石杉碱甲抗炎机制及对阿尔兹海默症模型大鼠血浆代谢物影响的研究

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目的:阿尔兹海默症(Alzheimer’s disease,AD)是一种无法逆转的、进行性的神经退行性疾病,主要表现为学习和记忆等能力的丢失,最终会导致死亡。AD多发病于老年人口,随着人口老龄化水平地不断提升,AD的发病率也随之不断上升,但是现在缺乏能够有效治疗AD的方法。星型胶质细胞(Astrocyte,AS)参与了众多生理及病理过程。越来越多的证据显示β-淀粉样蛋白(Amyloid-β,Aβ)的沉积会引起周围AS产生活化反应来介导炎症的产生。石杉碱甲(Huperzine A,Hup A)是一种乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase,ACh E)抑制剂,还具有神经保护、抗炎等药理作用。近来研究发现,含半胱氨酸的特异性天冬氨酸水解酶-1(Cysteinyl aspartate specific proteinase-1,caspase-1)在炎性反应中起到了很重要的作用,它可以对炎性因子的前体进行切割使其变为成熟体并发挥促炎的作用。代谢组学可以通过高效、快速、高通量筛选的方法对生物体内的代谢物进行检测,已经有很多实验报道利用代谢组学技术对AD的潜在标志物进行了检测,另外还能用此项技术从代谢物的角度对药物治疗AD的潜在机制进行解释。因此,本研究从caspase-1的角度探讨Hup A发挥抗炎和改善认知功能障碍的机制,并采用超高效液相色谱串联三重四级飞行时间质谱仪(Ultra-high-performance liquid chromatography coupled with a triple quadrupole time-of-flight mass spectrometer,UPLC-Q-TOF/MS)技术对大鼠的血浆代谢物进行检测来探索Hup A对AD大鼠血浆代谢物的影响。方法:将雄性Wistar大鼠随机分为三组:假手术组(Sham组)、AD模型组(AD组)和石杉碱甲组(AD+Hup A组),对AD组和AD+Hup A组使用腹腔注射D-半乳糖(D-galactose,D-gal)、灌胃给予Al Cl3和双侧脑室注射Aβ25-35的方法进行AD大鼠模型构建,Sham组给予同等剂量的生理盐水。1)利用Morris水迷宫实验检验AD大鼠模型的建立是否成功及Hup A对AD大鼠症状的改善情况;2)用Western blot和免疫组化的方法对各组大鼠海马组织内Aβ的表达及沉积情况进行检测;3)Western blot检测胶质纤维酸性蛋白(Glial fibrillary acidic protein,GFAP)的蛋白表达量及用免疫荧光对GFAP与Aβ进行共定位;4)应用Western blot检测caspase-1蛋白表达水平并用免疫荧光对GFAP和caspase-1进行共定位;5)Western blot及ELISA分别检测炎性因子白细胞介素(Interleukin,IL)-1β和IL-18的蛋白表达及分泌水平,用免疫荧光对IL-1β、IL-18分别和GFAP进行共定位;6)所有的实验数据均用平均数±标准差表示,采用SPSS 20.0软件进行分析,多组间比较采用One-way ANOVA方式进行,每组的每个样品均得到检测,以P<0.05表示有显著性差异;7)利用UPLC-Q-TOF/MS对血浆代谢物的信息进行采集,筛选出差异代谢物后再进行内源性鉴定和通路富集分析。结果:1)AD组大鼠的逃避潜伏期延长且平台穿越次数和目标象限所在时长减少,说明AD组大鼠的学习和记忆功能出现障碍,AD造模成功,而Hup A可以减少AD大鼠的逃避潜伏期,增加平台穿越次数和目标象限所在时长,说明Hup A可以改善AD大鼠的学习和记忆功能;2)Hup A可以减少AD大鼠海马组织中Aβ蛋白的表达水平及Aβ斑块,说明Hup A可以改善AD大鼠脑中Aβ的沉积;3)Hup A可以减少Aβ斑块及其周围GFAP的表达,说明Hup A可以减少Aβ的沉积并减少AS的活化;4)Hup A可以显著降低AD大鼠海马组织中caspase-1的蛋白表达水平,并降低共定位中caspase-1与GFAP的表达,说明Hup A可以减少活化AS中的caspase-1蛋白表达;5)Hup A可以降低海马中IL-1β和IL-18的蛋白表达水平及分泌水平,并能同时降低共定位中IL-1β、IL-18与GFAP的表达说明Hup A可以缓解AS的炎性反应;6)大鼠血浆代谢组学总共筛选出87种差异代谢物涉及到28个相关的代谢通路,而Hup A主要影响的是亚油酸代谢、甘油磷脂代谢和花生四烯酸代谢这三条与脂质代谢相关的代谢通路。结论:Hup A可以通过减少AD大鼠海马组织中Aβ的表达及沉积,并通过抑制AS的活化和炎性反应,进而发挥改善AD大鼠的学习和记忆功能障碍的作用,这种作用可能与抑制AS中的caspase-1蛋白的表达有关系;通过检测大鼠血浆代谢组学发现Hup A主要影响AD大鼠血浆中的脂质代谢,其中亚油酸代谢与炎症密切相关,推测Hup A可能通过影响亚油酸的浓度而产生抗炎作用。对Hup A抗炎作用机制及其对AD大鼠血浆代谢物影响的研究,将有助于发掘AD的新靶点和其潜在的生物标志物,为药物的研发及治疗AD的研究提供新思路。
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