五味子和甘草活性成分及新型降色胺衍生物神经保护机制研究

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阿尔兹海默病(AD)是迄今为止最常见的神经退行性疾病,AD涉及多种致病机制,包括Aβ低聚体神经毒性、tau蛋白过度磷酸化、炎症、神经递质缺乏、氧化应激、未折叠/错误折叠蛋白的积累、线粒体运输受损等。尽管AD的组织病理学研究已经取得诸多突破,提高了人们对AD的认知,遗憾的是至今没有有效治疗AD的方法。鉴于AD复杂的致病机制,和靶向单个靶点开发药物屡战屡败的经验,探索多成分多靶点协同治疗AD方法,或者发现能够与多靶点相互作用的多功能分子成为抗AD药物研究的新模式。本文首先利用网络药理学以整体性视角分别探究两味中药五味子与甘草防治AD的物质基础和多成分多靶点协同作用的分子机制,进一步,实验研究了代表性活性成分的神经保护作用。受启发于五味子活性成分五味子醇甲和五味子酯甲的抗神经炎活性及甘草活性成份甘草查尔酮A的神经营养活性,设计了三个系列35个新型降色胺(氨甲基吲哚)衍生物,围绕抗神经炎症和促神经突生长活性开展研究。全文取得的主要成果如下:(1)通过中药系统药理学数据库及分析平台(TCMSP)检索五味子成分,并根据口服生物利用度(OB)、药物相似度(DL)和血脑屏障(BBB)3个ADME参数筛选其有效活性成分,结合查阅文献搜集五味子的抗AD成分,最终得到16种具有良好药代动力学和生物活性的五味子活性成分。利用SEA、STITCH和Swiss Target Prediction数据库对活性成分进行靶点预测,利用CTD、TTD、MAS和DAVID数据库挖掘疾病和靶点的关系,得到了51个AD相关靶点,其中GSK3β是最关键靶点。利用DAVID数据库进行GO功能富集分析和KEGG通路富集分析,表明五味子的活性成分靶点主要与Aβ的生成、tau磷酸化和炎症有关,阿尔兹海默症信号通路为最显著富集通路。用分子对接实验从理论上验证了GSK3β是五味子活性成分的靶点,并用DOX计算确定了五味子活性成分schisandrin B与GSK3β的精确分子结合模型。最后用LPS诱导的小胶质细胞BV2神经炎模型研究了两种代表性活性成分五味子醇甲和五味子酯甲对小胶质细胞的保护作用。Western blot实验结果表明这两种活性成分能明显抑制LPS诱导的BV2细胞iNOS和COX2的产生;而且它们还可以上调GSK3β(Ser 9)磷酸化,从而抑制GSK3β的活性,与理论预测一致。(2)利用相同的活性成分筛选方法和靶点预测方法,共得到71种具有良好药代动力学和生物活性的甘草活性成分及48个AD相关的靶点。GO功能富集分析和KEGG通路富集分析表明甘草活性成分的靶点富集在药物结合、衰老、NO生物合成、对脂多糖的反应、对缺氧反应、氧化还原过程等生物过程,TNF信号途径、雌激素信号途径、血清素能突触、精氨酸和脯氨酸代谢、阿尔兹海默症等信号通路。最后从实验上,通过PC12细胞测试了甘草活性成分甘草查尔酮A的促神经突生长活性,结果表明甘草查尔酮A显著促进神经突起的生长,具有类NGF作用和增强NGF作用的活性。采用western blot实验研究了自噬标志蛋白LC3B Ⅱ和p62的表达情况,结果表明甘草查尔酮A增加了PC12细胞LC3B Ⅱ和p62的表达,加入自噬抑制剂后,显著抑制了该化合物的活性,表明甘草查尔酮A可能通过激活自噬过程促进PC12细胞神经突起的生长。(3)通过体外神经炎模型(LPS诱导的小胶质细胞BV2)和体外神经元分化和存活模型(PC12细胞)测试了三个系列35个新型降色胺(氨甲基吲哚)衍生物抗NO生成的活性和促神经突生长活性。测试结果表明,所有化合物均能有效抑制LPS刺激的BV2细胞的NO生成,而且大部分化合物具有增强NGF促PC12细胞神经突生长的作用。化合物8c和8g是兼具抗神经炎活性和神经营养活性的代表化合物。并且,化合物8c和8g对H2O2损伤的PC12细胞具有较好的保护作用,具有抗氧化活性。进一步的western blot和ELISA实验结果表明,化合物8c和8g能显著下调脂多糖(LPS)诱导的炎症因子TNFα、iNOS和COX2的表达,表现出较高的抗神经炎活性。分子机制揭示,化合物8c和8g能抑制LPS引起的MAPK/NF-κB信号通路的激活,下调参与炎症反应的基因转录和蛋白质翻译,从而起到抗神经炎作用。此外,化合物8c和8g还表现出中等的抑制COX2酶活性,这也是其具有抗神经炎症活性的另一个重要原因。综上所述,本文利用网络药理学方法鉴定了五味子和甘草中的活性成分,预测了它们的靶点,挖掘活性成分与靶点之间的网络关系,靶点与靶点之间的网络关系,从整体的角度去探索了它们复杂的作用机制;进一步,实验验证代表性活性成分的神经保护作用。理论与实验相结合,揭示五味子和甘草在防治AD中的分子基础,促进基于五味子和甘草的治疗AD的药物的发现。更为突出的是,筛选发现了以化合物8c和8g为代表的兼具抗神经炎症和促神经突生长活性的先导分子,为多靶点导向的治疗AD药物开发提供了前期基础。
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