mild ischemic changes in deep white matter. Single-Photon Emission Computed Tomography showed typical AD pattern, which means perfusion in the temporal, parietal, and posterior cingulated is significantly decreased. His MMSE score was 12/30, with poor orientation to place and time, calculation, concentration, recall, transcription of the figure, spontaneous writing, and verbal fluency. His BPSD was agitation, depression, apathy, anxiety, euphoria, aberrant eating behavior, and irritability. Turmeric 764 mg/day (curcumin 100 mg/day) treatment for 12 weeks relieved the patient's BPDS, especially agitation, irritability, and depression. Both scores of acuity of symptoms and burden of the caregivers were decreased in the Japanese version of the NPI-Q [Table 3, Figures Figures11 and and2].2]. His MMSE score was up five points, 17/30, improving calculation, concentration, transcription of the figure, and spontaneous writing. He has been taking turmeric for more than 1 year; he lives calmly with his wife.

DiscussionHere, we reported three cases of the AD whose BPSD were a significantly improved by the turmeric

treatment, evaluated by the NPI-Q. The NPI-Q is a brief, reliable, and the clinical rating instrument that evaluates the neuronpsychiatric symptoms in demented patients and associated caregiver distress, and the effects of pharmacological treatment on these symptoms and caregivers’ distress.[23] Therefore, in this study, we evaluate using the NPI-Q confirmed that turmeric treatment improved the behavioral symptoms associated with AD. The present study found that the turmeric was effective for the treatment of several BPSD, including delusions, hallucination, apathy, agitation, anxiety, irritability, and depression. In all cases, total score of the NPI-Q decreased significantly in both acuity of symptoms and burden of caregivers. Clinical improvements were gradually observed within 12 weeks of turmeric administration. And their caregivers were released from the associated distress. In case 1 and case 3 patients, donepezil was being administered

99

for several years before starting the turmeric treatment, and the effect of donepezil on BPSD may therefore already had reached a stable state. Turmeric did further decrease the NPI-Q score, already decreased by donepezil.

BPSD can impair the QOL in the patient and also their caregiver. There is a positive correlation between severity of BPSD and care burden, and treatment of BPSD is as important as that of core symptoms.[24] AChE inhibitors,[2,4] NMDA receptor uncompetitive antagonist (memantin),[3] and antipsychotic drugs are effective in BPSD treatment; however, the effects are not completely satisfactory. In particular, antipsychotic drugs can cause adverse effects such as drug-induced extrapyramidal symptoms, drowsiness, gait disturbance, and other symptoms and can result in a decrease on patients’ ADL and QOL. In contrast, there were no adverse effects or significant change in laboratory data in our cases during the turmeric treatment. Based on these results, turmeric treatment in AD is safer than other pharmacological treatments and useful for patients, and that it can possibly reduce the doses of antipsychotics required for the treatment of BPSD.

BPSD occur in 50-90% of AD patient, and an imbalance between the different neurotransmitters, such as serotonin, dopamine, glutamine, acetylcholine, and norepinephrine are related to the pathophysiology of BPSD in AD.[25,26] Curcumin, a major active component of turmeric possesses some interesting properties. Curcumin modulate the levels of norepinephrine, dopamine, and serotonin in the brain,[18,19] and inhibit of Mono-Amine Oxidase (MAO)-A and MAO-B enzyme, the enzyme that decomposes dopamine and serotonin.[18] Dopamine is involved in pleasure, emotion, and regulating locomotion while serotonin has a major role to play in neurovegetative functions of the body, such as appetite, sleep, memory and learning, temperature regulation, mood, behavior, cardiovascular functions, muscle contraction, and endocrine regulation. Norepinephrine is a neurotransmitter involved in attentiveness, emotions, sleeping, dreaming, and learning. We speculate that turmeric significantly reduces behavioral symptoms of AD patients by modifying these neurotransmitters’ dysfunction.

Mounting reports have suggested preventive and/or therapeutic potential of cur cumin and other products from turmeric in the pathophysiology of AD, such as the Amydoid-β (Aβ) cascade, tau phosphorylation, neuroinflammation, or oxidative stress. Several studies have shown that the curcumin are powerful antioxidants, and possess strong anti-inflammatory activity.[7,27] In vitro studies have shown that curcumin attenuates inflammatory response of brain microglial cells,[28] and inhibits the formation of Aβ oligomers and fibrils.[10,11] Aβ oligomers are highly toxic, and viewed as playing an important role in AD pathology.[29,30] In vivo study shows that curcumin can reverse neuritic abnormalities resulting from Aβ production.[8] In transgenic mice model of AD studies, curcumin prevents neuronal damage in the brain,[31] and directly binds small Aβ species to block aggregation and fibril formation.[11] Another study using a transgenic mouse has shown that dietary curcumin significantly lowered oxidized proteins and interleukin-1β, a proinflammatory cytokine in the neuroinflammatory cascades involved in neuritic plaque formation in the brain.[9] And this study also showed that with the curcumin treatment, the astrocytic marker Glial Fibrillary Acidic Protein (GFAP) was reduced, and insoluble and soluble Aβ and plaque burden were significantly decreased by 43-50%.

For the treatment of AD, AChE inhibitors and NMDA receptor uncompetitive antagonist (memantin) are commonly used. Curcumin possess pronounced AChE inhibitory activity in the frontal cortex and hippocampus of AD in experimental animals,[32] and protect against NMDA-induced toxicity in vitro study.[33] Furthermore, curcumin has been reported to increase choline acetyl transferase (ChAT) activity, a synthesizing enzyme for acetylcholine, in the hippocampus of AD model rat.[34] It has been reported that curcumin can be effective in preventing and suppressing cognitive impairment on the grounds that it possess antioxidative, anti-neuroinflammatory effects, and modulate cholinergic system.[35,36] Epidemiological study showed that increased consumption of curry, which usually contain turmeric, is associated with better cognitive performance in non-demented subjects.[37] However, in a clinical trial in China, 34 patients with probable or possible AD randomized to 4 g (10.9 mmol), 1 g (2.7 mmol), 0 g of turmeric once daily showed no significant differences in changes MMSE score or plasma Aβ40 levels between 0 and 6 months.[38] In our report, one patient improved his MMSE score. In the other two cases, their cognitive declines were too severe to take MMSE; however, they came to recognize their family. The improvement of their cognitive function might be due to the activation of the ChAT and the AChE inhibiter, and/or stabilization of the patient's mental status by turmeric.

100

We conclude that turmeric treatment adding to the routine therapy increase the QOL and ADL of patients and ease caregivers’ burden. This is the first case report demonstrating that turmeric is an effective and safe drug for the treatment of the BPSD in AD patients and that it might impair cognitive function.

Куркумин и куркумин-как молекулы: из специй к наркотикам.Куркумин - основной желтый пигмент, извлеченный из куркумы, обычно используется пряность в

блюда азиатской кухни и широко используется в аюрведических фитопрепаратов. Ряд исследований показали, что куркумин может быть профилактика и химиотерапевтический агент для толстой кишки, кожи, ротовой полости и рака кишечника. Куркумин также хорошо известен своими противовоспалительными и антиоксидантными свойствами, проявляя высокую реакционную способность по отношению к перекисные радикалы, и таким образом действуя как акцептор свободных радикалов. Недавно, экспериментальные исследования показали, что куркумин может быть использован в профилактике и лечении болезни Альцгеймера болезнь. Действительно, куркумин вводят периферического in vivo в возрасте Tg мышей пересек гематоэнцефалический барьер и связываются с амилоидных бляшек, снижая уровни амилоида и образование бляшек решительно. Настоящий обзор будет возобновить самых последних разработок в лекарственного химии куркумин и куркумин-подобных молекул.

Curr Med Chem. 2014;21(2):204-22.Curcumin and curcumin-like molecules: from spice to drugs.Marchiani A1, Rozzo C, Fadda A, Delogu G, Ruzza P.Author information 1Institute of Biomolecular Chemistry of CNR, Padua Unit, via F. Marzolo 1, Padua, Italy.

paolo.ruzza@unipd.it.Curcumin is the major yellow pigment extracted from turmeric, a commonly used spice in Asian cuisine

and extensively employed in ayurvedic herbal remedies. A number of studies have shown that curcumin can be a prevention and a chemotherapeutic agent for colon, skin, oral and intestinal cancers. Curcumin is also well known for its antiinflammatory and antioxidant properties, showing high reactivity towards peroxyl radicals, and thus acting as a free radical scavenger. Recently, experimental studies have demonstrated that curcumin might be used in the prevention and the cure of Alzheimer's disease. Indeed, curcumin injected peripherally in vivo into aged Tg mice crossed the blood-brain barrier and bound to amyloid plaques, reducing amyloid levels and plaque formation decisively. The present review will resume the most recent developments in the medicinal chemistry of curcumin and curcumin-like molecules.

Куркумин , как потенциал для лечения болезни Альцгеймера болезни: исследование влияния куркумина на гиппокампа экспрессии глиального фибриллярного белка.

Куркумин, агент, традиционно используемых для их профилактическое действие против опухолей, окисление, воспаление, апоптоз и гиперлипидемией, также используется в лечении болезни Альцгеймера болезни (AD). Последние достижения в изучении AD выявили астроциты () в качестве ключевых факторов в начале патофизиологические изменения в AD. Glial fibrillary acidic protein (GFAP), маркеры, специфичные для как, заметно более проявленным в ходе морфологических изменений и нейронной дегенерации подписи во время наступления нашей эры. Ряд исследований функциональность куркумин показали, что он не только тормозит амилоида седиментации, но и ускоряет процесс разукрупнения амилоидных бляшек. Таким образом, мы заинтересованы в отношениях между куркумин и пространственной памяти в AD. В этом исследовании мы намерены исследовать эффект куркумина в амилоида-β (Aβ(1-40)) индуцированной AD модели крыс с обеих поведенческих и молекулярном уровнях, то есть, по их пространственной памяти и по экспрессии GFAP в их гиппокампы. Наши результаты не были статистически значимыми, показывая, что пространственная память AD крыс улучшены следующие куркумин лечения (p < 0,05), и что экспрессия GFAP мРНК и количество GFAP позитивных клеток в куркумин крыс была снижена относительно группы объявлений крыс (p < 0,05). Кроме того, уровень экспрессии GFAP мРНК в гиппокампе, как в AD

101

крыс значительно увеличился по сравнению с тем, что в шам контроля (p < 0,05). Взятые вместе, эти результаты позволяют предположить, что куркумин улучшает пространственную память расстройств (таких расстройств симптоматический AD) в Aβ(1-40)-индуцированных крыс вниз, регулирующих GFAP выражение и подавление, как деятельность.

Am J Chin Med. 2013;41(1):59-70. doi: 10.1142/S0192415X13500055.Curcumin as a potential treatment for Alzheimer's disease: a study of the effects of curcumin on

hippocampal expression of glial fibrillary acidic protein.Wang Y1, Yin H, Wang L, Shuboy A, Lou J, Han B, Zhang X, Li J. 1Department of Neurology, The 148th Hospital, Zibo, Shandong 255300, China.

wangyunliang81@163.comCurcumin, an agent traditionally utilized for its preventative action against tumorigenesis, oxidation,

inflammation, apoptosis and hyperlipemia, has also been used in the treatment of Alzheimer's disease (AD). Recent advances in the study of AD have revealed astrocytes (AS) as being key factors in the early pathophysiological changes in AD. Glial fibrillary acidic protein (GFAP), a marker specific to AS, is markedly more manifest during morphological modifications and neural degeneration signature during the onset of AD. Several studies investigating the functionality of curcumin have shown that it not only inhibits amyloid sedimentation but also accelerates the disaggregation of amyloid plaque. Thus, we are interested in the relationship between curcumin and spatial memory in AD. In this study, we intend to investigate the effects of curcumin in amyloid-β (Aβ(1-40)) induced AD rat models on both the behavioral and molecular levels, that is to say, on their spatial memory and on the expression of GFAP in their hippocampi. Our results were statistically significant, showing that the spatial memory of AD rats improved following curcumin treatment (p < 0.05), and that the expression of GFAP mRNA and the number of GFAP positive cells in the curcumin treated rats was decreased relative to the AD group rats (p < 0.05). Furthermore, the expression level of GFAP mRNA in hippocampal AS in the AD rats significantly increased when compared with that in the sham control (p < 0.05). Taken together, these results suggest that curcumin improves the spatial memory disorders (such disorders being symptomatic of AD) in Aβ(1-40)-induced rats by down regulating GFAP expression and suppressing AS activity.

Curcuminoids и ресвератрол в качестве анти-Альцгеймер агентов.Альцгеймера болезнь (ад) является наиболее распространенной причиной деменции во всем мире.

Это нейродегенеративных расстройств головного мозга это хроническое и прогрессирующее, клинически характеризуется ухудшением ключевых симптомов поведенческих и когнитивных способностей. Варианты лечения для этой болезни в настоящее время ограничены. Отложение амилоида-β и Тау hyperphosphorylation являются кардинальное патологические черты объявлений, которые приводят к формированию нейронов бляшек и нейрофибриллярных клубков, соответственно. Помимо монтажа исследования на травяных соединений для лечения AD, curcuminoids и ресвератрола могут оказаться полезными, как анти-рекламных агентств. Curcuminoids (куркумин и demethoxycurcumin) и ресвератрол обладает уникальными свойствами, которые делают их особенно заслуживают дальнейшего исследования. Эта обзорная статья пересмотрит и представлена в современных исследованиях делается на потенциал curcuminoids куркумин и demethoxycurcumin и полифенольные соединения resveratrol anti-AD соединений.

Taiwan J Obstet Gynecol. 2012 Dec;51(4):515-25. doi: 10.1016/j.tjog.2012.09.005.Curcuminoids and resveratrol as anti-Alzheimer agents.Villaflores OB1, Chen YJ, Chen CP, Yeh JM, Wu TY. 1Department of Chemistry, Chung Yuan Christian University, Chung Li, Taiwan.Alzheimer disease (AD) is by far the most common cause of dementia globally. This neurodegenerative

disorder of the brain is chronic and progressive, characterized clinically by the deterioration in the key symptoms of behavioral and cognitive abilities. Treatment options for this disease currently are limited. Deposition of amyloid-β and tau hyperphosphorylation are cardinal pathologic features of AD that lead to the formation of neuronal plaques and neurofibrillary tangles, respectively. In addition to mounting research on herbal compounds for the treatment of AD, curcuminoids and resveratrol appear to be beneficial as anti-

102

AD agents. Curcuminoids (curcumin and demethoxycurcumin) and resveratrol possess unique properties that make them especially worthy of further studies. This review article revisits and presents the current research done on the potential of the curcuminoids curcumin and demethoxycurcumin and the polyphenolic compound resveratrol as anti-AD compounds.

Недавний прогресс в изучении куркумин и его нано-препаратов для терапии рака.Гидрофобный полифенольные соединения, извлеченные из куркумы, куркумина широко

используются в качестве традиционной медицины на протяжении веков в Китае и Индии. В течение последних десятилетий, благодаря своей низкой токсичности, обширные исследования были сосредоточены на его физико-химических свойств и фармакологической активности различных заболеваний, таких как рак, сердечно-сосудистые заболевания, воспалительные заболевания кишечника, заживления ран, Альцгеймера болезнь, ревматоидный артрит и диабет. В частности, биологической активностью из куркумин в качестве эффективного химические агент, химио-/радио-сенсибилизатор для опухолевых клеток, и химио-/радио-протектор для нормальных органов, имеют исключительное научные интересы в литературе. Несмотря на эти преимущества, применение куркумина ограничены в клинических испытаниях из-за его плохой растворимостью в воде и низкой пероральной биодоступностью. Нано-препаратов в качестве формирующейся платформу для эффективного противоракового лекарства должны преодолеть эти проблемы. В этом обзоре мы сначала ненадолго вернемся к вопросу важные свойства куркумина а также его используют в лечении рака, а затем обзор различных нано-препараты куркумин для терапии рака, в том числе наночастицы, липосомы, мицеллы, nanoemulsions, циклодекстрин комплексов, nanodisks, нановолокна, твердых липидных наночастиц, и куркумин конъюгатов.

Curr Pharm Des. 2013;19(11):1974-93.Recent progress in studying curcumin and its nano-preparations for cancer therapy.Liu J1, Chen S, Lv L, Song L, Guo S, Huang S.Author information 1School of Pharmacy, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China.AbstractA hydrophobic polyphenol compound extracted from turmeric, curcumin has been widely utilized as

traditional medicines for centuries in China and India. Over the last decades, because of its low toxicity, extensive studies have been focused on its physicochemical properties and pharmacological activities on various diseases, such as cancer, cardio-vascular disease, inflammatory bowel, wound healing, Alzheimer's disease, rheumatoid arthritis, and diabetes. In particular, bioactivities of curcumin as an effective chemopreventive agent, chemo-/radio-sensitizer for tumor cells, and chemo-/radio-protector for normal organs, are of extraordinary research interests in the literature. Despite these advantages, applications of curcumin are limited in clinical trials because of its poor water solubility and low oral bioavailability. Nano-preparations as an emerging platform for the efficient delivery of anti-cancer drugs should overcome these problems. In this review, we at first briefly revisit important properties of curcumin as well as its uses in cancer treatments, and then overview various nano-preparations of curcumin for cancer therapy, including nanoparticles, liposomes, micelles, nanoemulsions, cyclodextrin complexes, nanodisks, nanofibres, solid lipid nanoparticles, and curcumin conjugates.

Оральный куркумин болезни Альцгеймера болезни: переносимость и эффективность в 24-недельное рандомизированное, двойное слепое, плацебо-контролируемое исследование.

Куркумин - это полифенольные соединения, полученных из растения куркума длинная Лин, что было продемонстрировано имеют антиоксидантное и противовоспалительное воздействие, а также воздействие на снижение бета-амилоида агрегации. Это снижает патологии в трансгенных моделях болезни Альцгеймера болезни (AD) и является перспективным кандидатом для лечения человеческого объявлений. Цель данного исследования состоит в том, чтобы генерировать

103

переносимости и предварительные клинические и биомаркеров эффективности данных на куркумин у лиц с ад.

Методы: Мы провели 24-недельное рандомизированное, двойное слепое, плацебо-контролируемое

исследование Куркумин C3 комплекс(®) with an open-label расширение до 48 недель. Тридцать шесть человек с легким или средней тяжести ад, были рандомизированы для получения плацебо, 2 грамма/сутки, или 4 г/сут перорального куркумина в течение 24 недель. Для 24 до 48 недель, испытуемых, которые получали куркумин продолжал с той же дозой, в то время как предметы, ранее не получавших плацебо были рандомизированы в соотношении 1:1 до 2 г в день или 4 г/сут. Первичный исход меры были распространенности неблагоприятных событий, изменения клинико-лабораторных тестов и болезни Альцгеймера Disease Assessment Scale - Cognitive Подшкала (ADAS-Cog) в 24 недели в тех завершения исследования. Второстепенными меры включали Neuropsychiatric Inventory (NPI), Alzheimer's Disease Cooperative Study - в повседневной деятельности (ADCS-ADL) шкала, уровни Aβ1-40 и Aβ1-42 в плазме крови и уровня Aβ1-42, т-Тау, р-tau181 и F2-isoprostanes в спинномозговой жидкости. Плазменные уровни куркумин и его метаболитов до четырех часов после введения препарата также были измерены.

Результаты: Средний возраст выпускников (n = 30) была 73,5 года, а значит, мини-обследование психического

статуса (MMSE) счет был 22.5. Один субъект удалился в плацебо (8%, ухудшилась память) и 5/24 предметам удалился в куркумин группы (21%, 3 из-за желудочно-кишечные симптомы). Куркумин C3 комплекс(®) был связан с пониженной гематокрита и повышение глюкозы в крови, которые были клинически незначимыми. Не было никаких различий между группами лечения в клинической или биомаркеров эффективности мер. Уровни родной куркумин измеренные в плазме крови были низкими (7.32 нг/мл).

Выводы: Куркумин был в целом хорошо переносится, хотя трем предметам на куркумин удалился из-за

желудочно-кишечные симптомы. Мы были не в состоянии демонстрировать клинические или биохимические признаки эффективности Куркумин C3 комплекс(®) в AD в этом 24-недельного плацебо-контролируемое исследование, хотя предварительные данные указывают на ограниченную биодоступность этого соединения.

Alzheimers Res Ther. 2012 Oct 29;4(5):43. doi: 10.1186/alzrt146. eCollection 2012.Oral curcumin for Alzheimer's disease: tolerability and efficacy in a 24-week randomized, double blind,

placebo-controlled study.Ringman JM1, Frautschy SA2, Teng E2, Begum AN3, Bardens J1, Beigi M4, Gylys KH5, Badmaev V6, Heath DD7,

Apostolova LG1, Porter V8, Vanek Z8, Marshall GA9, Hellemann G10, Sugar C10, Masterman DL11, Montine TJ12, Cummings JL13, Cole GM2.

1Mary S. Easton Center for Alzheimer's Disease Research, David Geffen School of Medicine at UCLA, 10911 Weyburn Ave., #200, Los Angeles, CA 90095-7226, USA ; UCLA Department of Neurology, David Geffen School of Medicine at UCLA, 710 Westwood Plaza, Los Angeles, CA 90095-1769, USA.

AbstractINTRODUCTION: Curcumin is a polyphenolic compound derived from the plant Curcuma Long Lin that has been

demonstrated to have antioxidant and anti-inflammatory effects as well as effects on reducing beta-amyloid aggregation. It reduces pathology in transgenic models of Alzheimer's disease (AD) and is a promising candidate for treating human AD. The purpose of the current study is to generate tolerability and preliminary clinical and biomarker efficacy data on curcumin in persons with AD.

METHODS: We performed a 24-week randomized, double blind, placebo-controlled study of Curcumin C3 Complex(®)

with an open-label extension to 48 weeks. Thirty-six persons with mild-to-moderate AD were randomized to receive placebo, 2 grams/day, or 4 grams/day of oral curcumin for 24 weeks. For weeks 24 through 48, subjects that were receiving curcumin continued with the same dose, while subjects previously receiving placebo were randomized in a 1:1 ratio to 2 grams/day or 4 grams/day. The primary outcome measures

104

were incidence of adverse events, changes in clinical laboratory tests and the Alzheimer's Disease Assessment Scale - Cognitive Subscale (ADAS-Cog) at 24 weeks in those completing the study. Secondary outcome measures included the Neuropsychiatric Inventory (NPI), the Alzheimer's Disease Cooperative Study - Activities of Daily Living (ADCS-ADL) scale, levels of Aβ1-40 and Aβ1-42 in plasma and levels of Aβ1-42, t-tau, p-tau181 and F2-isoprostanes in cerebrospinal fluid. Plasma levels of curcumin and its metabolites up to four hours after drug administration were also measured.

RESULTS: Mean age of completers (n = 30) was 73.5 years and mean Mini-Mental Status Examination (MMSE) score

was 22.5. One subject withdrew in the placebo (8%, worsened memory) and 5/24 subjects withdrew in the curcumin group (21%, 3 due to gastrointestinal symptoms). Curcumin C3 Complex(®) was associated with lowered hematocrit and increased glucose levels that were clinically insignificant. There were no differences between treatment groups in clinical or biomarker efficacy measures. The levels of native curcumin measured in plasma were low (7.32 ng/mL).

CONCLUSIONS: Curcumin was generally well-tolerated although three subjects on curcumin withdrew due to

gastrointestinal symptoms. We were unable to demonstrate clinical or biochemical evidence of efficacy of Curcumin C3 Complex(®) in AD in this 24-week placebo-controlled trial although preliminary data suggest limited bioavailability of this compound.

ОбсуждениеВ этом 24-недельного двойного слепого плацебо-контролируемого исследования с 24 недели

расширением, мы изучили переносимость 2 gm/день и 4 г/день Куркумин C3 комплекс® у лиц с умеренной объявлений. Всего 4/35 (11.4%) субъектов выбыли из исследования, в то время как на куркумин, из-за желудочно-кишечных побочных эффектов. Две темы были черные табуреты в соответствии с мелена, но не в тему там был однозначным свидетельством желудочно-кишечное кровотечение или гемодинамический компромисс. Подмножество субъектов, перенесших кровотечения, время оценки и существенного влияния куркумина наблюдалось. Причины наблюдаемой увеличился уровень глюкозы в плазме крови у лиц, получавших куркумин непонятно. Эти изменения гематокрита и глюкозы в крови, были относительно незначительными, и значения не превышали диапазон нормальных.

В следующих разовых дозах 2 грамма и 4 грамма дозы Куркумин C3 комплекс°мы не смогли измерить значительные плазменные уровни родной куркумин, основанные на половине максимальной ингибирующей концентрации IC50, выявленных в Бегум et al. [6]. Последние исследования куркумин рекомендуем ограниченной биодоступности [20], вероятно, из-за экстенсивного метаболизма в желудочно-кишечном тракте. В животных моделях, дикетона мост родной куркумин, который был необходим для его налет-уменьшение эффектов, предположительно из-за его требование амилоида привязки [6]. Как сомнительный мелиоративного периферическое действие на воспаление сустава было предложено нашим выводам, текущие результаты не исключают периферической эффект glucuronidated curcuminoids, которые были высоки, но как было показано в опытах на мышах [21], вероятно, не будут проникать через гематоэнцефалический барьер. Однако, мы не наблюдали влияние на F2-IsoP уровней, которые были ранее показано, что под влиянием администрации куркумин в крысиной модели Aβ-индуцированного повреждения [22] и антиоксидантов в организме человека [23]. Альтернативные формулировки куркумин, который лучше всасывается изучаются [24] для их потенциального использования в AD.

Мы были не в состоянии демонстрировать клинические или биохимические доказательства эффективности против AD. Учитывая малый размер выборки и короткая Продолжительность исследования, существенное влияние на клинические показатели не ожидается. Кроме того, изменчивость в базовом тяжести заболевания могут быть замаскированы эффекты, особенно если вмешательство было эффективным в подгруппе (например, лиц с легкой формой заболевания). Однако, там были не значительные изменения как балл MMSE и ADAS-Cog оценка ухудшаться слегка в куркумин-группах, получавших относительно плацебо. Несмотря на малый размер выборки и не исключает значимость окончательные выводы из этого наблюдения, возможно, что куркумин может иметь незначительные encephalopathic эффекта, хотя механизм этого будет неизвестно.

105

До шестимесячного исследования куркумина в отношении 34 лиц с AD аналогично не смогли продемонстрировать влияние на клинические показатели [25]. Это исследование также выявило высокий уровень glucuronidated curcuminoids в плазме крови и тенденция увеличения Aβ40 с 4-граммовой дозы куркумина было отмечено, что, возможно, отражает мобилизацию Aβ40. Однако, мы не наблюдали такой эффект в нашем исследовании, и никаких эффектов на ФГО объявлений биомаркеров, в том числе и Aβ42, были найдены.

Было относительно мало клинических испытаний, в которых комплексный биомаркеров данные были собраны в шести-месячным интервалом. Данные, собранные здесь посмотреть базового и 24-недельного колебания в плазме Aβ, ФГО Aβ42, ФГО t-Тау и p-Тау181 и ФГО isoprostanes (Таблица (Table2).2). Хотя номера небольшие, эти значения могут быть сравнительной интерес для других испытаний.

Куркумин обладает антиоксидантным, противовоспалительным и анти-амилоида эффекты in vitro и предыдущие исследования на животных AD моделей делают его перспективным направлением преследовать человека в ад. Есть много возможных объяснений результатов нашего исследования в том числе различия в биологии грызунов модели амилоидоза и человека AD [26] и различия в метаболизме куркумин между людьми и грызунами. Неясно, является ли отсутствие очевидной выгоды из-за проблем с биодоступностью данной специфической формулировки куркумина или неэффективности куркумина в качестве меры для AD. Дальнейшие исследования других препаратов куркумина для AD продолжаются.

DiscussionIn this 24-week double-blind placebo-controlled study with a 24-week extension, we examined the

tolerability of 2 gm/day and 4 gm/day of Curcumin C3 Complex® in persons with mild-to-moderate AD. A total of 4/35 (11.4%) subjects dropped out of the study while on curcumin, due to gastrointestinal side effects. Two subjects had black stools consistent with melena but in no subject was there unequivocal evidence of gastrointestinal hemorrhage or hemodynamic compromise. A subset of subjects underwent bleeding time assessments and no significant effect of curcumin was observed. The reason for the observed increased plasma glucose levels in persons treated with curcumin is unclear. These changes in hematocrit and blood glucose were relatively minor and values did not exceed the range of normal.

Following single doses of 2 gram and 4 gram doses of Curcumin C3 Complex °, we were unable to measure significant plasma levels of native curcumin based on the half maximal inhibitory concentration IC50's identified in Begum et al. [6]. Recent studies of curcumin suggest limited bioavailability [20], likely due to extensive metabolism in the gastrointestinal tract. In animal models, the diketone bridge of native curcumin was required for its plaque-reducing effects, presumably due to its requirement for amyloid-binding [ 6]. As an equivocal ameliorative peripheral effect on joint inflammation was suggested by our findings, the current results do not exclude a peripheral effect of glucuronidated curcuminoids, which were high, but as has been shown in mice [21], not likely to penetrate the blood brain barrier. However, we did not observe an effect on F2-IsoP levels that have been previously shown to be influenced by the administration of curcumin in a rat model of Aβ-induced injury [22] and by antioxidants in humans [23]. Alternative formulations of curcumin that are better absorbed are being studied [24] for their potential use in AD.

We were unable to demonstrate clinical or biochemical evidence of efficacy against AD. Considering the small sample size and short duration of this study, significant impact on clinical indices was not expected. Additionally, variability in the baseline disease severity may have masked effects, particularly if the intervention was effective in a subgroup (for example, persons with milder disease). However, there were non-significant trends for both MMSE score and the ADAS-Cog score to worsen slightly in the curcumin-treated groups relative to placebo. Though the small sample size and non-significance precludes definitive conclusions from this observation, it is possible that curcumin might exert a minor encephalopathic effect though the mechanism of this would be unknown.

A prior six-month study of curcumin in 34 persons with AD similarly failed to demonstrate an impact on clinical measures [25]. This study similarly found high levels of glucuronidated curcuminoids in plasma and a trend for increased Aβ40 with a 4 gram dose of curcumin was noted, possibly reflecting mobilization of Aβ40. However, we did not observe such an effect in our study and no effects on CSF AD biomarkers, including Aβ42, were found.

106

There have been relatively few clinical trials in which comprehensive biomarker data have been collected at six-month intervals. The data collected here show the baseline and 24-week variation in plasma Aβ, CSF Aβ42, CSF t-tau and p-tau181 and CSF isoprostanes (Table (Table2).2). Although the numbers are small these values may be of comparative interest for other trials.

Curcumin has anti-oxidant, anti-inflammatory and anti-amyloid effects in vitro and prior studies in animal AD models make it a promising avenue to pursue in human AD. There are many possible explanations for the results of our study including differences in the biology of rodent models of amyloidosis and human AD [26] and differences in the metabolism of curcumin between humans and rodents. It is unclear whether lack of a demonstrable benefit is due to problems with bioavailability of this specific formulation of curcumin or to inefficacy of curcumin as an intervention for AD. Further studies of other preparations of curcumin for AD are ongoing.

Куркумин: потенциальный кандидат для ингибиторов матриксных металлопротеиназ.Куркумин, натуральный желтый пигмент куркумы, стал фокус интереса с точки зрения ее роли в

регуляции матричных металлопротеиназ (MMPs). ММП являются металл-зависимых endopeptidases, способных к деградации компонентов внеклеточного матрикса. ММП участвуют в хронических заболеваний, таких как артрит, болезнь Альцгеймера, болезнь, псориаз, хронические обструктивные легочные заболевания, астма, рак, нейропатической боли, атеросклероз.

ОХВАТЫВАЕМЫЕ ОБЛАСТИ: Куркумин регулирует экспрессию и секрецию различных ММП. Этот обзор документов матриксных

металлопротеиназ ингибиторная активность куркумина на различные заболевания, а именно., рака, артрита и язвы. Наконец, шаги, которые будут предприняты для получения сильнодействующих curcuminoids также были обсуждены в зависимости " структура-активность (SAR) разделе. Из этого рассмотрения, читатели могут получить ответ на вопрос: является куркумин потенциального MMPI кандидата?

МНЕНИЕ ЭКСПЕРТА: Многочисленные подходы были приняты порождать молекулы, с подробным ограничено

определенной ММП, а также хорошие устные биодоступность, однако, почти все молекулы отсутствие этих критериев. Используя количественные зависимости " структура-активность (QSAR) моделирования и виртуального скрининга, новые аналоги куркумин может быть разработана, который будет избирательно ингибирующих различные Мгэс.

Expert Opin Ther Targets. 2012 Oct;16(10):959-72. doi: 10.1517/14728222.2012.710603. Epub 2012 Aug 23.

Curcumin: a potential candidate for matrix metalloproteinase inhibitors.Kumar D1, Kumar M, Saravanan C, Singh SK. 1Pharmaceutical Chemistry Research Laboratory, Department of Pharmaceutics, Indian Institute of

Technology, Varanasi-221005, India.Curcumin, a natural yellow pigment of turmeric, has become focus of interest with regard to its role in

regulation of matrix metalloproteinases (MMPs). MMPs are metal-dependent endopeptidases capable of degrading components of the extracellular matrix. MMPs are involved in chronic diseases such as arthritis, Alzheimer's disease, psoriasis, chronic obstructive pulmonary disease, asthma, cancer, neuropathic pain, and atherosclerosis.

AREAS COVERED: Curcumin regulates the expression and secretion of various MMPs. This review documents the matrix

metalloproteinase inhibitory activity of curcumin on various diseases viz., cancer, arthritis, and ulcer. Finally, the steps to be taken for getting potent curcuminoids have also been discussed in the structure-activity relationship (SAR) section. From this review, readers can get answer to the question: Is curcumin a potential MMPI candidate?

EXPERT OPINION: Numerous approaches have been taken to beget a molecule with specificity restricted to a particular

MMP as well as good oral bioavailability; however, nearly all the molecules lack these criteria. Using 107

quantitative structure-activity relationship (QSAR) modeling and virtual screening, new analogs of curcumin can be designed which will be selectively inhibiting different MMPs.

Митохондрии как мишень в лечебные свойства Куркумина.Куркумин, фенольные соединения, извлеченные из Curcuma longa, широко используется в Азии как

пряность и краситель, имеет несколько биологических функций, в частности, антиоксидантными свойствами. Сообщалось, что куркумин экспонаты бифункциональных антиоксидантные свойства, относящиеся к его способности реагировать непосредственно с активных форм кислорода (АФК), а также его способность индуцировать экспрессию цитопротекторное и антиоксидантное белков через фактор транскрипции ядерного фактора-эритроидных-2-related factor 2 (регулируемый белком nrf2). Недавно, было предположение, что митохондриальные функции и метаболизма связаны с регулируемый белком nrf2 и что куркумин показала деятельности в отношении митохондриальной дисфункции. Повреждения в митохондриях была вовлечена в патогенез заболеваний, как диабет, рак, старение и нейродегенеративных расстройств. В обзоре рассмотрены некоторые последние результаты куркумин свойства, которые свидетельствуют о тесной связи этого антиоксиданта с митохондриальной функции.

Arch Pharm (Weinheim). 2014 Sep 22. doi: 10.1002/ardp.201400266. [Epub ahead of print]Mitochondria as a Target in the Therapeutic Properties of Curcumin.Trujillo J1, Granados-Castro LF, Zazueta C, Andérica-Romero AC, Chirino YI, Pedraza-Chaverrí J.Author information 1Facultad de Química, Department of Biology, UNAM, Ciudad Universitaria, México, D.F., Mexico.AbstractCurcumin, a phenolic compound extracted from Curcuma longa, is commonly used in Asia as a spice and

pigment and has several biological functions, particularly antioxidant properties. It has been reported that curcumin exhibits bifunctional antioxidant properties related to its capability to react directly with reactive oxygen species (ROS) and also to its ability to induce the expression of cytoprotective and antioxidant proteins through the transcription factor nuclear factor-erythroid-2-related factor 2 (Nrf2). Recently, it has been postulated that the mitochondrial function and metabolism are associated with Nrf2 and that curcumin has shown activities against mitochondrial dysfunction. The damage in mitochondria has been implicated in the pathogenesis of diseases like diabetes, cancer, aging, and neurodegenerative disorders. This review focuses on some of the most recent findings of curcumin properties that suggest a close relationship of this antioxidant with the mitochondrial function.

Фитохимическое модуляторов митохондрий: поиск химические агенты и поддерживающей терапии.

Митохондрии являются принципиально важными для сохранения не только энергии, гомеостаз, но соответствующих клеточных функций в общем смысле. Обесценение митохондриальных функций наблюдается в самых разнообразных патологических состояний, таких как неопластических трансформаций и рака, нейродегенеративных заболеваний, метаболических расстройств и хронического воспаления. В настоящее время, параллельно с классической препарата подходы к проектированию, растет интерес в скрининг природных биологически активных веществ, фитохимических веществ, в основном, для разработки новых терапевтических решений для указанных патологий. Диетическое фитохимические вещества, такие как ресвератрол, куркумин и сульфорафан очень хорошо переносится и может эффективно дополнять классические Фармакологические терапевтических режимов. В этой статье мы disscuss воздействия выбранных фитохимических веществ (напр., ресвератрол, куркумин, сульфорафан) по различным аспектам митохондриальной биологии, а именно митохондриального биогенеза, мембранный потенциал и активных форм кислорода производства, сигнализации и от ядра и развернул белка ответ.

Pharmaceuticals (Basel). 2014 Sep 4;7(9):913-42. doi: 10.3390/ph7090913.

108

Phytochemical modulators of mitochondria: the search for chemopreventive agents and supportive therapeutics.

Grabacka MM1, Gawin M2, Pierzchalska M2.Author information 1Department of Food Biotechnology, Faculty of Food Technology, University of Agriculture, ul. Balicka

122, 30-149 Krakow, Poland. m.grabacka@ur.krakow.pl.AbstractMitochondria are crucially important for maintaining not only the energy homeostasis, but the proper

cellular functions in a general sense. Impairment of mitochondrial functions is observed in a broad variety of pathological states such as neoplastic transformations and cancer, neurodegenerative diseases, metabolic disorders and chronic inflammation. Currently, in parallel to the classical drug design approaches, there is an increasing interest in the screening for natural bioactive substances, mainly phytochemicals, in order to develop new therapeutic solutions for the mentioned pathologies. Dietary phytochemicals such as resveratrol, curcumin and sulforaphane are very well tolerated and can effectively complement classical pharmacological therapeutic regimens. In this paper we disscuss the effect of the chosen phytochemicals (e.g., resveratrol, curcumin, sulforaphane) on various aspects of mitochondrial biology, namely mitochondrial biogenesis, membrane potential and reactive oxygen species production, signaling to and from the nucleus and unfolded protein response.

1. ВведениеМитохондрии-это очень специализированные органеллы, которые являются не только

незаменимыми для поддержания энергетического гомеостаза в эукариотических клетках, но также играют значительную роль в клеточной физиологии и судьбы, в том числе различие между выживанием и апоптотических путей. Нынешний взгляд на эволюцию жизни предполагает, что присутствие митохондрий, кажется, является сущностным свойством последний общий предок эукариот [1]. Приобретение дыхательных компетентных эндосимбионтов и развитие митохондрии как органеллы являются фундаментальными для всей дальнейшей эволюции эукариот и впоследствии многоклеточных организмов. Тем не менее, microsporidians (Eucarya, Простейшие, Микроспоридии) служить примером, что не все эукариот в полной мере использовать преимущества дыхания или различных метаболических путей, предлагаемых митохондрий. В этих микроорганизмов приспособление к паразитической жизни привело к структурной и функциональной снижение клеточных компонентов, проявляющееся в потере митохондриями. Несколько таксонов сохраняется только митохондриальной мощи или митохондрии как органеллы (MLOs, mitosomes и hydrogenosomes). Интересно, протисты, таких как паразитарные Giardia lamblia, Trichomonas vaginalis, Encephalitozoon cuniculi или Cryptosporidium parvum который был, как полагают, никогда не обладают митохондрии, были позже показаны, чтобы Харбор многочисленных генов митохондриального происхождения в их ядерных геномов [2]. Удивительно, гены особое значение имели те, кто участвует в чугуне серы (Fe-S) кластер сборки и Fe-S кластера передаче в apo-акцепторных белков. Три различных молекулярных систем, ответственных за Fe-S кластеров биосинтеза и созревания Fe-S holoproteins были обнаружены в Prokaryota, а именно ISC (для железо-серный кластер), СУФ (для серы мобилизации) и NIF (для фиксация азота) [3]. ISC система является общей для бактерий и эукариот митохондрии. Центральную роль в этой системе играют пиридоксаль фосфат-зависимых цистеин desulfurase, который является серы донора для кластера. Гены Мосу и Isc1 от бактерий и эукариот, соответственно, кодировать для мелких скелетных белков, которые создают молекулярные среды для Fe-S в сборе, и они принадлежат к наиболее эволюционно консервативные белки не описаны [3]. Готовые Fe-S кластеров переносятся из лески белка получателю apoproteins различных видов, и следующего активного holoproteins образуются.

Эта группа metalloproteins разнообразна и включает в себя ферменты решающее значение для многочисленных метаболических и биосинтетических путей, таких как дыхание (комплекс I, II и III субъединиц), цикла Кребса (аконитазы), ferredoxin, глутамата или ксантин дегидрогеназы, и это лишь несколько примеров. Надо сказать, Fe-S биогенеза техники также присутствует в mitosomes, hydrogenosomes и митохондрии как органеллы (MLOs). Этот факт породил гипотезу о том, что Fe-S

109

формирование является необходимым для жизни и является основной причиной успеха эндосимбиоза [4].

Тем не менее, в многоклеточные организмы-митохондрии играют ключевую роль в обмене веществ и энергии, в регуляции выживания/апоптоз и поддержания должного клеточного редокс-гомеостаза. В часто используемой моделью для изучения различных аспектов митохондриальной функции и генетических автономии РО нулю (ρ°) клетки, которые лишены мтднк. Они создаются путем длительного культуры в присутствии бромида этидия [5]. Такие клетки не могут вести нормальный транспорта электронов в дыхательной цепи из-за отсутствия критического субъединиц комплекса I, III, IV и F1F0 ATP-синтазы [6]. Их энергетические потребности удовлетворяются исключительно путем гликолиза и они ауксотрофных в плане уридина и пирувата требование для роста. Хотя различные метаболические пути с нарушениями зрения, эти клетки устойчивы к апоптозу в ответ на раздражители, которые вызывают этот тип гибели клеток в нормальные клетки [6]. Это наглядный пример роли митохондрий в физиологии клетки.

2. Роль митохондрий в этиологии и наступлением болезней человекаМитохондриальных дисфункций лежат в основе многих тяжелых патологий, таких как

злокачественной трансформации и развития рака, а также нейродегенеративных расстройств и сахарного диабета 2 типа [7,8]. Патологий, связанных с митохондриями может либо возникнуть в результате наследственных или приобретенных мутаций митохондриального генома или причина может крыться в мутировавших ядерных генов, которые кодируют белки, участвующие в дыхании или мтднк обслуживания. Из-за большого количества копий мтднк в каждой ячейке (до нескольких тысяч), начало синдромы, вызываемые мутациями в мтднк зависит от того, гомо - или гетероплазмии, и доля мутировавших митохондриальных геномов в последнем случае.

Первая группа заболеваний, показать различные тяжести, влияют на множество органов и тканей и манифест, неврологических (атаксия, дистония), офтальмологические (диплопия, птоз, ophthlmoplegia), желудочно-кишечного тракта (дисфагия), органов дыхания (апноэ) и гематологические (анемия, панцитопения) симптомы. Хорошо известны и описаны синдромы, такие как Leber наследственной оптической Нейропатии (LHON) или митохондриальной миопатии [9] сравнительно легко диагностировать, тем не менее, в целом клиническая картина может быть размыты наличие общих заболеваний, таких, кардиомиопатия или диабет. Существует также возможность того, что определенные вариации мтднк предрасполагают к диабету, болезни Альцгеймера или Паркинсона [10].

Вторая группа состоит из патологий, которые происходят из мутаций в ядерных генах, участвующих в репликации митохондриального генома (например полимеразы γ), митохондриальной транскрипции (митохондриального фактора транскрипции а, TFAM) или перевод (митохондриального фактора элонгации Tu, TUFM). Эксперименты на мышах показали, что гомозиготных мутаций в proof-reading-полимеразы γ субъединицы A (PolgA), что приводит к ускоренному накоплению последующих мутаций и делеций в мтднк, привести к резкому снижению продолжительности жизни, преждевременное старение со всеми характерными симптомами (алопеция, кифоз позвоночника, остеопороз), а также потерю подкожного жира и снижение фертильности [11]. Однонуклеотидных полиморфизмов (SNPs) в TFAM были недавно, связанных с умеренно повышенным риском болезни Альцгеймера или Паркинсона, возможно, развитие болезни [12,13,14,15,16]. Так же, некоторые Снпс обнаружен в TUFM Гена, связанного с повышенной предрасположенностью к астме и ожирении в Северо-европейского населения [17].

Oarticular интерес привлекает феномен накопления мутаций в мтднк рака. Новаторские исследования Фогельштейна группы показал, что митохондриальных геномов в нормальных клетках, как правило, homoplasmic или наблюдается достаточно низкий уровень гетероплазмии, либо по наследству от матери или приходят из соматических мутаций превращается в ранней эмбриональной жизни [18]. И наоборот, как показано на толстой ткани опухоли, раковые клетки приобретают более высокую степень гетероплазмии и авторы заметили, что “90% раков таила в себе, по крайней мере, одна точка мутации не присутствует в подходящих нормальной слизистой оболочки” [18]. Однако, по-прежнему не совсем понятно, если эти мутации активно способствовать прогрессии опухоли или просто в результате накопления ошибки после сотни повторений [18,19]. Тем не менее, эти мутации

110

часто ответственность за широко наблюдается обесценение митохондриальной функции в раковых клетках.

В заключение, митохондрии рассматриваются в качестве важной мишенью для терапевтического вмешательства. Можно изменить “митохондриального фактора” в возникновении многих заболеваний не только путем применения некоторых специальных лекарственных препаратов, но и путем модуляции многие факторы окружающей среды, например, путем увеличения физической активности или изменении привычек питания. Последнее, последнее кажется особенно важным, как и многие современные исследования свидетельствуют, что некоторые биологически активные пищевые ингредиенты имеют большой потенциал для целевой митохондрий.

3. Диетическое Фитохимические вещества, действующие на митохондрииПомимо классической высокой пропускной способностью разработки лекарственных препаратов и

синтетических наркотиков подходы к разработке, обширный поиск природных биологически активных соединений проводится. Особый интерес был направлен на фитохимических веществ, пищевых производных биологически активных соединений и биодобавок, которые могли бы ссылку высокую биологическую активность с хорошей переносимостью и низкой системной токсичности. До сих пор усилия привели к характеристике многочисленных веществ, которые модулируют митохондриальной функции и показать перспективные химические и противоопухолевого или нейропротекторные свойства.

Различные биологически активные фитохимические вещества, присутствующие в пище были традиционно считается, оказывают укрепления здоровья эффектов и в настоящее время количество научных докладов, исследуя их действие в культуре клеток и на модели животных стремительно растет. Зеленый чай plyphenols (катехины, epigallocatechins, и их производные), кверцетин, генистеин из сои и из чеснока аллицин являются одними из наиболее широко изученных соединений.

Полифенолы зеленого чая, в частности, эпигаллокатехин-3-галлат (EGCG), как было показано, действуют как мощные химические и противоопухолевых агентов. Их способ действия концентрируется на индукции митохондриального пути апоптоза, напр., митохондрии деполимеризации, цитохром c выпуск и активация каспаз, в различных клеточных линий рака, включая рак предстательной железы [20], назофарингеальная карцинома [21], меланомы [22], молочной железы [23], поджелудочной железы [24,25], рака желудка [26], рака шейки матки [27,28] и клетках гепатомы [29]. Некоторые отчеты указывают на то, что рос-связанные эффекты могут способствовать антипролиферативное и проапоптотических активность EGCG [29,30,31,32].

Другой флавоноид с потенциальными химические и нейропротекторные свойства кверцетин, широко распространен во многих растениях и овощей в рационе питания человека. Кверцетин был найден не только для предотвращения реакций окислительного стресса [33], но и активно накапливаться в митохондриях в биологически активной форме в клетках, во время лечения микромолярные концентрации (10-50 мкм) [34]. Хотя роль этого накопления не понятно, это указывает на важность будущего исследования на митохондриях-полифенол взаимодействий. Такое исследование было выполнено с генистеин, изофлавон, который конструктивно напоминает кверцетин. Фам и соавторами были разработаны методы генистеин внутриклеточной доставки с помощью nanoemulsions и липидных мицелл, которые показали улучшение селективности по отношению к митохондрии. Новые составы, содержащие генистеин были более цитотоксических для гепатомы и клетки карциномы толстой кишки, в основном за счет дестабилизации митохондриальной мембраны и индукция цитохрома c выпуске, ведущие к апоптозу [35].

Аллицин, наиболее распространенных биологически активных соединений чеснока хорошо известно из его антибактериальная активность, начиная с 1940-х годов [36]. Позже, другие интересные и полезные эффекты аллицина были описаны, например, противогрибковой активностью [37], высокая реакционная способность и противоопухолевые свойства [38,39,40]. Аллицин-это высоко реактивные продукт alliinase, что образуется от аминокислота аллиин. Фермент (alliinase) и его субстрата (аллиин) находятся в отдельных внутриклеточных компартментов, но после срыва чеснок клевер тканей они оба освобождаются и происходит реакция [40]. Способность проникать через биологические мембраны и высокая реакционная способность по отношению к тиольной группы сделать аллицин уникального препарата с интересными противораковые свойства, которые могут

111

быть отнесены изменения он вызывает в внутриклеточный окислительно-восстановительный потенциал [41]. Аллицин имеет очень короткий период полураспада в биологических системах и исчезает из крови в течение нескольких минут [40]. После поглощения, аллицин быстро реагирует с восстановленного глутатиона (GSH) в виде S-allylmercaptoglutathione, который по-прежнему сохраняет свои сильные антиоксидантные свойства [42], но также является более стабильным и может проникать в ткани и может достигать удаленных органов [40]. Механизм аллицин противораковые предполагает снижение митохондриальной и цитозольной ГШ уровнях, митохондриальных повреждений, формирование permeability transition pores (mPTP), которые приводят к цитохрома c Релиз от митохондрий и последующего апоптоза пути.

Этот обзор сосредоточится на деятельности dual фенольные соединения стильбена-ресвератрол, феруловая кислота производные куркумина и isothiocyanate сульфорафан. Ресвератрол-это phytoalexin присутствует во фруктах, синтезируемых в растениях в ответ на экологический стресс; куркумин-основной ингредиент куркумы или в виде порошка Curcuma longa корневище, и сульфорафан освобождается от glucosynolates крестоцветных овощей myrosinase. Химической структуры указанных соединений показаны на рис. 1. Эти три биологически активные вещества являются химически различны и оказывают специфические биологические эффекты, но их общей особенностью является способность изменять митохондриальных функций и процессов. В этом обзоре будут описаны четыре основные группы этих явлений: (1) митохондриальной дыхательной функции и ATP питания, (2) генерации активных форм кислорода и антиоксидантной защиты, (3) взаимной связи между митохондриями и ядром, ретро - и антероградная сигнализации, (4) unfolded protein response и срок службы управления. Последняя часть кратко характеризует влияние фитохимические на митохондрии в раковых стволовых клетках.

4. Митохондриального дыхания и генерирования энергииЭффективность АТФ поколения в митохондриях зависит от правильного функционирования

дыхательной цепи, поддержание электрохимического градиента и потенциала на внутренней митохондриальной мембраны. Помимо отдельных митохондрий, global ATP производства для всей ячейки зависит от количества митохондрий и баланс между митохондриального биогенеза и процессы утилизации (таких как mitophagy). Ресвератрол способен влиять на все эти аспекты митохондриальной биологии.

Эксперименты выполнены на рака молочной железы человека линии клеток культивировали in vitro и имплантированных как ксенотрансплантатов у бестимусных мышей, выявили сильное антипролиферативное действие ресвератрола лечения и индукции апоптоза [43]. Механизм индукции апоптоза участвует в быстрой деполяризации митохондрий и высвобождение Ca2+

эндоплазматический ретикулум. Нарушенный гомеостаз кальция вместе с митохондриальной стресс приводит к активации кальпаинов -- и открытие mPTP, высвобождение цитохрома С и активации классического каспазы зависимого пути [43]. Следует отметить, что потеря митохондриального мембранного потенциала было вызвано относительно высокой концентрации ресвератрола (100 мкм). В нижней части диапазона, ближе к физиологически достижимой концентрации ресвератрола было показано положительное влияние митохондриальных производительности мышей, скелетов и C2C12 myotubes [44]. В концентрации выше, чем 50 мкм были токсичными для C2C12 клетки, но “обучение” при повторном воздействии этих клеток до 20 мкм ресвератрола в течение 6 ч, проложенных 18 ч восстановительный периоды вызывали АМФ-зависимой протеинкиназы (AMPK) активации, последующие PGC-1α (пероксисом proliferator activated recpetor коактиватор гамма-1α) активация фосфорилирования и увеличение митохондриального биогенеза. Как AMPK и PGC-1α участвуют в адаптации к энергетическим стрессом и усиленной физической активности. Поэтому, кажется, что ресвератрол вызывает легкий стресс в мышцах, что служит стимулом для повышения окислительного потенциала, что приводит к улучшенным управлением выносливость in vivo тесты с мышей [44]. Интересно, что отмеченные эффекты ресвератрола были полностью независимы на деацетилазы белков sirtuin 1 (Sirt1). Sirt1 ранее рассматривалась в качестве основного белка-мишени, ресвератрола, хотя более поздние исследования показали, что он не в состоянии активации Sirt1 напрямую [45,46]. Sirt1 активируется во время ограничения калорийности и питательных лишения и действует наряду с AMPK с взаимной активацией взаимодействия этих двух белков (сигнального пути

112

показан на рис. 2). PGC-1α выступает в качестве главного регулятора транскрипции, регулирующие митохондриального биогенеза, и активируется как AMPK-driven фосфорилирования на Ser 538 и Thr 177 [47] и deacetylated по Sirt1 [48,49]. Последние результаты, однако, показали, что на самом деле деацетилированию PGC-1α, надэкспрессироанных Sirt1 снизил свою активность как транскрипционный коактиватор и предотвратить ресвератрол индуцированной митохондриального биогенеза [44].

Усиление митохондриального окислительного потенциала в мышцах-это признак физической нагрузкой повышение физической работоспособности. Многочисленные исследования, проведенные на грызунах показывают благотворное влияние пищевых добавок с ресвератролом на митохондриальную активность (измеряемая как потребление кислорода и активность дыхательной и липидов митохондриальных окислительных ферментов) и биогенеза (измеряется как увеличение мтднк содержания белка и уровня митохондриального фактора транскрипции а и PGC-1α) [50,51,52].

Активация AMPK необходимо ресвератрол индуцированной митохондриального биогенеза, принимая во внимание, что Sirt1 не [52,53]. Интересно, что эффекты ресвератрола на физическую работоспособность также зависят от общей физической подготовки. Эксперименты с крысами выборочно разводили для высокого или низкого управлением производительности показали, что ресвератрол усиленной подготовки ответа в первых, но не последних животных [51,54]. Ресвератрол оказывает также благотворное воздействие у мышей кормили высоким содержанием жиров, в частности, в уменьшении массы тела, повышение уровня глюкозы реакцию и снижают уровни ROS в мышцах [52]. Значительное увеличение отцепка белков UCP1, UCP2 и UCP3 в белой и бурой жировой ткани мышей, получавших ресвератрол предположил, что потеря массы тела может быть отнесена к повышению расхода энергии из-за расстыковки субстрата окисления от синтез АТФ [52]. Эти эффекты кажутся перспективной стратегии борьбы с метаболическим синдромом и сахарным диабетом 2 типа, которые в настоящее время серьезных проблем здравоохранения в развитых обществах.

Аналогично ресвератрол, куркумин, как сообщается, выступают в качестве митохондриального расщепляет органические соединения через protonophoric деятельности [55]. Как protonophore, куркумин наведенное состояние 4 дыхания (глутамат и малат, предоставляемых в качестве подложек для комплекса I, не производя АТФ), изолированных митохондрий печени крыс. Кроме того, в зависимости от дозы образом она активируется F0F1-Атфазы, что является общей чертой для protonophoric разобщителей.

Во многих раковых клеточных линий сульфорафан, основным isothiocyanate крестоцветных овощей, ингибирует клеточную пролиферацию и индуцирует апоптоз при применении в физиологических концентрациях (даже ниже 5 мкм) и эти события были показаны, чтобы быть связано с нарушением митохондриального мембранного потенциала. Однако, тот же самый состав, в аналогичном диапазоне концентраций было показано для сохранения митохондриальных функций во многих стрессовых ситуациях (ишемия или токсин-индуцированные повреждения), особенно в нормальных доброкачественные клетки [56]. Эти, казалось бы, противоречивых экспериментальных наблюдений должны быть согласованы на основе молекулярного механизма действия сульфорафан в клетках.

Наши собственные эксперименты продемонстрировали интересные расхождения в действие сульфорафан на нормальных человеческих фибробластов и злокачественной меланомы B16 F10 клеток (рис. 3, неопубликованные данные). В фибробластах, нетоксических концентраций сульфорафан (5 и 15 мкм), кажется, немного уменьшить мембранный потенциал митохондрий в зависимости от дозы образом. В отличие от B16 F10 клетки реагируют на одинаковые дозы сульфорафан с увеличением митохондриального мембранного поляризации (рис. 3). Возможным объяснением этого может быть то, что isothiocyanate активирует механизм восстановления митохондриального потенциала, как правило, ниже в злокачественных клеток до уровня, характерного для nontransformed клеток. Поэтому сульфорафан действия проявляется в более высокий процент поляризованного митохондрий. Наоборот, нормальные клетки будут регулировать интенсивность митохондриального деятельности к текущей потребности в энергии и, возможно, ниже, в сульфорафан обработанных клеток замедляется скорость распространения, чем в контроле.

В настоящее время плейотропным влиянием сульфорафан на многие аспекты физиологии клетки обусловлено двумя основными механизмами. Во-первых, сульфорафан, называется непрямым

113

антиоксидантом, является сильным активатором Keap1/регулируемый белком nrf2/ARE пути, ответственные за индукцию АФК рассеивания и детоксицирующих ферментов. Во-вторых, хорошо документированные цели сульфорафан являются histon deacetylases (HDAC). Как мощный ингибитор HDAC выражения и действия он вызывает эпигенетические изменения многих генов, участвующих в пролиферации, репарации ДНК и апоптоза [57].

NFE2L2 (ядерный фактор (эритроидных производного 2)-2, также известный как регулируемый белком nrf2) недавно было показано, что регулировать не только стресс-связанных генов, но также и дыхание. NFE2L2 является конститутивно upregulated во многих раковых клетках с резистентностью к химиотерапии и маркировка на плохой прогноз для пациентов [58]. Клетки с NFE2L2 генетическим нокаутом имеют более низкий уровень митохондриального потенциала и нарушение выработки АТФ путем окислительного фосфорилирования. В соглашении, нокаут Keap1, ведущих к постоянному NFE2L2 активации, приводит к увеличению митохондриального потенциала и клеточный уровень АТФ. Все эти различия показаны, чтобы быть независимым от дыхательной цепи от обесценения, но и связаны с изменениями в поставках уменьшения NADH и FADH2 [59]. Следовательно, сульфорафан, как NFE2L2 индуктора должна благотворно влиять на митохондрии. Более того, было показано в экспериментах на человеческих фибробластов (как обычные, так и изолированные от мышц, дистрофические пациентов), что сульфорафан индуцирует митохондриального биогенеза [60].

5. Активные формы кислорода и Окислительный стрессАнтиокислительная активность ресвератрола несомненна и подтверждена большим количеством

отчетов. Было показано, что в различных клеточных линий, злокачественные и не трансформируется, первичных культур и свежих изолированных тканей, ресвератрол снизился общий уровень ROS и генерации супероксид-анионов в митохондриях, в частности. Кроме того, ресвератрол восстанавливает надлежащий уровень антиоксидантной защиты путем пополнения глутатиона и индуцируя экспрессию ROS очистки ферментов, таких как MnSOD и ингибирует перекисное окисление липидов, вызванные металл-индуцированных радикалов [61,62].

В этой связи, установив, что увеличение митохондриального потенциала, стимулируется физическое упражнение было на самом деле ROS зависит, и действительно АФК, образующихся в мышцах при исчерпывающий деятельности были стимул, что вызвало митохондриального биогенеза был достаточно неожиданным [63]. Кроме того дыхательной цепи деятельности, основным источником АФК во время тяжелых физических упражнений является ксантин оксидазы. Администрация антиоксидантных добавок, таких как витамин C или аллопуринол (ксантиноксидазы ингибитор) результаты значительно слабее после тренировки у крыс в сравнении с контрольными группами [63]. Эти данные показывают, что повышение физической работоспособности, указанных в разделе выше, в ответ на ресвератрол может не быть связано с его антиоксидантными свойствами.

Цитопротективные эффекты, связанные с антиоксидантную активность ресвератрола наблюдается почечного эпителия, кардиомиоциты, нейроны и ткани головного мозга, сетчатки, пигментного эпителия и других клеток [64,65,66,67,68]. Например, нейропротекторное действие ресвератрола было описано в мозге крыс, перенесших гипоксию/reoxygenation индуцированной травмы, и кроме того, она значительно ускоренной регенерации митохондрий после введения синтетического расщепляет органические соединения, CCCP [69]. Интересно нейропротекторное воздействие, оказываемое ресвератрол при черепно-мозговой травме, а также LPS вызов и привлекать противовоспалительной активностью по отношению к микроглии, проявляется снижение экспрессии IL-1, IL-6, IL-12, TNFα и оксида азота релиз [70,71,72].

Эти цитопротективные эффекты, однако, не наблюдается в раковых клетках, которые отвечают ресвератрол с нарушением функции митохондрий, нарушению кальциевого гомеостаза, что приводит к кальций-индуцированного высвобождения кальция (CICR) из митохондрий; открытие проницаемости мембраны, переходные поры и апоптоза в результате [73,74]. Эти противоположные эффекты, наблюдаемые при злокачественных против nontransformed клеток показывают, что есть определенные физиологические особенности, которые отличают ответ одной и той же молекулы в этих двух клеточных средах. Возможная причина этих противоположных результатов может включать базального уровня внутриклеточных АФК (ниже в здоровые клетки с полностью функциональной митохондрий) и эффективности антиоксидантных механизмов защиты, в частности, глутатиона,

114

каталазы, супероксид dismutases деятельности, и т.д. (которая обычно ниже, в трансформированных клеток).

В случае куркумин деятельности могут быть похожими, поскольку есть многочисленные отчеты, показывающие его антиокислительные свойства, а также, наоборот, демонстрируя поразительное высота генерируемого рос. Например куркумин было показано, что они индуцируют митохондриальных повреждений и последующий апоптоз клеток рака легких, Jurkat клеток или фибробластов мыши [75,76,77]. Цитопротективные эффекты куркумина против окислительного повреждения были зафиксированы для дифференцированных адипоцитов из мезенхимальных стволовых клеток [78] HepG2 клеток [79], неонатальных крысиных легких [80], ретинальных пигментных эпителиальных клеток [81], спинного мозга астроциты [82] или гепатоцитов [83].

Другим возможным объяснением цитопротекторное и цитотоксическое деятельности куркумин в различных экспериментальных параметров изменчивости в дозах, используемых. Чанг и соавторы показали, что высокие дозы куркумина (80 мкм) повышение уровня внутриклеточных АФК, индуцированного повреждения митохондриальной и цитохром с-релиз и передан в ведение апоптоз клеток остеосаркомы, в то время как низкие концентрации (10 мкм) на самом деле снижены уровни АФК и не обладает токсичностью [84]. Это также поднимает вопросы о куркумин biavailability in vivo и диапазон достижимой концентрации в плазме куркумина. Низкая биодоступность был расценен как препятствие на пути запуска различных фитопрепаратов в клинической терапии.

Bioavailabilty пищевых растительных фенольных соединений довольно низкая и плазменных концентраций флавоноидов, катехинов, проантоцианидинов варьироваться, но никогда не превышать концентраций (CМакс) 10 мкм в плазме крови, и, как правило, значительно ниже [85]. Куркумин биодоступность особенно слабым из-за низкой растворимости и нестабильности в воде и даже очень высоких пероральных доз (12 г в сутки) в результате неопределяемой концентрации в плазме крови с пределом обнаружения 1 мкг/мл [86]. Для ресвератрол, устные дозы 250 мг результат с 2 мкм пик плазмы концентрация полифенолов и его метаболитов [87]. Низкая плазменная концентрация полифенолов-это не эффект слабого поглощения, а очень быстрый метаболизм, глюкуронирования и сульфатирование [87]. В целях повышения биодоступности и улучшения фармакокинетических параметров различных экспериментальных системах доставки лекарственных средств были испытаны как куркумин и ресвератрол, в том числе laurosyl сульфат или стеариловый и oligisaccharide хитозана перевозчик [88,89], поли-молочной-со-гликолевой кислоты (на основе) наночастиц [90,91]. Тем не менее, быстрый обмен веществ полифенолов в пищеварительный тракт человека и относительно короткий cleareance этих веществ являются факторами, которые ограничивают их доставки в определенные клеточные мишени.

С этой оговоркой в виду, химической модификации были применены этих соединений с целью повышения их поглощения и мобильный таргетинг. Пример успешной стратегии развития новых куркумин производные замечательную сходство митохондрий, которое было недавно сообщили Редди и коллеги [92]. Куркумин был сопряженных с triphenylphosphonium липофильные катионы, чтобы получить Mitocur-1, -2 и -3 молекул, которые выставлены значительно повышается накопление митохондрий. Эти соединения в концентрации 10 мкм оказали высокая токсичность в клетках рака молочной железы, но не нормальных эпителиальных клеток молочной. Противоопухолевый эффекты, участвующих арест клеточного цикла, увеличение генерации супероксид, потеря митохондриального мембранного потенциала и впоследствии апоптоза [92].

Сульфорафан также имеет противоречивую роль в создании клеточной ROS гомеостаза. После введения клеток и/или митохондрий сразу, конъюгированного с ГШ, что приводит к глубоким ГШ истощение и может привести к увеличению ROS поколения в первые часы инкубации с соединением. В долгосрочной перспективе, однако, он усиливает экспрессию многих ROS, контролирующих ферменты, в том числе и NAD(P)H:хинон оксидоредуктазы-1 (NQO1), гемоксигеназа-1 (HO-1), GSTs (gluthatione S-трансферазы), что делает его антиоксидантный потенциал [93]. ROS порог теория утверждает, что в раковых клетках, которые, как правило, характеризуются повышенной ROS уровнях, интенсивное ROS производства, вызванных sulphorafane мог пройти порог смерти сигналов. В нормальных клетках такое же увеличение уровня АФК будет вызывать цитопротекторный эффект из-за снижения начальной ROS значение [56].

115

6. Сигнализации между Митохондриями и ядромПриобретение бактериальных эндосимбионтов в эукариотических предка клеток насильственного

развития двунаправленных сигнальных механизмов между митохондрией и ядром. Антероградная (ядра, митохондрий) и ретроградный (митохондрий к ядру) сигнальные пути являются древней и ранней развитые коммуникационные маршруты, которые координируют митохондриальной ответ на изменение внутриклеточного микросреду и действовать как датчик механизмов, регулирующих клеточный ответ на внешние, напр., пищевые раздражители.

Антероградная сигнализации существование является результатом постепенной потере митохондриальной автономии с точки зрения регулирования transcritpion и перевод. Эволюция привела к передаче все большего числа генов, кодирующих белки решающее значение для дыхания ядерного генома. Митохондриальная ДНК кодирует только 13 субъединиц дыхательных комплексов I, III, IV и V, хотя они незаменимы для транспортировки электронов и дыхания. Ядра имели значительный контроль над выражением дыхательных комплексов, но также множество белков, участвующих в поддержании и репликации мтднк или ферментативный аппарат вождения различных метаболических процессов в митохондриях [94,95]. Это контроль над митохондриального биогенеза и метаболизма деятельности проводится по ядерной респираторных факторов, NRF-1 и NRF-2 (по совпадению тот же аббревиатура используется в литературе для ядерный респираторный Фактор 2 и ядерный фактор (эритроидных производного 2)2, активированных sulforphane и указанных в разделе 3). NRF-1 сайты связывания были найдены в многочисленных генов, кодирующих дыхательных комплексов подразделений, а также других лиц, ответственных за их сборки, импорта и оказание вспомогательных функций или участвует в биосинтезе гема [96]. NRF-1 является важным геном, как было показано в организме мышей с нарушенной ДНК-связывающих и домены димеризации. Гомозиготных NRF1 null мышей показали, ранней эмбриональной летальности и даже бластоцист были не в состоянии вырастить в культуре [94]. NRF-1 можно привязать к PGC-1α и вместе они transactivate дыхательных генов митохондриального транскрипционного фактора (TFAM), прямая регулятора митохондриального ДНК репликации/транскрипции и NRF-1 себя, действуя в качестве позитивного регулирования цикла, что является принципиально важным для митохондриального биогенеза [94,97]. PGC-1α актов в сотрудничестве с пероксисом proliferator activated рецептора α (PPARα), который является фактором транскрипции, который активируется при связывания лиганда. PGC-1α/PPARα индуцируют транскрипцию ферментов из жирных кислот β-окисления пути и расстыковки белков, UCP1 и, возможно, других расстыковки белков, UCP2 и UCP3, которые играют важную роль в термогенез после воздействия холода [98,99,100,101,102,103]. PGC-1α взаимодействует также с общими тиваторами таких как CBP/p300 и SRC-1, которые обладают гистонов ацетилтрансферазной активности. PGC-1α принадлежит уникальный класс тиваторами, которые могут одновременно индуцируют транскрипцию мРНК и обработки, когда, привязанный к однокоренным промоутер целевого Гена. C-концевого домена PGC-1α имеет RNA recognition motif и региона, отвечающих за набор факторов сплайсинга [104]. Два других транскрипционных тиваторами, связанных PGC-1α были определены, а именно PGC-1α, связанных с коактиватор (КНР) и PGC-1β. Они сотрудничают с НРФ-1 и побудить митохондриального биогенеза в подобный способ PGC-1α [94], но их распределение в тканях различны и не пересекаются с PGC-1α (рис. 4

Ретроградная сигнализация развитие клеточной адаптации к факторам и условиям, которые ослабляют митохондриальной функции. Когда митохондрии выделяют такой сигнал в ядро клетки может переключиться на ремонтных программ и перестроить обмен веществ, чтобы сохранить энергетический гомеостаз [105]. Ретроградная сигнализация, вызванных дефектами дыхательной цепи, накопление мутаций мтднк, изменений в мтднк скопировать номер или потеря мембранного потенциала. Этот путь лучше всего описаны у дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Маркер Гена ретроградного ответ пероксисом цитрат синтазы CIT2, который в значительной степени индуцированного повреждения митохондриальной дрожжей. CIT2 выражение приводится в движение двумя basic leucine zipper факторы транскрипции Rtg1 и Rtg3, и цитоплазматических регуляторных белков Rtg2. Rtg2 требует связывания АТФ с активностью и модулируется аммиака, глутамина и глутамата уровнях, предположить, что он действует как метаболический датчика. В дрожжи, Rtg белки играют роль в интеграции метаболизма митохондрий и техническое

116

обслуживание: (1) регуляция пероксисом glyoxalate цикла окисления жирных кислот, (2) поддержание anaplerosis через усеченный цикл Кребса, что обеспечивает полупродуктов для глутамата и биосинтез лизина, (3) активация аконитазы в качестве бифункционального фермента цикла Кребса, но и стабилизации мтднк [106]. В клетках млекопитающих ретроградного ответ гораздо более разнообразны и менее хорошо определены, но включает в себя несколько основных мероприятий, таких как регуляция некоторых ядерно-митохондриальных белков кодируется (цитрат-синтазы, цитохром оксидазы CoxVa) и non-митохондрий, как цитоскелета (β-актин), гликолитических (ГАФД) или сигнализацию (c-Myc) белков. Другие симптомы ретроградной реакции связаны дисбаланса гомеостаза кальция, повышенной цитоплазматической Ca2+ уровней, повышение экспрессии эндоплазматический ретикулум кальция релиз каналы; низкий уровень АТФ и компенсаторное усиление гликолиза [107]. Эти события вызывают стресс сигнализации, связанные с активацией кальциневрина, NFκB, MAPK и PKC. Впоследствии, инсулинподобный фактор роста 1 рецептора мембраны уровнях-регулируется, что позволяет интенсификации усвоения глюкозы (рис. 4b). В какой-то мере каскад этих событиях напоминает признаки рака: в частности, алчность для глюкозы, высокий уровень аэробного гликолиза (эффект Варбурга) и гиперактивностью митогенных сигналов. По этой причине, Guh, и его коллеги предложили гипотезу о том, что митохондриальные повреждения индукционным ретроградного ответ может быть действительно причиной онкогенной трансформации, а не его результат [105]. Ресвератрол и куркумин действовать на обоих антероградная и ретроградная сигнальных путей. Во-первых, они активируют PGC-1α, канонический регулятора митохондриального биогенеза и как AMPK, который координирует обмен веществ, чтобы сохранять равновесие между анаболическими и катаболическими процессами и сохранение клеточной энергии магазинах. В этом контексте, ресвератрол помогает защитить энергетический гомеостаз. С другой стороны, антиоксидантные и противовоспалительные свойства ресвератрола отражают снижение уровня внутриклеточных АФК, и ингибирование воспалительных (И.А NFκB) сигнализации [108,109,110]. Эти процессы снижают чувствительность митохондрий к супероксид-индуцированного повреждения или митохондриальной мембраны перекисного окисления липидов, что может привести к ретроградной ответ. Было бы интересно предположить, что химические активность ресвератрола могут быть связаны с глушащий ретроградного ответы.

Альтернативный способ действий был представлен в недавнем докладе Джонг и соавт., которые описывают дифференциальные эффект синтетических, более стабильное производное ресвератрола HS-1793 и чистого ресвератрола на митохондрии в MCF-7 клеток [111]. Хотя оба соединения снизилась мембрана поляризация и уровень АТФ, HS-1793 значительно вниз-регулируется TFAM и TUFM уровней, ответственных за митохондриальные транскрипции и трансляции, которые имеют решающее значение для митохондриальной содержание в клетках. Следовательно, HS-1793 обработанных клетках были не в состоянии компенсировать истощение запасов АТФ с усиленной митохондриального биогенеза и в конце концов умирают [111]. В этом контексте, несмотря на ядерных генов, TFAM и TUFM может рассматриваться как привлекательный молекулярных мишеней для фитохимических терапию, основанную на том, что открыть возможность блокировать весь митохондриальной транскрипции и трансляции и вырываются энергетические катастрофы в раковых клетках.

Сульфорафан недавно было показано, что повышение экспрессии транскрипционных coregulator SPBP в HeLa клетках, которые, в свою очередь, активирует р62/SQSTM1 [112,113]-белок, по мнению некоторых исследователей, одним из главных регуляторов аутофагии и mitophagy [113]. Если это так, сульфорафан действие на клетки приведет в соответствии митохондриального гомеостаза путем ликвидации поврежденных митохондрий и индукции митохондриального биогенеза. Аналогичным образом, ресвератрол и его химически модифицированных аналог с улучшенной стабильностью, Longevinex® недавно было показано, чтобы вызвать mitophagy в ответ ишемии и реперфузии сердца крысы [114], что способствует реконструкции поврежденных митохондрий и, следовательно, ускоряет клеточную регенерацию.

7. Unfolded Protein Response и долголетияUnfolded protein response-это режим ретроградной сигнализации, которая включается при

повреждении митохондрий релиз пептидов от их матрикса в цитоплазму [115]. Коротких пептидов, 117

образующихся в митохондриях из неправильно свернутых белков может активировать определенные ядерные факторы транскрипции, которые принадлежат ретроградный путь.

Тринадцать белков, закодированных в ДНК должны сотрудничать с ядерной закодированы белки для поддержания надлежащего функций митохондрий. Митохондриального механизма перевода, в том числе митохондриальных рибосомных белков (МСП) является необходимым не только для биосинтеза этих 13 белков, но и для поддержания определенного стехиометрического соотношения ядерных и митохондриальных дыхательных белков. Изменение этого отношения создает стимул, который запускает митохондриального белка развернулась respose (упоmt). Тот факт, что некоторые антибактериальные антибиотики, а также бромид этидия, а конкретно ингибировать транскрипцию, является основополагающим экспериментальные подходы, разработанные для изучения unfolded protein response. В интересном исследовании Houtkooper et al.. [116], авторы показывают, что unfolded protein response определяет долговечность в различных эукариотических организмов. Исследование показало, что Mrps5 уровня экспрессии с возрастом уменьшается, и кроме того, нокдаун этого Гена во время стадии развития продлевает срок службы Caenorhabditis elegans [116]. Интересно, Mrps5 нокдаун привело к усилению перистальтики червей, снижение базального дыхания и снижение АТФ и цитрат-синтазы деятельности. Подавление Mrps5 с помощью RNAi измененных митохондрий перевод и индуцированной mitonuclear дисбаланс (стехиометрическая дисбаланс между nDNA и мтднк закодированные дыхательных белков). Снижение уровня Mrps5 вызывать митохондриальный стресс и впоследствии активировать упоmt и импорт БТШ-60, БТШ-70 шаперонов, которые предназначены для восстановления prober белок состоянии. Hiperactive упоmt коррелирует с существенным расширением продолжительность жизни. Упоmt предполагает увеличение митохондриальной пептид transporter HAF-1 и убиквитин-подобный белок 5 (UBL5), что индуцирует транскрипцию митохондриальных белков. Другие факторы, которые индуцируют mitonuclear дисбаланса, такие как антибиотик ингибиторы митохондриальной транскрипции (доксициклин или рапамицин) оказывают аналогичное воздействие, чтобы сбить из Mrps5 и увеличить продолжительность жизни червей и мышей [117,118]. Интересно, что ресвератрол показывает аналогичную деятельность и увеличивает долю nDNA закодированные OXPHOS субъединиц над мтднк кодировке. Этот эффект не приводит к падению уровень АТФ или в базальной интенсивность дыхания, но и наоборот, ресвератрол усиливает окислительное фосфорилирование, поддерживает уровень АТФ и цитрат-синтазы деятельности в неизмененном виде (рис. 5). Это указывает на то, что ресвератрол не вызывает энергетический стресс.

Хотя правильное митохондриальной активности и эффективного дыхания являются признаки здоровья на клеточном уровне, сообщалось, что снижение митохондриальной активности может увеличивать продолжительность жизни. Исследования, выполненные на дрожжах, C. elegans, Дрозофилы и мышах показывают, что инактивирующих мутаций в дыхательных сложных компонентов и последующего обесценения в митохондриальной активности, увеличение продолжительности жизни [119,120,121,122]. Возможное объяснение, заявив, что снижение митохондриальной активности и окислительного метаболизма связано с уменьшением ROS поколения в митохондриях, и, следовательно, снизить окислительное повреждение, не находит поддержки в экспериментальных доказательств. Увеличение окислительного стресса не сокращают срок службы C. elegans [123,124]. Рнкі опосредованное подавление цитохром с-оксидаза-1 субъединицы Vb (ССО-1) в личиночной стадии C. elegans может вызывать увеличение продолжительности жизни в зрелом возрасте, даже когда глушащий только в определенных тканях (кишечник или нейронов) [125]. Продолжительность жизни расширение из-за ССО-1 глушащий включается упоmtи этот тип упо необходимо для продления жизни, но не цитоплазматической или эндоплазматический ретикулярной упо [125].

Упо срабатывает в митохондриях во время проблем для достижения правильной структуры дыхательных комплексов, в том числе Fe-S кластера сборки и передачи apoproteins. Недавно обнаружил питательных веществ-лишение аутофагии фактор (NAF-1) принадлежит к группе белков, ответственных за Fe-S кластера передачи получателю молекул и локализуется в эндоплазматическом ретикулуме и наружной мембраной митохондрий [126]. Один его клиент белков ferredoxin [126]. Resveratrol взаимодействовать с NAF-1 и формирование этого комплекса улучшает стабильность Fe-S кластера связаны NAF-1. В результате, ресвератрол изменяет кластера передачи от NAF-1 получателю

118

белка или митохондрий [126]. Хотя нет прямых физиологических последствий NAF-1/взаимодействия ресвератрола были выявлены, мы можем предположить, что ингибирование Fe-S кластера трансфертов приводит к увеличению не полностью функциональный apoproteins в митохондриях, которое впоследствии могло бы вызвать упоmt и далее оказывать долголетия-удлиняя путь.

8. Митохондрии в раковых стволовых клетокПоследние взгляды на происхождение рака подчеркнуть важность небольшой субпопуляции

клеток, называемых раковых стволовых клеток (ЦОК). Эти клетки присутствуют в опухолях и особенно трудно уничтожить, рассматриваются как основная причина ограниченного успеха существующих методов лечения. Но, с другой стороны, CSCs представляют собой новые интересные цели для потенциальных лечения рака.

К сущностным свойством Цоны-это способность асимметричного деления, что означает, что одна из дочерних клеток сохраняет самообновлению потенциал и второе порождает Все типы клеток генерального рака населения. Поэтому их также называют опухоль-инициирующих клеток [127]. Первое упоминание о CSCs относится к 1963 г., когда Брюс и Ван дер Хаах отметил, что небольшое количество мышиных лимфоидные клетки способны к пролиферации in vivo [128]. Наиболее убедительные свидетельства для раковых стволовых клеток теории были предоставлены из исследования по лечению острых миелоидных лейкозов (ОМЛ). В 1994 году Lapidot и коллеги определили CD34+ CD38 - фракций под клетки, которые способны были под инициации после пересадки в тяжелый комбинированный иммунный дефицит (SCID) мышей [129]. Аналогично, капот и Дик заметил лейкозных бластов поколения после вливания CD34+ CD38 - клеток в non-obese diabetic, тяжелый комбинированный иммунный дефицит (NOD/SCID мышей [130]. Этот редкий клеточной популяции выраженный потенциал к самообновлению и способность различать и размножаться. После этого, большинство исследований в Цонах, которые были проведены, позволили идентифицировать этот вид клеточной популяции в различные виды рака, как рак поджелудочной железы [131,132], опухоли головного мозга [133], рака легких [134], мочевого пузыря [135], предстательной железы [136], меланомы [137], яичников [138], рака шеи и головы [139], рака толстой кишки [140], колоректального рака [141], гепатоцеллюлярной карциномы [142], рака печени [143] и рака молочной железы [144].

Происхождение CSCs пока неизвестно, но несколько теорий были предложены. Одна теория предполагает, что накопление мутаций в нормальных стволовых клеток или клеток-предшественников приводит к CSC образования [145]. Происхождение CSCs от нормальных стволовых/прогениторных клеток также обозначается некоторое сходство между этим типом клеток, таких как экспрессия молекулярных маркеров или клеточный фенотип и размера [146,147,148]. Другая теория предполагает, что генетические и эпигенетические факторы могут привести к де-дифференциации или лежат в основе трансдифференцировки за счет горизонтального переноса генов и слияние клеток в зрелых соматических клеток [149]. Главным препятствием в проверка возникающих гипотез заключается в том, что в настоящее время универсального, однозначного метода для CSC идентификации не существует.

Однако, особенности культуры клеток среды, как было показано, чтобы облегчить CSC обнаружения. Например, сфероид культуры раковых клеток приводит к обогащению сфероидов в стволовые клетки, как клетки. Сфероиды генерируется от первичного рака яичников и человеческих клеточных линиях рака яичников содержат клетки, способные к самообновлению, пролиферации, дифференциации, формирование опухоли, метастазирование и устойчивость к химиотерапии [150]. Кроме того, этот метод был использован для обогащения различных CSCs как предстательной CSC [151], двоеточие CSC [152], мозг CSC [133], молочной CSC [153].

Есть интересные различия в митохондриальной структуры и функции между стволовые клетки, так и нормальные зрелые клетки. Митохондрии в стволовые клетки являются незрелыми, нитевидные, плохо развиты гребешок, жареный осьминог, и локализованы в перинуклеарные области. Из-за ограниченной функциональности этих митохондрий в отношении АТФ поколения, стволовых клеток метаболизм основан на гликолиз. При дифференциации программу включается, митохондрии, проходят созревание, проявляющееся увеличением количества мтднк, формирование сложной сети и гребешок, жареный осьминог и расширенные возможности окислительного фосфорилирования [154].

119

Вы и коллеги [155] показано, что митохондриальные функции, характеристика плюрипотентных клетках произошли также в Цонах. Митохондрии в легких CSCs экспонат перинуклеарные расположение, низкие объемы мтднк, снижение концентрации АТФ и ору, высшее митохондриального мембранного потенциала и снижение потребления кислорода. Авторы предположили, что этот черт и свойств, могут применяться в качестве индикаторов stemness в нормальных стволовых клеток, а также в Цонах.

Номера-tumorogenic раковые клетки производят большое количество ROS, которые способствуют быстрому распространению и эта ситуация может стать причиной чувствительности этих клеток к радио - и химиотерапии. Наоборот, CSCs характеризуются низкими ROS уровень, низкий уровень пролиферации и гиперэкспрессия генов, участвующих в защите от окислительного стресса. Таким образом, CSCs экспонат повышение потенциала нейтрализации внутриклеточных АФК в связи с увеличением производства свободных радикалов падальщики.

В рамках поиска эффективных методов целевого CSCs, несколько фитохимические вещества были протестированы. Тан et al. [156] показали, что epigallocathechin галлат (EGCG) ингибируют рост рака предстательной железы стволовыми клетками и этот эффект можно усилить с помощью кверцетина. EGCG индуцированной митохондриально-зависимый апоптоз через каспазы-3/7 активация и ингибирование Bcl-2, XIAP и survivin выражение в предстательной Цонов. Кроме того, EGCG с кверцетин смогли ингибирование самообновлению и блок CSCs миграции и инвазии. Аналогичным образом, ресвератрол способен эффективно ингибируя поджелудочной CSCs характеристика в КрасG12D

mice. Как EGCG, ресвератрол, индуцированной каспазы-3/7 деятельности и ингибируется экспрессия апоптоз белков, связанных, например, Bcl-2 и XIAP в человеческой поджелудочной Цонов. Кроме того, ресвератрол ингибирует экспрессию Sox-2, Oct-4 и Nanog, которые являются ключевыми факторами в поддержании плюрипотентности [157]. Сульфорафан также сдерживали самообновлению способность поджелудочной Цонов, в основном ингибирование Bcl-2 и экспрессии XIAP, каспазы-3 активации и индукции апоптоза. Более того, сульфорафан привести в соответствие с кверцетин, а также устранены CSC-характеристика [158]. Alvero et al. [159] показали, что лечение яичников CSCs с NV-128 (фенил-замещенных изофлавон подворье), индуцированной гибели клеток по двум независимым путям. Первый был связан с увеличением митохондриального супероксида и перекиси водорода производства и второй-снижение АТФ, Кокс-я и ЦОГ-IV уровней. Оба маршрута ведут к нарушению функции митохондрий и энергетический стресс. Важно то, что эти авторы показали, что манипуляции с митохондриальной биоэнергетики может индуцировать гибель клеток яичников в Цонах, которые устойчивы к proapoptic химиотерапия. Куркумин может также использоваться в анти-раковой терапии, направленных на Цоны. Фонг et al. [160] показали, что этот фитохимических эффективно уменьшает популяции клеток с CSC характеристики (так называемый стороны населения) в крысиной глиомы С6, и, следовательно, потенциально представляет лучшее решение для глиомы пациентов, регулярно получавших temozolomide, который на самом деле может усилить побочные доля населения в пределах клеток глиомы [161]. На основе этих результатов можно предположить, что многие положительные эффекты, ресвератрол, куркумин или сульфорафан на опухоли, развития, роста и метастазирования in vivo может быть объяснено влиянием биологически фитохимические вещества в митохондриях в основном в ЦОН, а не на митохондрии всей популяции раковых клеток, подвергнутых лечению опухолей. Мы должны иметь в виду такую возможность при планировании будущего in vitro эксперименты, например, с помощью использования 3D-сфероиды культуры опухолевых клеток, которая содержит более Цонов в сравнении с обычной 2D монослоев.

9. Выводы и перспективыДиетическое фитопрепаратов, как было показано, влияют на различные аспекты митохондриальной

биологии, в том числе энергетика, двунаправленных сигналов и от ядра, unfolded protein response, апоптотических путей и функционирования стволовых клеток. Знания, собранные из in vivo и in vitro исследования показали обнадеживающие эффекты потенциально облегчение симптомов различных патологий, таких как рак, нейродегенеративные заболевания и метаболический синдром. Тем не менее, противоречивые данные о механизмах сульфорафан, ресвератрол и куркумин действия необходимо тщательное разъяснение.

120

Есть определенные препятствия, которые затрудняют усилия исследователей, которые исследуют фитохимические в надежде улучшить проведение химиопрофилактики: (1) наиболее тяжелой является слабым биодоступность природных соединений; (2) отсутствие надежных клеточных культурах и животных моделей для изучения пищевые агенты, (3) многочисленные трудности в проведении клинических исследований. Преодоление этих трудностей является важной задачей для будущих исследований. Более того, в большинстве изученных фитохимические вещества имеют много активных производных-обратите внимание на биоразнообразие и обилие химических модификаций практически не ограничены, и даже небольшие изменения в химической структуре, могут глубоко влиять на биологические функции [162]. Подавляющее большинство in vitro и in vivo исследования, однако, проводятся на нескольких популярных фитохимических веществ. В этом контексте влияние многих “лучше” аналогов наиболее изученным фитохимические вещества (созданных природой или путем химической модификации) на митохондриальные функции должны быть внимательно изучены, особенно с участием этих современных “омик” технологии, что позволяет производить одновременный анализ многих химических веществ и клеточных компонентов. Таких данных мало (ресвератрол аналоговый от ежевики, pterostilbene, что было доказано upregulate генов, вовлеченных в митохондриальной функции, служит хорошим примером [163].

Такие исследования, если тщательно спланирована и будет проводиться обратить внимание на важные преимущества фитопрепаратов в качестве дополнительных терапевтических агентов т.е. отсутствие системной токсичности, разнообразных мероприятий, способствующих укреплению здоровья, низкая стоимость и широкая доступность по сравнению с современными синтетическими pharmacuticals. Важной задачей является также привлечение специалистов в области здравоохранения как в развивающихся, так и высокоразвитых стран мира, которые заботятся о доступном здравоохранении " на тему фитохимические использования в профилактике и лечении заболеваний. Хорошей новостью является то, что заключения из многочисленных научных отчетах, которые мы должны ценить природные диеты и традиционные блюда наследие многих культур, которые распространяют осознание выгоды, связанные с красного вина (содержащие ресвератрол), специи (куркума), овощи (чеснок, содержащий аллицин; брокколи и капуста, содержащие сульфорафан, кверцетин), зеленого чая (эпигаллокатехин-3-галлат) и продуктов из сои (генистеин) потребления.

1. IntroductionMitochondria are very specialized organelles that are not only indispensable for maintaining energy

homeostasis in eukaryotic cells, but also play prominent roles in cell physiology and fate, including the distinction between survival and apoptotic pathways. The current view on the evolution of life assumes that the presence of mitochondria seems to be an intrinsic property of the last common eukaryotic ancestor [1]. The acquisition of respiratory competent endosymbionts and development of mitochondria as organelles were fundamental for the whole further evolution of eukaryotes and subsequently multicellular organisms. Nevertheless, microsporidians (Eucarya, Protozoa, Microsporidia) serve as an example that not all eukaryotes fully utilize the benefits of respiration or the diverse metabolic pathways offered by mitochondria. In these microorganisms the adaptation to parasitic life has led to structural and functional reduction of cellular components, manifested by the loss of mitochondria. Several taxa retained only mitochondrial relics or mitochondrion-like organelles (MLOs, mitosomes and hydrogenosomes). Interestingly, protists such as the parasitic Giardia lamblia, Trichomonas vaginalis, Encephalitozoon cuniculi or Cryptosporidium parvum that had been believed to never possess mitochondria, were later shown to harbor numerous genes of mitochondrial origin in their nuclear genomes [2]. Remarkably, the genes of particular importance were those involved in the iron sulfur (Fe-S) cluster assembly and the Fe-S cluster transfer into apo-acceptor proteins. Three distinct molecular systems responsible for Fe-S cluster biogenesis and maturation of the Fe-S holoproteins have been discovered in Prokaryota, namely ISC (for iron-sulfur cluster), SUF (for sulfur mobilization) and NIF (for nitrogen fixation) [3]. ISC system is common for bacteria and eukaryotic mitochondria. The central role in this system is played by pyridoxal phosphate-dependent cysteine desulfurase, which is a sulfur donor for the cluster. The genes IscU and Isc1 from bacteria and eukaryotes, respectively, encode for small scaffold proteins that create the molecular environment for Fe-S assembly, and they belong to the most evolutionary conservative proteins ever described [3]. Ready-made

121

Fe-S clusters are transferred from the scaffold protein to the recipient apoproteins of various kinds, and next active holoproteins are formed.

This group of metalloproteins is diverse and comprises enzymes of crucial importance for numerous metabolic and biosynthetic pathways, such as respiration (complex I, II and III subunits), Krebs cycle (aconitase), ferredoxin, glutamate or xanthine dehydrogenases, just to mention but a few examples. Noteworthily, the Fe-S biogenesis machinery is also present in mitosomes, hydrogenosomes and mitochondrion-like organelles (MLOs). This fact inspired a hypothesis that Fe-S formation is indispensable for life and is the primary reason for the success of endosymbiosis [4].

Nevertheless, in multicellular organisms mitochondria play crucial roles in metabolism and energy generation, regulation of survival/apoptosis and maintaining the proper cellular redox homeostasis. The frequently used model for studying various aspects of mitochondrial functions and genetic autonomy are rho zero (ρ°) cells that are devoid of mtDNA. They are generated by prolonged culture in the presence of ethidium bromide [5]. Such cells cannot carry on normal electron transport in the respiratory chain due to the lack of critical subunits of complex I, III, IV and F1F0 ATP synthase [6]. Their energetic needs are met exclusively by glycolysis and they are auxotrophic in terms of uridine and pyruvate requirement for growth. Although various metabolic pathways are impaired, these cells are resistant to apoptosis in response to stimuli that induce this type of cell death in normal cells [6]. This is an illustrative example of the role of mitochondria in cell physiology.

2. Role of Mitochondria in the Etiology and Onset of Human DiseasesMitochondrial dysfunctions underlie many severe pathologies, such as malignant transformation and

cancer development, as well as neurodegenerative disorders and type 2 diabetes [7,8]. The pathologies associated with mitochondria can either result from the inherited or acquired mutations within the mitochondrial genome or the cause may lie in the mutated nuclear genes that encode proteins involved in respiration or the mtDNA maintenance. Due to the large number of mtDNA copies in each cell (up to several thousands), the onset of syndromes evoked by mutations in mtDNA depends on homo- or heteroplasmy, and the proportion of mutated mitochondrial genomes in the latter case.

The first group of diseases show diverse severity, affect numerous organs and tissues and manifest by neurological (ataxia, dystonia), ophtalmological (diplopia, ptosis, ophthlmoplegia), gastrointestinal (dysphagia), respiratory (apnoea) and haematological (anemia, pancytopenia) symptoms. Well recognized and described syndromes, such as Leber Hereditary Optic Neuropathy (LHON) or mitochondrial myopathy [9] are relatively easy to diagnose, nevertheless, overall clinical picture can be blurred by the existence of common diseases, such cardiomyopathy or diabetes. There is also the possibility that certain mtDNA variations predispose to diabetes, Alzheimer disease or Parkinson disease [10].

The second group comprises pathologies that originate from mutations in the nuclear genes involved in replication of the mitochondrial genome (such as polymerase γ), mitochondrial transcription (mitochondrial transcription factor A, TFAM) or translation (mitochondrial elongation factor Tu, TUFM). Experiments performed on mice have demonstrated that homozygous mutations in the proof-reading polymerase γ subunit A (PolgA) that lead to accelerated accumulation of subsequent mutations and deletions in mtDNA, cause dramatic decrease in lifespan, premature aging with all the characteristic symptoms (alopecia, spine kyphosis, osteoporosis), as well as loss of subcutaneous fat and reduced fertility [11]. Single nucleotide polymorphisms (SNPs) in TFAM have been recently associated with moderately increased risk of Alzheimer or possibly Parkinson disease development [12,13,14,15,16]. Similarily, certain SNPs discovered in TUFM gene are associated with increased susceptibility to asthma and obesity in North European populations [17].

Oarticular interest has been attracted to the phenomenon of accumulation of mtDNA mutations in cancer. The ground-breaking study by the Vogelstein group showed that mitochondrial genomes in normal cells are generally homoplasmic or exhibit fairly low levels of heteroplasmy that is either inherited from the mother or come from somatic mutations turning up in early embryonic life [18]. Conversely, as demonstrated on colorectal tumor tissue, cancer cells acquire a higher degree of heteroplasmy and the authors noticed that “90% of cancers harbored at least one point mutation not present in the matched normal mucosa” [18]. However, still it is not entirely clear if these mutations actively contribute to the tumor progression or are just merely the result of accumulation of mistakes after hundreds of replications [18,19]. Nevertheless,

122

these mutations are frequently responsible for the widely observed impairment of mitochondrial functions in cancer cells.

In conclusion, mitochondria are regarded as an important target for therapeutic intervention. It is possible to change the “mitochondrial factor” in the onset of many diseases not only by applying some specific drugs, but also by modulating many environmental factors, for example by increasing physical activity or changing dietary habits. The last latter seems particularly important as many current studies indicate that some bioactive food ingredients have a great potential to target mitochondria.

3. Dietary Phytochemicals Acting on MitochondriaApart from the classical high throughput drug design and synthetic drug development approaches, an

extensive search for natural bioactive compounds is being undertaken. Special interest has been focused on phytochemicals, food-derived bioactive compounds and nutraceuticals that might link high biological activity with good tolerance and low systemic toxicity. So far, the efforts have led to the characterization of numerous substances that modulate mitochondrial functions and show promising chemopreventive and anticancer or neuroprotective properties.

Various bioactive phytochemicals present in food were traditionally believed to exert health-promoting effects and currently the number of scientific reports investigating their action in cell culture and animal models has been growing rapidly. Green tea plyphenols (catechins, epigallocatechins, and their derivatives), quercetin, genistein from soybean and allicin from garlic are among the most extensively studied compounds.

Green tea polyphenols, particularly epigallocatechin-3-gallate (EGCG) have been shown to act as potent chemopreventive and anticancer agents. Their mode of action concentrates on induction of mitochondrial apoptotic pathway, e.g., mitochondria depolymerization, cytochrome c release and activation of caspases, in various cancer cell lines, including prostate cancer [20], nasopharyngeal carcinoma [21], melanoma [22], breast cancer [23], pancreatic cancer [24,25], gastric cancer [26], cervical cancer [27,28] and hepatoma cells [29]. Some reports point out that the ROS–related effects may contribute to the antiproliferative and proapoptotic activity of EGCG [29,30,31,32].

Another flavonoid with potential chemopreventive and neuroprotective properties is quercetin, broadly distributed in many plants and vegetables of the human diet. Quercetin was found not only to prevent the reactions to oxidative stress [33] but also actively mount up in mitochondria in biologically active form in cells, during treatment with micromolar concentrations (10–50 μM) [34]. Although the role of this accumulation is not clear, it points to the importance of future studies on mitochondria-polyphenol interactions. Such a study was performed with genistein, an isoflavone that structurally resembles quercetin. Pham and coauthors developed methods of genistein intracellular delivery using nanoemulsions and lipid micelles that showed improved selectivity towards mitochondria. New formulations containing genistein were more cytotoxic for hepatoma and colon carcinoma cells, largely through destabilization of mitochondrial membrane and induction of cytochrome c release leading to apoptosis [35].

Allicin, the most abundant bioactive compound of garlic is well known from its antibacterial activities since the 1940s [36]. Later, other interesting and beneficial effects of allicin have been described, such as antifungal activity [37], high reactivity and anticancer properties [38,39,40]. Allicin is a highly reactive product of alliinase that is formed from the aminoacid alliin. The enzyme (alliinase) and its substrate (alliin) reside in separate intracellular compartments, but after the disruption of the garlic clover tissues they both are released and the reaction takes place [40]. The ability to penetrate biological membranes and high reactivity towards thiol groups make allicin a unique compound with interesting anticancer properties that can be attributed to the alterations it causes in the intracellular redox potential [41]. Allicin has a very short half-life in biological systems and disappears from blood within several minutes [40]. After absorption, allicin rapidly reacts with reduced glutathione (GSH) to form S-allylmercaptoglutathione, which still maintains its strong antioxidant properties [42], but is also more stable and can penetrate tissues and can reach remote organs [40]. The mechanism of allicin’s anticancer action involves the decrease of mitochondrial and cytosolic GSH levels, mitochondrial damage, formation of permeability transition pores (mPTP) that lead to cytochrome c release from mitochondria and subsequent apoptotic pathway.

This review will concentrate on the activities of a dual phenolic compound, the stilbene resveratrol, the ferulic acid derivative curcumin and the isothiocyanate sulforaphane. Resveratrol is a phytoalexin present in

123

fruits, synthesized in plants in response to environmental stress; curcumin is a main ingredient of turmeric or powdered Curcuma longa rhizome, and sulforaphane is released from glucosynolates of cruciferous vegetables by myrosinase. The chemical structures of the mentioned compounds are shown in the Figure 1. These three bioactive substances are chemically distinctive and exert specific biological effects, but their common feature is the capability to alter mitochondrial functions and processes. This review will describe four main groups of these phenomena: (1) mitochondrial respiratory function and ATP supply, (2) reactive oxygen species generation and antioxidant protection, (3) mutual communication between mitochondria and nucleus, retro- and anterograde signaling, (4) unfolded protein response and lifespan control. The last part characterizes briefly the impact of phytochemicals on mitochondria in cancer stem cells.

4. Mitochondrial Respiration and Energy GenerationThe efficiency of ATP generation in mitochondria depends on the proper function of the respiratory chain,

maintaining the electrochemical gradient and potential across the inner mitochondrial membrane. Apart from the state of individual mitochondria, global ATP production for the whole cell depends on the number of mitochondria and balance between mitochondrial biogenesis and recycling processes (such as mitophagy). Resveratrol is able to affect all these aspects of mitochondrial biology.

The experiments performed on human breast cancer cell lines cultured in vitro and implanted as xenografts in nude mice, revealed a strong antiproliferative effect of resveratrol treatment and induction of apoptosis [43]. The mechanism of apoptosis induction involved the rapid depolarization of mitochondria and release of Ca2+ from the endoplasmic reticulum. The disrupted calcium homeostasis together with mitochondrial stress lead to activation of calpain and opening of mPTP, release of cytochrome c and activation of classical caspase dependent pathway [43]. Of note, the loss of mitochondrial membrane potential was induced by relatively high concentration of resveratrol (100 μM). In lower ranges, closer to physiologically achievable concentrations, resveratrol was shown to positively influence mitochondrial performance in mice skeletal and C2C12 myotubes [44]. The concentrations higher than 50 μM were toxic for C2C12 cells, but the “training” with repeated exposure of these cells to 20 μM resveratrol for 6 h interchanged with 18 h recovery periods evoked AMP-dependent protein kinase (AMPK) activation, subsequent PGC-1α (peroxisome proliferator activated recpetor gamma coactivator 1α) activating phosphorylation and increased mitochondrial biogenesis. Both AMPK and PGC-1α are involved in the adaptation to energetic stress and intensified physical activity. Therefore, it seems that resveratrol induces a mild stress in the muscles that serves as a stimulus for increasing the oxidative capacity that translates to improved running endurance in vivo tests with mice [44]. Interestingly, the reported effects of resveratrol were completely independent on protein deacetylase sirtuin 1 (Sirt1). Sirt1 had previously been regarded as the main protein target of resveratrol, although the later studies showed that it is not able to activate Sirt1 directly [45,46]. Sirt1 is activated during caloric restriction and nutrient deprivation and acts along with AMPK with mutual activating interplay between these two proteins (the signaling pathway is shown in the Figure 2). PGC-1α acts as the main transcription regulator governing the mitochondrial biogenesis, and is activated both by AMPK-driven phosphorylation on Ser 538 and Thr 177 [47] and deacetylated by Sirt1 [48,49]. The latest results, however, revealed that in fact deacetylation of PGC-1α by overexpressed Sirt1 decreased its activity as a transcriptional coactivator and prevented resveratrol induced mitochondrial biogenesis [44].

The enhancement of mitochondrial oxidative capacity in muscles is a hallmark of exercise-induced improvement in physical performance. Numerous studies performed on rodents show the beneficial effects of dietary supplementation with resveratrol on the mitochondrial activity (measured as oxygen consumption and activity of respiratory and lipid-oxidizing mitochondrial enzymes) and biogenesis (measured as the increase in mtDNA content and protein levels of mitochondrial transcription factor A and PGC-1α) [50,51,52].

AMPK activation is necessary for resveratrol induced mitochondrial biogenesis, whereas Sirt1 is not [52,53]. Interestingly, the effects of resveratrol on the exercise performance depend also on the overall physical fitness. The experiments with rats selectively bred for high or low running performance demonstrated that resveratrol enhanced training response in the former but not the latter animals [51,54]. Resveratrol exerts also beneficial effects in mice fed on high fat diet, particularly in decreasing body weight, improving glucose response and reducing ROS levels in muscles [52]. Significant increase in the uncoupling

124

proteins UCP1, UCP2 and UCP3 in white and brown adipose tissue of mice treated with resveratrol suggested that the body weight loss could be attributed to enhanced energy expenditure due uncoupling of substrate oxidation from ATP synthesis [52]. These effects seem to be a promising strategy against metabolic syndrome and type 2 diabetes that are currently severe health concern in developed societies.

Similarly to resveratrol, curcumin has been reported to act as a mitochondrial uncoupler through its protonophoric activity [55]. As a protonophore, curcumin induced the state 4 respiration (with glutamate and malate provided as substrates for complex I, not producing ATP) of isolated rat liver mitochondria. Additionally, in a dose dependent manner it activated F0F1-ATPase, which is a common feature for protonophoric uncouplers.

In many cancerous cell lines sulforaphane, the main isothiocyanate of cruciferous vegetables, inhibits cell proliferation and induces apoptosis when applied in physiological concentrations (even as low as 5 μM) and these events were shown to be connected with disruption of mitochondrial membrane potential. However, the same compound in similar range of concentrations was shown to preserve mitochondrial functions in many stress situations (ischemia or toxin-induced damages) especially in normal noncancerous cells [56]. These apparently contradictory experimental observations must be reconciled on the ground of the molecular mechanism of action of sulforaphane in cells.

Our own experiments demonstrated the interesting discrepancy in the action of sulforaphane on normal human fibroblasts and malignant melanoma B16 F10 cells (Figure 3, unpublished data). In fibroblasts, nontoxic concentrations of sulforaphane (5 and 15 μM) seem to slightly decrease the mitochondrial membrane potential in a dose-dependent way. In contrast, B16 F10 cells respond to the same doses of sulforaphane with the increase of mitochondrial membrane polarization (Figure 3). The possible explanation could be that isothiocyanate activates the mechanism of restoration of the mitochondrial potential, generally lower in the malignant cells, to the level characteristic for nontransformed cells. Therefore sulforaphane action is manifested by the higher percentage of polarized mitochondria. On the contrary, normal cells would adjust the intensity of mitochondrial activity to the current energy demands, perhaps lower in the sulforaphane treated cells with slowed down proliferation rate than in control.

Currently the pleiotropic influence of sulforaphane on many aspects of cell physiology is attributed to two main mechanisms. First, sulforaphane, called an indirect antioxidant, is a strong activator of Keap1/Nrf2/ARE pathway responsible for the induction of ROS-dissipating and detoxifying enzymes. Secondly, well-documented targets of sulforaphane are histon deacetylases (HDAC). As a potent inhibitor of HDAC expression and activity it causes epigenetic modifications of many genes involved in proliferation, DNA repair and apoptosis [57].

NFE2L2 (Nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2, also known as Nrf2) was recently shown to regulate not only stress related genes but also respiration. NFE2L2 is constitutively upregulated in many cancerous cells unresponsive to chemotherapy and marking the poor prognosis for patients [58]. The cells with NFE2L2 genetic knockout have lower level of mitochondrial potential and impaired ATP production by oxidative phosphorylation. In agreement, knockout of Keap1, leading to constant NFE2L2 activation, causes an increase in mitochondrial potential and cellular ATP levels. All these differences are shown to be independent of respiratory chain impairment but associated with the changes in the supply of reduced NADH and FADH2 [59]. Consequently, sulforaphane as NFE2L2 inducer should beneficially influence mitochondria. What is more, it was shown in the experiments performed on human fibroblasts (both normal and isolated from muscle dystrophic patients) that sulforaphane induces mitochondrial biogenesis [60].

5. Reactive Oxygen Species and Oxidative StressThe antioxidative activity of resveratrol is undoubted and has been confirmed by a great number of

reports. It was demonstrated that in various cell lines, malignant and non-transformed, primary cultures and freshly isolated tissues, resveratrol decreased total ROS level and generation of superoxide anions in mitochondria in particular. Moreover, resveratrol restores the proper level of antioxidant protection by replenishing glutathione levels and inducing expression of ROS scavenging enzymes, such as MnSOD and inhibits lipid peroxidation triggered by metal-induced radicals [61,62].

In this context, the finding that increased mitochondrial capacity stimulated by physical exercise was actually ROS dependent, and indeed ROS generated in muscles during exhaustive activity were the stimulus that triggered mitochondrial biogenesis was quite unexpected [63]. Besides respiratory chain activity, the

125

major source of ROS during exhaustive exercise is xanthine oxidase. Administration of antioxidative supplements, such as vitamin C or allopurinol (xanthine oxidase inhibitor) results in significantly weaker post-training performance in rats, comparing to control groups [63]. These data indicate that the enhancement of exercise performance, mentioned in the section above, in response to resveratrol could not be attributed to its antioxidative properties.

Cytoprotective effects associated with the antioxidative activity of resveratrol have been observed in renal epithelium, cardiomyocytes, neurons and brain tissue, retinal pigment epithelium and other cells [64,65,66,67,68]. For example, neuroprotective action of resveratrol was described in the brains of rats subjected to hypoxia/reoxygenation induced injury, and additionally it significantly accelerated the regeneration of mitochondria after the administration of synthetic uncoupler, CCCP [69]. Interesting neuroprotective effects are exerted by resveratrol in traumatic brain injury, as well as LPS challenge and involve anti-inflammatory activity towards microglia, manifested by downregulation of IL-1, IL-6, IL-12, TNFα and nitric oxide release [70,71,72].

These cytoprotective effects, however, are not observed in cancer cells, which respond to resveratrol with impairment of mitochondrial function, disruption of calcium homeostasis that leads to calcium-induced calcium release (CICR) from mitochondria; opening of membrane permeability transition pore and apoptosis in consequence [73,74]. These opposite effects observed in malignant vs. nontransformed cells suggest that there are distinct physiological features that differentiate the response to the same molecule in these two cellular environments. The possible reason of such contrasting outcomes could involve different basal intracellular ROS level (lower in healthy cells with fully functional mitochondria) and the efficiency of antioxidative protection mechanisms, particularly glutathione levels, catalase, superoxide dismutases activities, etc. (which are usually lower in transformed cells).

The case of curcumin activity may be similar, since there are numerous reports showing its antioxidative properties, as well as conversely, demonstrating the striking elevation of the generated ROS. For example curcumin was shown to induce mitochondrial damage and subsequent apoptosis in lung cancer cells, Jurkat cells or mouse fibroblasts [75,76,77]. Cytoprotective effects of curcumin against oxidative injuries were reported for adipocytes differentiated from mesenchymal stem cells [78] HepG2 cells [79], neonatal rat lung [80], retinal pigment epithelial cells [81], spinal cord astrocytes [82] or hepatocytes [83].

Another possible explanation for the cytoprotective and cytotoxic activities of curcumin in various experimental settings is the variability in the doses used. Chang and collaborators showed that high doses of curcumin (80 μM) increased intracellular ROS levels, induced mitochondrial damage and cytochrome c release and subsequenty apoptosis in osteosarcoma cells, whereas low concentration (10 μM) actually reduced ROS levels and did not show any toxicity [84]. This also raises questions about curcumin biavailability in vivo and the range of achievable plasma concentrations of curcumin. The low bioavailability has been regarded as an obstacle in the way of launching various phytopharmaceuticals into clinical therapies.

Bioavailabilty of dietary plant phenolic compounds is quite low and plasma concentrations of flavonoids, catechins, proanthocyanidins vary but never exceed concentrations (Cmax) of 10 μM in plasma, and usually are much lower [85]. Curcumin bioavailability is particularly weak due to low solubility and instability in water and even very high oral doses (12 g daily) result in undetectable plasma concentrations with the detection limit of 1 μg/mL [86]. For resveratrol, oral doses of 250 mg result with 2 μM peak plasma concentration of this polyphenol and its metabolites [87]. The low plasma concentration of polyphenols is not an effect of weak absorption, but rather a very rapid metabolism, glucuronidation and sulfation [87]. In order to enhance bioavailability and improve pharmacokinetic parameters various experimental drug delivery systems have been tested for both curcumin and resveratrol, including laurosyl sulphate or stearyl and oligisaccharide chitosan carrier [88,89], poly-lactic-co-glycolic acid (PLGA) nanoparticles [90,91]. Nevertheless, rapid metabolism of polyphenols in human digestive tract and relatively short cleareance of these substances are the factors that limit their delivery to the specific cellular targets.

With this caveat in mind, chemical modifications were applied to these compounds with the purpose of enhancing their absorption and cell targeting. An example of a successful strategy was the development of new curcumin derivatives with remarkable affinity to mitochondria, which has been recently reported by Reddy and colleagues [92]. Curcumin was conjugated with triphenylphosphonium lipophilic cations to obtain

126

Mitocur-1, -2 and -3 molecules that exhibited significantly enhanced mitochondrial accumulation. These compounds in 10 μM concentrations exerted high toxicity in breast cancer cells but not normal mammary epithelial cells. The anticancer effects involved cell cycle arrest, increased superoxide generation, loss of mitochondrial membrane potential and subsequently apoptosis [92].

Sulforaphane also has a contradictory role in establishing cellular ROS homeostasis. After entering cells and/or mitochondria it is immediately conjugated to GSH what leads to profound GSH depletion and could result in increase ROS generation in the first hours of incubation with the compound. In the longer run however, it enhances the expression of many ROS controlling enzymes, as including NAD(P)H:quinone oxidoreductase-1 (NQO1), heme oxygenase-1 (HO-1), GSTs (gluthatione S-transferases) what makes it an potential antioxidant [93]. The ROS threshold theory states that in cancerous cells, which generally are characterized by increased ROS levels, the intensive ROS production caused by sulphorafane could pass the threshold of death signals. In normal cells the same increase of ROS level will evoke the cytoprotective effect due to lower initial ROS value [56].

6. Signaling between Mitochondria and NucleusAcquisition of bacterial endosymbionts in eukaryotic ancestor cells enforced the development of

bidirectional signaling mechanisms between the mitochondrion and nucleus. Anterograde (nucleus to mitochondria) and retrograde (mitochondria to nucleus) signaling pathways are ancient and early developed communication routes that coordinate the mitochondrial response to changing intracellular microenvironment and act as sensor mechanisms governing the cellular response to external, e.g., nutritional stimuli.

Anterograde signaling existence is a result of the gradual loss of mitochondrial autonomy in terms of regulation of transcritpion and translation. Evolution had led to the transfer of increasing numbers of genes encoding the proteins crucial for respiration to nuclear genome. Mitochondrial DNA encodes only 13 subunits of respiratory complexes I, III, IV and V, although they are indispensable for electron transport and respiration. Nuclei have taken over the significant control expression of respiratory complexes, but also numerous proteins involved in the maintenance and replication of mtDNA or enzymatic machinery driving various metabolic pathways in the mitochondrial matrix [94,95]. This control over mitochondrial biogenesis and metabolic activities is held by nuclear respiratory factors, NRF-1 and NRF-2 (coincidentally the same abbreviation is used in the literature for nuclear respiratory factor 2 and for nuclear factor (erythroid derived 2)—like 2 activated by sulforphane and mentioned in Section 3). NRF-1 binding sites were found in numerous genes encoding the respiratory complexes subunits, but also others responsible for their assembly, import and exerting auxiliary functions or involved in heme biosynthesis [96]. NRF-1 is an essential gene, as was shown in mice with disrupted DNA-binding and dimerization domains. Homozygous NRF1 null mice showed early embryonic lethality and even blastocysts were unable to grow in culture [94]. NRF-1 can bind to PGC-1α and together they transactivate respiratory genes, mitochondrial transcription factor A (TFAM), a direct regulator of mitochondrial DNA replication/transcription and NRF-1 itself, acting as a positive regulatory loop, that is fundamentally important for mitochondrial biogenesis [94,97]. PGC-1α acts in cooperation with peroxisome proliferator activated receptor α (PPARα), which is a transcription factor activated upon ligand binding. PGC-1α/PPARα induce transcription of enzymes from fatty acid β-oxidation pathway and uncoupling proteins, UCP1 and possibly other uncoupling proteins, UCP2 and UCP3 that play important role in thermogenesis after exposure to cold [98,99,100,101,102,103]. PGC-1α interacts also with general coactivators such as CBP/p300 and SRC-1 that possess histone acetyltransferase activity. PGC-1α belongs to unique class of coactivators that can simultaneously induce transcription and mRNA processing when bound to the cognate promoter of a target gene. The C-terminal domain of PGC-1α has an RNA recognition motif and a region responsible for recruitment of splicing factors [104]. Two other transcriptional coactivators related to PGC-1α have been identified, namely PGC-1α related coactivator (PRC) and PGC-1β. They cooperate with NRF-1 and induce mitochondrial biogenesis in similar way to PGC-1α [94], but their tissue distribution is different and does not overlap with PGC-1α (Figure 4a).

Retrograde signaling evolved as a cellular adaptation to factors and conditions that impair mitochondrial functions. When mitochondria emit such a signal to the nucleus the cell can switch on repair programs and reorganize metabolism to keep energetic homeostasis [105]. Retrograde signaling is induced by defects in the respiratory chain, accumulation of mtDNA mutations, alterations in mtDNA copy number or loss of

127

membrane potential. This pathway is best described in yeast Saccharomyces cerevisiae. A marker gene of retrograde response is peroxisomal citrate synthase CIT2, which is greatly induced by mitochondrial injury in yeast. CIT2 expression is driven by two basic leucine zipper transcription factors Rtg1 and Rtg3, and cytoplasmic regulatory protein Rtg2. Rtg2 requires ATP binding for its activity and is modulated by ammonia, glutamine and glutamate levels, that suggest it acts as a metabolic sensor. In yeast, Rtg proteins play role in integration of metabolism and mitochondria maintenance by: (1) upregulation of peroxisomal glyoxalate cycle for oxidation of fatty acids, (2) sustaining anaplerosis via truncated Krebs cycle that provides intermediates for glutamate and lysine biosynthesis, (3) activating aconitase as a bifunctional Krebs cycle enzyme but also stabilizing mtDNA [106]. In mammalian cells the retrograde response is much more diverse and less well defined, but comprises several main events, such as upregulation of some nuclear encoded mitochondrial proteins (citrate synthase, cytochrome oxidase CoxVa) and non-mitochondrial like cytoskeleton (β-actin), glycolytic (GAPDH) or signaling (c-Myc) proteins. Other symptoms of retrograde response involve imbalanced calcium homeostasis, elevated cytoplasmic Ca2+ levels, increased expression of endoplasmic reticulum calcium release channels; low ATP levels and compensatory enhancement of glycolysis [107]. These events trigger stress signaling associated with activation of calcineurin, NFκB, MAPK and PKC. Subsequently, insulin growth factor 1 receptor membrane levels are up-regulated, which enables intensification of glucose uptake (Figure 4b). In some way the cascade of these events resembles the hallmarks of cancer: particular avidity for glucose, high rate of aerobic glycolysis (Warburg effect) and overactive mitogenic signaling. For that reason, Guha and coworkers proposed a hypothesis that mitochondrial damage by induction of retrograde response might be indeed the cause of oncogenic transformation, rather than its result [105]. Resveratrol and curcumin act on both anterograde and retrograde signaling pathways. First, they activate PGC-1α, a canonical regulator of mitochondrial biogenesis and as well as AMPK, which coordinates the metabolism in order to keep balance between anabolic and catabolic processes and preserve cellular energy stores. In this context, resveratrol helps to protect energetic homeostasis. On the other hand, the antioxidative and inflammatory properties of resveratrol reflect in reduced intracellular ROS levels, and inhibition of inflammatory (i.a NFκB) signaling [108,109,110]. These processes decrease the sensitivity of mitochondria to superoxide-induced damage or mitochondrial membrane lipid peroxidation that could trigger the retrograde response. It would be interesting to speculate that the chemopreventive activity of resveratrol could be linked to silencing of retrograde responses.

An alternative mode of action has been presented in a recent report by Jeong and coauthors, who describe the differential effect of a synthetic, more stable resveratrol derivative HS-1793 and pure resveratrol on mitochondria in MCF-7 cells [111]. Although both compounds decreased membrane polarization and ATP levels, HS-1793 significantly down-regulated TFAM and TUFM levels responsible for the mitochondrial transcription and translation that are crucial for mitochondrial maintenance in the cells. Consequently, HS-1793 treated cells were not able to make up for the dwindling ATP stocks with enhanced mitochondrial biogenesis and eventually die [111]. In this context, despite being nuclear genes, TFAM and TUFM can be regarded as attractive molecular targets for phytochemical based therapy that open possibility to block entire mitochondrial transcription and translation and break out the energetic catastrophe in cancer cells.

Sulforaphane was recently shown to enhance the expression of the transcriptional coregulator SPBP in HeLa cells which in turn activates p62/SQSTM1 [112,113]—the protein considered by some researchers to be one of main regulators of autophagy and mitophagy [113]. If this is the case, sulforaphane action on cells would result in keeping the mitochondrial homeostasis by elimination of damaged mitochondria and induction of mitochondrial biogenesis. Similarly, resveratrol and its chemically modified analogue with improved stability, Longevinex®, have recently been shown to induce mitophagy in response to ischaemia and reperfusion injury in rat heart [114], which facilitates remodeling of damaged mitochondria and therefore accelerates cellular regeneration.

7. Unfolded Protein Response and LongevityUnfolded protein response is a mode of retrograde signaling which is turned on when damaged

mitochondria release peptides from their matrix into the cytoplasm [115]. Short peptides generated in mitochondria from misfolded proteins can activate certain nuclear transcription factors that belong to the retrograde pathway.

128

Thirteen proteins encoded in mtDNA have to cooperate with nuclear encoded proteins to sustain the proper functions of mitochondria. The mitochondrial translation machinery, including mitochondrial ribosomal proteins (Mrps) is necessary not only for biosynthesis of these 13 proteins, but also for maintaining a particular stoichiometric ratio between nuclear and mitochondrial respiratory proteins. Alteration of this ratio creates a stimulus that triggers mitochondrial unfolded protein respose (UPRmt). The fact, that some antibacterial antibiotics, as well as ethidium bromide, specifically inhibit transcription, is fundamental to experimental approaches developed to study unfolded protein response. In the interesting study by Houtkooper et al. [116], the authors show that unfolded protein response determines longevity in various eukaryotic organisms. The study revealed that Mrps5 expression level decreases with age and moreover, the knockdown of this gene during developmental stage extends the lifespan of Caenorhabditis elegans [116]. Interestingly, Mrps5 knockdown led to increased motility of worms, reduced basal respiration, and reduced ATP and citrate synthase activity. Silencing of Mrps5 by RNAi altered mitochondrial translation and induced mitonuclear imbalance (a stoichiometric imbalance between nDNA and mtDNA encoded respiratory proteins). Reduced levels of Mrps5 induce mitochondrial stress and subsequently activate UPRmt and import of HSP-60 and HSP-70 chaperones that are meant to restore a prober protein condition. Hiperactive UPRmt correlates with significant extension of lifespan. UPRmt involves upregulation of a mitochondrial peptide transporter HAF-1 and ubiquitin-like protein 5 (UBL5) that induces transcription of mitochondrial chaperones. Other factors that induce mitonuclear imbalance, such as antibiotic inhibitors of mitochondrial transcription (doxycycline or rapamycin) exert similar effects to knock down of Mrps5 and increase lifespan in worms and mice [117,118]. Interestingly, resveratrol shows similar activity and increases the proportion of nDNA encoded OXPHOS subunits over mtDNA encoded ones. This effect does not lead to the drop in ATP levels or in basal respiration intensity, but conversely, resveratrol increases oxidative phosphorylation, maintains ATP levels and citrate synthase activity unaltered (Figure 5). This indicates that resveratrol does not induce energetic stress.

Even though proper mitochondrial activity and efficient respiration are hallmarks of cellular health, it has been reported that the reduction of mitochondrial activity can increase longevity. The studies performed on yeast, C. elegans, Drosophila and mice indicate that inactivating mutations in respiratory complex components and subsequent impairment in mitochondrial activity increase lifespan [119,120,121,122]. The possible explanation stating that reduced mitochondrial activity and oxidative metabolism is associated with reduced ROS generation in the mitochondria, and therefore lower oxidative damage, does not find support in the experimental evidence. Increased oxidative stress does not shorten the lifespan of C. elegans [123,124]. RNAi mediated silencing of cytochrome c oxidase-1 subunit Vb (cco-1) in the larval stages of C. elegans could induce increased lifespan in adulthood, even when the silencing is limited to certain tissues (intestine or neurons) [125]. Lifespan extension due to cco-1 silencing turns on UPRmt, and this type of UPR is necessary for prolongation of life, but not cytoplasmic or endoplasmic reticular UPR [125].

UPR is triggered in mitochondria during the problems to achieve a proper structure of respiratory complexes, including Fe-S cluster assemby and transfer to apoproteins. A newly discovered nutrient-deprivation autophagy factor (NAF-1) belongs to the group of proteins responsible for Fe-S cluster transfer to recipient molecules and localizes both in endoplasmic reticulum and mitochondrial outer membrane [126]. One of its client proteins is ferredoxin [126]. Resveratrol has been shown to interact with NAF-1 and formation of this complex enhances stability of Fe-S cluster bound NAF-1. In result, resveratrol abrogates the cluster transfer from NAF-1 to recipient protein or to mitochondria [126]. Although no direct physiological implications of NAF-1/resveratrol interaction have been revealed, we may speculate that inhibition of the Fe-S cluster transfers leads to the increase of not fully functional apoproteins in the mitochondria which subsequently could induce UPRmt and further exert a longevity-extending pathway.

8. Mitochondria in Cancer Stem CellsRecent views on the origin of cancer highlight the importance of a small subpopulation of cells, called

cancer stem cells (CSCs). These cells are present in tumors and being particularly difficult to destroy, are regarded as the main reason of the limited success of existing therapies. But on the other hand, CSCs represent a new, interesting target for prospective cancer treatment.

The intrinsic property of CSCs is the ability of asymmetric division, which means that one of the daughter cells maintains a self-renewal potential and the second gives rise to all cell types of the general cancer

129

population. Therefore, they are also called tumor-initiating cells [127]. The first mention of the CSCs dates to 1963, when Bruce and Van der Gaag observed that a small number of murine lymphoma cells were capable of proliferation in vivo [128]. Most convincing evidences for cancer stem cells theory were provided from the studies on acute myeloid leukemia (AML). In 1994 Lapidot and colleagues identified the CD34+ CD38− fractions of AML cells, which were capable to AML initiation after transplantation into severe combined immune-deficient (SCID) mice [129]. Similarly, Bonnet and Dick observed leukemic blasts generation after infusion of the CD34+ CD38− cells into non-obese diabetic, severe combined immune-deficient (NOD/SCID) mice [130]. This rare cell population exhibited potential for self-renewal and the ability to differentiate and proliferate. Thereafter, most studies in CSCs that have been conducted allowed the identification of this kind of cell population in various type of carcinoma, like pancreatic cancer [131,132], brain tumor [133], lung cancer [134], bladder cancer [135], prostate cancer [136], melanoma [137], ovarian cancer [138], neck and head cancer [139], colon cancer [140], colorectal cancer [141], hepatocellular carcinoma [142], liver cancer [143] and breast cancer [144].

The origin of CSCs is still unknown, but several theories were proposed. One theory assumes that accumulation of mutations in normal stem cells or progenitor cells leads to CSC formation [145]. The origin of CSCs from normal stem/progenitor cells is also indicated by some similarities between this type of cells, like expression of molecular markers or cellular phenotype and size [146,147,148]. Another theory suggests that genetic and epigenetic factors could cause de-differentiation or transdifferentiation due to horizontal gene transfer and cell fusion in mature somatic cells [149]. The major obstacle in testing the emerging hypotheses is that currently a universal, unequivocal method for CSC identification does not exist.

However, particular cell culture environments have been shown to facilitate CSC detection. For example, spheroid culture of cancer cells leads to enrichment of spheroids in stem cells-like cells. Spheroids generated from primary ovarian cancer and human ovarian cancer cell lines contain cells which are able to self-renewal, proliferation, differentiation, tumor formation, metastasis and resistance to chemotherapy [150]. Moreover, this method has been used to enrich various CSCs like prostate CSC [151], colon CSC [152], brain CSC [133], breast CSC [153].

There are interesting differences in the mitochondrial structure and function between stem cells and normal mature cells. Mitochondria in stem cells are immature, filamentous, have poorly developed cristae, and are localized in the perinuclear region. Due to the limited functionality of these mitochondria in respect to ATP generation, stem cells’ metabolism is based on glycolysis. When the differentation program is switched on, the mitochondria undergo maturation manifested by the increase in amount of mtDNA, formation of the complex network and cristae and enhanced capability of oxidative phosphorylation [154]. Ye and coworkers [155] demonstrated that mitochondrial features characteristic of pluripotent cells occurred also in CSCs. Mitochondria in lung CSCs exhibit perinuclear arrangement, low amounts of mtDNA, lower concentrations of ATP and ROS, higher mitochondrial membrane potential and reduced oxygen consumption. The authors suggested that this traits and properties can be applied as indicators of stemness in normal stem cells as well as in CSCs.

Non-tumorogenic cancer cells produce large amount of ROS that promote fast proliferation and this situation can be the reason for the sensitivity of these cells to radio- and chemotherapy. On the contrary, CSCs are characterized by lower ROS level, low proliferation rate and overexpression of genes involved in protection against oxidative stress. Thus, CSCs exhibit improved capacity of neutralization of intracellular ROS due to the increased production of free radical scavengers.

In the frame of the seeking efficient methods to target CSCs, several phytochemicals have been tested. Tang et al. [156] demonstrated that epigallocathechin gallate (EGCG) inhibited growth of prostate cancer stem cells and this effect can be enhanced by using quercetin. EGCG induced mitochondria-dependent apoptosis through caspase-3/7 activation and inhibition of Bcl-2, XIAP and survivin expression in prostate CSCs. Moreover, EGCG with quercetin were able to inhibition of self-renewal and block CSCs migration and invasion. Likewise, resveratrol is capable of effectively inhibiting pancreatic CSCs characteristic in KrasG12D

mice. Like EGCG, resveratrol induced caspase-3/7 activity and inhibited expression of apoptosis related proteins, like Bcl-2 and XIAP in human pancreatic CSCs. Furthermore, resveratrol inhibited expression of Sox-2, Oct-4 and Nanog, which are the key factors involved in maintaining pluripotency [157]. Sulforaphane also restrained the self-renewal ability of pancreatic CSCs, mainly by inhibition of the Bcl-2 and XIAP expression,

130

caspase-3 activation and apoptosis induction. What is more, sulforaphane synergized with quercetin and also eliminated CSC-characteristic [158]. Alvero et al. [159] showed that treatment of ovarian CSCs with NV-128 (a phenyl-substituted isoflavone compound) induced cell death through two independent pathways. The first was associated with the increased mitochondrial superoxide and hydrogen peroxide production and the second with declines in ATP, Cox-I and Cox-IV levels. Both routes lead to impairment of mitochondrial function and energetic stress. Importantly, these authors demonstrated that manipulation with mitochondrial bioenergetics could induce cell death in ovarian CSCs, which are resistant to proapoptic chemotherapeutics. Curcumin can also be used in anti-cancer therapy targeted to the CSCs. Fong et al. [160] demonstrated that this phytochemical effectively decreases the population of cells with CSC characteristics (the so-called side population) in rat C6 glioma, and therefore represents a potentially better solution for glioma patients routinely treated with temozolomide, which actually can increase the side population fraction within glioma cells [161]. On the basis of these results it can by hypothesized that many beneficial effects of resveratrol, curcumin or sulforaphane on tumors development, growth and metastasis in vivo may be explained by the influence of dietary phytochemicals on mitochondria mainly in CSCs, not on mitochondria of the whole population of cancer cells of the treated tumors. We should bear in mind this possibility when planning future in vitro experiments, for example by employing 3D spheroids culture of tumor cells which contains more CSCs in comparison to normal 2D monolayers.

9. Conclusions and PerspectivesDietary phytopharmaceuticals have been shown to affect various aspects of mitochondrial biology,

including energy generation, bidirectional signaling to and from the nucleus, unfolded protein response, apoptotic pathways and stem cell functioning. The knowledge gathered from in vivo and in vitro studies has demonstrated encouraging effects potentially alleviating the symptoms of various pathologies, such as cancer, neurodegenerative diseases or metabolic syndrome. Nevertheless, the contradictory data about the mechanisms of sulforaphane, resveratrol and curcumin actions need meticulous clarification.

There are certain specific obstacles that hamper the efforts of researchers who investigate phytochemicals in hope to improve chemoprevention: (1) the most severe is weak bioavailability of the natural compounds; (2) the lack of reliable cell culture and animal models to study dietary agents, (3) numerous difficulties in conducting clinical studies. Overcoming these difficulties is an important challenge for future research. What’s more, most of studied phytochemicals have many active derivatives—of note the biodiversity and abundance of chemical modifications are practically unlimited and even subtle changes in chemical structure can profoundly affect the biological functions [162]. The great majority of in vitro and in vivo studies, however, are conducted on a few popular phytochemicals. In this context, the influence of many “better” analogs of most studied phytochemicals (created by nature or by chemical modification) on mitochondrial functions should be carefully followed, especially these involving modern “omics” technology that allows simultaneous analysis of many chemicals and cell components. Such data are scarce (a resveratrol analog from blackberries, pterostilbene, which was proven to upregulate genes involved in mitochondrial functions, serves as a good example [163].

Such studies, if carefully planned and conducted will draw attention to important advantages of phytopharmaceuticals as supplementary therapeutic agents i.e., the absence of systemic toxicity, diverse health promoting activities, low costs and broad availability comparing to the modern synthetic pharmacuticals. The important challenge is also to attract health professionals from both developing and highly industrialized countries around the world, who are concerned about affordable public medical care to the subject of phytochemicals use in prevention and treatment of diseases. The good news is that concluding from the numerous scientific reports we should value natural diets and traditional cooking heritage of many cultures that propagate awareness of benefits connected to red wine (containing resveratrol), spices (curcumin), vegetables (garlic containing allicin; broccoli and cabbage containing sulforaphane, quercetin), green tea (epigallocatechin-3-gallate) and soy products (genistein) consumption.

Структуры на основе молекулярных ингибирование Каспазы-8 для лечения несколькихнейродегенеративных заболеваний с помощью известных природных соединений.

131

Нейродегенеративные расстройства часто связаны с чрезмерным апоптоза нейронов. Известно, что апоптоз регулируется некоторых внутриклеточных протеаз, такие как, Каспаз (цистеин-зависимые, аспартат-специфических протеаз). В самом деле, Каспазы-8, которая является инициатором каспазы, был идентифицирован как ключевой медиатор апоптоза нейронов. Кроме того, Каспазы-8 обнаружено, что в сочетании с регулированием различных нейродегенеративных расстройств, включая болезнь Альцгеймера׳s disease (AD), болезни Паркинсона׳s disease (PD), Хантингтон׳s болезней (HD) и Dentatorubral Pallidoluysian атрофии (DRPLA). Каспазы-8 ингибирование может обеспечить эффективные средства для лечения нескольких нейродегенеративных расстройств. Таким образом, настоящее исследование описывает взаимодействие молекул некоторых природных соединений с известными анти нейродегенеративных свойства с Каспазы-8. Стыковка между Каспазы-8 и каждое из этих соединений (отдельно) проводили с помощью 'Autodock4.2'. Из всех выбранных соединений, розмариновой кислоты и куркумин оказались наиболее мощными ингибиторами Каспазы-8 с привязкой энергии (ΔG)- 7.10 ккал/моль и-7.08 ккал/моль, соответственно. Однако, дальнейшие исследования in vitro и in vivo исследования необходимы для подтверждения анти-нейродегенеративных потенциал этих соединений.

Bioinformation. 2014 Apr 23;10(4):191-5. doi: 10.6026/97320630010191. eCollection 2014.Structure based molecular inhibition of Caspase-8 for treatment of multi-neurodegenerative diseases

using known natural compounds.Ahmad K1, Khan S2, Adil M3, Saeed M1, Srivastava AK1.Author information 1Department of Biosciences, Integral University, Lucknow. 2College of Applied Medical Sciences, University of Ha׳il, Kingdom of Saudi Arabia. 3Interdisciplinary Biotechnology Unit, Aligarh Muslim University, Aligarh, India.AbstractNeurodegenerative disorders are often associated with excessive neuronal apoptosis. It is well known that

apoptosis is regulated by some intracellular proteases, such as, Caspases (cysteine-dependent, aspartate-specific proteases). In fact, Caspase-8 which is an initiator caspase, has been identified as a key mediator of neuronal apoptosis. In addition, Caspase-8 is found to be coupled with the regulation of various neurodegenerative disorders including Alzheimer׳s disease (AD), Parkinson׳s disease (PD), Huntington׳s Diseases (HD) and Dentatorubral Pallidoluysian Atrophy (DRPLA). Caspase-8 inhibition may provide an effective means of treatment for multiple neurodegenerative disorders. Therefore, the present study describes the molecular interaction of some selected natural compounds with known anti neurodegenerative properties with Caspase-8. Docking between Caspase-8 and each of these compounds (separately) was performed using 'Autodock4.2'. Out of all the selected compounds, rosmarinic acid and curcumin proved to be the most potent inhibitors of Caspase-8 with binding energy (ΔG) of -7.10 Kcal/mol and -7.08 Kcal/mol, respectively. However, further in vitro and in vivo studies are needed to validate the anti-neurodegenerative potential of these compounds.

Эпигенетические влияния куркумина на профилактике инсульта.Эпигенетический влияние куркумина инсульта и нейродегенеративных расстройств является

любопытство-возбуждая. Он является производным от Curcuma longa (spice), обладает антиоксидантным, противовоспалительным, анти-lipidemic, нейро-защитные и недавно показано выставлять эпигенетические модуляторные свойства. Эпигенетические исследования включают метилирование ДНК, модификации гистонов и РНК на основе механизмов, которые регулируют экспрессию генов без изменения последовательности нуклеотидов. Куркумин как было показано, влияют на железы путем изменения эпигенетических изменений, но его роль эпигенетических агента в церебрального инсульта не была изучена гораздо. Хотя куркумин обладает замечательными лечебными свойствами, биодоступность куркумин имеет ограниченный успех в эпигенетических исследований и клинических испытаний. Настоящий обзор является, следовательно, разработанный, чтобы выглядеть в эпигенетических механизмов, которые могут быть индуцированы с куркумин во время инсульта, наряду с молекулярной сборки с разных групп, которые могут повысить его

132

биодоступность. Куркумин было показано, инкапсулированные в exosomes, нано-пузырьков (<200 нм), показывая тем самым, его терапевтический эффект при заболеваниях головного мозга. Куркумин доставлен через наночастиц показано, neuroregenerative но использование наночастиц в мозг имеет ограничения. Следовательно, куркумин-герметизированная exosomes вместе с куркумин-загрунтовать exosomes (exosomes выпущен куркумин-обработанных клетках) очень нужны, чтобы быть изучены, чтобы в целом выглядеть в их использовании, как роман терапии инсульта.

Metab Brain Dis. 2014 May 1. [Epub ahead of print]Epigenetic impact of curcumin on stroke prevention.Kalani A1, Kamat PK, Kalani K, Tyagi N.Author information 1Department of Physiology and Biophysics, School of Medicine, Health Sciences Centre, A-1201,

University of Louisville, 500 South Preston Street, Louisville, KY, 40202, USA.AbstractThe epigenetic impact of curcumin in stroke and neurodegenerative disorders is curiosity-arousing. It is

derived from Curcuma longa (spice), possesses anti-oxidative, anti-inflammatory, anti-lipidemic, neuro-protective and recently shown to exhibit epigenetic modulatory properties. Epigenetic studies include DNA methylation, histone modifications and RNA-based mechanisms which regulate gene expression without altering nucleotide sequences. Curcumin has been shown to affect cancer by altering epigenetic changes but its role as an epigenetic agent in cerebral stroke has not been much explored. Although curcumin possesses remarkable medicinal properties, the bioavailability of curcumin has limited its success in epigenetic studies and clinical trials. The present review is therefore designed to look into epigenetic mechanisms that could be induced with curcumin during stroke, along with its molecular designing with different moieties that may increase its bioavailability. Curcumin has been shown to be encapsulated in exosomes, nano-vesicles (<200 nm), thereby showing its therapeutic effects in brain diseases. Curcumin delivered through nanoparticles has been shown to be neuroregenerative but the use of nanoparticles in brain has limitations. Hence, curcumin-encapsulated exosomes along with curcumin-primed exosomes (exosomes released by curcumin-treated cells) are much needed to be explored to broadly look into their use as a novel therapy for stroke.

Защитные эффекты куркумина против rotenone и salsolinol-индуцированной токсичности: последствия для болезни Паркинсона.

Болезнь Паркинсона (PD) - это изнуряющее нейродегенеративные расстройства в результате потери или повреждения дофаминергических клеток substantia nigra. Воздействия либо пестицидов rotenone или эндогенного нейротоксин salsolinol было показано, чтобы имитировать этот дофаминергические клетки потери. В данном исследовании мы в первую очередь стремились определить, является ли сочетание rotenone и salsolinol приведет аддитивный или синергический токсичности. Для этой цели мы использовали SH-SY5Y клеток, клеток нейробластомы человека линии, которая обычно используется модель дофаминергической нейродегенерации. Мы протестировали ли куркумин, натуральный растительный компонент с известными преимущества для здоровья, в том числе потенциальными нейропротекторными свойствами, также может защитить от rotenone и/или salsolinol-индуцированной токсичности. Кроме того, поскольку механизм апоптоза, был вовлечен в токсичности этих соединений анти-апоптотических действие куркумина было также оценено. Наши результаты указывают на синергическое токсичности низких концентраций rotenone (1 и 5 мкм) и salsolinol (25 и 50 мкм), что было связано с апоптозом как определяется клеток методом проточной цитометрии. Было также увеличение каспазы-3 уровня. Предварительная обработка с куркумой (1 мкм) дозо-зависимо ослабляется rotenone и/или salsolinol-индуцированной токсичности и связанных апоптоза. Эти результаты позволяют предположить, что воздействие сочетание rotenone и salsolinol может способствовать патологии ПД, и что куркумин имеет терапевтический потенциал при данном заболевании.

Neurotox Res. 2014 Jan;25(1):81-9.Protective effects of curcumin against rotenone and salsolinol-induced toxicity: implications for

Parkinson's disease.133

Qualls Z, Brown D, Ramlochansingh C, Hurley LL, Tizabi Y.AbstractParkinson's disease (PD) is a debilitating neurodegenerative disorder that results from the loss of or

damage to dopaminergic cells in the substantia nigra. Exposure to either the pesticide rotenone or the endogenous neurotoxin salsolinol has been shown to mimic this dopaminergic cell loss. In this study, we first sought to determine whether combination of rotenone and salsolinol would result in an additive or synergistic toxicity. For this purpose we utilized SH-SY5Y cells, a human neuroblastoma cell line that is commonly used to model dopaminergic neurodegeneration. We then tested whether curcumin, a natural plant compound with known health benefits including potential neuroprotective properties, could also protect against rotenone and/or salsolinol-induced toxicity. Moreover, since apoptotic mechanism has been implicated in toxicity of these compounds the anti-apoptotic effect of curcumin was also evaluated. Our results indicate a synergistic toxicity of low concentrations of rotenone (1 and 5 µM) and salsolinol (25 and 50 µM) that was associated with apoptosis as determined by cell flow cytometry. There was also an increase in caspase-3 levels. Pretreatment with curcumin (1-µM) dose-dependently attenuated rotenone and/or salsolinol-induced toxicity and the associated apoptosis. These results suggest that exposure to a combination of rotenone and salsolinol may contribute to the pathology of PD, and that curcumin has a therapeutic potential in this disease.

Куркумин и нейродегенеративных заболеваний.За последние 10 лет куркумин , как сообщается, будет эффективен против широкого спектра

заболеваний и характеризуется как обладающий антиканцерогенными, гепатопротекторными, thrombosuppressive, кардиопротекторное, antiarthritic, и анти-инфекционные свойства. Исследования последних лет, проведенные в обеих позвоночных и беспозвоночных модели были проведены, чтобы определить, является ли куркумин также нейропротекторное действие. Эффективность куркумина в ряде доклинических испытаний для нейродегенеративных заболеваний, создал большой ажиотаж, в основном, из-за его отсутствия токсичности и невысокой стоимости. Это говорит о том, что куркумин может быть достойным кандидатом для нутрицевтиков вмешательства. Как старение является общим фактором риска развития нейродегенеративных заболеваний, вполне возможно, что некоторые соединения, целевых механизмов старения может также предотвратить эти виды заболеваний. Одним из потенциальных механизмов, чтобы объяснить некоторые общие преимущества для здоровья, связанные с куркумин является то, что он может предотвратить старение-ассоциированных изменений в клеточных белков, что приводит к белковой неразрешимость и агрегации. Эта потеря белка гомеостаза связано с рядом возрастных заболеваний. Недавно, куркумин был найден для поддержания белкового гомеостаза и продления срока службы в модели беспозвоночных Caenorhabditis elegans. Здесь, мы рассмотрим фактические данные из нескольких животных моделях, что куркумин улучшает ее качества путем предотвращения или замедления наступления различных нейродегенеративных заболеваний.

Biofactors. 2013 Jan-Feb;39(1):122-32. doi: 10.1002/biof.1063. Epub 2013 Jan 10.Curcumin and neurodegenerative diseases.Monroy A1, Lithgow GJ, Alavez S.Author information 1Dirección de Investigación, Hospital General de México, México D. F., México.AbstractOver the last 10 years curcumin has been reported to be effective against a wide variety of diseases and is

characterized as having anticarcinogenic, hepatoprotective, thrombosuppressive, cardioprotective, antiarthritic, and anti-infectious properties. Recent studies performed in both vertebrate and invertebrate models have been conducted to determine whether curcumin was also neuroprotective. The efficacy of curcumin in several preclinical trials for neurodegenerative diseases has created considerable excitement mainly because of its lack of toxicity and low cost. This suggests that curcumin could be a worthy candidate for nutraceutical intervention. As aging is a common risk factor for neurodegenerative diseases, it is possible that some compounds that target aging mechanisms could also prevent these kinds of diseases. One

134

potential mechanism to explain several of the general health benefits associated with curcumin is that it may prevent aging-associated changes in cellular proteins that lead to protein insolubility and aggregation. This loss in protein homeostasis is associated with several age-related diseases. Recently, curcumin has been found to help maintain protein homeostasis and extend lifespan in the model invertebrate Caenorhabditis elegans. Here, we review the evidence from several animal models that curcumin improves healthspan by preventing or delaying the onset of various neurodegenerative diseases.

1. ВведениеКуркумин ((1E,6E)-1,7-бис(4-гидрокси-3-метоксифенил)-1,6-heptadiene-3,5-Дион) является основным

компонентом Curcuma longa (C. longa), в общем известны как куркума, многолетнее растение семейства Zingiberaceae, которые растут в Юго-Восточной Азии. Куркума-специя присутствует в индийских карри и многие блюда в Южной Азии. Он также был использован в течение тысяч лет в индийской и китайской медицине (1). Основные компоненты экстрактов куркумы (куркумин, demethoxycurcumin, и bisdemethoxycurcumin) широко известен как curcuminoids. Несколько благотворное влияние куркумина, которые могли быть связаны с его способностью действовать как мощный антиоксидант и противовоспалительное, были зарегистрированы в течение последних десяти лет. В исследований, проведенных на клеточных культурах и в различных животных моделях, куркумин, как сообщается, обеспечивают целый ряд полезных эффектов. Эти исследования привели к выявлению ряда фармакологических мишеней куркумина и пролить свет на молекулярные механизмы активации этого соединения. Интересно, а может быть, из-за его отсутствия токсичности и недорогой стоимости, некоторые клинические испытания были проведены с этого соединения. Куркумин, как сообщается, будет эффективен против широкого спектра заболеваний, таких как рак (2, 3), сердечно-сосудистые заболевания (4), ожирение (5, 6), печени (7, 8), воспалительные заболевания (9-11) и даже старения (12-14).

В дополнение к возрастной патологии отмечалось выше, куркумин может иметь благотворное воздействие на конкретные виды заболеваний, характеризующихся образованием агрегированных фибриллярные белки депозиты. Вместе известны как конформационные болезни (15, 16), они ответственны за огромное социальное и экономическое бремя. Особенно при нейродегенеративных условиях агрегации аберрантных форм специфических белков, таких как α-synuclein (Паркинсона болезнь, PD) (17), β-амилоида (болезнь Альцгеймера, болезнь, AD) (18) и huntingtin (болезнь Хантингтона, HD) (19) может способствовать возникновение и/или прогрессирование заболевания. Изначально белковых агрегатов себя считались токсичными оскорбление, ведущие к гибели клеток. Однако, более поздние исследования показывают, что растворимые совокупности прекурсоров, таких как растворимые олигомеры или фибрилл, может инициировать патологии, влияющие на функции нейронов (15). Несмотря на то, что подробная характеристика, как эти нерастворимые внутри-и внеклеточные отложения образуются, до сих пор неясно, несколько факторов, таких как рН, ионы металлов, концентрация белка, и окислительного стресса, как сообщается, играют роль в их формировании.

Было подсчитано, что AD и PD являются два нейродегенеративных заболеваний с наибольшей заболеваемости в Соединенных Штатах Америки и, что учетные записи AD для 60% до 80% всех деменций диагностируются (20). Расходы, связанные с лечением этих заболеваний и выплаты воспитателям, а также потеря производительности из тех страждущих, составляет около 800 млрд евро (21). Эти статистические данные убедительно показывают, что разработка методов лечения, направленных на снижение или задержка нейродегенеративных заболеваний должно стать приоритетом для биомедицинского сообщества.

PD назван в честь Джеймса Паркинсона, который описал “дрожательный паралич” в 1817 году. Это заболевание характеризуется несколькими симптомами, такими как bradykinesia, тремор, ригидность, деменции и депрессии. На молекулярном уровне, этот мотор дисфункция была связана с патологическими сферических включений в нейронах substantia nigra, известный как тельцами Леви, и с потерей nigrostriatal дофамина (DA) нейронов. Несмотря на большое усилие, этиологии этого заболевания все еще является неопределенной. Однако, это, кажется, ясно, что кумулятивные потери дофаминергических нейронов при старении может способствовать появление/прогрессирование заболевания. Эта патология может быть ускорено путем воздействия экологических токсинов,

135

эксайтотоксичности, окислительный стресс, или мутации в α-synuclein Гена, который кодирует белок, содержащийся в Lewy в идиопатическая PD поражений. В связи с потерей дофаминергических нейронов в substantia nigra, полосатой холинергических нейронов растормаживаются, приводит к дисбалансу дофаминергических/холинергической нейротрансмиссии (22). Так да не пересекает гематоэнцефалический барьер, фармакологических подходов к лечению PD были направлены на разработку препаратов, способных повысить DA или уменьшить ацетилхолина (ACh) активность мозга. Первичные подходы включают использование леводопы, да прекурсоров и косвенные рецепторов, связанных с G-белками D2 рецепторы, которые увеличивают DA производство; прямой стимуляции D2-рецепторов селективные агонисты, такие как бромокриптин, ropinirole, pramipexole или rotigotine; или предотвращения DA ферментативного катаболизма с помощью ферментов, как моноаминоксидазы типа B (напр., селегилин и разагилин) или Катехол-O-Метилтрансферазы (напр., Энтакапон и tocalpone). Эти соединения часто назначают с Анти-muscarinics, например, benztropine или циклодол в целях снижения полосатой синаптической возбудимости (23).

AD - это нейродегенеративное заболевание, характеризующееся ранним началом краткосрочной потерей памяти и когнитивных нарушений, что в конечном итоге приводит к слабоумию. Это заболевание связано с определенной мозговой патологии, которая включает neurofibrillar связок и сенильных бляшек (β-амилоида, β). Агрегируются Вβ в сенильных бляшек имеют β лист вторичной структуры и расположены в фибрилл (24). Значительное количество нейронов убыток за отчетный период прогрессии болезни Альцгеймера (e. г., базального переднего мозга, гиппокампе и ассоциативной коры головного мозга). На молекулярном уровне это потерей нейронов, вероятно, связано с уменьшением холина ацетилтрансферазной активности и, как следствие, заметное уменьшение ACh уровнях. Нет наркотикам в настоящее время доступны, чтобы предотвратить это разрушение нейронов. На сегодняшний день, потенциал анти-амилоида терапевтических подходов для лечения AD сосредоточиться на амилоидного каскада теории, такие какβ вакцины или лечения с металлом-комплексообразователем (25, 26). Однако, некоторые препараты, которые предотвращают ACh деградации также использовались, чтобы улучшить познания в ад (напр., такрина или донепезила).

HD-это нейродегенеративное заболевание, вызванное аутосомно-доминантная мутация Гена гентингтина. Измененных белковых агрегатов влияют на мышечную координацию и привести к аномальные непроизвольные движения, известного как хорея, а также когнитивных и психических проблем. Tetrabenazine, ингибитора везикулярного monoamine transporter 2 (VMT2), что способствует деградации дофамина, используется для лечения хорея гентингтона, но не лечить HD (27).

К сожалению, существующие методы лечения в PD, AD и HD, помимо симптоматического улучшения, не обладают нейропротекторными свойствами или потенциал, чтобы изменить течение болезни, и даже временное облегчение симптомов. Кроме того, все эти соединения очень ядовиты и могут вызвать тяжелые побочные эффекты (nauseas, спазмы в животе, головокружение, сонливость, бессонница, головная боль, диарея, сухость во рту, мидриаз и даже бреда, депрессии или галлюцинации).

2. Важную роль для КуркуминИмея все это в виду, легко понять волнение, сформированного соединения, как куркумин. Если

куркумин может быть показано, имеют сильную эффективность, она имеет потенциал, чтобы стать кандидатом для нутрицевтиков вмешательства в нейродегенеративных заболеваний. Интересно отметить, что, поскольку его сильное сродство к фибриллярных амилоидных белков, куркумин уже используется, чтобы пятно in vitro срезах тканей от пострадавших лиц (28). Поиск куркумин производных с выше особенностей дляβ фибриллы и адекватные липофильные свойства, пересекающих гематоэнцефалический барьер является предметом текущих исследований (29, 30). Дальнейшие заправки эти усилия есть исследования, показывающие, что куркумин способен предотвратить агрегированиеβ in vitro и в клеточных культурах (31, 32), предполагая, что куркумин может изменить эффекты агрегации белков в животных моделях и потенциально в организме человека.

Однако, как упомянуто ранее, одним из главных ограничений для использования куркумина в нутрицевтиков вмешательств является его ограниченная биодоступность, которая в основном из-за

136

его плохого усвоения и быстрый обмен веществ. Хотя куркумин очень устойчив в кислых средах, при физиологических pH легко разлагается феруловой кислоты и feruloylmethane (33). Ли эти метаболиты могут иметь схожие свойства тем, что куркумин-прежнему является активной областью исследований. Параллельно усилия, чтобы увеличить его биодоступность в организме млекопитающих, особенно у человека (34-37), путем конъюгирования его стабильного перевозчика или co-administering его с ингибиторами куркумин метаболизм оказали некоторые интересные результаты.

Несмотря на то, что очевидны фармакокинетические ограничения, куркумин, как сообщается, несколько фармакологической активности и, чтобы быть эффективными против широкого спектра заболеваний из-за его анти-канцерогенные (38, 7, 39, 40, 2, 3, 37), гепатопротекторное (8, 41-44), thrombosuppressive (45, 46), кардиопротекторный (47-49), анти-артритом (9-11), и анти-инфекционные свойства (50-54).

Все считали, демографический сдвиг в сторону пожилого населения делает соединений с этим широкий спектр возможных клинических приложений особенно интересно. В оставшейся части этого обзора будет суммировать эффекты куркумина в различных экспериментальных моделях нейродегенеративных заболеваний и спекулировать на направления поля движется в ближайшем будущем. Мы особенно подчеркиваем исследования куркумина в беспозвоночных моделей, мышей и клинические испытания на людях.

7. Выводы и будущие направленияПри идентификации соединений, которые улучшают здорового состояния организма

млекопитающих является, несомненно, более важным для человека, разработки лекарственных препаратов, чрезмерно высокая стоимость мыши исследований делает крайне маловероятным, что крупномасштабные химические экраны будут проведены в мышей. Фундаментальные исследования в более экономически эффективной модели системы является поэтому важнейшей отправной точкой для идентификации таких соединений, выяснения их механизма(ы) действий. Культура клеток и модельных организмах беспозвоночных предоставляют возможности для анализа перспективных соединений, как куркумин, в эффективной манере. Более того, как только кандидат соединений идентифицированы, модель системы позволяют быстрое выяснение генетических путей мишенью этих соединений. Кроме того, некоторые патологические особенности некоторых болезней в настоящее время рассматривается как более общая функция старения. Пожалуй, самым ярким примером этого является недостаточность белкового гомеостаза, связанные с возрастными неврологическими заболеваниями, что приводит к образованию внутри - или внеклеточных белковых агрегатов. Это согласуется с механической связи между старением и болезнями.

Неутешительные итоги десятки фазы III клинических испытаний в AD, PD и других показывает, что доклинические исследования на животных моделях являются менее значимыми, чем мы надеемся. Поскольку старение является основным фактором риска для многих заболеваний человека, соединений, которые замедляют старение высоко ценятся из-за их потенциала для лечения возрастных заболеваний. Здесь, мы считаем, что недавний рост нового подполе химической биологии старения, приведет к идентификации соединений-кандидатов и механистическое понимание, что будет, в конечном счете, движение вперед процедур, связанных с возрастом заболеваний. Куркумин является прекрасным примером этой общей идеи, из-за нескольких благотворное влияние сообщили для куркумин in vitro. Куркумин, как сообщается, увеличить продолжительность жизни в C. elegans и Дрозофилы но, кажется, не увеличить продолжительность жизни мышей. Тем не менее, существует достаточно доказательств, чтобы предположить, что куркумин может помочь в лечении ряда нейродегенеративных заболеваний и других возраст-зависимых заболеваний, значительно улучшить ее качества. Это может быть обусловлено его известными антиоксидантными и противовоспалительными свойствами, но также может быть результатом модуляции агрегации белков с помощью регуляции белкового гомеостаза или диетическое ограничение-как механизм, как последние исследования в червей рекомендуем (рис. 1). Поскольку большинство препарата для терапии нейродегенеративных заболеваний (например, AD и PD) в настоящее время доступны показали маленький эффективности и выработки множества побочных эффектов, нутрицевтиков вмешательства со безобидные и дешевые соединения, как куркумин может представлять значительный путь для лечения этих заболеваний. Одним из главных ограничений для нутрицевтиков

137

вмешательства с куркумой на нейродегенеративные заболевания является ее ограниченная биодоступность. Это может быть устранен путем химической модификации куркумин, через его сопряжение с липофильных соединений или совместное введение куркумина с соединениями, которые способствуют его усвоению. Несмотря на это, клинические испытания и доступных на сегодняшний день не предоставляют убедительных доказательств эффективности куркумина для предотвращения или лечения нейродегенеративных заболеваний. Существуют, однако, некоторые обнадеживающие результаты о том, что куркумин может иметь терапевтическое значение в этих видах заболеваний. Конечно, требуются дальнейшие исследования, чтобы изучить влияние этого соединения в долгосрочной нутрицевтиков вмешательств и тот факт, что куркумин, кажется, безобидных людей может запрашивать дополнительные исследования на влияние куркумина в возникновении и прогрессировании ряда нейродегенеративных заболеваний.

1. IntroductionCurcumin ((1E,6E)-1,7-Bis(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)-1,6-heptadiene-3,5-dione) is the main component

of Curcuma longa (C. longa), generically known as turmeric, a perennial plant of the family Zingiberaceae that grows naturally in Southeast Asia. Turmeric is a spice present in Indian curries and many dishes in South Asia. It has also been used for thousands of years in Indian and Chinese medicine (1). The main components of turmeric extracts (curcumin, demethoxycurcumin, and bisdemethoxycurcumin) are commonly known as curcuminoids. Multiple beneficial effects of curcumin, which could be linked to its ability to act as a strong anti-oxidant and anti-inflammatory, have been reported during the last ten years. In studies performed on cell cultures and in different animal models, curcumin has been reported to provide a number of beneficial effects. These studies have led to the identification of several pharmacological targets of curcumin and have shed some light on the molecular mechanisms activated by this compound. Interestingly, and maybe due to its lack of toxicity and inexpensive cost, some clinical trials have also been conducted with this compound. Curcumin has been reported to be effective against a wide variety of diseases like cancer ( 2, 3), cardiovascular disease (4), obesity (5, 6), liver disease (7, 8), inflammatory disease (9–11) and even aging (12–14).

In addition to the age-related pathologies noted above, curcumin may have beneficial effects on specific kinds of diseases characterized by the formation of aggregated fibrillar proteins deposits. Collectively known as conformational diseases (15, 16), they are responsible for tremendous social and economic burden. Especially under neurodegenerative conditions, the aggregation of aberrant forms of specific proteins such as α-synuclein (Parkinson’s disease, PD) (17), β-amyloid (Alzheimer’s disease, AD) (18) and huntingtin (Huntington’s disease, HD) (19) may contribute to the onset and/or progression of the disease. Initially, the protein aggregates themselves were considered to be the toxic insult leading to cell death. However, more recent studies suggest that soluble aggregate precursors such as soluble oligomers or fibrils, may initiate pathology by influencing neuronal function (15). Although a detailed characterization of how these insoluble intra-and extracellular deposits develop is still unclear, multiple factors such as pH, metal ions, protein concentration, and oxidative stress have been reported to play a role in their formation.

It has been estimated that AD and PD are the two neurodegenerative diseases with the greatest incidence in the United States of America and that AD accounts for 60% to 80% of all dementia diagnosed (20). The costs associated with treating these diseases and paying caregivers, as well as the loss of productivity of those afflicted, has been estimated to be approximately 800 billion Euros (21). These statistics strongly suggest that developing therapies aimed to reduce or delay neurodegenerative disease should be a priority for the biomedical community.

PD is named after James Parkinson who described “shaking palsy” in 1817. This disease is characterized by several symptoms such as bradykinesia, tremors, rigidity, dementia and depression. At the molecular level, this motor dysfunction has been associated with pathological spherical inclusions in neurons of the substantia nigra, known as Lewy bodies, and with a loss of nigrostriatal dopamine (DA) neurons. Despite great effort, the etiology of this disease is still undetermined. However, it does seem clear that a cumulative loss of dopaminergic neurons during aging could contribute to the onset/progression of the disease. This pathology can be accelerated by exposure to environmental toxins, excitotoxicity, oxidative stress, or mutations in the α-synuclein gene, which encodes a protein found in Lewy bodies in idiopathic PD lesions. Due to the loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra, striatal cholinergic neurons are disinhibited,

138

leading to an imbalance of dopaminergic/cholinergic neurotransmission (22). Since DA does not cross the blood brain barrier, pharmacological approaches to treat PD have focused on developing drugs able to increase DA or reduce acetylcholine (ACh) activity in the brain. The primary approaches include the use of levodopa, a DA precursor and indirect agonist of G protein-coupled D2 receptors which increase DA production; direct stimulation of D2 receptors with selective agonists such as bromocriptine, ropinirole, pramipexole or rotigotine; or preventing DA enzymatic catabolism by enzymes like monoamine oxidase type B (e.g., selegiline and rasagiline) or Catechol-O-Methyltransferase (e.g., Entacapone and tocalpone). These compounds are often administered with anti-muscarinics, such as benztropine or trihexyphenidyl in order to decrease striatal cholinergic excitability (23).

AD is a neurodegenerative illness characterized by early onset of short-term memory loss and cognitive decline that eventually leads to dementia. This disease is associated with a particular brain pathology that includes neurofibrillar tangles and senile plaques (β-amyloid, Aβ). Aggregated Aβ in senile plaques have a β sheet secondary structure and are arranged in fibrils (24). A significant amount of neuronal loss has been reported during AD progression (e. g., basal forebrain, hippocampus and associative cerebral cortex). At molecular level, this neuronal loss seems to be associated with a reduction of choline acetyltransferase activity and, as a consequence, with a marked diminution in ACh levels. No drugs are currently available to prevent this neuronal degeneration. To date, the potential anti-amyloid therapeutic approaches to treat AD focus on the amyloid cascade theory, such as the Aβ vaccine or treatment with metal-complexing agents (25, 26). However, several drugs that prevent ACh degradation have also been used to improve cognition during AD (e.g., tacrine or donepezil).

HD is a neurodegenerative disorder caused by the autosomal dominant mutation of the huntingtin gene. Altered protein aggregates affect muscle coordination and lead to abnormal involuntary movements, known as chorea, as well as cognitive and psychiatric problems. Tetrabenazine, an inhibitor of the vesicular monoamine transporter 2 (VMT2) that promotes dopamine degradation, is used to treat Huntington’s chorea, but not to treat HD itself (27).

Unfortunately, current treatments in PD, AD and HD, beyond symptomatic improvement, do not have neuroprotective properties or the potential to modify the course of the disease, and even symptomatic relief is temporary. Additionally, all these compounds are highly toxic and can cause severe side-effects (nauseas, stomach cramps, dizziness, drowsiness, insomnia, headache, diarrhea, dry mouth, mydriasis and even delirium, depression or hallucinations).

7. Conclusions and future directionsWhile identifying compounds that improve the healthspan of mammals is undoubtedly more relevant for

human drug development, the prohibitive cost of mouse studies makes it extremely unlikely that large scale chemical screens will be carried out in mice. Basic research in more cost-effective model systems is therefore a critical starting point for identifying such compounds and elucidating their mechanism(s) of action. Cell culture and invertebrate model organisms provide opportunities to assay promising compounds, like curcumin, in an efficient manner. Moreover, once candidate compounds are identified, model systems allow for rapid elucidation of the genetic pathways being targeted by these compounds. Furthermore, some pathological features of certain diseases are now being seen as a more general feature of aging. Perhaps the clearest example of this is the failure of protein homeostasis associated with age-related neurological disease, which leads to the formation of intra- or extracellular protein aggregates. This is consistent with a mechanistic relationship between aging and disease.

The disappointing outcomes of dozens of phase III clinical trials in AD, PD and others suggests that preclinical studies in animal models are less relevant than we would hope. Since aging is a major risk factor for many human diseases, compounds that slow aging are highly sought after due to their potential for treating age-related diseases. Here, we argue that the recent growth of a new subfield, the chemical biology of aging, will lead to the identification of candidate compounds and mechanistic insights that will ultimately propel forward treatments of age-related diseases. Curcumin is a great example of this general idea due to the multiple beneficial effects reported for curcumin in vitro. Curcumin has been reported to increase lifespan in C. elegans and Drosophila but does not seem to increase lifespan in mice. Nevertheless, there is enough evidence to suggest that curcumin could be of help in the treatment of several neurodegenerative diseases and other age-associated diseases to significantly improve healthspan. This could be due to its well-

139

known anti-oxidant and anti-inflammatory properties, but could be also the result of a modulation of protein aggregation through the regulation of protein homeostasis or a dietary restriction-like mechanism as recent studies in worms suggest (Figure 1). Since most of the drug therapies for neurodegenerative diseases (like AD and PD) currently available have shown little efficacy and produce multiple side-effects, a nutraceutical intervention with an innocuous and cheap compound like curcumin could represent a major avenue for the treatment of these diseases. One of the main limitations for a nutraceutical intervention with curcumin on neurodegenerative diseases is its limited bioavailability. This could be addressed by chemical modifications of curcumin, through its conjugation with lipophilic compounds or by co-administration of curcumin with compounds that facilitate its absorption. Despite that, clinical trials available to date do not provide conclusive evidence of the efficacy of curcumin for preventing or treating neurodegenerative diseases. There are, however, some encouraging results suggesting that curcumin could be of therapeutic relevance in these kinds of diseases. Of course, more studies are needed to explore the effects of this compound in long-term nutraceutical interventions and the fact that curcumin seems to be innocuous in humans could prompt additional studies on the effect of curcumin in the onset and progression of several neurodegenerative diseases.

Клиническое применение куркумина: текущее состояние и будущее.Куркумин - это природный полифенол продукт, полученный из корневищ из Curcuma longa. In vivo и

in vitro исследования раскрыли многие важные биологической активностью из куркумин, таких как антиоксидантная активность, индуцируя апоптоз клеток, ингибирования пролиферации клеток, анти-в клеточной адгезии и подвижности, анти-ангиогенеза и антимикробные свойства. Исходя из этих функций, куркумин используется в клинических испытаниях на различных воспалительных заболеваний и рака. В будущем необходимо сосредоточить внимание отчасти на клиническое применение куркумина в нейродегенеративных заболеваний, сердечно-сосудистых заболеваний и диабета, так как многие экспериментов выяснили, потенциальная ценность куркумин в этих областях. В качестве диеты-производные агент, куркумин нет острой токсичности, за исключением незначительных желудочно-кишечных побочных эффектов даже в дозе 8 г в течение 3 месяцев. Однако куркумин имеет низкую системную биодоступность, поэтому необходимо для улучшения биодоступности куркумин в его клинического применения. Многие методы, такие как комплексной системы доставки лекарств и структурной модификации были продемонстрированы, чтобы потенциальный эффект.

Curr Pharm Des. 2013;19(11):2011-31.The clinical applications of curcumin: current state and the future.Fan X1, Zhang C, Liu DB, Yan J, Liang HP. 1State Key Laboratory of Trauma, Burns and Combined Injury, Research Institute of Surgery, Daping

Hospital, The Third Military Medical University, Chongqing, China.Curcumin is a natural polyphenol product derived from the rhizome of the Curcuma longa. In vivo and in

vitro studies have uncovered many important bioactivities of curcumin, such as antioxidant activity, inducing cell apoptosis, inhibiting cell proliferation, anti-cell adhesion and motility, anti-angiogenesis and anti-microbe properties. Based on these functions, curcumin has been used in clinical trials on various inflammatory diseases and cancers. In the future, it will be necessary to focus attention partly on the clinical application of curcumin in neurodegenerative diseases, cardiovascular diseases and diabetes, because many experiments have clarified the potential value of curcumin in these areas. As a diet-derived agent, curcumin has no severe toxicity except for minor gastrointestinal side effects even up to the dosage of 8 grams for 3 months. However, curcumin has a low systemic bioavailability, so it is imperative to improve the bioavailability of curcumin in its clinical application. Many methods, such as adjuvant drug delivery system and structural modification have been demonstrated to have a potential effect.

Куркумин защищает микроглии и первичных нейронов коры головного мозга крыс, против ВИЧ-1 gp120-опосредованного воспаления и апоптоза.

140

Куркумин - это молекулы, найденные в корня куркумы, который обладает противовоспалительным, антиоксидантным и противоопухолевым свойствами и широко используется как растительное лекарственное средство, а пищевая добавка для лечения или профилактики нейродегенеративных заболеваний. Исследовать, является ли куркумин способен бороться с ВИЧ-1-ассоциированные нейротоксичности, мы относились к мышиной линии клеток микроглии (N9) и первичных нейронов коры головного мозга крыс с куркумой в присутствии или отсутствии нейротоксическое ВИЧ-1 gp120 (петля V3) белка. Мы обнаружили, что ВИЧ-1 gp120 глубоко индуцированной N9 клетки к выработке активных форм кислорода (АФК), фактора некроза опухоли-α (ФНО-α) и моноци-тарный хемоаттрактантный протеин-1 (MCP-1). ВИЧ-1 gp120 также индуцированного апоптоза первичных нейронов коры головного мозга крыс. Куркумин оказывал мощное ингибирующее действие против ВИЧ-1 gp120-индуцированного повреждения нейронов, снижая продукцию ROS, TNF-α и MCP-1, N9 клеток и ингибирования апоптоза, первичных нейронов коры головного мозга крыс. Куркумин могут оказать свою биологическую активность путем ингибирования задержанного выпрямления и переходных наружу калия (K(+)) ток, как куркумин эффективно снижение ВИЧ-1 gp120-опосредованной высоты задержанного выпрямления и переходных наружу K(+) канал ток в нейронах. Мы заключаем, что ВИЧ-1 gp120 увеличивает ROS, TNF-α и MCP-1 производства в микроглии, и индуцирует кортикальных нейронов путем апоптоза, влияющих на несвоевременное устранение недостатков и переходных наружу K(+) источник тока. Куркумин снижает продукцию ROS и воспалительных медиаторов в ВИЧ-1 gp120-стимулированной микроглии, а также защищает нейроны коры головного мозга крыс против ВИЧ-1-опосредованного апоптоза, скорее всего, через ингибирование ВИЧ-1 gp120-индуцированного рельефа задержанного выпрямления и переходных наружу K(+) текущий.

PLoS One. 2013 Aug 6;8(8):e70565. doi: 10.1371/journal.pone.0070565. Print 2013.Curcumin protects microglia and primary rat cortical neurons against HIV-1 gp120-mediated

inflammation and apoptosis.Guo L1, Xing Y, Pan R, Jiang M, Gong Z, Lin L, Wang J, Xiong G, Dong J.Author information 1Department of Gynaecology and Obstetrics, the First Affiliated Hospital of Sun Yat-sen University,

Guangzhou, Guangdong Province, China.AbstractCurcumin is a molecule found in turmeric root that has anti-inflammatory, antioxidant, and anti-tumor

properties and has been widely used as both an herbal drug and a food additive to treat or prevent neurodegenerative diseases. To explore whether curcumin is able to ameliorate HIV-1-associated neurotoxicity, we treated a murine microglial cell line (N9) and primary rat cortical neurons with curcumin in the presence or absence of neurotoxic HIV-1 gp120 (V3 loop) protein. We found that HIV-1 gp120 profoundly induced N9 cells to produce reactive oxygen species (ROS), tumor necrosis factor-α (TNF-α) and monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1). HIV-1 gp120 also induced apoptosis of primary rat cortical neurons. Curcumin exerted a powerful inhibitory effect against HIV-1 gp120-induced neuronal damage, reducing the production of ROS, TNF-α and MCP-1 by N9 cells and inhibiting apoptosis of primary rat cortical neurons. Curcumin may exert its biological activities through inhibition of the delayed rectification and transient outward potassium (K(+)) current, as curcumin effectively reduced HIV-1 gp120-mediated elevation of the delayed rectification and transient outward K(+) channel current in neurons. We conclude that HIV-1 gp120 increases ROS, TNF-α and MCP-1 production in microglia, and induces cortical neuron apoptosis by affecting the delayed rectification and transient outward K(+) channel current. Curcumin reduces production of ROS and inflammatory mediators in HIV-1-gp120-stimulated microglia, and protects cortical neurons against HIV-1-mediated apoptosis, most likely through inhibition of HIV-1 gp120-induced elevation of the delayed rectification and transient outward K(+) current.

ВведениеВирус иммунодефицита человека типа 1 (ВИЧ-1) пандемии унесла более 20 миллионов жизней, с

38,6 млн человек по всему миру, зараженных в настоящее время (2009 г. доклад " развитие эпидемии СПИДа, ЮНЭЙДС/воз, www.unaids.org), и будет продолжать вносить свой вклад в заболеваемость и смертность, так как нет вакцины. ВИЧ-1-ассоциированных неврологических расстройств, таких как

141

нейродегенеративные заболевания или нейрокогнитивные расстройства распространенных неврологических осложнений у пациентов, хронически инфицированных ВИЧ-1. Перед началом антиретровирусной терапии (арт), неврологические расстройства были первым проявлением симптоматической ВИЧ-1-инфекции, влияющие примерно на 10% -20% больных и у 60% больных в продвинутых стадиях синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИД) [1]. Нейровоспаление и микроглии переактивации точки вовлечены в патогенез ВИЧ-1-ассоциированных неврологических расстройств. Микроглии являются основными воспалительных клеток в центральную нервную систему (ЦНС). Более-активированные клетки микроглии вызвать перепроизводство различных провоспалительных цитокинов, включая фактор некроза опухоли-Альфа (TNF-α), интерлейкина 1β (IL-1β) и хемокины, которые, как полагают, способствуют ВИЧ-1-ассоциированных неврологических расстройств [2].

Однозначно, ВИЧ-1 вызывает нейронов, травмы, потери клеток и дисфункции ЦНС посредством растворимых белков вируса, а не продуктивной вирусной инфекции, поскольку отсутствуют доказательства того, что ВИЧ-1 непосредственно инфицирует нейроны. Один из ВИЧ-1 белков gp120, как было показано, непосредственно взаимодействуют с нейронами, ведущих к апоптоза нейронов [3]. В самом деле, тяжесть повреждения головного мозга положительно коррелирует с уровнем gp120 выражение в мозге ВИЧ-1-инфицированных лиц [2]. Эти результаты предоставляют доказательства того, что gp120 играет ключевую роль в ВИЧ-1-ассоциированные центральной нервной системы. Недавние исследования показали, что нейрональные напряжения-gated калия (кв) каналов, вовлеченных в ВИЧ-1-ассоциированные нейронального повреждения [4]. ВИЧ-1 gp120 усиливает типа transient outward K+ токов (IВ) в нейронах, в результате апоптоза нейронов [4]. Ингибирование gp120 - индуцированное увеличение IВ ослабление gp120-опосредованного апоптоза нейронов [4], и улучшает обучение и память животных [5], [6]. На самом деле, переактивации точки напряжения-gated кв каналы могут вызвать чрезмерное K+ измеряем и внутриклеточного K+ истощение, ранний ионной событий в апоптотических каскадов нейронов [7]. Эти данные согласуются с раннего выводы, что K+ канал-опосредованной K+ измеряем способствует ишемии-запускается апоптоз нейронов, и, что K+ channel blocker tetraethylammonium (чай) ослабляет гипоксии и ишемии, индуцированной смерти нейронов in vitro и in vivo [8]. Таким образом, ВИЧ-1 gp120 может непосредственно привести к нейрональной травмы путем расширения яВ в нейронах.

Куркумин является гидрофобным полифенолов, полученных из корневищных травянистых видов Curcuma longa, которой принадлежит Zingiberaceae семьи. Куркумин экспонатов самых разнообразных антиоксидантов [9], противовоспалительной [10], антимикробной [11], и антиканцерогенным деятельности [12]. В предыдущем исследовании мы показали, что куркумин может улучшать обучение и память способностей у крыс с ВИЧ-1 gp120-индуцированные расстройства памяти [13]. Это исследование было проведено, чтобы определить, является ли куркумин оказывает защитное действие против ВИЧ-1 gp120-опосредованным путем снижения нейротоксичности микроглии воспаления и предотвращения апоптоза нейронов через действие на нейрональные напряжения-gated K+ каналы.

ОбсуждениеКуркумин является естественным компонентом корневище куркумы длинной (Curcuma longa) и

традиционно используются в течение многих столетий китайской медицины. Куркумин обладает выдающимся профилем безопасности и показали ряд плейотропных действий, в том числе противовоспалительным, антиоксидантным, противоопухолевым свойствами и анти-белка-совокупная деятельность [16], [17]. Куркумин также имеет защиты нейронов [18]. За свою долгую историю использования, безопасности, плюрипотентности, и недорогая цена, куркумин имеет большой потенциал, роль в профилактике и лечении неврологических расстройств, для которого нынешний therapeutics меньше оптимального [16]. Например, куркумин является перспективным агентом в лечении и профилактике болезни Альцгеймера (AD), прогрессирующее нейродегенеративное заболевание [19]. Поэтому мы предположили, что куркумин может иметь защитный эффект против ВИЧ-1-assocated неврологических расстройств. Мы обнаружили, что ВИЧ-1 gp120 глубоко индуцированной N9 клетки микроглии для производства ROS, TNF-α и MCP-1 (рис. 2, и рис. 3), в конечном счете, может привести к снижению жизнеспособности клеток микроглии (рис. 1).

142

Куркумин оказывал мощное ингибирующее действие против ВИЧ-1 gp120-индуцированного повреждения нейронов, снижая продукцию ROS, TNF-α и MCP-1, N9 клеток микроглии. В самом деле, куркумин в 15 мкм выставляются те же подавляющие активность в снижении уровни ROS в gp120-обработанных клеток микроглии, как НАК на 3 мм, оптимальная концентрация мощным антиоксидантом (рис. 2), предполагая, что куркумин является мощным антиоксидантом. Индукция АФК вызывает воспаление и в обратной последовательности данного мероприятия-это тоже правда. Куркумин в 15 мкм и подавлял продукцию противовоспалительных факторов, в том числе TNF-α и MCP-1 gp120 в обработанных N9 клеток микроглии в той же степени, как НАК лечение на 3 мм. Блокирующее напряжение-закрытого калиевых каналов снизился уровень ROS и цитокиновых мРНК производства в gp120-обработанных клеток микроглии. Эта Находка указывает на то, что напряжения-gated калиевые каналы связаны с ROS и индуцированной продукции цитокинов у ВИЧ-1 gp120 петли V3. Куркумин может играть защитную роль микроглии путем снижения напряжения-gated potassium channel токов. Куркумин способен пересечь гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), чтобы обеспечить прямой нейропротекция в AD моделей [20]. Мы также показали, что куркумин уменьшает ВИЧ-1 gp120 - индуцированные нарушения памяти и гиппокампальных нейронов травмы у крыс [13], [21]. Наши данные вместе с эти отчеты показывают, что куркумин представляет потенциальную компонентов для профилактического и терапевтического вмешательства ВИЧ-1-ассоциированных неврологических расстройств.

ВИЧ-1 вызывает нейронов, травмы, потери клеток и дисфункции ЦНС посредством растворимых белков вируса, а не продуктивной вирусной инфекции, поскольку отсутствуют доказательства того, что ВИЧ-1 непосредственно инфицирует нейроны. ВИЧ-1 gp120 белка было показано, непосредственно взаимодействуют с нейронами, ведущих к апоптоза нейронов [3]. В согласии с этими результатами, мы обнаружили, что ВИЧ-1 gp120 непосредственно индуцированного апоптоза первичных нейронов коры головного мозга крыс. Апоптоза нейронов, как известно, сопровождается сопутствующим ростом кв экспрессии каналов в плазматической мембране [22], [23], [24]. Такое увеличение в кв выражение считается, что увеличению K+ измеряем, ведущих к потере цитозольной K+. Этот процесс сопровождается Cl- отток воды и измеряем, в конечном счете, ведущих к клеточной усадки и индукции апоптотических сигналов [25]. Мы обнаружили, что ВИЧ-1 gp120 значительно увеличилась как несвоевременное устранение недостатков и transient outward K+ ток в первичных нейронов коры головного мозга крыс (рис. 5). Эти эффекты были ослабляется куркумин, в результате чего в защите нейронов, травмы против gp120 нейротоксичности (рис. 4 и фиг. 5). Увеличение кв ток и в апоптоз наблюдается в бета-амилоида-лечение корковых нейронов [26]. Как чая, так и 4-AP показали их деятельности в ослабление бета-амилоидной гибель нейронов посредством подавления K+ эффлюкса [27], [28]. Куркумин также облегчается ВИЧ-1 gp120-опосредованное увеличение задержанного выпрямления и transient outward K+ нынешний. Таким образом, куркумин ингибирует gp120-опосредованного апоптоза нейронов, скорее всего, через ингибирование ВИЧ-1 gp120-индуцированного рельефа задержанного выпрямления и transient outward K+ нынешний.

В резюме, ВИЧ-1 gp120 увеличивает ROS, TNF-α и MCP-1 производства в микроглии, и индуцирует кортикальных нейронов путем апоптоза, влияющих на несвоевременное устранение недостатков и переходных наружу K+ канал тока. Куркумин снижает продукцию ROS и воспалительных медиаторов в ВИЧ-1 gp120-стимулированной микроглии, а также защищает нейроны коры головного мозга крыс против ВИЧ-1-опосредованного апоптоза, скорее всего, через ингибирование ВИЧ-1 gp120-индуцированного рельефа задержанного выпрямления и переходных наружу K+ нынешний.

IntroductionThe human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) pandemic has claimed over 20 million lives, with 38.6

million people worldwide currently infected (2009 AIDS Epidemic Update by UNAIDS/WHO, www.unaids.org), and will continue to contribute to human morbidity and mortality as there is no vaccine available. HIV-1-associated neurological disorders such as neurodegenerative diseases or neurocognitive disorders are common neurological complications in patients chronically infected with HIV-1. Prior to antiretroviral therapy (ART), neurologic disorders were the first manifestation of symptomatic HIV-1 infection, affecting roughly 10% –20% of patients and up to 60% of patients in the advanced stages of acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) [1]. Neuroinflammation and microglial overactivation are

143

involved in the pathogenesis of HIV-1-associated neurologic disorders. Microglia are the major inflammatory cells in the central nervous system (CNS). Over-activated microglial cells cause overproduction of various proinflammatory cytokines including tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), interleukin 1β (IL-1β) and chemokines, which are believed to contribute to HIV-1-associated neurologic disorders [2].

Uniquely, HIV-1 causes neuronal injury, cell loss and dysfunction in the CNS through soluble virus proteins rather than productive virus infection, because there is no evidence that HIV-1 directly infects neurons. One of HIV-1 proteins, gp120, has been shown to directly interact with neurons, leading to neuronal apoptosis [3]. In fact, the severity of brain damage is positively correlated with level of gp120 expression in the brain of HIV-1-infected individuals [2]. These findings provide evidence that gp120 plays a key role in HIV-1-associated nervous system impairment. Recent studies have demonstrated that neuronal voltage-gated potassium (Kv) channels are involved in HIV-1-associated neuronal injury [4]. HIV-1 gp120 enhances A-type transient outward K+ currents (IA) in neurons, resulting in neuronal apoptosis [4]. Inhibition of the gp120- induced increase of IA attenuates gp120-mediated apoptosis of neurons [4], and improves learning and memory in animals as well [5], [6]. Actually, overactivation of voltage-gated Kv channels can trigger excessive K+ efflux and intracellular K+ depletion, which are early ionic events in apoptotic cascades of neurons [7]. These data are consistent with early findings that K+ channel-mediated K+ efflux contributes to ischemia-triggered apoptosis of neurons, and that the K+ channel blocker tetraethylammonium (TEA) attenuates hypoxia- and ischemia-induced neuronal death in vitro and in vivo [8]. Thus, HIV-1 gp120 can directly cause neuronal injury by enhancing IA in neurons.

Curcumin is a hydrophobic polyphenol derived from the rhizomatous herbaceous species Curcuma longa, which belongs to the Zingiberaceae family. Curcumin exhibits a wide variety of antioxidant [9], anti-inflammatory [10], antimicrobial [11], and anticarcinogenic activities [12]. In a previous study, we demonstrated that curcumin could improve learning and memory abilities in rats with HIV-1 gp120-induced memory disorders [13]. This study was undertaken to determine whether curcumin has a protective effect against HIV-1 gp120-mediated neurotoxicity by reducing microglial inflammation and by preventing neuronal apoptosis through acting on neuronal voltage-gated K+ channels.

DiscussionCurcumin is a natural component of the rhizome of Turmeric (Curcuma longa) and has been used

traditionally for centuries by Chinese medicine. Curcumin has an outstanding safety profile and has shown a number of pleiotropic actions including anti-inflammatory, antioxidant, anti-tumor properties and anti-protein-aggregate activities [16], [17]. Curcumin also has neuronal protections [18]. Because of its long history of use, safety, pluripotency, and inexpensive cost, curcumin has a great potential role in the prevention and treatment of neurological disorders for which current therapeutics are less than optimal [16]. For example, curcumin is a promising agent in the treatment and prevention of Alzheimer’s disease (AD), a progressive neurodegenerative disease [19]. We therefore hypothesized that curcumin might have a protective effect against HIV-1-assocated neurological disorders. We found that HIV-1 gp120 profoundly induced N9 microglial cells to produce ROS, TNF-α and MCP-1 (Fig. 2, and Fig. 3), eventually might lead to decreased viability of microglial cells (Fig. 1). Curcumin exerted a powerful inhibitory effect against HIV-1 gp120-induced neuronal damage, reducing the production of ROS, TNF-α and MCP-1 by N9 microglial cells. In fact, curcumin at 15 µM exhibited the same suppressive activity in decreasing ROS levels in gp120-treated microglial cells as that of NAC at 3 mM, an optimal concentration of the potent antioxidant ( Fig. 2), suggesting that curcumin is also an potent antioxidant. Induction of ROS causes inflammation and the reverse sequence of this event is also true. Curcumin at 15 µM also suppressed production of inflammatory factors including TNF-α and MCP-1 in gp120-treated N9 microglial cells to the same extent as NAC treatment at 3 mM. Blocking voltage-gated potassium channels decreased ROS level and cytokine mRNA production in gp120-treated microglial cells as well. This finding indicates that the voltage-gated potassium channels are related to the ROS and cytokine production induced by the HIV-1 gp120 V3 loop. Curcumin may play a microglial protective role by reducing voltage-gated potassium channel currents. Curcumin is able to cross the blood-brain barrier (BBB) to provide direct neuroprotection in AD models [20]. We also have demonstrated that curcumin alleviates HIV-1-gp120- induced memory impairment and hippocampal neuron injury in rats [13], [21]. Our data together with these reports indicate that curcumin represents a potential component for preventive and therapeutic interventions of HIV-1-associated neurological disorders.

144

HIV-1 causes neuronal injury, cell loss and dysfunction in the CNS through soluble virus proteins rather than productive virus infection, because there is no evidence that HIV-1 directly infects neurons. HIV-1 gp120 protein has been shown to directly interact with neurons, leading to neuronal apoptosis [3]. In agreement with these results, we found that HIV-1 gp120 directly induced apoptosis of primary rat cortical neurons. Neuronal apoptosis is known to be accompanied by a concomitant increase in Kv channel expression in the plasma membrane [22], [23], [24]. Such an increase in Kv expression is believed to facilitate an increased K+ efflux, leading to a loss of cytosolic K+. This process is accompanied by Cl− outflow and water efflux, eventually leading to cell shrinkage and the induction of apoptotic signals [25]. We found that HIV-1 gp120 significantly increased both the delayed rectification and the transient outward K+ current in primary rat cortical neurons (Fig. 5). These effects were attenuated by curcumin, resulting in protection of neuronal injury against gp120 neurotoxicity (Fig. 4 and Fig. 5). An increase in the Kv current and in apoptosis has been observed in beta-amyloid-treated cortical neurons [26]. Both TEA and 4-AP have shown their activities in attenuation of beta-amyloid-induced neuronal death through suppressing K+ efflux [27], [28].

Curcumin also alleviated HIV-1 gp120-mediated increase in the delayed rectification and the transient outward K+ current. Thus, curcumin inhibits gp120-mediated neuronal apoptosis, most likely through inhibition of HIV-1 gp120-induced elevation of the delayed rectification and the transient outward K +

current.In summary, HIV-1 gp120 increases ROS, TNF-α and MCP-1 production in microglia, and induces cortical

neuron apoptosis by affecting the delayed rectification and transient outward K+ channel current. Curcumin reduces production of ROS and inflammatory mediators in HIV-1-gp120-stimulated microglia, and protects cortical neurons against HIV-1-mediated apoptosis, most likely through inhibition of HIV-1 gp120-induced elevation of the delayed rectification and transient outward K+ current.

Молекулярные механизмы куркумин действие: экспрессии генов.Куркумин , полученных из тропического растения Curcuma longa имеет долгую историю

использования в качестве пищевой, агент, пищевой консервант, и в традиционной азиатской медицине. Он был использован на протяжении веков для лечения билиарного расстройства, анорексия, кашель, диабетические раны, заболевания печени, ревматизм, синусит. Профилактические и лечебные свойства куркумина связаны с его антиоксидантными, противовоспалительными и противораковыми свойствами. Обширные исследования в течение нескольких десятилетий была предпринята попытка выявить молекулярные механизмы куркумин действий. Куркумин модулирует многочисленные молекулярные мишени путем изменения их экспрессии генов сигнальных путей, или через прямое взаимодействие. Куркумин регулирует экспрессию воспалительных цитокинов (например, TNF, IL-1), факторов роста (напр., VEGF, EGF, FGF), фактора роста рецепторов (напр., EGFR, HER-2, АР), ферменты (напр., ЦОГ-2, LOX, MMP9, MAPK, mTOR, Akt), молекул адгезии (например, ELAM-1, ICAM-1, VCAM-1), апоптоза, связанных белков (напр., Bcl-2, каспаз, д-р, ФАС), и белков клеточного цикла (напр., циклин D1). Куркумин модулирует активность ряда транскрипционных факторов (напр., NF-B, AP-1, STAT) и их сигнальных путей. На основе его способности воздействовать на несколько целей, куркумин обладает потенциалом для профилактики и лечения различных заболеваний, включая рак, артрит, аллергии, атеросклероза, старения, нейродегенеративных заболеваний, заболеваний печени, ожирения, сахарного диабета, псориаза, аутоиммунных заболеваний. В настоящем обзоре обобщены молекулярные механизмы модуляции экспрессии генов, куркумин

Biofactors. 2013 Jan-Feb;39(1):37-55. doi: 10.1002/biof.1041. Epub 2012 Sep 20.Molecular mechanisms of curcumin action: gene expression.Shishodia S. Department of Biology, Texas Southern University, Houston, TX 77004, USA. shishodias@tsu.eduCurcumin derived from the tropical plant Curcuma longa has a long history of use as a dietary agent, food

preservative, and in traditional Asian medicine. It has been used for centuries to treat biliary disorders, anorexia, cough, diabetic wounds, hepatic disorders, rheumatism, and sinusitis. The preventive and therapeutic properties of curcumin are associated with its antioxidant, anti-inflammatory, and anticancer

145

properties. Extensive research over several decades has attempted to identify the molecular mechanisms of curcumin action. Curcumin modulates numerous molecular targets by altering their gene expression, signaling pathways, or through direct interaction. Curcumin regulates the expression of inflammatory cytokines (e.g., TNF, IL-1), growth factors (e.g., VEGF, EGF, FGF), growth factor receptors (e.g., EGFR, HER-2, AR), enzymes (e.g., COX-2, LOX, MMP9, MAPK, mTOR, Akt), adhesion molecules (e.g., ELAM-1, ICAM-1, VCAM-1), apoptosis related proteins (e.g., Bcl-2, caspases, DR, Fas), and cell cycle proteins (e.g., cyclin D1). Curcumin modulates the activity of several transcription factors (e.g., NF-κB, AP-1, STAT) and their signaling pathways. Based on its ability to affect multiple targets, curcumin has the potential for the prevention and treatment of various diseases including cancers, arthritis, allergies, atherosclerosis, aging, neurodegenerative disease, hepatic disorders, obesity, diabetes, psoriasis, and autoimmune diseases. This review summarizes the molecular mechanisms of modulation of gene expression by curcumin.

Ботанический фенолов и Нейродегенерации.ОтрывокМногие овощи, фрукты, злаки, корни, цветки и семена богаты полифенольными соединениями, и

они предлагают полезные эффекты в защите от заболеваний, сопровождающихся окислительным стрессом, таких как рак и сердечно-сосудистые и нейродегенеративные заболеваний. Хотя механизмы, с помощью которых эти соединения оказывают благотворное воздействие не очень хорошо изучены, существует общее мнение, что они обладают антиоксидантными и противовоспалительными свойствами, и способны хелатирующие ионы металлов (Rice-Evans and Miller, 1997; Martin et al. 2002; Ндиайе et al. 2005; Sun et al. 2008). Последние исследования показывают, что некоторые соединения могут способствовать определенные биохимические эффекты, которые находятся за пределами их антиоксидантная и антирадикальная свойства, например, привлечение к изменениям членов “vitagene” системы, такие как гемоксигеназа-1 (HO-1), белка теплового шока (Hsp) 70, thioredoxin, и сиртуинов. Эти эффекты могут оказывать влияние на возникновение и прогрессирование нейродегенеративных заболеваний и старения. Понимание этих метаболические и сигнальные эффекты полифенолов открыло путь для романа нутритивной поддержки (Calabrese et al. 2008, 2009). В этой главе мы рассмотрим недавние исследования на четырех Ботанический фенольных соединений: ресвератрол из винограда, куркумин из куркумы, apocynin от Picrorhiza kurroa, и эпигаллокатехин - галлат из зеленого чая. Мы обсуждаем их потенциальных положительных результатов в профилактике и лечении нейродегенеративных заболеваний, с акцентом на AD, PD, и инсульт.

Botanical Phenolics and Neurodegeneration.AuthorsSun AY, Wang Q, Simonyi A, Sun GY.EditorsIn: Benzie IFF, Wachtel-Galor S, editors. SourceHerbal Medicine: Biomolecular and Clinical Aspects. 2nd edition. Boca Raton (FL): CRC Press; 2011.

Chapter 15.ExcerptMany vegetables, fruits, grains, roots, flowers, and seeds are rich in polyphenolic compounds, and they

offer beneficial effects in protecting against diseases involving oxidative stress, such as cancers and cardiovascular and neurodegenerative diseases. Although the mechanisms through which these compounds exert beneficial effects are not well understood, there is a general consensus that they possess antioxidant and anti-inflammatory properties, and are capable of chelating metal ions (Rice-Evans and Miller 1997; Martin et al. 2002; Ndiaye et al. 2005; Sun et al. 2008). Recent studies further reveal that some compounds may contribute specific biochemical effects that are beyond their antioxidant and radical-scavenging properties, for example, involvement in alterations of members of the “vitagene” system, such as heme oxygenase-1 (HO-1), heat shock protein (Hsp) 70, thioredoxin, and sirtuins. These effects may have an impact on the onset and progression of neurodegenerative diseases and aging. The understanding of these

146

metabolic and signaling effects of polyphenols has paved the way for novel nutritional interventions (Calabrese et al. 2008, 2009). In this chapter, we review recent studies on four botanical phenolic compounds: resveratrol from grapes, curcumin from turmeric, apocynin from Picrorhiza kurroa, and epigallocatechin (EGC)- gallate from green tea. We discuss their potential beneficial effects in the prevention and treatment of neurodegenerative diseases, with an emphasis on AD, PD, and stroke.

Глава 15Ботанический фенолов и Нейродегенерации15.1. ВведениеИмеется достаточно доказательств, указывающих, что разные активные формы кислорода (ROS),

например, супероксид, перекись водорода и гидроксила и перекисные радикалы, образуются в клетках при нормальных и патологических условиях (Sun et al. 2008). Когда курс рос поколения превышает возможности антиоксидантной защиты, есть косвенные окислительного повреждения ДНК, белков и липидов. В центральной нервной системе (ЦНС), окислительный стресс вовлечен в механизмы, ведущие к нейронального повреждения клеток при различных патологических состояниях. В последнее время термин “nitrosative стресс” используется, чтобы указать на повреждение клеток, индуцированный реактивного азота (RNS), к которым относятся оксид азота (NO) и его сородичи, такие как пероксинитрит и нитроксильный анион. Вместе, окислительного и nitrosative напряжений причастны к патологии многих нейродегенеративных заболеваний, включая болезнь Альцгеймера (AD), болезни Паркинсона (PD), болезнь Хантингтона (HD), боковой амиотрофический склероз (ALS), и инсульт. Мозг особенно уязвим к окислительному повреждению, потому что он использует большое количество кислорода для получения энергии и имеет относительно низкую ферментов антиоксидантной защиты, особенно в процессе старения. Кроме того, мембраны в клетках мозга содержит необычно высокий процент полиненасыщенных жирных кислот (Пнжк). Различных типов клеток мозга, нейронов являются особенно уязвимыми к оскорблениям токсичных соединений, и чувствительны к повреждениям при ишемии/ход, взятие, и другие excitotoxic травмы. Окислительное повреждение липидов (перекисного окисления липидов) связана с прогрессивной потерей целостности мембраны, снижение митохондриального мембранного потенциала и увеличение проницаемости плазматической Мембраны для Ca2+. Окислительное повреждение белков приводит к образованию карбонильных и nitrosylated производных. Далее, ROS повреждения ДНК результаты в ядерной конденсации и измененная экспрессия генов. Таким образом, окислительный стресс является важным фактором риска развития нейродегенерации. В последние годы огромная работа была посвящена разработке новых стратегий для преодоления различных типов оскорбления в мозге (Sun et al. 2008; Фаруки и Фаруки 2009).

Многие овощи, фрукты, злаки, корни, цветки и семена богаты полифенольными соединениями, и они предлагают полезные эффекты в защите от заболеваний, сопровождающихся окислительным стрессом, таких, как онкологические и сердечно-сосудистых и нейродегенеративных заболеваний. Хотя механизмы, с помощью которых эти соединения оказывают благотворное воздействие не очень хорошо изучены, существует общее мнение, что они обладают антиоксидантными и противовоспалительными свойствами, и способны хелатирующие ионы металлов (Rice-Evans and Miller, 1997; Martin et al. 2002; Ндиайе et al. 2005; Sun et al. 2008). Последние исследования показывают, что некоторые соединения могут способствовать определенные биохимические эффекты, которые находятся за пределами их антиоксидантная и антирадикальная свойства, например, привлечение к изменениям членов “vitagene” системы, такие как гемоксигеназа-1 (HO-1), белка теплового шока (Hsp) 70, thioredoxin, и сиртуинов. Эти эффекты могут оказывать влияние на возникновение и прогрессирование нейродегенеративных заболеваний и старения. Понимание этих метаболические и сигнальные эффекты полифенолов открыло путь для романа нутритивной поддержки (Calabrese et al. 2008, 2009 г.). В этой главе мы рассмотрим недавние исследования на четырех Ботанический фенольных соединений: ресвератрол из винограда, куркумин из куркумы, apocynin от Picrorhiza kurroa, и эпигаллокатехин - галлат из зеленого чая. Мы обсуждаем их потенциальные благоприятные эффекты в профилактике и лечении нейродегенеративных заболеваний, с акцентом на AD, PD, и инсульт.

15.2. ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ СТРЕСС И НЕЙРОДЕГЕНЕРАТИВНЫХ РАССТРОЙСТВ15.2.1. Вlzheimer S Disease

147

Болезнь Альцгеймера является наиболее распространенной формой деменции и является прогрессивным, возрастное нейродегенеративное заболевание, влияющее на специфические области мозга, которые контролируют память и когнитивные функции. В патогенезе AD характеризуется накоплением амилоидных бляшек и наличием нейрофибриллярных клубков в нейронах (Terry et al. 1991; Selkoe и Podlisny 2002; McKeel et al. 2004). Многие исследования показали, что окислительный стресс является ранним событием в развитии ад (Akama и Van Eldik 2000; Butterfield 2002; Butterfield et al. 2002a,b; Perry et al. 2002 г.; Mattson 2004). Хотя основные механизмы остаются неясными, есть доказательства того, что растворимые олигомерные формы амилоида-β-пептидов (Abeta) может быть ключевым цитотоксические соединения, что ухудшает синаптической пластичности; задолго до того, как Aβ является частью образуют амилоидные бляшки (небольшой 2001; малый, Mok, и Борнштейн 2001; Selkoe и Podlisny 2002; Mattson 2004; Takahashi et al. 2004). Исследования с трансгенными мышами, так и с культивируемых клетках показали, что цитотоксические Aβ может привести к гибели нервных клеток посредством генерации АФК (Zerbinatti et al. 2004; Ashe 2005; Barghorn et al. 2005; Smith et al. 2005). Есть свидетельства, что Aβ индуцирует окислительный стресс и вызывает повреждение нейронов путем воздействия возбуждающих ионотропных глутаматных рецепторов, особенно N-метил-D-аспарагиновой кислоты (NMDA) подтипа. Исследования, проведенные в нашей лаборатории, свидетельствуют о способности олигомеров Aβ и NMDA стимуляции корковых нейронов и триггер сигнальных путей, ведущих к активации митоген-активированной протеинкиназы (MAPKs) и фосфолипазы А2 (ФЛА2; Shelat et al. 2008). В нашем исследовании, и те, проведенных другими продемонстрировать, что эти возбуждающих путей вовлечения ROS производство никотинамид аденин динуклеотид фосфат (NADPH) оксидазы (Zhu et al. 2005; Shelat et al. 2008; Zhu et al. 2009). Участие Aβ и NMDA в эксайтотоксичности нейронов в соответствии с последними изменениями на мемантин, NMDA-антагонист, используемый для лечения AD. Мемантин назначают для лечения умеренной до тяжелой AD пациентов, и является наиболее недавно утвержденный AD лекарства в Соединенных Штатах.

Помимо изменения глутаматергической нейротрансмиссии, потеря холинергических нейронов является также важным ненормальность в AD патологии. В холинергическая гипотеза предполагает, что аберрантных синаптической передачи в базального переднего мозга, некоторых корковых областей, а гиппокамп связан с ухудшением памяти в продвинутых стадиях AD (Contestabile, Сиани, и Contestabile 2008). Измерение холина ацетилтрансферазной активности ключевого фермента синтеза ацетилхолина, была использована в течение многих лет в качестве надежного маркера повреждения холинергических путей. Stereologic подсчета базальных холинергических нейронов переднего мозга также были использованы для оценки нейродегенеративных изменений мозга холинергическая система. Ацетилхолин эстеразы ингибиторы для замедления гидролиза ацетилхолина в синаптических терминалов являются симптоматическими препаратами для лечения ад (Такада-Takatori et al. 2009 г.). Наркотики, такие как донепезил, ривастигмин и галантамин настоящее время для лечения мягкой и умеренной AD пациентов. Донепезила также был недавно одобрен для лечения тяжелых объявлений. В целом, эти препараты являются полезными в поддержании способности индивидов выполнять их повседневной деятельности и в поддержании мышления, памяти и устной речи. Однако, эти препараты могут предложить лишь преходящие помочь (за несколько месяцев) и не может обратить вспять прогрессирование заболевания.

Другой механизм, с помощью которого Aβ индуцирует нейродегенерации может привести воспалительные процессы, которые вызваны окислительных изменений (Butterfield 2002; Butterfield et al. 2002a,b). В настоящее время, существует несколько постоянных, крупных AD-профилактических испытаниях, направленных на использование антиоксидантов для снижения окислительных и воспалительных повреждений и для профилактики и лечения AD. Один такой судебный процесс, “профилактика болезни Альцгеймера витамин Е И селен (PREADVISE),” спонсируется национальным институтом старения и Национального института рака, и который направлен на оценку, может ли прием Селена и/или витамин Е добавки могут помочь предотвратить потерю памяти и слабоумие в ад (Kryscio et al. 2004, 2006).

Из-за разнообразия функциональных эффектов предлагаются многими натуральными растительными соединениями, существует широкий интерес в рассмотрении их в качестве

148

возможных препаратов для лечения ад у пациентов (Howes и Houghton 2003; Howes, Перри, и Houghton 2003; Bastianetto и Quirion 2004; Anekonda и Редди 2005). Растительные соединения, как правило, безопаснее использовать в качестве по сравнению с синтетическими препаратами (Raskin et al. 2002). Так нейровоспаление и окислительного повреждения наблюдаются в мозге трансгенных грызунов моделей AD, ряд исследований использовали этих животных моделей для тестирования нейропротективных эффектов Ботанический соединений (Ringman et al. 2005; Anekonda 2006; Anekonda и Редди 2006; Чаухан и Сандовал 2007; Mancuso et al. 2007; Sun et al. 2008). Краткое описание этих исследований включены в разделы 15.2.1.1 через 15.2.1.4.

15.2.1.1. Ресвератрол и полифенолы виноградаРесвератрол (3,4',5-trihydroxystilbene) - это полифенольные соединения, найденные в фиолетовый

виноград, красное вино, арахис и некоторые другие растения (Baur et al. 2006; Baur и Синклер 2006). Наши предыдущие исследования показали, что биологически активная добавка, полифенолов, извлеченных из виноградной кожуры и семян может обеспечить защиту от окислительного повреждения мозга синаптических мембран (солнце и Cheng 1999; Sun et al. 1999). Исследования с феохромоцитомы крысы (ПК-12) клеток показали, что ресвератрол оказался более эффективным в защите от окислительного повреждения, чем витамины E и C в сочетании (Chanvitayapongs, Draczynska-Lusiak, и солнце, 1997). В животной модели для старения, было показано, что ресвератрол защищает от повреждения нейронов и эксайтотоксичности, вызванной администрации каиновой кислоты у крыс (Wang et al. 2004; Wang et al. 2005c). Время-курс изучения биодоступности ресвератрола на крысах показали, что это соединение легко транспортируется в крови, печени и мозга вскоре после внутри-peritonial (И.П.) инъекции, и, что самое ресвератрол был преобразован в glycoconjugate форме (Wang et al. 2002). На протяжении многих лет, многих других исследованиях in vitro и in vivo попытались пролить свет на механизмы, лежащие в нейропротекторных эффектов ресвератрола (Gao et al. 2006; Lu et al. 2006; Raval, Дэйв, и Perez-Pinzon 2006; Choi et al. 2007; Tsai et al. 2007; Sun et al. 2008).

Помимо преодоления инсульта повреждения, ресвератрол может предложить несколько защитных эффектов для других нейродегенеративных заболеваний. Это соединение появляется, чтобы имитировать эффекты пищевых калорий ограничение, которое было показано запускают активацию sirtuin белков (Howitz et al. 2003; Lamming, дерева, и Синклер 2004; Wood et al. 2004; Sinclair 2005). Действительно, ресвератрол увеличивает продолжительность жизни ряда низших организмов, в том числе дрожжей, нематод и плодовых мушек (Howitz et al. 2003), и этот эффект объясняется активации сиртуинов, которые эволюционно консервативных никотинамид-аденин-динуклеотид (NAD)-зависимых деацетилазы гистонов, что, как известно, участвуют в pathomechanisms многочисленных возрастных расстройств (Tissenbaum и Guarente 2001; Cohen et al. 2004; Parker et al. 2005; вы и Мак 2005). Хотя точный механизм ресвератрол в активации sirtuin 1 (SIRT1) и продлевая продолжительность жизни организмов, остается неясным, имеются данные, что активация SIRT1 связано с срабатывания ниже по течению белков, таких как пероксисом пролифератор-активирующие рецепторы коактиватор-1α (PGC-1α), фактор транскрипции forkhead (FOXO) семьи, Akt (протеинкиназа В), И ядерный фактор B (NF-B; Pallas et al. 2009). Несколько исследований клеточных и животных моделях показывают, что ресвератрол может оказывать нейропротективное действие благодаря своей способности активировать SIRT1 и других vitagenes (Rasouri, Lagouge, и Auwerx 2007). В исследовании с культивируемых эмбриональных нейронов мыши, активация SIRT1/PGC-1 путь было показано для защиты от аксональной дегенерации нейронов и снижение накопления амилоидных пептидов.

Исследований, демонстрирующих способность ресвератрола для активации SIRT1 и других vitagenes сделать ресвератрол перспективным кандидатом в качестве терапевтического агента для лечения ад (Anekonda 2006;Mancuso et al. 2007). Два недавно проведенных исследований показывают, что вредное воздействие высоким содержанием жира и highcalorie диеты у мышей может быть смягчен за счет пищевых добавок с ресвератролом. В одном исследовании, ресвератрол отменил сокращение продолжительности жизни в результате высокое содержание жира, и во втором исследовании, ресвератрол увеличивает активации SIRT1, PGC-1α дезацетилирования, и митохондриального биогенеза в мышцах (Calabrese et al. 2009). Интересно, что синергетический защита может быть

149

достигнута, когда ресвератрол применять в сочетании с катехин (C), другой растительных фенольных соединений (Conte, Пеллегрини, и Tagliazucchi 2003). В крысиной модели спорадической AD, администрирование ресвератрол предотвратил когнитивных нарушений и оксидативного стресса, индуцированного intracerebroventricular streptozotocin (шарма и Гупта 2002). В другой животной модели AD и tauopathy, ресвератрол снизился нейродегенерацию в гиппокампе и предотвратить обучения обесценение (Kim et al. 2007). Исследование, проведенное Wang et al. (2006) показали, что потребление красного вина мышей Tg2576 можете уменьшить ухудшение пространственной памяти функции и Aβ невропатологии.

Стоит отметить, что кроме того, что in vivo эффекты, ресвератрол может также ингибируют образование Aβ фибрилл и дестабилизировать fibrilized Aβ (Ono et al. 2006a; Ono, Naiki, и Ямада 2006b). Ресвератрол было зарегистрировано снижение амилоида-β секреции из различных клеточных линий (Marambaud, Чжао, и Davies, 2005). В других исследованиях ресвератрола подавлено нейровоспаление, подавляя NADPH оксидазы деятельности и смягчающих NF-B-индуцированную экспрессию индуцибельной NO-синтазы (iNOS) и циклооксигеназы-2 (ЦОГ-2; Bi et al. 2005; Kim et al. 2006). Взятые вместе, эти исследования указывают на то, что помимо своих антиоксидантных свойств, ресвератрол может оказывать нейропротективное действие за счет активации sirtuin и vitagenes.

15.2.1.2. Куркумин (Diferuloylmethane)Куркумин является производным от куркумы, сухое корневище лекарственного растения Curcuma

longa Linn., который широко используется в качестве специи в Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока приготовления пищи (см. также главу 13 на куркуму). Куркума считается многими лечебными свойствами; используется как антисептик при порезах, ожогах, ушибах и используется в качестве антибактериального агента. В азиатских странах, куркумин также может помочь с проблемы с желудком и других недугов. Кроме того, будучи сильным антиоксидантом и противовоспалительным средством (Ono et al. 2004), куркумин также было установлено, привязать амилоида непосредственно и препятствуют агрегации Aβ а также волосики и олигомер формирования in vivo (Yang et al. 2005). Куркумин было обнаружено, ингибируют образование и расширение Aβ фибрилл и дестабилизировать fibrilized Aβ (Ono et al. 2006a; Ono, Naiki, и Ямада 2006b).

Существует большая потребность в хорошо разработанных исследований, чтобы оценить, является ли диетическим куркумин эффективен в лечении AD. В исследовании, проведенном на Tg мышей, обычные нестероидные противовоспалительные препараты (НПВП) : ибупрофен, и куркумин сравнивали по их способности защищать против Aβ-индуцированного повреждения у мышей (Frautschy et al. 2001). Диетическое куркумин (2000 ppm), но не ибупрофен, подавляются окислительные повреждения и synaptophysin потери. Диетическое куркумин также уменьшились отложения Aβ, предотвратить Aβ-индуцированный дефицит пространственной памяти в водном лабиринте Морриса тест, и предотвратить постсинаптической плотности потери Tg мышей (Frautschy et al. 2001). Как низкие, так и высокие дозы куркумина существенно снижены окисленных белков и интерлейкин 1β, провоспалительных цитокинов, что был возведен в мозгах AD мышей (Lim et al. 2001). Кроме antiamyloidogenic, антиоксидантными и противовоспалительными свойствами (Ringman et al. 2005), куркумин также можете изменить сигнальных молекул и путей в клетках (Begum et al. 2008). Ясно, больше клинических испытаний, необходимых для оценки терапевтического использования куркумина для лечения ад (Ringman et al. 2005; Fiala et al. 2007).

15.2.1.3. ApocyninApocynin (4-гидрокси-3-метокси-ацетофенона) изолирован от корня Picrorhiza kurroa, ползучее

растение родом горах Индии, Непала, Тибета, Пакистана. Apocynin могут также быть получены из других источников, например корневище канадских конопли (Apocynum cannabinum), и другие Apocynum видов (напр., A. androsaemifolium). P. kurroa уже давно используется в качестве лекарственных трав для лечения печени и проблемы с сердцем, желтуха, астма. Анти-воспалительные свойства этой травы объясняется ее способность предотвращать ROS и перекиси формирование в организме.

Apocynin было показано, в частности, ингибируют NADPH оксидазы, блокируя монтаж цитозольной NADPH оксидазы субъединицы с мембранных субъединиц. На NADPH оксидазы является супероксид-продуцирующих фермент и все больше признается в своей двойной краями роль в здоровье и в

150

болезни, и в посредничестве сотовый сигнальных путей (Sun et al. 2008). В прототип NADPH оксидаза представляет собой мембранно-связанных цитохрома b558 комплекс, содержащий p22 phox и gp91 phox субъединицы и несколько регулирующих цитозольной субъединиц, например, p47 phox, p40 phox, и p67 phox. Кроме того, малый G-белок Rac1 или Rac2 также можете связать с gp91 phox субъединицы даровать полной активности. На NADPH оксидазы экспрессируется во всех клетках мозга, и особенно высоко в активации клеток микроглии. Недавние исследования выявили несколько изоформ gp91 phox в разных типах клеток, хотя их конкретные роли посредника патологических путей еще не были полностью выяснены (Блок 2008; Chen, песни, и тян 2009 года; источник и Краузе 2009).

Там накапливаются данные, свидетельствующие о том, что аномальное нейрон-глия взаимодействия могут играть важную роль в развитии нейродегенеративных заболеваний. Астроциты являются наиболее распространенный тип клеток в человеческом мозге, и они имеют важное значение в поддержании нейронов в ряде функций, включая формирование синапса, и пластика, энергетика, и окислительно-восстановительный метаболизм. Как астроцитов и микроглии являются иммунологически активных клеток в ЦНС и участвуют в воспалительной реакции на травмы и болезни. В объявлении пострадавших мозга, глии-опосредованной воспалительной реакции была связана с повышением отложение амилоидных бляшек и повреждение нейронов (Салмина 2009). В частности, клетки микроглии активируются цитотоксические Aβ и разные формы нейрональной травмы, и эти клетки становятся хроническим источником нейротоксическое цитокинов и ору, что приводит к нарушению функции нейронов. В активации клеток микроглии, ROS производства NADPH оксидазы может привести к нейротоксичности напрямую взаимодействуя с соседними нейронами. Кроме того, внутриклеточных ROS может стимулировать сигнальных путей в микроглии и усиления продукции провоспалительных и нейротоксическое цитокинов (блок-2008). В coculture модели, дополнение макрофагальных клеточных линий дефицит НАДФН-оксидазы gp91phox субъединица не убивают нейроны. Это исследование продемонстрировало, что ROS генерации NADPH оксидазы в клетках микроглии могут сыграть решающую роль в нейрональной убийство (Qin et al. 2006). Вдоль этой линии, apocynin, NADPH oxidase ингибитор, считается терапевтического препарата для борьбы с Aβ-индуцированной пролиферации микроглии и гибель нейронов (Екабсоне et al. 2006; Мандер, Екабсоне, и коричневые 2006).

15.2.1.4. Эпигаллокатехин-3-галлат (EGCG)Человека эпидемиологические и экспериментальные данные на животных, указывают на

преимущества для здоровья чаепития (см. также главу 12 на чай). Потребление чая обратно коррелирует с заболеваемость деменцией, AD и PD (Mandel et al. 2008b). Анализ индивидуальных соединений в чае с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) выявили высокие уровни C, эпикатехин (EC), EC-3-галлат (ЭКГ), кар, кар-3-галлат (EGCG), и галловой кислоты. Среди этих соединений, EGCG оказался особенно эффективным в предоставлении нейропротекция в исследованиях клеточных и животных моделях. Есть свидетельства, что в дополнение к известным антиоксидантные и противовоспалительные свойства этого соединения, ЭГКГ может защитить нейроны посредством модуляции путей передачи сигнала, сотовый выживания/смерти гены и функции митохондрий (Mandel et al. 2008b). В БВ-2 клетки микроглии, EGCG предварительной обработки эффективно мелиорированных Aβ-индуцированной цитотоксичности и проявление проапоптотических сигналов. Кроме того, Aβ индуцирует iNOS и производство не в БВ-2 клетки, и EGCG эффективно подавили Aβ-опосредованной нет в этих клетках (Kim et al. 2009). В EGCG (или куркумин) может также ослабить Aβ-индуцированного производства рос и β-листа и формирования структуры (Shimmyo et al. 2008). В Швеции Tg мышей overexpressing мутант человека amyloid precursor protein (APP), EGCG перорально в питьевой воде (50 мг/кг) снизилась отложение Aβ. Как в / б. и пероральное введение EGCG в APP Tg мышей также подавляются фосфорилирования tau изоформ и улучшение когнитивных функций. Интересно, у животных, получавших внутрибрюшинно с EGCG явился посмотреть более выраженной пользы, чем те, которые кормили устно (Резаи-заде et al. 2008). В исследовании человеческих нейрональных клеток линии MC65, было обнаружено, что EGCG улучшения APP обработки nonamyloidogenic протеолитических ферментов и снижение уровни Aβ. В этом исследовании, EGCG также было установлено уменьшение ядерной транслокации c-Abl и блокировать приложения-C99-зависимых GSK3 активации β (Lin et al. 2009). Другое исследование

151

также продемонстрировало нейропротективные эффекты EGCG, подавляя Aβ-индуцированного β-секретаз (BACE)-1 регуляция в Tg2576 объявлений мышей (Резаи-заде et al. 2005). Взятые вместе, эти наблюдения дают поддержку нейропротективные эффекты зеленого чая-полифенолы тормозят прогрессирование нейродегенеративных расстройств, таких как те, что выставлены в AD и PD.

15.2.2. Parkinson S Disease Болезнь Паркинсона-это хроническое и прогрессирующее дегенеративное заболевание, связанное

с нарушением моторно-контроль, речи и других функций. Болезнь названа в честь английского врача по имени Джеймса Паркинсона, который дал подробное описание заболевания в 1817 году работа под названием "эссе на дрожательный паралич. Это заболевание относится к патологии двигательных расстройств и характеризуется мышечная ригидность, тремор покоя, замедляя движения (bradykinesia) и, в крайних случаях, почти полная утрата движений (акинезия). Вторичные симптомы могут включать когнитивные дисфункции, тонкие языковые проблемы, и депрессии. Эти симптомы вызваны потерей дофаминергических нейронов в substantia nigra. Болезнь Паркинсона затрагивает примерно 1% населения в возрасте старше 50 лет. Несмотря на многочисленные гипотезы и продолжение спекуляций, этиологии PD остается неясным. Открытие 1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридина (МФТП), экологический токсин, который может выборочно повредить substantia nigra и, как следствие, в Parkinsonian синдромов у животных и человека, ускорили поиск других нейротоксинов, как возможной причины PD (Лэнгстон 1987; Tipton и певица 1993). Хотя ряд исследований использовали МФТП модели для изучения дегенерацией дофамин (DA) нейронов и связанных патофизиологии PD (Адамс и Odunze 1991; Шапира 1996), другие экологические токсины, такие как марганец (солнце, Ян, и Ким 1993), Литвинов В.П. синтез замещенных-этиламина (DMPEA; Koshimura et al. 1997), и паракват (Миллер, терраса, терраса 2007; Miller et al. 2009 г.) также были найдены убить DA нейронов. Эти исследования дают информацию о том, что окислительного повреждения митохондриальной и proteasomal дисфункция и воспаление являются основными факторами для дегенерации дофаминергических нейронов в PD.

Допамин метаболизируется моноаминоксидазы (Мао) или через авто-окисления с образованием супероксид, перекись водорода и гидроксильные радикалы. Эти окислительного события считаются первопричин повреждения дофаминергических нейронов. Нет, который может быть выпущен вызванные воспалением микроглии (Castano et al. 1998) или созданных excitotoxic оскорбления (Gonzalez-Эрнандес, Перес де ла Крус, и Mantolan-Сармьенто 1996; Abekawa, Ohmori, и Koyama 1997), могут также играть роль в патогенезе ПД. Производства ROS и RNS вместе является важной причиной повреждения DA нейронов в PD.

Наиболее распространенной формой лечения для PD - L-дофа, соединения, которая может быть преобразована да в дофаминергические нейроны, L-декарбоксилазы ароматических аминокислот (часто известный как дофа-декарбоксилазы). Однако, только 1-5% L-дофа может войти в дофаминергические нейроны. Остальные L-дофа может быть усвоен да и в других странах, и это вызывает различные побочные эффекты. Карбидопа и benserazide являются дофа с ингибиторами декарбоксилазы. Эти соединения помогают предотвратить метаболизм L-дофа, прежде чем он достигнет дофаминергических нейронов и, как правило, в сочетании с L-дофа. ПДР-агонисты, такие как бромокриптин, pergolide, pramipexole, ropinirole, каберголин, апоморфин, и lisuride только умеренно эффективными и зачастую приводят к возникновению побочных эффектов, включая сонливость, галлюцинации, и/или бессонница. Агонисты Допамина могут действовать, стимулируя да-рецепторов. Однако, эти соединения могут вызвать DA рецепторы постепенно становится менее чувствительным и, тем самым, в конечном счете, преувеличивая симптомы. Мао-ингибиторы B селегилин и разагилин может уменьшить симптомы несколько ингибирования MAO-B, тем самым препятствуя расщеплению да в дофаминергические нейроны. Метаболиты селегилин включают levoamphetamine и levomethamphetamine, оба из которых являются адренергическими препаратами и вызывать побочные эффекты (Aminoff 2007).

Все большее число исследований показывают, что растительные полифенолы, особенно флавоноиды, которые полезны при защите от повреждения мозга в PD. Эти исследования, в том числе и наша, использовали либо одного соединения, такие как ресвератрол, куркумин, EGCG, или сложных смесей/экстракты, такие, как виноград, черника и зеленый чай (Веинребом et al. 2004; Lau, Shukitt-

152

Хейл, Джозеф 2005; Mercer et al. 2005; Chen, Джин, и Li 2007; Sun et al. 2008). Их нейропротективные эффекты могут включать, по крайней мере, в части, их ROS-очистки и железо/металл-хелатирующие деятельности, а также противовоспалительными свойствами. Ресвератрол администрации был найден, чтобы защитить мышей с МФТП-индуцированного двигательной координации обесценения, гидроксильный радикал перегрузки, и потерей нейронов (Lu et al. 2008). Ресвератрол также была испытана, чтобы произвести благоприятное воздействие в 6-hydroxydopamine (6-OHDA)-индуцированной PD крысиной модели. Эта модель включает в себя хроническое воспаление, митохондриальная дисфункция, оксидативный стресс, и потеря дофаминергических нейронов в substantia nigra. Ресвератрол лечения значительно снижается уровень ЦОГ-2, фактор некроза опухоли (ФНО)-α messenger рибонуклеиновой кислоты (мРНК), и ЦОГ-2 экспрессии белков в substantia nigra (Jin et al. 2008).

Куркумин, как известно, оказывают нейропротекторный эффекты и улучшить PD симптомов, что обусловлено его антиоксидантными и противовоспалительными свойствами (Zbarsky et al. 2005; Chen et al. 2006; Rajeswari 2006; Lee et al. 2007; Jagatha et al. 2008). Похожими на его способность отделить агрегированные Aβ, куркумин может также ингибировать агрегацию α-synuclein, пресинаптический белок, связанный с формированием нейронов включений (Pandey et al. 2008). Поскольку куркумин может иметь несколько целевых реакций и белков в клетках, включая транскрипционные факторы, факторы роста, антиоксидантных ферментов, клеток-выживание киназ, и сигнальных молекул, растет заинтересованность в рассмотрении возможности использования этого соединения в качестве лечебного борьбы с нейродегенеративными заболеваниями (Ramassamy 2006; Сальвиоли et al. 2007; Goel, Kunnumakkara, и Аггарвал 2008).

NADPH оксидаза является важным источником АФК в 1-метил-4-phenylpyridinum (MPP+)-индуцированной апоптотической нейрональной смерти (Zhang et al. 2008). Лечение с помощью NADPH oxidase ингибиторы, такие как diphenyleneiodonium хлорид (DPI), apocynin, и супероксиддисмутаза (СОД) миметиков, может блокировать MPP+-индуцированного производства рос в этих клетках (Anantharam et al. 2007; Miller, терраса, терраса 2007; Miller et al. 2009 г.). Экологический токсин паракват, когда используется вместе с железом, может активировать клетки микроглии. Apocynin может уменьшить высвобождение супероксида из активированных клеток микроглии и подавить MPP+-индуцированной цитотоксической клеточной смерти (Anantharam et al. 2007; Peng et al. 2009). Таким образом, специфическим ингибированием NADPH оксидазы-таргетинг дофаминергических нейронов может оказаться полезным против прогрессирования PD.

Видный патологической особенностью PD - аномальное накопление железа, связанные с neuromelanin в меланин-содержащих DA нейронов. С тельцами Леви, которые являются морфологическим признаком PD, состоят из липидов, редокс-активного железа, и агрегированные α-synuclein, и связанные с убиквитинированных, hyperphosphorylated neurofilaments. В EGCG было установлено, защиту от нейродегенерации, индуцированной нейротоксинов у мышей и крыс и предотвратить накопление железа и α-synuclein в substantia nigra pars compacta (SNpc; Youdim 2003). Он может также ингибировать ROS производства, подавления цитотоксичности rotenone в нейробластомы человека SH-SY5Y клеток (Chung, Миранда, и Майер, 2007), и защиты от МФТП-индуцированного повреждения у мышей (Choi et al. 2002; Mandel et al. 2008b). С EGCG может проявлять антиоксидантные свойства и хелат железа, сочетание комплексообразования железа и антиоксидантная терапия может предоставлять дополнительные нейропротективные эффекты против PD и других нейродегенеративных заболеваний (Mandel, Маор, и Youdim 2004).

15.2.3. Stroke Инсульт является быстро развивающимся потеря функций мозга, вызванное нарушением в

кровоснабжении головного мозга, и является третьей ведущей причиной смертности и первой причиной длительной инвалидности в стареющих взрослых. Инсульт может быть отнесена к ишемии (недостатка кровоснабжения) вследствие тромбоза или тромбоэмболии или кровотечения, вызванные нарушением кровеносных сосудов. В результате пораженный участок мозга не в состоянии функционировать, что приводит к неспособности двигаться, понимать, формулировать речь. Ишемического инсульта, вызванного тромбом (сгустком крови) окклюзирующие кровотока в артерии в мозге. Окончательный терапия направлена на снятие блокады, разбив тромбов,

153

тромболизис, или удалив тромб механически через тромбэктомия. Инсульт иногда получавших тромболитики. Пероральные антикоагулянты, такие как варфарин, являются основой профилактики инсульта высокого риска предметам. Аспирин и антитромбоцитарные препараты эффективны при вторичной профилактике после перенесенного инсульта или транзиторной ишемической атаки. Тканевой активатор плазминогена (tPA) - тромболитический препарат, который используется, чтобы растворить тромб и разблокировать артерии. Однако использование ДТС только в течение 3 часов после начала инсульта. У пациентов с черепно-мозговое кровоизлияние, антикоагулянты и antithrombotics иногда может усугубить кровотечение. Эффективные препараты или лекарственной терапии геморрагический инсульт лечение ограничено. Профилактика инсульта стратегии включают контроль гипертензии и диеты, выполнение регулярных физических упражнений и отказа от курения и употребления алкоголя. В целях изучения pathoetiology и возможности профилактики инсульта, многие животные модели были разработаны в которых кровоток централизовано или глобально, постоянно или временно, или полностью или не полностью прервана. Фокальной ишемии головного мозга животных модели обычно производят путем окклюзии средней мозговой артерии (MCAO), поскольку он отражает преобладающей формой клиническая картина инсульта. Поскольку окислительный стресс является важной причиной нейрона гибели клеток при ишемии/реперфузии (I/R) травмы, в ряде исследований были проведены, чтобы проверить благотворное влияние пищевых антиоксидантов, в том числе завод polyphenolics (Браво, 1998; Youdim и Иосиф 2001; Deschamps et al. 2001; Voko et al. 2003). Эти исследования дают убедительные доказательства защитное действие растительных антиоксидантов, которые могут действовать на нескольких уровнях, чтобы повлиять на раннем и позднем этапах инсульта (Симони et al. 2005; Curin, Ritz, и Andriantsitohaina 2006).

Более ранние исследования нашей лаборатории из указанных защитные эффекты ресвератрола против отсроченной нейрональной гибели клеток (DND), вызванное глобальной ишемии головного мозга в песчанки (Wang et al. 2002). Мы также продемонстрировали, что пищевые добавки с виноградного порошка в течение 2 месяцев может защитить мозг от глобального ишемического повреждения (Wang et al. 2005a). Результаты нашего исследования согласуются с другими, показывая, что экстракт виноградных косточек, оказывает нейрозащитное действие против ишемического повреждения (Hwang et al. 2004; Feng et al. 2007).

Есть in vitro и in vivo исследований, указывающий на способность куркумина оказывать защитное действие против вызванного ишемией нейрональной травмы. В нашем предыдущем исследовании, администрация куркумин, чтобы песчанки было обнаружено снижение глобальной ишемии-индуцированного перекисного окисления липидов, митохондриальной дисфункции и апоптоза индексы (Wang et al. 2005b). Кроме того, куркумин также значительно улучшил увеличению двигательной активности наблюдается через 48 часов после ишемического инсульта (Wang et al. 2005b). В другом исследовании Jiang et al. (2007), куркумин был защитной даже при приеме внутрь после фокальной ишемии. Авторы объясняют защитный эффект для сохранения гематоэнцефалический барьер целостности (Jiang et al. 2007). В соответствии с другими биодоступность-исследования, в нашем исследовании (Wang et al. 2005b) также показали стремительный рост в куркумин в плазме крови после В / Б. раствор для инъекций, который достиг мозга в течение 1 часа после лечения (Ringman et al. 2005; Goel, Kunnumakkara, и Аггарвал 2008).

Иммуногистохимические исследования, проведенные в нашей лаборатории, показали увеличение NADPH оксидазы субъединицы выражение после транзиторной фокальной ишемии головного мозга, и увеличение было отнести к активации микроглии (данные не показаны). Apocynin было показано, подавляют ишемического повреждения в различных животных моделях (Wang et al. 2006; Tang et al. 2007) и улучшения гематоэнцефалический барьер повреждения при экспериментальном инсульте (Kahles et al. 2007). В нашем исследовании с помощью песчанок глобальной церебральной ишемии модель, apocynin было показано, подавляют I/R-индуцированное увеличение перекисного окисления липидов, окислительное повреждение ДНК и активации глиальных клеток в гиппокампе (Wang et al. 2006). Подготовка поверхности (но не после лечения) с apocynin было установлено, ишемически индуцированных супероксид уровней и ниже повреждения головного мозга (Jackman et al. 2009). Несколько исследований показали, что EGCG администрации до или после ишемии также значительно уменьшилось повреждение нейронов (см. табл. 15.1).

154

15.3. ИНТЕГРИРОВАННЫЕ СИГНАЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМЫ БОТАНИЧЕСКИЙ ФЕНОЛОВ В НЕЙРОДЕГЕНЕРАТИВНЫХ РАССТРОЙСТВ

Многие экстракты растений и выявлены растительные соединения могут быть полезны для лечения и профилактики нейродегенеративных расстройств. Однако, молекулярные механизмы, лежащие в их основе и лечебное значение остается практически неизвестной (Howes и Houghton 2003; Howes, Перри, и Houghton 2003; Anekonda и Редди 2005). Исследование пользе для здоровья этих природных соединений создает существенные проблемы для современной медицины. Полифенолы делятся на различные группы, в зависимости от количества гидроксильных групп и производные бензольного кольца. Флавоноиды составляют самую большую и наиболее важную группу полифенолов, которые могут быть разделены на подгруппы, такие как флаванолов (C, EC), флавонолы (кверцетин, myricetin, кемпферол), flavanons (hesperetin, нарингенин), flavons (апигенин, лютеолин), isoflavonoids (генистеин, daidzein), антоцианы (цианидин, malvidin). В зависимости от их молекулярной структуры, позиции их гидроксильных групп, и наличие сопряженных диенов, эти флавоноиды могут иметь различные антиоксидантные свойства и рос-очистка деятельности.

На патофизиологические механизмы, лежащие в основе нейродегенеративных расстройств сложны и разнообразны, и варьируются от окислительного стресса, воспалительных реакций и апоптоза (рис. 15.1). Сложность клеточных сигнальных путей может объяснить трудности в поиске эффективного лечения. Хотя был достигнут значительный прогресс в понимании патогенеза ад, текущие терапевтические подходы лишь устранение симптомов. Новых терапевтических подходов с использованием натуральных растительных антиоксидантов может быть предложено улучшить нейротоксичности и хелатных переходных металлов (напр., железо и медь). Как экспериментальные и эпидемиологические данные показывают, что флавоноидные полифенолы улучшают возрастных когнитивных нарушений и нейропротекторное в модели PD, AD, и мозгового I/R травм (Mandel et al. 2008a; Sun et al. 2008).

Многие растительные полифенолы были предложены в качестве отличных кандидатов для развития в качестве терапевтических агентов для лечения нейродегенеративных заболеваний (рис. 15.1). В частности, растет интерес с помощью ресвератрола для лечения прогрессирующих нейродегенеративных заболеваниях, таких как AD и PD. Признается, что некоторые ботанические соединений может выборочно воздействовать на одном пути, в то время как другие могут действовать в глобальном масштабе на нескольких путей. Например, apocynin, который является ингибитором НАДФН-оксидазы, использовался в основном для блокирования производства рос на NADPH-оксидазы, в то время как ресвератрол, куркумин, и EGCG может иметь несколько целевых путей. Помимо рос-очистку деятельности, ресвератрол может активировать SIRT1, который связан ацетилирование гистонов и деацетилирование и изменения белков, участвующих в подавлении апоптоза пути (Рахман Бисвас, и Kirkham 2006). Ресвератрол также может повлиять на регулируемый белком nrf2/1 Мб у тебя все так тропинке, которая связана с активацией антиоксидантных белков (Rubiolo, Mithieux, и Вега 2008). Ингибирование NF-B пути, ресвератрол и EGCG может снизить выработку факторов воспаления, например, iNOS, COX-2, и секреторной фосфолипазы А2 (sPLA2), который, в свою очередь, может подавлять порочный круг гибели клеток, вызванное окислительным стрессом. Множественные эффекты, связанные с ресвератрол может предложить эффективное терапевтическое средство для восстановления гомеостаза нейронов (Saiko et al. 2008). Будущие исследования должны быть направлены, чтобы исследовать, могут ли другие фитохимические вещества проявляют также несколько функций (Calabrese et al. 2008). Вопросы о биодоступность, биотрансформация, синергизм с другими факторами питания, и их способность преодолевать гематоэнцефалический барьер, также необходимо рассмотреть перед нанесением Ботанический соединений на человека. В таблице 15.1 приведены недавние исследования, в которых различные ботанические соединений в различных парадигм были использованы для тестирования нейропротективные эффекты на AD, PD, и х тактных моделей.

15.1. INTRODUCTIONThere is ample evidence indicating that different reactive oxygen species (ROS), for example, superoxide,

hydrogen peroxide, and hydroxyl and peroxyl radicals, are produced in cells under normal and pathological conditions (Sun et al. 2008). When the rate of ROS generation exceeds the capacity of antioxidant defense,

155

there is consequential oxidative damage to DNA, proteins, and lipids. In the central nervous system (CNS), oxidative stress is implicated in mechanisms leading to neuronal cell injury in various pathological states. Recently, the term “nitrosative stress” has been used to indicate cellular damage elicited by reactive nitrogen species (RNS), which include nitric oxide (NO) and its congeners such as peroxynitrite and nitroxyl anion. Together, oxidative and nitrosative stresses are implicated in the pathology of many neurodegenerative disorders, including Alzheimer’s disease (AD), Parkinson’s disease (PD), Huntington’s disease (HD), amyotrophic lateral sclerosis (ALS), and stroke. The brain is particularly vulnerable to oxidative damage because it utilizes a large amount of oxygen for energy and has relatively low antioxidant defense enzymes, especially during aging. In addition, membranes in brain cells contain abnormally high proportions of polyunsaturated fatty acids (PUFAs). Of the different types of cells in the brain, neurons are especially vulnerable to insults by toxic compounds, and are sensitive to damage by ischemia/stroke, seizure, and other excitotoxic injury. Oxidative damage to lipids (lipid peroxidation) is associated with a progressive loss of membrane integrity, reduction of mitochondrial membrane potential, and increase in plasma membrane permeability to Ca2+. Oxidative damage to proteins leads to the formation of carbonyl and nitrosylated derivatives. Further, ROS damage to DNA results in nuclear condensation and altered gene expression. Therefore, oxidative stress is an important risk factor for neurodegeneration. In recent years, extensive effort has been devoted to developing novel strategies to overcome different types of insults in the brain (Sun et al. 2008; Farooqui and Farooqui 2009).

Many vegetables, fruits, grains, roots, flowers, and seeds are rich in polyphenolic compounds, and they offer beneficial effects in protecting against diseases involving oxidative stress, such as cancers and cardiovascular and neurodegenerative diseases. Although the mechanisms through which these compounds exert beneficial effects are not well understood, there is a general consensus that they possess antioxidant and anti-inflammatory properties, and are capable of chelating metal ions (Rice-Evans and Miller 1997; Martin et al. 2002; Ndiaye et al. 2005; Sun et al. 2008). Recent studies further reveal that some compounds may contribute specific biochemical effects that are beyond their antioxidant and radical-scavenging properties, for example, involvement in alterations of members of the “vitagene” system, such as heme oxygenase-1 (HO-1), heat shock protein (Hsp) 70, thioredoxin, and sirtuins. These effects may have an impact on the onset and progression of neurodegenerative diseases and aging. The understanding of these metabolic and signaling effects of polyphenols has paved the way for novel nutritional interventions (Calabrese et al. 2008, 2009). In this chapter, we review recent studies on four botanical phenolic compounds: resveratrol from grapes, curcumin from turmeric, apocynin from Picrorhiza kurroa, and epigallocatechin (EGC)- gallate from green tea. We discuss their potential beneficial effects in the prevention and treatment of neurodegenerative diseases, with an emphasis on AD, PD, and stroke.

15.2. OXIDATIVE STRESS AND NEURODEGENERATIVE DISORDERS15.2.1. Alzheimer’s Disease Alzheimer’s disease is the most common form of dementia and is a progressive, age-dependent

neurodegenerative disorder affecting specific regions of brain that control memory and cognitive functions. The pathogenesis of AD is characterized by the accumulation of amyloid plaques and the presence of neurofibrillary tangles in neurons (Terry et al. 1991; Selkoe and Podlisny 2002; McKeel et al. 2004). Many studies have demonstrated that oxidative stress is an early event in the development of AD (Akama and Van Eldik 2000; Butterfield 2002; Butterfield et al. 2002a,b; Perry et al. 2002; Mattson 2004). Although the underlying mechanisms are still unclear, there is evidence that the soluble oligomeric form of amyloid-β peptides (Abeta) may be a key cytotoxic compound that impairs synaptic plasticity; long before Aβ is incorporated to form the amyloid plaques (Small 2001; Small, Mok, and Bornstein 2001; Selkoe and Podlisny 2002; Mattson 2004; Takahashi et al. 2004). Studies with transgenic mice and with cultured cells demonstrated that cytotoxic Aβ may cause neuronal cell death through generation of ROS (Zerbinatti et al. 2004; Ashe 2005; Barghorn et al. 2005; Smith et al. 2005). There is evidence that Aβ induces oxidative stress and causes neuronal damage by targeting excitatory ionotropic glutamate receptors, especially the N-methyl-D-aspartic acid (NMDA) subtype. Studies conducted in our laboratories demonstrated the ability of oligomeric Aβ and NMDA to stimulate cortical neurons and trigger signaling pathways, leading to the activation of mitogen-activated protein kinases (MAPKs) and phospholipase A2 (PLA2; Shelat et al. 2008). Our study and those conducted by others further demonstrate that these excitatory pathways involve ROS

156

production by nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase (Zhu et al. 2005; Shelat et al. 2008; Zhu et al. 2009). Involvement of Aβ and NMDA in neuronal excitotoxicity is in line with recent developments on memantine, an NMDA receptor antagonist used for the treatment of AD. Memantine is prescribed to treat moderate to severe AD patients, and is the most recently approved AD medication in the United States.

Besides changes in glutamatergic neurotransmission, loss of cholinergic neurons is also an important abnormality in AD pathology. The cholinergic hypothesis assumes that aberrant cholinergic transmission in the basal forebrain, some cortical regions, and the hippocampus is associated with memory impairment in advanced stages of AD (Contestabile, Ciani, and Contestabile 2008). Measurement of choline acetyltransferase activity, the key enzyme for acetylcholine synthesis, has been used for many years as a reliable marker for damage of the cholinergic pathways. Stereologic counting of the basal forebrain cholinergic neurons has also been used to assess neurodegenerative changes in the forebrain cholinergic system. Acetylcholine esterase inhibitors to slow the hydrolysis of acetylcholine at the synaptic terminals are symptomatic drugs for the treatment of AD (Takada-Takatori et al. 2009). Drugs such as donepezil, rivastigmine, and galantamine are currently prescribed to treat mild to moderate AD patients. Donepezil was also recently approved to treat severe AD. In general, these drugs are helpful in maintaining the abilities of individuals to carry out their daily living activities and in maintaining thinking, memory, or speaking skills. However, these drugs can offer only transient help (over a few months) and cannot reverse the progression of the disease.

Another mechanism by which Aβ induces neurodegeneration may involve inflammatory processes, which are triggered by oxidative changes (Butterfield 2002; Butterfield et al. 2002a,b). Currently, there are several ongoing, large-scale AD-prevention trials aiming at using antioxidants to decrease oxidative and inflammatory damage and for prevention and treatment of AD. One such ongoing trial, “Prevention of Alzheimer Disease with Vitamin E and Selenium (PREADVISE),” is sponsored by the National Institute for Aging and the National Cancer Institute, and aims at assessing whether taking selenium and/or vitamin E supplements can help prevent memory loss and dementia in AD (Kryscio et al. 2004, 2006).

Due to the diverse functional effects offered by many natural botanical compounds, there is widespread interest in considering them as possible therapeutics for treating AD patients (Howes and Houghton 2003; Howes, Perry, and Houghton 2003; Bastianetto and Quirion 2004; Anekonda and Reddy 2005). Plant-derived compounds are generally safer to use as compared with synthetic drugs (Raskin et al. 2002). Since neuroinflammation and oxidative damage are observed in the brains of transgenic rodent models of AD, a number of studies have used these animal models to test the neuroprotective effects of botanical compounds (Ringman et al. 2005; Anekonda 2006; Anekonda and Reddy 2006; Chauhan and Sandoval 2007; Mancuso et al. 2007; Sun et al. 2008). A brief description of these studies is included in Sections 15.2.1.1 through 15.2.1.4.

15.2.1.1. Resveratrol and Grape PolyphenolsResveratrol (3,4 ,5-trihydroxystilbene) is a polyphenolic compound found in purple grapes, red wine,′

peanuts, and several other plants (Baur et al. 2006; Baur and Sinclair 2006). Our earlier studies indicated that a dietary supplement of polyphenols extracted from grape skin and seeds could offer protection against oxidative damage to brain synaptic membranes (Sun and Cheng 1999; Sun et al. 1999). Studies with rat pheochromocytoma (PC-12) cells further showed that resveratrol was more effective in protecting oxidative damage than vitamins E and C combined (Chanvitayapongs, Draczynska-Lusiak, and Sun 1997). In an animal model for aging, resveratrol was shown to protect against neuronal damage and excitotoxicity induced by the administration of kainic acid in rats (Wang et al. 2004; Wang et al. 2005c). A time-course study of bioavailability of resveratrol in rats indicated that this compound is readily transported to the blood, liver, and brain shortly after intra-peritonial (i.p.) injection, and that most resveratrol was converted to a glycoconjugate form (Wang et al. 2002). Over the years, many other studies in vitro and in vivo have attempted to elucidate the underlying mechanisms of the neuroprotective effects of resveratrol (Gao et al. 2006; Lu et al. 2006; Raval, Dave, and Perez-Pinzon 2006; Choi et al. 2007; Tsai et al. 2007; Sun et al. 2008).

Besides alleviating stroke damage, resveratrol can offer multiple protective effects for other neurodegenerative diseases. This compound appears to mimic the effects of dietary calorie restriction, which has been shown to trigger the activation of sirtuin proteins (Howitz et al. 2003; Lamming, Wood, and

157

Sinclair 2004; Wood et al. 2004; Sinclair 2005). Indeed, resveratrol has been found to increase the life span of a number of lower organisms, including yeasts, nematodes, and fruit flies (Howitz et al. 2003), and this effect is attributed to the activation of sirtuins, which are evolutionarily conserved nicotinamide adenine dinucleotide (NAD)-dependent histone deacetylases that are known to participate in the pathomechanisms of numerous age-related disorders (Tissenbaum and Guarente 2001; Cohen et al. 2004; Parker et al. 2005; You and Mak 2005). Although the exact mechanism of resveratrol in activating sirtuin 1 (SIRT1) and prolonging life span in organisms remains unclear, there is evidence that activation of SIRT1 is associated with the triggering of downstream proteins, such as peroxisome proliferator-activated receptor coactivator-1α (PGC-1α), the forkhead transcription factor (FOXO) family, Akt (protein kinase B), and nuclear factor κB (NF-κB; Pallas et al. 2009). Several studies with cell and animal models suggest that resveratrol can exert neuroprotective effects through its ability to activate SIRT1 and other vitagenes (Rasouri, Lagouge, and Auwerx 2007). In a study with cultured embryonic mouse neurons, activation of the SIRT1/PGC-1 pathway was shown to protect against axonal degeneration of neurons and to decrease accumulation of amyloid peptides.

Studies demonstrating the ability of resveratrol to activate SIRT1 and other vitagenes make resveratrol a promising candidate as a therapeutic agent for treating AD (Anekonda 2006;Mancuso et al. 2007). Two recently conducted studies show that the deleterious effects of high-fat and highcalorie diets in mice can be mitigated by dietary supplementation with resveratrol. In one study, resveratrol reversed the shortened life span resulted the high-fat diet, and in the second study, resveratrol increased SIRT1 activation, PGC-1α deacetylation, and mitochondrial biogenesis in muscle (Calabrese et al. 2009). Interestingly, a synergistic protection can be achieved when resveratrol is administered in combination with catechin (C), another plant phenolic compound (Conte, Pellegrini, and Tagliazucchi 2003). In a rat model of sporadic AD, administration of resveratrol prevented cognitive impairment and oxidative stress induced by intracerebroventricular streptozotocin (Sharma and Gupta 2002). In another animal model of AD and tauopathy, resveratrol decreased neurodegeneration in the hippocampus and prevented learning impairment (Kim et al. 2007). A study conducted by Wang et al. (2006) showed that consumption of red wine by Tg2576 mice can attenuate deterioration of spatial memory function and Aβ neuropathology.

It is worth noting that besides causing in vivo effects, resveratrol can also inhibit the formation of Aβ fibrils and destabilize fibrilized Aβ (Ono et al. 2006a; Ono, Naiki, and Yamada 2006b). Resveratrol was reported to decrease amyloid-β secretion from different cell lines (Marambaud, Zhao, and Davies 2005). In other studies, resveratrol suppressed neuroinflammation by inhibiting NADPH oxidase activity and attenuating NF-κB-induced expression of inducible NO synthase (iNOS) and cyclooxygenase-2 (COX-2; Bi et al. 2005; Kim et al. 2006). Taken together, these studies indicate that besides its antioxidant property, resveratrol may also exert neuroprotective effects through activation of sirtuin and vitagenes.

15.2.1.2. Curcumin (Diferuloylmethane)Curcumin is derived from turmeric, the powdered rhizome of the medicinal plant Curcuma longa Linn.,

which is widely used as a spice in Southeast Asian and Middle Eastern cooking (see also Chapter 13 on turmeric). Turmeric is thought to have many medicinal properties; it is used as an antiseptic for cuts, burns, and bruises and used as an antibacterial agent. In Asian countries, curcumin can also help with stomach problems and other ailments. Besides being a strong antioxidant and anti-inflammatory agent (Ono et al. 2004), curcumin was also found to bind amyloid directly and inhibit Aβ aggregation as well as fibril and oligomer formation in vivo (Yang et al. 2005). Curcumin was found to inhibit the formation and extension of Aβ fibrils and to destabilize fibrilized Aβ (Ono et al. 2006a; Ono, Naiki, and Yamada 2006b).

There is a great need for well-designed studies to assess whether dietary curcumin is efficient in treating AD. In a study conducted on Tg mice, conventional nonsteroidal anti-inflammatory drug (NSAID), ibuprofen, and curcumin were compared for their ability to protect against Aβ-induced damage in mice (Frautschy et al. 2001). Dietary curcumin (2000 ppm), but not ibuprofen, suppressed oxidative damage and synaptophysin loss. Dietary curcumin also decreased Aβ deposits, prevented Aβ-induced spatial memory deficits in the Morris water maze test, and prevented postsynaptic density loss in Tg mice (Frautschy et al. 2001). Both low and high doses of curcumin significantly lowered oxidized proteins and interleukin 1β, a proinflammatory cytokine that was elevated in the brains of the AD mice (Lim et al. 2001). Besides its antiamyloidogenic, antioxidant, and anti-inflammatory abilities (Ringman et al. 2005), curcumin can also alter signaling

158

molecules and pathways in cells (Begum et al. 2008). Clearly, more clinical trials are needed to assess the therapeutic use of curcumin for the treatment of AD (Ringman et al. 2005; Fiala et al. 2007).

15.2.1.3. ApocyninApocynin (4-hydroxy-3-methoxy-acetophenone) is isolated from the root of Picrorhiza kurroa, a creeping

plant native to the mountains of India, Nepal, Tibet, and Pakistan. Apocynin may also be obtained from other sources, for example the rhizome of Canadian hemp (Apocynum cannabinum), and other Apocynum species (e.g., A. androsaemifolium). P. kurroa has long been used as an herbal medicine for the treatment of liver and heart problems, jaundice, and asthma. The anti-inflammatory property of this herb is attributed to its ability to prevent ROS and peroxide formation in the body.

Apocynin has been shown to specifically inhibit NADPH oxidase by blocking the assembling of cytosolic NADPH oxidase subunits with the membrane subunits. The NADPH oxidase is a superoxide-producing enzyme and is increasingly recognized for its dual-edged role in health and disease and in mediating cell-signaling pathways (Sun et al. 2008). The prototypic NADPH oxidase comprises of a membrane-associated cytochrome b558 complex containing a p22 phox and a gp91 phox subunit and several regulatory cytosolic subunits, for example, p47 phox, p40 phox, and p67 phox. In addition, the small G protein Rac1 or Rac2 can also associate with the gp91 phox subunit to confer full activity. The NADPH oxidase is expressed in all brain cells, and is especially high in activated microglial cells. Recent studies have identified several isoforms of gp91 phox in different cell types, although their specific roles in mediating pathological pathways have not yet been fully elucidated (Block 2008; Chen, Song, and Chan 2009; Sorce and Krause 2009).

There is accumulating evidence suggesting that aberrant neuron–glia interactions may play an important role in the progression of neurodegenerative diseases. Astrocytes are the most abundant cell type in the human brain, and they are important in supporting neurons in a number of functions, including synapse formation and plasticity, energetics, and redox metabolism. Both astrocytes and microglia are immunologically active cells in the CNS and are involved in the inflammatory responses to injury and disease. In the AD-affected brain, glia-mediated inflammatory response has been linked to the enhancement of the deposition of amyloid plaques and neuronal damage (Salmina 2009). In particular, microglial cells are activated by cytotoxic Aβ and by different forms of neuronal injury, and these cells become a chronic source of neurotoxic cytokines and ROS that leads to impairment of neuronal function. In activated microglial cells, ROS produced by NADPH oxidase may cause neurotoxicity by directly interacting with nearby neurons. Alternatively, intracellular ROS may stimulate signaling pathways in microglia and amplify the production of proinflammatory and neurotoxic cytokines (Block 2008). In a coculture model, addition of macrophage cell lines deficient in NADPH oxidase gp91phox subunit failed to kill neurons. This study demonstrated that ROS generation by NADPH oxidase in microglial cells can play a crucial role in neuronal killing (Qin et al. 2006). Along this line, apocynin, the NADPH oxidase inhibitor, is considered a therapeutic compound to combat Aβ-induced microglial proliferation and neuronal death (Jekabsone et al. 2006; Mander, Jekabsone, and Brown 2006).

15.2.1.4. Epigallocatechin-3-gallate (EGCG)Human epidemiological and experimental data on animals suggest health benefits of tea drinking (see also

Chapter 12 on tea). Tea consumption is inversely correlated with the incidence of dementia, AD, and PD (Mandel et al. 2008b). Analysis of individual compounds in tea by high-performance liquid chromatography (HPLC) revealed high levels of C, epicatechin (EC), EC-3-gallate (ECG), EGC, EGC-3-gallate (EGCG), and gallic acid. Among these compounds, EGCG has been found to be particularly effective in offering neuroprotection in studies with cellular and animal models. There is evidence that in addition to the known antioxidant and anti-inflammatory properties of this compound, EGCG may protect neurons through modulation of signal transduction pathways, cell survival/death genes, and mitochondrial function (Mandel et al. 2008b). In BV-2 microglial cells, EGCG pretreatment effectively ameliorated Aβ-induced cytotoxicity and manifestation of proapoptotic signals. Furthermore, Aβ induces iNOS and production of NO in BV-2 cells, and EGCG effectively suppressed the Aβ-mediated NO in these cells (Kim et al. 2009). The EGCG (or curcumin) could also attenuate Aβ-induced ROS production and β-sheet structure formation (Shimmyo et al. 2008). In Swedish Tg mice overexpressing mutant human amyloid precursor protein (APP), EGCG administered orally in drinking water (50 mg/kg) decreased Aβ deposition. Both i.p. and oral administration of EGCG to the APP Tg mice also suppressed phosphorylation of tau isoforms and improved cognitive function. Interestingly,

159

animals treated intraperitoneally with EGCG appeared to show a more pronounced benefit than those fed orally (Rezai-Zadeh et al. 2008). In a study with human neuronal cell line MC65, EGCG was found to enhance APP processing by the nonamyloidogenic proteolytic enzymes and decreased Aβ levels. In this study, EGCG was also found to decrease nuclear translocation of c-Abl and to block APP-C99-dependent GSK3 β activation (Lin et al. 2009). Another study also demonstrated the neuroprotective effects of EGCG by suppressing Aβ-induced β-secretase (BACE)-1 upregulation in Tg2576 AD mice (Rezai-Zadeh et al. 2005). Taken together, these observations lend strong support to the neuroprotective effects of green-tea polyphenols in retarding the progression of neurodegenerative disorders such as those exhibited in AD and PD.

15.2.2. Parkinson’s Disease Parkinson’s disease is a chronic and progressive degenerative disease associated with impaired motor

control, speech, and other functions. The disease is named after an English physician named James Parkinson, who gave a detailed description of the disease in an 1817 work entitled An Essay on the Shaking Palsy. This disease belongs to pathological conditions of movement disorders and is characterized by muscle rigidity, resting tremor, slowing of movement (bradykinesia) and, in extreme cases, a nearly complete loss of movement (akinesia). Secondary symptoms may include cognitive dysfunction, subtle language problems, and depression. These symptoms are caused by loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra. Parkinson’s disease affects approximately 1% of the population over the age of 50 years. Despite numerous hypotheses and continued speculations, the etiology of PD remains unclear. The discovery of 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP), an environmental toxin that can selectively damage the substantia nigra and subsequently result in Parkinsonian syndromes in animals and humans, has accelerated the search for other neurotoxins as the possible cause of PD (Langston 1987; Tipton and Singer 1993). Although a number of studies have used the MPTP model for studying degeneration of dopamine (DA) neurons and related pathophysiology of PD (Adams and Odunze 1991; Schapira 1996), other environmental toxins such as manganese (Sun, Yang, and Kim 1993), dimethoxyphenyl-ethylamine (DMPEA; Koshimura et al. 1997), and paraquat (Miller, Sun, and Sun 2007; Miller et al. 2009) have also been found to kill DA neurons. These studies provide information indicating that oxidative damage, mitochondrial and proteasomal dysfunction, and inflammation are underlying factors for degeneration of dopaminergic neurons in PD.

Dopamine is metabolized by monoamine oxidase (MAO) or through auto-oxidation with the generation of superoxide, hydrogen peroxide, and hydroxyl radicals. These oxidative events are considered the underlying causes for damage of dopaminergic neurons. NO, which may be released by inflammation-induced microglia (Castano et al. 1998) or generated by excitotoxic insults (Gonzalez-Hernandez, Perez de la Cruz, and Mantolan-Sarmiento 1996; Abekawa, Ohmori, and Koyama 1997), may also play a role in the pathogenesis of PD. The production of ROS and RNS together is an important cause for damage of DA neurons in PD.

The most widely used form of treatment for PD is L-dopa, a compound that can be transformed to DA in the dopaminergic neurons by L-aromatic amino acid decarboxylase (often known as dopa-decarboxylase). However, only 1-5% of L-dopa can enter the dopaminergic neurons. The remaining L-dopa can be metabolized to DA elsewhere, and it causes a wide variety of side effects. Carbidopa and benserazide are dopa decarboxylase inhibitors. These compounds help to prevent the metabolism of L-dopa before it reaches the dopaminergic neurons and are generally given in combination with L-dopa. The DA agonists such as bromocriptine, pergolide, pramipexole, ropinirole, cabergoline, apomorphine, and lisuride are only moderately effective and frequently produce side effects including somnolence, hallucinations, and/or insomnia. Dopamine agonists may act by stimulating the DA receptors. However, these compounds may cause the DA receptors to become progressively less sensitive, thereby eventually exaggerating the symptoms. The MAO-B inhibitors selegiline and rasagiline can decrease the symptoms somewhat by inhibiting MAO-B, thereby inhibiting the breakdown of DA in the dopaminergic neurons. Metabolites of selegiline include levoamphetamine and levomethamphetamine, both of which are adrenergic drugs and cause side effects (Aminoff 2007).

An increasing number of studies demonstrate that plant polyphenols, especially flavonoids, are useful in protecting against brain damage in PD. These studies, including ours, have used either single compounds such as resveratrol, curcumin, EGCG, or complex mixtures/extracts such as grape, blueberry, and green tea

160

(Weinreb et al. 2004; Lau, Shukitt-Hale, and Joseph 2005; Mercer et al. 2005; Chen, Jin, and Li 2007; Sun et al. 2008). Their neuroprotective effects may involve, at least in part, their ROS-scavenging and iron/metal-chelating activities, as well as their anti-inflammatory properties. Resveratrol administration was found to protect mice from MPTP-induced motor coordination impairment, hydroxyl radical overloading, and neuronal loss (Lu et al. 2008). Resveratrol has also been tested to produce beneficial effects in the 6-hydroxydopamine (6-OHDA)-induced PD rat model. This model involves chronic inflammation, mitochondrial dysfunction, and oxidative stress, and loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra. Resveratrol treatment significantly decreased the levels of COX-2, tumor necrosis factor (TNF)-α messenger ribonucleic acid (mRNA), and COX-2 protein expression in the substantia nigra (Jin et al. 2008).

Curcumin is known to exert neuroprotective effects and ameliorate PD symptoms, due mainly to its antioxidant and anti-inflammatory properties (Zbarsky et al. 2005; Chen et al. 2006; Rajeswari 2006; Lee et al. 2007; Jagatha et al. 2008). Similar to its ability to dissociate aggregated Aβ, curcumin can also inhibit aggregation of α-synuclein, the presynaptic protein associated with the formation of neuronal inclusions (Pandey et al. 2008). Since curcumin can target multiple reactions and proteins in cells, including transcription factors, growth factors, antioxidant enzymes, cell-survival kinases, and signaling molecules, there is increasing interest in considering the potential use of this compound as a therapeutic to combat neurodegenerative diseases (Ramassamy 2006; Salvioli et al. 2007; Goel, Kunnumakkara, and Aggarwal 2008).

NADPH oxidase is regarded an important source of ROS in 1-methyl-4-phenylpyridinum (MPP+)-induced apoptotic neuronal death (Zhang et al. 2008). Treatment with NADPH oxidase inhibitors, such as diphenyleneiodonium chloride (DPI), apocynin, and superoxide dismutase (SOD) mimetics, could block the MPP+-induced ROS production in these cells (Anantharam et al. 2007; Miller, Sun, and Sun 2007; Miller et al. 2009). The environmental toxin paraquat, when used together with iron, could activate microglial cells. Apocynin could attenuate the release of superoxide from activated microglial cells and suppress MPP+-induced cytotoxic cell death (Anantharam et al. 2007; Peng et al. 2009). Thus, specific inhibition of NADPH oxidase-targeting dopaminergic neurons may prove beneficial against the progression of PD.

A prominent pathological feature of PD is the abnormal accumulation of iron associated with neuromelanin in the melanin-containing DA neurons. Lewy bodies, which are the morphological hallmark of PD, are comprised of lipids, redox-active iron, and aggregated α-synuclein, and are associated with ubiquitinated, hyperphosphorylated neurofilaments. The EGCG has been found to protect against neurodegeneration induced by neurotoxins in mice and rats and prevent the accumulation of iron and α-synuclein in the substantia nigra pars compacta (SNpc; Youdim 2003). It can also inhibit ROS production, suppress the cytotoxicity of rotenone in human neuroblastoma SH-SY5Y cells (Chung, Miranda, and Maier 2007), and protect against MPTP-induced damage in mice (Choi et al. 2002; Mandel et al. 2008b). Since EGCG can exhibit antioxidant effects and chelate iron, a combination of iron chelation and antioxidant therapy may provide additional neuroprotective effects against PD and other neurodegenerative diseases (Mandel, Maor, and Youdim 2004).

15.2.3. Stroke Stroke is the rapidly developing loss of brain functions caused by disturbance in blood supply to the brain,

and is the third leading cause of death and the first leading cause of long-lasting disability in aging adults. Stroke can be attributed to ischemia (lack of blood supply) caused by thrombosis or embolism, or to hemorrhages caused by disruption of blood vessels. As a result, the affected area of the brain is unable to function, leading to the inability to move, understand, or formulate speech. Ischemic stroke is caused by a thrombus (blood clot) occluding blood flow in an artery in the brain. Definitive therapy is aimed at removing the blockage by breaking up the clot by thrombolysis, or by removing the clot mechanically through a thrombectomy. Stroke is occasionally treated with thrombolytic drugs. Oral anticoagulants such as warfarin are the mainstay of stroke prevention in high-risk subjects. Aspirin and antiplatelet drugs are effective in secondary prevention after a stroke or a transient ischemic attack. Tissue plasminogen activator (tPA) is a thrombolytic drug used to dissolve the clot and unblock the artery. However, the use of tPA is limited to 3 hours after the onset of stroke. In patients with intracerebral hemorrhage, anticoagulants and antithrombotics can sometimes worsen the bleeding. Effective medication or drug therapy for hemorrhagic stroke treatment is limited. Stroke prevention strategies include controlling hypertension and diet,

161

performing regular exercise, and quitting smoking and alcohol use. In order to study the pathoetiology and possible prevention of stroke, many animal models have been developed in which blood flow is focally or globally, permanently or transiently, or completely or incompletely interrupted. Focal cerebral ischemia animal model is usually produced by occlusion of the middle cerebral artery (MCAO), since it reflects the predominant form of clinical stroke. Since oxidative stress is an important underlying cause of neuron cell death in ischemia/reperfusion (I/R) injury, a number of studies have been carried out to test the beneficial effects of dietary antioxidants, including plant polyphenolics (Bravo 1998; Youdim and Joseph 2001; Deschamps et al. 2001; Voko et al. 2003). These studies provide strong evidence for the protective effects of botanical antioxidants, which can act at multiple levels to influence both the early and late phases of stroke (Simonyi et al. 2005; Curin, Ritz, and Andriantsitohaina 2006).

Earlier studies from our laboratory indicated protective effects of resveratrol against delayed neuronal cell death (DND) induced by global cerebral ischemia in gerbils (Wang et al. 2002). We also demonstrated that dietary supplementation with grape powder for 2 months could protect the brain from global ischemic injury (Wang et al. 2005a). Results from our studies are in agreement with others showing that grape seed extract is neuroprotective against ischemic injury (Hwang et al. 2004; Feng et al. 2007).

There are in vitro and in vivo studies indicating the ability of curcumin to exert protective effects against ischemia-induced neuronal injury. In our previous study, administration of curcumin to gerbils was found to decrease global ischemia-induced lipid peroxidation, mitochondrial dysfunction, and apoptotic indices (Wang et al. 2005b). In addition, curcumin also ameliorated the increase in locomotor activity observed at 48 hours after ischemic insult (Wang et al. 2005b). In another study by Jiang et al. (2007), curcumin was protective even when administered after focal ischemia. The authors attributed the protective effects to preservation of blood-brain barrier integrity (Jiang et al. 2007). Consistent with other bioavailability studies, our study (Wang et al. 2005b) also showed a rapid increase in curcumin in plasma after i.p. injection, which reached the brain within 1 hour after treatment (Ringman et al. 2005; Goel, Kunnumakkara, and Aggarwal 2008).

Immunohistochemical studies conducted in our laboratory demonstrated an increase in NADPH oxidase subunit expression after transient focal cerebral ischemia, and the increase was attributed to activated microglia (data not shown). Apocynin was shown to inhibit ischemic damage in different animal models (Wang et al. 2006; Tang et al. 2007) and to ameliorate blood-brain barrier damage in experimental stroke (Kahles et al. 2007). In our study using the gerbil global cerebral ischemia model, apocynin was shown to inhibit I/R-induced increase in lipid peroxidation, oxidative DNA damage, and glial cell activation in the hippocampus (Wang et al. 2006). Pretreatment (but not post-treatment) with apocynin was found to decrease ischemia-induced superoxide levels and lower brain damage (Jackman et al. 2009). Several studies have demonstrated that EGCG administration before or after ischemia also significantly decreased neuronal damage (see Table 15.1).

15.3. INTEGRATED SIGNALING MECHANISMS OF BOTANICAL PHENOLICS IN NEURODEGENERATIVE DISORDERS

Many plant extracts and identified plant-derived compounds have been found useful for treatment and prevention of neurodegenerative disorders. However, their underlying molecular mechanisms and therapeutic value are still largely unknown (Howes and Houghton 2003; Howes, Perry, and Houghton 2003; Anekonda and Reddy 2005). Investigation of the health benefits of these natural compounds poses substantial challenges to modern medicine. Polyphenols are divided into different groups, depending on the number of hydroxyl groups and derivatives to the benzene rings. Flavonoids make up the largest and the most important group of polyphenols, which can be divided into subgroups such as flavanols (C, EC), flavonols (quercetin, myricetin, kaempferol), flavanons (hesperetin, naringenin), flavons (apigenin, luteolin), isoflavonoids (genistein, daidzein), and anthocyanins (cyanidin, malvidin). Depending on their molecular structure, the positions of their hydroxyl groups, and the presence of conjugated dienes, these flavonoids may have different antioxidant properties and ROS-scavenging activities.

The pathophysiological mechanisms underlying neurodegenerative disorders are complex and diverse, and range from oxidative stress to inflammatory responses and apoptosis (Figure 15.1). The complexity of cell-signaling pathways may explain the difficulties encountered in finding effective treatments. Although much progress has been made in understanding the pathogenesis of AD, current therapeutic approaches

162

merely address symptoms. Novel therapeutic approaches using natural botanical antioxidants may be suggested to ameliorate neurotoxicity and chelate transition metals (e.g., iron and copper). Both experimental and epidemiological evidence demonstrate that flavonoid polyphenols improve age-related cognitive decline and are neuroprotective in models of PD, AD, and cerebral I/R injuries (Mandel et al. 2008a; Sun et al. 2008).

Many plant polyphenols have been suggested as excellent candidates for development as therapeutic agents for treatment of neurodegenerative diseases (Figure 15.1). In particular, there is increasing interest in using resveratrol for treatment of progressive neurodegenerative maladies such as AD and PD. It is recognized that some botanical compounds may selectively target a single pathway, whereas others may act globally on multiple pathways. For example, apocynin, a known inhibitor of NADPH oxidase, has been used mainly to block ROS production by NADPH oxidase, whereas resveratrol, curcumin, and EGCG can target multiple pathways. Besides its ROS-scavenging activity, resveratrol can activate SIRT1, which is related to histone acetylation and deacetylation and alteration of proteins involved in the suppression of apoptotic pathways (Rahman, Biswas, and Kirkham 2006). Resveratrol can also affect Nrf2/Keap 1 pathway, which is linked with the activation of antioxidant proteins (Rubiolo, Mithieux, and Vega 2008). Inhibition of the NF-κB pathway by resveratrol and EGCG can decrease the production of inflammatory factors, for example, iNOS, COX-2, and secretory phospholipase A2 (sPLA2), which, in turn, can suppress the vicious cycle of cell death caused by oxidative stress. The multiple effects associated with resveratrol may offer an effective therapeutic remedy to restore neuronal homeostasis (Saiko et al. 2008). Future studies should be directed to investigate whether other phytochemicals also exhibit multiple functions (Calabrese et al. 2008). Questions about bioavailability, biotransformation, synergism with other dietary factors, and their ability to cross the blood–brain barrier also need to be addressed prior to application of botanical compounds on humans. Table 15.1 summarizes recent studies in which different botanical compounds in different paradigms were used to test neuroprotective effects on AD, PD, and stroke models.

163