桑葚花色苷的代谢及对铅致神经细胞损伤的营养干预机制研究

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铅是环境中广泛存在的一种有毒重金属,在体内具有蓄积性和多脏器毒性,尤其对神经系统会产生很强的毒性,造成神经细胞损伤,损害人们的认知、学习和记忆能力,严重影响人们的日常学习和工作,因此,如何防治铅污染导致的神经毒性是亟待研究的课题。桑葚为多年生桑科落叶乔木桑树的成熟果穗,花色苷为桑葚中主要的活性成分,是一类广泛分布于植物中的水溶性天然多酚类色素,因具有神经保护和抗氧化等活性而成为目前研究的热点之一。鉴于此,本文以桑葚花色苷单体为研究对象,分析鉴定其在体内、体外代谢产物,探讨其代谢规律;采用大鼠慢性铅暴露模型,研究桑葚花色苷单体及其代谢产物对铅致神经细胞损伤的干预作用,筛选出具有神经保护作用的活性物质;并从分子水平上探明桑葚花色苷单体对铅致神经细胞损伤的干预机制,为桑葚花色苷的应用提供科学依据,为通过营养干预途径预防铅致神经毒性提供基础,该研究对环境与健康具有重要意义。主要内容如下:(1)采用Amberlite XAD-7HP大孔树脂和高速逆流色谱(HSCCC),从桑葚粗提物中分离纯化得到三种高纯度的桑葚花色苷单体,核磁和质谱结构鉴定显示,这三种花色苷单体分别为矢车菊素-3-O葡萄糖苷(C3G)、矢车菊素-3-O芸香糖苷(C3R)和飞燕草素-3-O芸香糖苷(D3R)。(2)采用模拟胃、肠液消化及鼠肠道菌群代谢分析鉴定三种桑葚花色苷单体(C3G、C3R、D3R)在体外代谢产物,探讨桑葚花色苷的体外代谢规律。研究结果表明,在模拟胃液中,花色苷主要以原型的形式存在,少量花色苷代谢成甲基化的形式;在模拟肠液中,花色苷发生降解与转化,C3G与C3R主要代谢为原儿茶酸(PCA)与2,4,6-三羟基苯甲醛,D3R主要代谢为没食子酸与2,4,6-三羟基苯甲醛;在鼠肠道菌群试液中,三种桑葚花色苷单体在前4 h迅速代谢,C3G在6 h代谢完全,C3R和D3R到8 h代谢完全,C3G和C3R主要代谢为PCA、香草酸、对香豆酸和2,4,6-三羟基苯甲醛;D3R主要代谢为没食子酸、丁香酸和2,4,6-三羟基苯甲醛。可见,桑葚花色苷通过糖苷键的断裂和苷元的降解,产生大量酚酸及酚酸衍生物。(3)采用健康SD大鼠,研究C3G在大鼠体内的代谢动力学和代谢产物,探讨桑葚花色苷的体内代谢规律。研究结果表明,C3G在体内的动力学参数(t1/2,Cmax,Tmax,MRT和AUC0→∞)符合一室模型。大鼠血浆中C3G的浓度在1 h达峰,并迅速分布至胃、肠、肝脏、肾脏及脑组织。液质联用分析鉴定结果显示,脏器(脑、肝、肾、胃、肠)、血浆及排泄物(尿液、粪便)中均有原型及甲基化花色苷检出;而血浆及肝脏中,代谢产物以PCA、原儿茶酸-葡萄糖苷、原儿茶酸-硫酸盐、羟基苯甲酸、香草酸为主;肾脏、尿液及粪便中,主要代谢产物为马尿酸、阿魏酸以及羟基苯甲酸;肠中,主要代谢产物为PCA、香草酸、羟基苯甲酸、2,4,6-三羟基苯甲酸。(4)采用大鼠慢性铅暴露模型,研究桑葚花色苷单体C3G及其主要代谢产物之一PCA对铅致大鼠学习记忆功能损伤的影响,发现桑葚花色苷单体C3G是对铅致神经细胞损伤干预效果好的活性物质。行为学实验显示,C3G低、中、高剂量可显著降低水迷宫定向航行和主动回避的逃避潜伏期(p<0.05);大鼠体内金属含量研究显示,C3G低、中、高剂量可显著降低大鼠血液及组织中的铅含量(p<0.05),C3G中、高剂量可显著降低大鼠骨中的铅含量(p<0.05);大鼠体内生化指标的研究结果显示,C3G低、中、高剂量可显著提高脑组织中的ACH、EEA、DA、NE、5-HT和NO的含量,以及NOS、SOD和GSH-Px的活性;显著降低的MDA含量;同时,C3G低、中、高剂量可显著提高肝脏中SOD的活性,显著降低MDA含量;C3G中、高剂量可显著提高肾脏中SOD的活性,显著降低肾脏中的MDA含量,并显著提高血液中转氨酶(ALT和AST)的含量。可见,C3G可通过减少铅在机体内的蓄积,改善铅致大鼠机体氧化损伤,提高与学习记忆相关酶的表达。(5)采用大鼠慢性铅暴露模型,研究C3G对铅致神经细胞cAMP-PKA-CREB信号通路抑制的干预机制。结果表明,C3G可通过促进兴奋性氨基酸受体NMDA的表达,促进胞外Ca2+通过电压依赖性钙通道和NMDA受体通道进入细胞内,激活CaMKⅡ和PKC,并进一步激活nNOS的氧化活性,促进nNOS氧化L-精氨酸产生NO;Ca2+内流,激活钙调蛋白,钙调蛋白通过腺苷酸环化酶合成cAMP,进而激活PKA,并通过扩散反馈到突触前膜,产生大量谷氨酸递质;而PKA和PKC进入细胞核内后,通过磷酸化激活CREB,p-CREB促进合成新的与学习记忆相关的蛋白;同时,第二信使cAMP激活PKA,促使PKA的催化亚基释放并进入核内,启动第三信使即早基因的表达,促使短期记忆转为长期记忆,形成LTP,从而提高学习记忆能力,可见,桑葚花色苷C3G可调节cAMP-PKA-CREB神经通路中的相关蛋白和基因的表达,改善铅诱导的学习记忆能力损伤,在饮食营养干预防治铅致神经方面具有较好的应用前景。
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