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Environmental enrichment and the combined interventions of EE and metformin enhance hippocampal neuron survival and hippocampal-dependent memory in type 2 diabetic rats under stress through the BDNF-TrkB signaling pathways - 29/05/24

Doi : 10.1016/j.biopha.2024.116729 
Teh Rasyidah Ismail a, b, Christina Gertrude Yap a, Rakesh Naidu a, Lugganya Shri c, Narendra Pamidi a,
a Jeffrey Cheah School of Medicine and Health Sciences, Monash University Malaysia, Jalan Lagoon Selatan, Bandar Sunway, Selangor Darul Ehsan 47500, Malaysia 
b Clinical Laboratory Science Section, Institute of Medical Science Technology, Universiti Kuala Lumpur, Kajang, Selangor Darul Ehsan 43000, Malaysia 
c Asian Institute of Medicine, Science and Technology, Faculty of Applied Sciences, Batu 3 1/2, Jalan, Bukit Air Nasi, Bedong, Kedah 08100, Malaysia 

Corresponding author.

Abstract

Background

Type 2 diabetes (T2D) with depression causes severe cognitive impairments. The devastating conditions will further compromise the overall quality of life. The overconsumption of high-fat and high-sucrose (HFS) diet is one of the modifiable risk factors for T2D, depression, and cognitive impairments. Thus, it is essential to identify effective therapeutic strategies to overcome the cognitive impairments in T2D with depression. We proposed environmental enrichment (EE) which encompasses social, cognitive, and physical components as the alternative treatment for such impairments. We also investigated the potential neuroprotective properties of the antidiabetic drug metformin. This study aimed to investigate the effects of EE and metformin interventions on hippocampal neuronal death, and hippocampal-dependent memory impairment in T2D rats under stress.

Methods

Thirty-two male rats (200–250 g) were divided into four groups: C group (standard diet + conventional cage), DS group [HFS-induced T2D + restraint stress (RS)], DSE group [HFS-induced T2D + RS + EE] and DSEM group [HFS + RS + EE + metformin]. Serum corticosterone (CORT) was measured to evaluate stress levels. The serum Free Oxygen Radicals Testing (FORT) and Free Oxygen Radicals Defence Test (FORD) were measured to evaluate the systemic oxidative status (OS). Serum brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and T-maze tasks were performed to evaluate cognitive functions. Rats were humanely sacrificed to collect brains for histological, morphometric, and hippocampal gene expression studies.

Results

The CORT and the serum FORT levels in the DSE and DSEM groups were lower than in the DS group. Meanwhile, the serum BDNF, T-maze scores, histological, and morphometric analysis were improved in the DSE and DSEM groups than in the DS group. These findings supported that EE and the combined interventions of EE and metformin had neuroprotective properties. The hippocampal gene expression analysis revealed that the DSE and DSEM groups showed improved regulation of BDNF-TrkB signalling pathways, including the BDNF/TrkB binding, PI3K – Akt pathway, Ras–MAPK pathway, PLCγ–Ca2+ pathway, and CREB transcription.

Conclusion

EE and the combined interventions of EE and metformin improved hippocampal neuron survival and hippocampal-dependent memory in T2D rats under stress by enhancing gene expression regulation of neurogenesis and synaptic plasticity.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Graphical Abstract




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Highlights

EE and metformin interventions mitigate serum corticosterone levels and oxidative stress in T2D rats.
EE and combined EE-metformin interventions enhance serum BDNF levels and hippocampal-dependent memory.
EE and combined EE-metformin interventions promote hippocampal neuron survival and regulate gene expression of neurogenesis and synaptic plasticity.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Type 2 diabetes, Depression, Neuroprotection, Environmental enrichment, Metformin, BDNF-TrkB signalling pathways


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