冬凌草素对淀粉样蛋白损伤保护的生物学活性研究

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阿尔茨海默病(AD)与年龄相关,以进行性和不可逆转的认知衰退、记忆丧失和行为障碍为主要特征。目前关于AD的发病机制已有多种假说,其中β-淀粉样蛋白(Aβ)级联假说受到了广泛的认可,该假说认为Aβ本身或其寡聚体形式在大脑中的积累引发了强烈的神经毒性,导致氧化应激、突触丧失、炎症反应和tau蛋白过度磷酸化等,是下游神经元功能障碍的触发因素,也是导致该疾病所有病理特征的首要原因。天然产物具有广泛的生物学活性,包括抗氧化、抗纤维化、抗炎、和抗肿瘤等,在许多疾病的治疗中发挥重要作用。其中冬凌草素(Ori)、人参皂苷Re(Re)和20(S)-原人参三醇(20(S)-PPT)在Aβ损伤的细胞和小鼠中表现出优秀的抗氧化功能,能够调节氧化应激,减少细胞凋亡,发挥神经保护作用。SH-SY5Y细胞具有明显的神经元形态和广泛分支的神经元突起,在探究神经系统疾病的发病机制及药物作用机制中发挥关键作用。C.elegans寿命相对较短且易于操纵,非常适合研究衰老和年龄相关疾病,其中转人源Aβ1-42基因的CL4176是研究Aβ损伤的模式生物。因此本实验选用SH-SY5Y细胞和CL4176线虫,探究天然产物Ori、Re和20(S)-PPT是否具有抗Aβ损伤作用及其作用机制,为今后天然产物的抗AD作用研究提供基础。我们首先建立Aβ损伤的细胞模型,以研究天然产物对Aβ损伤的修复作用。确定在37℃条件下,SH-SY5Y细胞与预孵育过的25μM的Aβ1-42孵育24 h后,经过MTT评价细胞存活率为对照组的66.4%,表明Aβ可以损伤细胞;同时确定Ori、Re和20(S)-PPT作用于SH-SY5Y细胞的适宜作用范围。细胞保护作用研究表明,Ori(0.5μM)和Re(25μM)对Aβ1-42造成的SH-SY5Y细胞损伤具有一定的保护作用,而20(S)-PPT浓度≥2.5μM时,细胞活力甚至低于Aβ损伤组。对于更低浓度的20(S)-PPT能否发挥抗Aβ损伤作用尚且存疑,在本研究中最终选择Ori和Re进行保护机制研究。通过流式细胞检测天然产物对Aβ损伤保护的作用,发现Ori和Re能够显著减轻Aβ1-42引起的细胞凋亡。Ori和Re可能通过降低细胞内ROS含量来抑制细胞凋亡,以减轻Aβ1-42引起的氧化损伤。结合q RT-PCR检测和Western Blot结果说明,Ori和Re能够上调Bcl-2在细胞中的表达从而减少细胞凋亡。结果表明,25μM的Aβ1-42作用于SH-SY5Y细胞后可对细胞产生氧化损伤,并引起细胞活力的下降,而Ori和Re可以通过调节氧化应激减少细胞凋亡,发挥针对Aβ损伤的保护作用。基于Ori和Re对Aβ损伤细胞的保护作用,采用模式生物CL4176线虫继续探究其对Aβ损伤的保护活性。在探究Ori和Re在线虫中的Aβ损伤保护作用之前,首先通过对热激条件下野生型N2线虫的寿命检测确定Ori和Re的安全性并筛选出二者作用于线虫的最适浓度。250μM的Ori和Re可以延长CL4176线虫平均寿命并延缓瘫痪,结果表明Ori和Re在CL4176线虫中具有抗Aβ损伤的保护作用。通过对CL4176线虫总产卵量的统计,表明Ori和Re对线虫的生殖无不良影响。进一步研究发现,在CL4176线虫体内Ori和Re可能是通过降低ROS含量和提高SOD酶活力以抵抗Aβ损伤。Ori可上调CL4176线虫hsf-1和daf-16的m RNA水平,表明其可能通过调节Aβ折叠和提高抗氧化活性发挥抗Aβ损伤作用。天然产物有效成分Ori和Re通过抗氧化方式减轻Aβ诱导的氧化损伤,并提升CL4176线虫抗氧化能力抑制Aβ毒性,延缓线虫衰老与瘫痪。Ori还可通过上调hsf-1基因抑制Aβ聚集。本研究补充Ori在SH-SY5Y细胞和模式线虫的研究,为Ori和Re在SH-SY5Y细胞和CL4176线虫中的抗Aβ毒性提供佐证,为AD的预防和治疗提供基础。
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