叶黄素对炎症及氧化应激诱导的神经细胞损伤的保护作用及分子机制研究

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随着世界人口老龄化问题的日益突出,如阿尔兹海默症(Alzheimer’s disease,AD)、帕金森症(Parkinson’s disease,PD)等与衰老紧密相关的神经退行性疾病(Neurodegenerative disease)正在严重威胁着老年人健康。因此,研究神经退行性疾病的干预策略对于维护人类健康具有重要意义。其中膳食补充具有神经营养和保护功能的食品功能因子已经成为干预神经退行性疾病的一种新型研究方向。叶黄素(Lutein)是一种存在于深色果蔬中的含氧类胡萝卜素,是神经系统中含量最高的类胡萝卜素,对于神经系统发育和维持正常功能都具有重要意义。已有报道证明叶黄素具有良好的神经保护作用,如补充适宜剂量的叶黄素可以显著改善老年性黄斑变性和老年人认知下降,但是目前仍缺乏对叶黄素神经保护作用及分子机制的深入研究。近年来大量研究揭示了神经退行性疾病的各种发病机制,为干预神经退行性疾病提供了潜在靶点,其中神经炎症和氧化应激诱导的神经细胞损伤是神经退行性疾病发病过程中关键因素。目前叶黄素对神经炎症和氧化应激诱导的神经细胞损伤的保护作用尚未报道。因此,本研究将探索叶黄素对神经炎症和氧化应激诱导的神经细胞损伤的保护作用及分子机制,以期为叶黄素作为一种新型神经保护功能因子干预神经退行性疾病的应用奠定理论基础。研究内容具体如下:(1)叶黄素对炎症诱导的神经细胞损伤的保护作用及分子机制研究采用叶黄素预处理神经细胞来干预脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)诱导的神经细胞炎症损伤。研究表明,叶黄素可以显著改善LPS诱导的神经细胞损伤;同时叶黄素能够显著抑制LPS诱导的神经细胞中炎症因子水平,如一氧化氮(Nitric oxide,NO),肿瘤坏死因子-α(Tumor Necrosis Factor,TNF-α),白细胞介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)等;并且叶黄素能够抑制诱导型一氧化氮合酶(inducible NOS,i NOS)和环氧合酶-2(Cyclooxygenase-2,COX-2)等炎症相关酶的表达;进一步研究表明,叶黄素通过抑制炎症相关信号通路如p38、JNK、Akt调节的炎症相关核转录因子NF-κB的核迁移,从而抑制炎症反应,这可能是叶黄素抑制LPS诱导的炎症反应的分子机制之一。(2)叶黄素通过调控Akt信号通路的神经保护作用及分子机制研究研究证明叶黄素能够时间依赖性的激活Akt信号通路,进而磷酸化天冬酰胺内肽酶(Asparagine endopeptidase,AEP),抑制AEP激活并减少AEP诱导的Tau和α-synuclein神经毒性作用。因此激活Akt信号通路是一种重要的神经保护作用机制。鉴于叶黄素能够激活Akt信号通路,因此提示叶黄素具有通过激活Akt信号通路而抑制AEP毒性的潜在神经保护作用。(3)叶黄素改善氧化应激诱导的神经细胞损伤的分子机制研究研究表明叶黄素能够显著降低神经细胞内活性氧(Reactive oxygen species,ROS)水平,抑制氧化应激。进一步研究显示,在MPP+、Tau和α-synuclein诱导的氧化应激损伤神经细胞模型中,通过激活Akt信号通路能够抑制氧化应激诱导的AEP神经毒性作用,显著改善神经细胞损伤。因此激活Akt信号通路是抑制氧化应激诱导神经细胞损伤的关键分子机制。鉴于之前研究已经证明叶黄素能够激活Akt信号通路,所以提示叶黄素具有通过激活Akt信号通路而抑制氧化应激诱导的神经细胞损伤的潜在保护作用。(4)叶黄素通过Nrf2调控神经细胞氧化还原平衡的分子机制研究研究表明在损伤神经细胞中,叶黄素预处理通过激活ERK1/2引起神经细胞抗氧化系统相关核转录因子Nrf2向细胞核转移,增加神经细胞内抗氧化系统相关酶和蛋白表达,一方面促进NAD(P)H:醌氧化还原酶(NQO1)和血红素氧化酶(HO-1)等二相酶表达,另一方面上调谷胱甘肽(GSH)含量,恢复谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)和谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-GCS)活性,从而提高神经细胞内抗氧化能力,清除过量活性氧,恢复神经细胞内氧化还原平衡,抑制氧化应激损伤神经细胞。综上所述,本研究揭示叶黄素具有抑制神经炎症和氧化应激诱导的神经细胞损伤的神经保护作用,并进一步阐明了其作用的分子机制,研究表明叶黄素具有干预神经退行性疾病的巨大潜力。因此本研究为叶黄素开发成为一种新型神经保护功能因子来干预神经退行性疾病的应用奠定了理论依据。
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