Published July 23, 2021
| Version v1
Publication
Open
Enhancement of Insulin/PI3K/Akt Signaling Pathway and Modulation of Gut Microbiome by Probiotics Fermentation Technology, a Kefir Grain Product, in Sporadic Alzheimer's Disease Model in Mice
- 1. Cairo University
- 2. Charles R. Drew University of Medicine and Science
Description
Sporadic Alzheimer's disease (AD) is the most common neurodegenerative disorder with cognitive dysfunction. Remarkably, alteration in the gut microbiome and resultant insulin resistance has been shown to be connected to metabolic syndrome, the crucial risk factor for AD, and also to be implicated in AD pathogenesis. Thus, this study, we assessed the efficiency of probiotics fermentation technology (PFT), a kefir product, in enhancing insulin signaling via modulation of gut microbiota to halt the development of AD. We also compared its effectiveness to that of pioglitazone, an insulin sensitizer that has been confirmed to substantially treat AD. AD was induced in mice by a single injection of intracerebroventricular streptozotocin (STZ; 3 mg/kg). PFT (100, 200, 400 mg/kg) and pioglitazone (30 mg/kg) were administered orally for 3 weeks. Behavioral tests were conducted to assess cognitive function, and hippocampal levels of acetylcholine (Ach) and β-amyloid (Aβ 1–42 ) protein were assessed along with histological examination. Moreover, the expression of the insulin receptor, insulin degrading enzyme (IDE), and the phosphorylated forms of phosphoinositide 3-kinase (PI3K), protein kinase B (Akt), glycogen synthase kinase-3β (GSK-3β), mammalian target of rapamycin (mTOR), and tau were detected. Furthermore, oxidative stress and inflammatory biomarkers were estimated. Treatment with PFT reversed STZ-induced neurodegeneration and cognitive impairment, enhanced hippocampal Ach levels, and reduced Aβ 1–42 levels after restoration of IDE activity. PFT also improved insulin signaling, as evidenced by upregulation of insulin receptor expression and activation of PI3K/Akt signaling with subsequent suppression of GSK-3β and mTOR signaling, which result in the downregulation of hyperphosphorylated tau. Moreover, PFT significantly diminished oxidative stress and inflammation induced by STZ. These potential effects were parallel to those produced by pioglitazone. Therefore, PFT targets multiple mechanisms incorporated in the pathogenesis of AD and hence might be a beneficial therapy for AD.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
مرض الزهايمر المتقطع (AD) هو الاضطراب التنكسي العصبي الأكثر شيوعًا الذي يعاني من خلل وظيفي إدراكي. ومن اللافت للنظر أن التغيير في ميكروبيوم الأمعاء ومقاومة الأنسولين الناتجة قد ثبت أنها مرتبطة بمتلازمة التمثيل الغذائي، وهو عامل الخطر الحاسم لمرض الزهايمر، كما أنها متورطة في التسبب في مرض الزهايمر. وبالتالي، قيّمنا في هذه الدراسة كفاءة تقنية تخمير البروبيوتيك (PFT)، وهو منتج كفير، في تعزيز إشارات الأنسولين عبر تعديل ميكروبات الأمعاء لوقف تطور مرض الزهايمر. كما قارنا فعاليته بفاعلية البيوجليتازون، وهو محسس للأنسولين تم تأكيد أنه يعالج مرض الزهايمر بشكل كبير. تم تحفيز مرض الزهايمر في الفئران عن طريق حقنة واحدة من الستربتوزوتوسين داخل البطين الدماغي (STZ ؛ 3 ملغ/كغ). تم إعطاء PFT (100، 200، 400 مجم/كجم) وبيوجليتازون (30 مجم/كجم) عن طريق الفم لمدة 3 أسابيع. تم إجراء اختبارات سلوكية لتقييم الوظيفة الإدراكية، وتم تقييم مستويات الحصين من بروتين الأسيتيل كولين (Ach) وبيتا أميلويد (Aβ 1–42 ) جنبًا إلى جنب مع الفحص النسيجي. علاوة على ذلك، تم الكشف عن تعبير مستقبلات الأنسولين، والإنزيم المهين للأنسولين (IDE)، والأشكال الفوسفورية من الكيناز الفوسفوري 3 (PI3K)، والبروتين كيناز B (Akt)، والجليكوجين سينسيز كيناز-3 β (GSK -3 β)، وهدف الثدييات من الراباميسين (mTOR)، وتاو. علاوة على ذلك، تم تقدير الإجهاد التأكسدي والمؤشرات الحيوية الالتهابية. أدى العلاج بـ PFT إلى عكس التنكس العصبي الناجم عن STZ والضعف المعرفي، وتعزيز مستويات Ach في الحصين، وانخفاض مستويات Aβ 1–42 بعد استعادة نشاط IDE. كما حسنت PFT إشارات الأنسولين، كما يتضح من زيادة تنظيم تعبير مستقبلات الأنسولين وتنشيط إشارات PI3K/AKT مع قمع لاحق لإشارات GSK -3 β و mTOR، مما يؤدي إلى خفض تنظيم تاو المفرط الفسفوريلات. علاوة على ذلك، قلل PFT بشكل كبير من الإجهاد التأكسدي والالتهاب الناجم عن STZ. كانت هذه التأثيرات المحتملة موازية لتلك التي ينتجها بيوجليتازون. لذلك، يستهدف PFT آليات متعددة مدمجة في التسبب في مرض الزهايمر، وبالتالي قد يكون علاجًا مفيدًا لمرض الزهايمر.Translated Description (French)
La maladie d'Alzheimer sporadique (MA) est la maladie neurodégénérative la plus fréquente avec dysfonctionnement cognitif. Il a été démontré de manière remarquable que l'altération du microbiome intestinal et la résistance à l'insuline qui en résulte sont liées au syndrome métabolique, le facteur de risque crucial de la maladie d'Alzheimer, et sont également impliquées dans la pathogenèse de la maladie d'Alzheimer. Ainsi, cette étude, nous avons évalué l'efficacité de la technologie de fermentation des probiotiques (PFT), un produit à base de kéfir, pour améliorer la signalisation de l'insuline via la modulation du microbiote intestinal afin d'arrêter le développement de la MA. Nous avons également comparé son efficacité à celle de la pioglitazone, un sensibilisant à l'insuline dont l'efficacité dans le traitement de la MA a été confirmée. La MA a été induite chez la souris par une injection unique de streptozotocine intracérébroventriculaire (STZ ; 3 mg/kg). Le PFT (100, 200, 400 mg/kg) et la pioglitazone (30 mg/kg) ont été administrés par voie orale pendant 3 semaines. Des tests comportementaux ont été effectués pour évaluer la fonction cognitive, et les niveaux hippocampiques d'acétylcholine (Ach) et de protéine β-amyloïde (Aβ 1–42 ) ont été évalués en même temps que l'examen histologique. De plus, l'expression du récepteur de l'insuline, de l'enzyme de dégradation de l'insuline (IDE) et des formes phosphorylées de la phosphoinositide 3-kinase (PI3K), de la protéine kinase B (Akt), de la glycogène synthase kinase-3β (GSK-3β), de la cible mammifère de la rapamycine (mTOR) et du tau a été détectée. De plus, le stress oxydatif et les biomarqueurs inflammatoires ont été estimés. Le traitement par PFT a inversé la neurodégénérescence et les troubles cognitifs induits par la STZ, amélioré les taux d'Ach de l'hippocampe et réduit les taux d'Aβ 1–42 après la restauration de l'activité de l'IDE. Le PFT a également amélioré la signalisation de l'insuline, comme en témoigne la régulation à la hausse de l'expression des récepteurs de l'insuline et l'activation de la signalisation PI3K/Akt avec suppression ultérieure de la signalisation GSK-3β et mTOR, ce qui entraîne la régulation à la baisse du tau hyperphosphorylé. De plus, le PFT a significativement diminué le stress oxydatif et l'inflammation induits par la STZ. Ces effets potentiels étaient parallèles à ceux produits par la pioglitazone. Par conséquent, la PFT cible de multiples mécanismes incorporés dans la pathogenèse de la MA et pourrait donc être un traitement bénéfique pour la MA.Translated Description (Spanish)
La enfermedad de Alzheimer (EA) esporádica es el trastorno neurodegenerativo más común con disfunción cognitiva. Sorprendentemente, se ha demostrado que la alteración en el microbioma intestinal y la resistencia a la insulina resultante están relacionadas con el síndrome metabólico, el factor de riesgo crucial para la EA, y también están implicadas en la patogénesis de la EA. Por lo tanto, en este estudio, evaluamos la eficiencia de la tecnología de fermentación de probióticos (PFT), un producto de kéfir, para mejorar la señalización de la insulina a través de la modulación de la microbiota intestinal para detener el desarrollo de la EA. También comparamos su eficacia con la de la pioglitazona, un sensibilizador de la insulina que se ha confirmado que trata sustancialmente la EA. La EA se indujo en ratones mediante una única inyección de estreptozotocina intracerebroventricular (STZ; 3 mg/kg). PFT (100, 200, 400 mg/kg) y pioglitazona (30 mg/kg) se administraron por vía oral durante 3 semanas. Se realizaron pruebas de comportamiento para evaluar la función cognitiva y se evaluaron los niveles hipocampales de acetilcolina (Ach) y proteína β-amiloide (Aβ 1–42 ) junto con el examen histológico. Además, se detectó la expresión del receptor de insulina, la enzima degradante de insulina (IDE) y las formas fosforiladas de fosfoinosítido 3-quinasa (PI3K), proteína quinasa B (Akt), glucógeno sintasa quinasa-3β (GSK-3β), diana de rapamicina en mamíferos (mTOR) y tau. Además, se estimaron el estrés oxidativo y los biomarcadores inflamatorios. El tratamiento con PFT revirtió la neurodegeneración inducida por STZ y el deterioro cognitivo, mejoró los niveles de Ach en el hipocampo y redujo los niveles de Aβ 1–42 después de la restauración de la actividad de IDE. La PFT también mejoró la señalización de la insulina, como lo demuestra la regulación positiva de la expresión del receptor de insulina y la activación de la señalización de PI3K/Akt con la posterior supresión de la señalización de GSK-3β y mTOR, lo que resulta en la regulación negativa de la tau hiperfosforilada. Además, la PFT disminuyó significativamente el estrés oxidativo y la inflamación inducida por STZ. Estos efectos potenciales fueron paralelos a los producidos por la pioglitazona. Por lo tanto, la PFT se dirige a múltiples mecanismos incorporados en la patogénesis de la EA y, por lo tanto, podría ser una terapia beneficiosa para la EA.Files
pdf.pdf
Files
(4.8 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:b51ba962723786bf1f12574b856b72e2
|
4.8 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تعزيز مسار إشارات الأنسولين/PI3K/AKT وتعديل ميكروبيوم الأمعاء عن طريق تقنية تخمير البروبيوتيك، منتج حبوب الكفير، في نموذج مرض الزهايمر المتقطع في الفئران
- Translated title (French)
- Amélioration de la voie de signalisation de l'insuline/PI3K/Akt et modulation du microbiome intestinal par la technologie de fermentation des probiotiques, un produit à base de grains de kéfir, dans le modèle sporadique de la maladie d'Alzheimer chez la souris
- Translated title (Spanish)
- Mejora de la vía de señalización de insulina/PI3K/Akt y modulación del microbioma intestinal mediante tecnología de fermentación de probióticos, un producto de grano de kéfir, en el modelo esporádico de la enfermedad de Alzheimer en ratones
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3185603246
- DOI
- 10.3389/fphar.2021.666502
References
- https://openalex.org/W1144328396
- https://openalex.org/W1539745633
- https://openalex.org/W1543788907
- https://openalex.org/W1554596985
- https://openalex.org/W1566564316
- https://openalex.org/W1570302318
- https://openalex.org/W1775749144
- https://openalex.org/W1841772591
- https://openalex.org/W1894896545
- https://openalex.org/W1940341196
- https://openalex.org/W1966116864
- https://openalex.org/W1966244691
- https://openalex.org/W1967061503
- https://openalex.org/W1976415314
- https://openalex.org/W1976619844
- https://openalex.org/W1976969262
- https://openalex.org/W1982795519
- https://openalex.org/W1984303089
- https://openalex.org/W1986384924
- https://openalex.org/W1992380863
- https://openalex.org/W1994844104
- https://openalex.org/W1997275447
- https://openalex.org/W1998104918
- https://openalex.org/W2001756344
- https://openalex.org/W2002225792
- https://openalex.org/W2003813921
- https://openalex.org/W2003966687
- https://openalex.org/W2004922338
- https://openalex.org/W2005503052
- https://openalex.org/W2006505402
- https://openalex.org/W2011430246
- https://openalex.org/W2013343090
- https://openalex.org/W2022153484
- https://openalex.org/W2023316908
- https://openalex.org/W2045668166
- https://openalex.org/W2057047426
- https://openalex.org/W2068418325
- https://openalex.org/W2079938040
- https://openalex.org/W2081220230
- https://openalex.org/W2092817697
- https://openalex.org/W2101187328
- https://openalex.org/W2103890427
- https://openalex.org/W2130495917
- https://openalex.org/W2131760568
- https://openalex.org/W2131767872
- https://openalex.org/W2133758473
- https://openalex.org/W2135037061
- https://openalex.org/W2140495119
- https://openalex.org/W2142279727
- https://openalex.org/W2146405340
- https://openalex.org/W2150472993
- https://openalex.org/W2160250384
- https://openalex.org/W2166747071
- https://openalex.org/W2169173625
- https://openalex.org/W2169902975
- https://openalex.org/W225152533
- https://openalex.org/W2258895616
- https://openalex.org/W2519408637
- https://openalex.org/W2566571485
- https://openalex.org/W2603205880
- https://openalex.org/W2788104292
- https://openalex.org/W2789114236
- https://openalex.org/W2795597697
- https://openalex.org/W2804267327
- https://openalex.org/W2885532750
- https://openalex.org/W2894357926
- https://openalex.org/W2947959068
- https://openalex.org/W2950930837
- https://openalex.org/W2970939855
- https://openalex.org/W3010218109
- https://openalex.org/W3017525377
- https://openalex.org/W3030942517
- https://openalex.org/W3082636709
- https://openalex.org/W3091443913
- https://openalex.org/W328531019
- https://openalex.org/W99383509