星形胶质细胞-神经元偶联失衡在AD发生进展中的作用及益肾填髓中药的干预机制

星形胶质细胞是中枢神经系统(CNS)重要的神经细胞类型,主要发挥营养与支持作用。星形胶质细胞与神经元之间存在密切的能量与物质偶联关系,能量偶联与物质偶联两者紧密关联、交互为用。近年来大量研究显示,星形胶质细胞-神经元偶联失衡在阿尔茨海默病(AD)的发生与进展中发挥核心作用,星形胶质细胞-神经元偶联网络失衡已成为AD干预的重要靶标并受到日益关注。中医学认为,AD的主要病机是肾虚髓亏,临床常用益肾填髓中药方剂治疗AD取得较好效果。研究发现大量益肾填髓方剂对星形胶质细胞-神经元偶联失衡具有调节和保护作用,中药方剂治疗AD的益肾填髓功效可能与其调节星形胶质细胞-神经元偶联失衡有一定的内在联系。该文就星形胶质细胞-神经元偶联失衡与AD肾虚髓亏病机之间可能内在联系及益肾填精中药干预机制的研究进展做一综述。

地黄饮子调节PI3K/Akt信号通路保护AD小鼠脑组织星形胶质细胞损伤及糖酵解的作用机制

目的:研究地黄饮子调节磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)信号通路,改善阿尔茨海默病(AD)小鼠脑组织星形胶质细胞损伤和糖酵解,提高AD小鼠认知功能的作用机制。方法:将40只4月龄雄性APP/PS1转基因小鼠随机分为模型组、模型+地黄饮子(2.5 g·kg^(-1))组,每组20只;同背景、同月龄C57BL/6J小鼠40只,随机分为正常组、正常+地黄饮子(2.5 g·kg^(-1))组,每组20只。正常+地黄饮子组和模型+地黄饮子组给予地黄饮子灌胃,正常组和模型组均给予等量无菌生理盐水,每天灌胃1次,连续给药150 d。Morris水迷宫实验测试小鼠定位航行与空间探索能力。蛋白免疫印迹法(Western blot)检测小鼠脑组织PI3K、Akt蛋白及其磷酸化水平,以及磷酸果糖激酶-1(PFK-1)、乙醛脱氢酶3家族B2(ALDH3B2)蛋白表达。免疫荧光法评估星形胶质细胞形态及ALDH3B2的表达。结果:与正常组比较,模型组小鼠在定位航行实验第2~5天中逃避潜伏期明显延长(P<0.05,P<0.01),穿越平台目标区域次数和目标象限停留时间明显减少(P<0.05,P<0.01),在相对象限停留时间明显增加(P<0.05),星形胶质细胞胞体表面积和细胞突起总长度明显增加(P<0.05,P<0.01),PI3K、Akt磷酸化水平、ALDH3B2、PFK-1蛋白表达量显著降低(P<0.01),而正常+地黄饮子组小鼠的上述实验指标差异无统计学意义。与模型组比较,模型+地黄饮子组小鼠在定位航行实验第2~5天中逃避潜伏期明显缩短(P<0.05,P<0.01),穿越平台次数和目标象限停留时间明显增加(P<0.05,P<0.01),在相对象限停留时间明显降低(P<0.05),星形胶质细胞胞体表面积和细胞突起总长度明显减少(P<0.05),PI3K、Akt磷酸化水平和ALDH3B2、PFK-1蛋白表达量显著提高(P<0.01)。结论:地黄饮子通过激活PI3K/Akt信号通路,上调PFK-1、ALDH3B2蛋白表达量,保护AD小鼠脑组织星形胶质细胞损伤,提高糖酵解活性,改善AD小鼠学习记忆能力。

地黄饮子改善AD小鼠脑星形胶质细胞能量代谢障碍及自噬损伤的作用机制

目的:研究地黄饮子改善阿尔茨海默病(AD)模型小鼠脑组织星形胶质细胞损伤,调节能量代谢和自噬障碍的作用机制。方法:4月龄雄性APP/PS1转基因小鼠40只,随机分为模型组、模型+地黄饮子组(2.5 g·kg^(-1)),每组20只;同背景、同月龄C57BL/6J小鼠40只,随机分为正常组、正常+地黄饮子组(2.5 g·kg^(-1)),每组20只。正常组和模型组均给予等量无菌生理盐水,每天灌胃1次,连续给药150 d。通过新物体识别实验和小鼠跳台实验评价小鼠学习记忆能力。免疫荧光法和蛋白免疫印迹法(Western blot)检测星形胶质细胞中胶质纤维酸性蛋白(GFAP)的表达。高效液相色谱法检测小鼠脑组织中三磷酸腺苷(ATP)、二磷酸腺苷(ADP)、单磷酸腺苷(AMP),并计算能荷(EC)水平。Western blot检测小鼠脑组织肝激酶B1(LKB1)、腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)、自噬激活激酶1(ULK1)、哺乳动物雷帕霉素靶点(mTOR)的磷酸化水平及自噬相关蛋白Beclin-1、微管相关蛋白1轻链3(LC3)-Ⅱ/LC3-Ⅰ、p62的表达水平。结果:与正常组比较,模型组小鼠新物体识别实验辨别指数显著下降(P<0.01),跳台实验停留潜伏期显著缩短,错误次数显著增加,星形胶质细胞GFAP蛋白表达显著上调,脑组织ATP、ADP含量及EC值显著降低,AMP含量显著上升,AMPK、LKB1、mTOR磷酸化水平和p62蛋白表达显著升高,ULK1磷酸化水平和Beclin-1、LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ蛋白表达显著下降(P<0.01);正常+地黄饮子组小鼠中上述实验指标则差异无统计学意义。与模型组比较,模型+地黄饮子组小鼠新物体识别实验辨别指数明显增加(P<0.05),跳台实验停留潜伏期显著延长(P<0.01),错误次数显著减少(P<0.01),星形胶质细胞GFAP蛋白表达量明显下降(P<0.05),脑组织ATP、ADP含量及EC值明显升高(P<0.05,P<0.01),AMP含量明显下降(P<0.05),AMPK、LKB1和mTOR磷酸化水平和p62蛋白表达显著降低,ULK1磷酸化水平和Beclin-1、LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ蛋白表达显著升高(P<0.01)。结论:地黄饮子通过保护星形胶质细胞,改善AD小鼠脑内能量代谢和自噬障碍,提高模型小鼠学习记忆能力。

地黄饮子改善AD小鼠星形胶质细胞损伤调节突触结构功能的作用机制

目的:探讨地黄饮子改善AD小鼠脑中星形胶质细胞损伤及保护突触结构功能的作用机制。方法:40只4月龄雄性APP/PS1转基因小鼠随机分为模型组、模型+地黄饮子(2.5 g·kg^(-1))组,每组20只;40只同背景、同月龄C57BL/6J小鼠,随机分为正常组、正常+地黄饮子(2.5 g·kg^(-1))组,每组20只。正常+地黄饮子组和模型+地黄饮子组给予地黄饮子灌胃,正常组和模型组均给予等量无菌生理盐水,每天灌胃1次,连续给药150 d。采用小鼠避暗箱实验和Y迷宫自由交替实验测试小鼠学习记忆能力。采用液质联用质谱仪(LC-MS)测定样品中谷氨酸(Glu)和谷氨酰胺(Gln)含量;长时程增强(LTP)实验检测脑组织的突触可塑性;蛋白免疫印迹法(Western blot)检测小鼠脑组织兴奋性氨基酸转运蛋白2(EAAT2),突触后致密物-95(PSD95)及突触素(SYN)的表达水平;免疫荧光法评估EAAT2的定位及表达;比色法检测小鼠脑组织Na^(+)-K^(+)ATP酶活性。结果:与正常组比较,模型组小鼠在避暗箱实验中停留潜伏期显著缩短(P<0.01),错误次数显著增多(P<0.01),Y迷宫实验中自发交替反应率显著减少(P<0.01),进臂总次数差异无统计学意义,EAAT2,PSD95和Synaptophysin表达量显著降低(P<0.01),Na^(+)-K^(+)ATP酶活性显著下降(P<0.01),Glu水平显著升高(P<0.01),Gln水平显著降低(P<0.01),相对群峰电位(PS)幅值和兴奋性突触后电位(EPSP)斜率明显降低(P<0.05,P<0.01),而正常+地黄饮子组小鼠的上述实验指标差异没有统计学意义。与模型组比较,模型+地黄饮子组小鼠在避暗箱实验中停留潜伏期明显增加(P<0.05),错误次数显著减少(P<0.01),Y迷宫实验中自发交替反应率显著升高(P<0.01),进臂总次数差异无统计学意义,EAAT2,PSD95和Synaptophysin表达量显著升高(P<0.01),Na^(+)-K^(+)ATP酶活性显著增加(P<0.01),Glu水平显著降低(P<0.01),Gln水平显著升高(P<0.01),相对PS幅值和EPSP斜率显著升高(P<0.01)。结论:地黄饮子通过保护星形胶质细胞,增加Glu摄取,减少其异常累积,保护突触结构与功能,改善AD小鼠认知功能障碍。

脑心安胶囊对慢性脑缺血致血管性认知障碍大鼠胶质细胞激活及炎性反应的调节作用

目的:以慢性脑缺血致血管性认知障碍(VCI)大鼠为模型,探讨脑心安胶囊对VCI大鼠脑内胶质细胞激活及炎性损伤的保护作用。方法:150只大鼠随机分为假手术组(20只)和造模组(130只),采用双侧颈动脉结扎法(2-VO)造模。造模成功的87只大鼠,随机分为模型组、阳性药组(安理申,0.5 mg·kg-1),脑心安低、中、高剂量组(0.18,0.36,0.72 g·kg-1),每组17~18只大鼠。经灌胃给予脑心安8周后,采用Morris水迷宫和避暗箱实验检测脑心安对VCI大鼠记忆能力的影响,苏木素-伊红(HE)染色法观察大鼠大脑海马CA1区神经细胞结构变化,原位末端标记法(TUNEL)染色检测大鼠海马神经细胞凋亡水平,蛋白免疫印迹法(Western blot)检测大鼠脑内胶质纤维酸性蛋白(GFAP),离子钙结合衔接分子-1(Iba-1)表达水平,测定p38有丝分裂原活化蛋白激酶(p38 MAPK)和核转录因子-κB(NF-κB)磷酸化水平,酶联免疫吸附测定法(ELISA)测定脑内炎性因子白细胞介素-1β(IL-1β)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)水平。结果:与假手术组比较,模型组大鼠空间学习记忆能力和记忆保持能力均明显下降(P<0.05,P<0.01),大脑海马CA1区神经元出现明显损伤,细胞凋亡率显著升高(P<0.01),GFAP,Iba-1表达均显著上调(P<0.01),p38 MAPK,NF-κB磷酸化水平显著增加(P<0.01),炎性因子IL-1β,TNF-α水平升高(P<0.01)。与模型组比较,脑心安各剂量组均能显著改善模型大鼠空间学习记忆能力和记忆保持能力(P<0.05,P<0.01),改善海马CA1区神经元损伤,降低神经细胞凋亡率(P<0.05,P<0.01),下调GFAP,Iba-1表达量(P<0.01),降低p38 MAPK,NF-κB磷酸化水平(P<0.05,P<0.01),降低TNF-α,IL-1β水平(P<0.01)。结论:脑心安胶囊通过抑制慢性脑缺血诱发的大鼠脑内小胶质细胞和星形胶质细胞活化,抑制p38 MAPK和NF-κB激活导致的中枢神经炎性损伤,改善慢性脑缺血导致的VCI。

脑心安胶囊激活CREB/PGC-1α改善慢性脑缺血致VCI大鼠线粒体及氧化损伤的作用机制

目的:以慢性脑缺血致血管性认知障碍(VCI)大鼠为模型,探究脑心安胶囊对VCI大鼠脑组织线粒体功能障碍及其导致的氧化损伤的保护作用。方法:150只大鼠采用随机数字法分为造模组(130只)和假手术组(20只),以双侧颈动脉结扎法(2-VO)造模,制成慢性脑缺血大鼠模型。经筛选,将造模组中VCI造模成功的87只大鼠,随机分为模型组、阳性药组(安理申,0.5 mg·kg^(-1)),脑心安胶囊低、中、高剂量组(0.18、0.36、0.72 g·kg^(-1)),每组17~18只大鼠。经灌胃给予脑心安胶囊8周后,采用大鼠新物体识别和Y迷宫实验测定脑心安胶囊对VCI大鼠学习记忆和工作记忆的影响。以免疫荧光染色法测定大鼠脑组织8-氧鸟嘌呤(8-OxoG)含量,分光光度法测定大鼠脑组织线粒体呼吸链复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ的活性、线粒体的肿胀度、线粒体膜电位、丙酮酸脱氢酶(PDH)和α-酮戊二酸脱氢酶(KGDH)活性,电镜观察大鼠脑组织线粒体亚显微结构,蛋白免疫印迹法(Western blot)测定脑组织环磷腺苷酸反应元件结合蛋白(CREB)磷酸化水平和过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子-1α(PGC-1α)、核呼吸因子-1(NRF-1)和线粒体转录因子A(mt-TFA)蛋白表达水平,光化学法测定大鼠线粒体状态ⅣHO生成和脑内超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性及丙二醛(MDA)水平。结果:与假手术组比较,模型组大鼠新物体辨别指数和Y迷宫自发交替反应率显著下降(P<0.01),脑组织ROS生成量明显增加(P<0.01),线粒体膜电位和肿胀度A值显著下降(P<0.01),线粒体明显肿胀,电镜观察显示脑组织线粒体出现显著的空泡、嵴断裂等亚显微结构结构损伤,CREB磷酸化水平和PGC-1α、NRF-1和mt-TFA蛋白表达水平均显著降低(P<0.01),脑组织中PDH、KGDH活性和线粒体呼吸链复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ活性均明显下降(P<0.01),线粒体状态ⅣHO生成显著增加(P<0.01),MDA含量明显升高(P<0.01),SOD及GSH-Px活性均显著降低(P<0.01)。与模型组比较,脑心安胶囊各剂量均能够明显提高VCI大鼠新物体辨别指数(P<0.05,P<0.01)和自发交替反应率(P<0.05,P<0.01),减少脑组织ROS生成量(P<0.01),提高线粒体膜电位和肿胀度A值(P<0.05,P<0.01),减少线粒体肿胀程度和线粒体亚显微结构损伤,提高CREB磷酸化水平和上调PGC-1α、NRF-1和mt-TFA蛋白表达(P<0.05,P<0.01),提高PDH、KGDH和线粒体呼吸链复合物Ⅲ、Ⅳ的活性(P<0.01),降低线粒体状态ⅣHO生成量(P<0.01),降低MDA含量(P<0.05,P<0.01),提高SOD及GSH-Px活性(P<0.01)。结论:脑心安胶囊通过激活CREB/PGC-1α通路,保护线粒体结构、功能,提高机体抗氧化能力,抑制慢性脑缺血诱导的线粒体功能障碍及其氧化损伤,改善慢性脑缺血导致的大鼠血管性认知障碍。