随着人口老龄化的加剧,与衰老相关的神经退行性疾病如阿尔茨海默病、帕金森病和亨廷顿疾病等已成为国际生物医药领域关注的焦点,但临床上至今还没有能有效治疗这类疾病的药物。尽管这类晚发性神经退行性疾病的发病机理目前还不完全清楚,但疾病蛋白的异常聚集尤其是聚集过程所产生的神经毒性是其共同特征,其中所涉及的重要分子机制之一是聚集前体蛋白的进行性累积和蛋白动态平衡网络的失调,因此,对这些过程和网络的调控有望成为针对这类疾病的有效干预策略。黄芪是一种常用的补益类中药,作为其主要有效成分之一的黄芪多糖具有抗衰老、抗氧化和免疫调节等功能,近年来的研究还证实黄芪多糖具有调节胰岛素信号通路和内质网应激等活性。由于这些功能和信号转导与蛋白动态平衡和衰老的调节具有极为密切的联系,因此黄芪多糖具有调节和改善蛋白聚集毒性的潜力。本文从膜夹黄芪的根中提取制备了黄芪多糖,并通过阴离子交换层析分离得到中性和酸性黄芪多糖,其重量比大致为1：4。气相色谱分析结果显示,中性黄芪多糖的单糖组份为葡萄糖、阿拉伯糖和半乳糖,其摩尔百分比分别为81.6%、11.9%和6.5%；酸性黄芪多糖的单糖组份为半乳糖醛酸、葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖和鼠李糖,其摩尔百分比分别为29.5%、29.0%、19.5%、15.6%和6.4%。本文的后续活性和机理研究工作主要用酸性黄芪多糖进行。在用哺乳动物细胞进行的活性研究中,黄芪多糖在COS-7细胞模型中具有明显的多聚谷氨酰胺(polyQ)聚集抑制活性。进一步研究显示,黄芪多糖既能抑制polyQ在具有白噬能力的Atg5+/+ MEF细胞中的聚集又能抑制polyQ在不具自噬能力的Atg5-/- MEF细胞中的聚集,说明其polyQ聚集抑制活性是非自噬依赖性的。用秀丽线虫polyQ聚集模型AM141进行的实验表明,黄芪多糖具有在动物模型体内抑制polyQ聚集的活性,而且还能将该模型的产卵率恢复到接近野生型秀丽线虫的正常水平。用秀丽线虫polyQ神经毒性模型HA759进行的实验进一步表明,黄芪多糖能够显著延缓由polyQ聚集介导的进行性ASH神经元衰退和死亡过程。不仅如此,黄芪多糖还能延长野生型和上述polyQ秀丽线虫的寿命,说明黄芪多糖的抗polyQ聚集和聚集毒性功能与其衰老延缓作用具有密切联系。用各种信号转导突变模型进行的寿命实验显示,黄芪多糖能够显著延长daf-2和age-1秀丽线虫的寿命,说明其活性并不完全依赖胰岛素信号通路上游的DAF-2 (IGF-1R)和AGE-1 (PI3K)功能。同时,黄芪多糖还能够显著延长自噬缺陷秀丽线虫突变模型的寿命,说明其活性也不是自噬依赖性,验证了上述哺乳动物细胞实验结果。然而,黄芪多糖并不能延长daf-16秀丽线虫突变模型的寿命,说明其活性与胰岛素信号通路下游的最终信号响应者和功能执行者DAF-16(FOXO)转录因子有直接关系。由于DAF-16与秀丽线虫的寿命延长、应激耐受等多种因素和信号通路相关,这些该结果说明黄芪多糖对polyQ聚集及聚集毒性的抑制作用与其延缓衰老等多方面的功能有密切联系。利用野生型秀丽线虫进行的基因微阵分析显示,黄芪多糖对223个基因有上调作用而对176个基因有下调作用,其中包括与寿命调节、应激耐受和蛋白质质量控制等相关基因。实时荧光定量PCR结果表明,黄芪多糖对秀丽线虫DAF-16一系列下游基因具有调控作用,包括与寿命调节和应激耐受相关的scl-20等基因。其中,scl-20基因在没有黄芪多糖作用的情况下在上述两种polyQ秀丽线虫模型中的表达水平都要高于野生型秀丽线虫,说明该基因本身受到polyQ聚集的应激而上调。在黄芪多糖作用后,该基因的表达水平在野生型和polyQ秀丽线虫中依然有不同程度的提高但在daf-16秀丽线虫突变模型中则不能提高,进一步验证了黄芪多糖通过DAF-16转录因子而其作用。本文结果不仅表明黄芪多糖具有抑制polyQ聚集和缓解polyQ聚集神经毒性的功能,而且还能直接延长野生型和polyQ秀丽线虫模型的寿命。在此基础上,本文还揭示了黄芪多糖的活性与衰老调节、应激耐受和蛋白动态平衡调节等因素有密切关系。这些结果为在与衰老相关的神经疾病领域进一步研究和开发黄芪多糖提供了直接前期基础。同时,本文利用各种秀丽线虫模型进行的黄芪多糖作用机理研究为其它天然来源多糖的生物功能和分子机理以及其它抗衰老中药资源在晚发性神经疾病药物领域的进一步开发利用提供了强有力的研发模型。