单一聚合度壳寡糖的分离及其对帕金森模型小鼠的神经保护作用研究

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帕金森病(Parkinson′s disease,PD)是一种常见于老年人群的神经退行性疾病,全球近600万65岁以上的老年人患病。目前临床上用于PD的药物只能缓解患者的临床症状,但是长期使用会导致患者在PD的晚期出现一系列运动并发症,给患者的日常生活带来更大的不便。因此,筛选毒副作用小和神经保护作用强的天然神经保护剂用于预防或缓解PD的发展显得尤为重要。壳寡糖(Chitosan oligosaccharide,COS)作为一种新食品原料,具有多种生物活性,且被证明能预防或缓解多种神经退行性疾病的发展,是一种有潜力的神经保护剂。COS的聚合度(Degree of polymerization,DP)与其生物活性密切相关,但以往的研究大多以包含多种DP的混合物进行研究,无法评价具体哪些DP的COS分子发挥了作用。并且关于COS是否能跨过血脑屏障进入大脑发挥神经保护作用还没有足够的数据支撑。因此,本文通过分离纯化制备了不同DP的COS,探究其血脑屏障通透性及其在体内的吸收分布情况,通过小鼠实验评价了不同DP的COS对PD的预防干预效果及其作用机制,为合理地将COS用于PD的预防干预提供一定的理论依据。论文的具体工作和结论如下:1)单一DP的COS的分离制备。本实验选择吸附量大的D75大孔强酸性阳离子交换树脂分离制备单一DP的COS,并通过薄层色谱、高效液相色谱、质谱和核磁共振氢谱分析对其进行分析鉴定。实验结果显示,分离制备得到四个组分分别为壳二糖(Chitobiose,COS2)、壳三糖(Chitotriose,COS3)、壳四糖(Chitotetraose,COS4)和壳五糖(Chitopentaose,COS5),纯度分别为93.44%、93.30%、91.48%和93.11%,分子离子峰的m/z分别为341、502、664和825,α和β构型比例分别为2:1、1:2、10:1和5:6。通过阶段性等度洗脱使得COS2、COS3和COS4的回收率提高到50%以上。2)不同DP的COS血脑屏障通透性及其在体内的吸收分布研究。本研究采用异硫氰酸荧光素(Fluorescein isothiocyanate,FITC)荧光标记手法结合活体成像技术以及荧光定量分析检测不同DP的COS在体内的吸收分布情况。实验结果表明,借助活体成像可以直观地观察到COS2、COS3、COS4和COS5均可以通过血脑屏障分布到脑组织。采用荧光分光光度计定量分析,结果显示COS2、COS3、COS4和COS5均能吸收入血,能跨过血脑屏障分布到脑组织中,主要分布在肾脏和肝脏中,其次分布在心脏和脾脏,少量分布在肺和脑组织;不同DP的COS在肾脏和肝脏的分布量与DP呈正相关,而在血清、心、脾、肺和脑组织中的峰值分布量均为COS2>COS4>COS3>COS5。3)不同DP的COS对PD模型小鼠的神经保护作用研究。本研究将分离制备得到的不同DP的COS以65 mg/kg的剂量给C57BL/6J小鼠灌胃,连续灌胃14天,在最后5天以30 mg/kg的剂量给小鼠腹腔注射1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine,MPTP)诱导PD模型。通过行为学实验以及病理学相关指标评价其作用效果并探讨其潜在的作用机制。结果显示,COS2、COS3、COS4和COS5预防干预给药后,均可以缩短PD小鼠的爬杆时间、增加PD小鼠的悬挂评分和运动量,可以显著性缓解PD小鼠的运动障碍;可以增加PD小鼠纹状体中TH蛋白的表达量,保护黑质TH阳性细胞(多巴胺能神经元);COS3和COS5的作用效果略优于COS2和COS4。此外,四个COS组分预防干预给药后,均可以显著性缓解α-synuclein的过度表达,COS2的作用效果优于其它三个COS组分。四个COS组分预防干预给药后,还可以增加纹状体中DAT的表达量;降低纹状体中炎症因子TNF-α、IL-1β和IL-6的释放量,减少小胶质细胞和星形胶质细胞的异常增生,缓解PD小鼠的神经炎症;还可以上调PI3K和Akt的磷酸化表达,上调Bcl-2蛋白的表达,下调Bax和c-caspase3蛋白的表达,激活PI3K/Akt/Bcl-2通路,减少细胞凋亡,保护多巴胺能神经元。综上所述,本研究证实了自制的COS2、COS3、COS4和COS5均可以通过血脑屏障进入大脑组织;且四个组分预防干预给药后,对PD均有显著性的预防缓解作用,其中COS3和COS5对多巴胺能神经元的保护作用略优于COS2和COS4。
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