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花椒中的羟基-α-山椒素通过Nrf2/HO-1信号通路对D-半乳糖/AlCl3诱导的阿尔茨海默病样小鼠的保护作用

期刊:european journal of pharmacologyDOI:10.1016/j.ejphar.2021.174691

本文档属于类型a,即报告了一项原始研究的科学论文。以下是针对该研究的学术报告:

作者及研究机构
本研究由Yujie Liu、Xianglong Meng、Lin Sun、Ke Pei、Lin Chen、Shuosheng Zhang和Meibian Hu共同完成。Yujie Liu和Xianglong Meng来自山西中医药大学制药与食品工程学院(Institute of Pharmaceutical & Food Engineering, Shanxi University of Chinese Medicine),Lin Chen来自成都医学院药学院(School of Pharmacy, Chengdu Medical College)。研究论文发表于《European Journal of Pharmacology》期刊,2022年第914卷,文章编号174691,于2021年12月8日在线发表。

学术背景
阿尔茨海默病(Alzheimer’s Disease, AD)是一种进行性神经退行性疾病,以学习和记忆功能逐渐丧失为主要特征。随着全球人口老龄化的加剧,AD已成为全球性的健康问题。目前,AD的确切发病机制尚不明确,且缺乏有效的治疗方法。现有治疗策略(如N-甲基-D-天冬氨酸受体拮抗剂和乙酰胆碱酯酶抑制剂)仅能改善行为变化和部分记忆缺陷,但无法阻止疾病进展。因此,开发新的治疗策略迫在眉睫。

氧化应激被认为是AD发病和进展的重要环节。活性氧(Reactive Oxygen Species, ROS)的生成与清除失衡会导致中枢神经系统(Central Nervous System, CNS)的广泛损伤,从而加速AD的发生和发展。D-半乳糖(D-galactose, D-gal)和氯化铝(Aluminum Chloride, AlCl3)联合诱导的动物模型能够模拟AD患者的病理变化,包括胆碱能功能障碍、认知障碍、氧化应激和神经退行性变等。本研究旨在探讨花椒(Zanthoxylum bungeanum Maxim.)果皮中的羟基-α-山椒素(Hydroxy-α-sanshool, HAS)对D-gal/AlCl3诱导的AD样小鼠模型的保护作用,并通过Nrf2/HO-1信号通路探索其机制。

研究流程
研究分为以下几个步骤:
1. 化学试剂与药物准备:HAS从花椒果皮中提取,纯度高于98%。D-gal和AlCl3购自Sigma Aldrich。所有抗体和ELISA试剂盒均从专业公司采购。
2. 动物实验设计:使用ICR小鼠(20±2 g)建立D-gal/AlCl3诱导的AD样模型。小鼠分为五组:正常对照组、模型组和三个HAS治疗组(1.25、2.5和5.0 mg/kg)。除正常对照组外,其他组每天接受D-gal和AlCl3处理,持续8周。HAS治疗从第5周开始,持续4周。
3. 行为学测试
- 旷场实验(Open Field Test):评估小鼠的自发探索行为,记录小鼠在中央区域的活动时间和总移动距离。
- 莫里斯水迷宫实验(Morris Water Maze, MWM):评估小鼠的空间学习和记忆能力,记录小鼠找到隐藏平台的时间(逃逸潜伏期)以及在目标象限的停留时间和穿越平台位置的次数。
4. 组织病理学评估:小鼠处死后取脑组织,进行H&E染色和尼氏染色(Nissl Staining),观察海马区神经元的形态变化。
5. 生化分析:测定脑组织中超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase, SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathione Peroxidase, GSH-Px)、丙二醛(Malondialdehyde, MDA)和过氧化氢酶(Catalase, CAT)的水平,评估氧化应激程度。
6. 实时定量PCR(qRT-PCR):检测海马组织中Nrf2、HO-1、Bcl-2、Bax、Caspase 3和Cyt-c的mRNA表达水平。
7. 免疫组化分析:检测海马区Nrf2、HO-1、Bcl-2、Bax、Caspase 3和Cyt-c的蛋白表达水平。
8. 数据分析:所有数据以均值±标准差表示,使用GraphPad Prism 7软件进行统计分析,采用单因素方差分析(ANOVA)比较组间差异,P < 0.05为显著性水平。

主要结果
1. 行为学测试结果
- 旷场实验显示,D-gal/AlCl3处理显著减少了小鼠的移动距离和在中央区域的活动时间,而HAS治疗(2.5和5 mg/kg)显著改善了这些行为缺陷。
- 莫里斯水迷宫实验表明,D-gal/AlCl3处理显著延长了小鼠的逃逸潜伏期,并减少了其在目标象限的停留时间和穿越平台位置的次数。HAS治疗显著改善了小鼠的空间学习和记忆能力。
2. 组织病理学结果:H&E染色和尼氏染色显示,D-gal/AlCl3处理导致海马区神经元形态异常和尼氏体数量减少,而HAS治疗显著改善了这些病理变化。
3. 生化分析结果:D-gal/AlCl3处理显著降低了脑组织中SOD、GSH-Px和CAT的活性,并增加了MDA水平。HAS治疗显著逆转了这些氧化应激指标的变化。
4. 分子生物学结果:qRT-PCR和免疫组化分析显示,D-gal/AlCl3处理显著抑制了海马区Nrf2和HO-1的mRNA和蛋白表达,并增加了Bax、Caspase 3和Cyt-c的表达,同时降低了Bcl-2的表达。HAS治疗显著逆转了这些变化,表明其通过激活Nrf2/HO-1信号通路抑制氧化应激和神经元凋亡。

结论
本研究表明,HAS通过激活Nrf2/HO-1信号通路,显著改善了D-gal/AlCl3诱导的AD样小鼠的自发活动缺陷、认知障碍和组织病理学损伤。HAS通过减少MDA生成、增加抗氧化酶活性以及抑制神经元凋亡,发挥了神经保护作用。这些发现表明,HAS具有开发为抗氧化药物用于AD预防和早期治疗的潜力。

研究亮点
1. 首次报道了HAS对D-gal/AlCl3诱导的AD样小鼠模型的保护作用及其机制。
2. 通过多种实验方法(行为学、组织病理学、生化和分子生物学)全面验证了HAS的神经保护作用。
3. 揭示了HAS通过Nrf2/HO-1信号通路抑制氧化应激和神经元凋亡的分子机制。
4. 为AD的预防和早期治疗提供了新的天然药物候选分子。

其他有价值的内容
本研究为从天然产物中开发AD治疗药物提供了重要线索,并为Nrf2/HO-1信号通路在神经退行性疾病中的作用提供了新的实验证据。此外,研究采用的D-gal/AlCl3诱导的AD模型为AD的病理机制研究和药物筛选提供了可靠的工具。

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