醒脑静注射液及麝香酮改善阿尔茨海默病突触受损的机制研究

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研究背景:阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是常见神经退行性疾病之一,主要表现为学习及记忆功能受到严重损害。目前全球约有5000余万名AD患者,为社会及家庭带来沉重的精神和经济负担。β淀粉样蛋白(β-amyloid,Aβ)在脑内沉积形成老年斑是目前公认的AD病理特征之一,Aβ直接或间接对脑实质内神经元突触结构及功能造成损伤,在AD早期学习记忆障碍中起重要作用,并且这一过程也与N-甲基-d-天冬氨酸(N-methyl-d-aspartate,NMDA)受体以及组蛋白乙酰化水平密切相关。目前AD的发病机制尚未完全明确,对于AD的药物治疗暂未取得显著进展。有研究表明醒脑静注射液(以下简称XNJ)可改善酒精性认知障碍,麝香酮(muscone,Mus)是其主要有效活性成分之一,但XNJ及Mus对AD的疗效和作用机制仍不明确。在本论文中,我们研究了XNJ及其主要活性成分Mus能否改善AD模型小鼠的认知功能障碍,明确了两者对突触可塑性的保护作用,并进一步探究了其中的分子机制。研究方法:在XNJ实验部分,我们对C57BL/6小鼠双侧海马CA1区立体定位注射Aβ1-42寡聚体进行造模,7日后开始连续腹腔注射XNJ,1月后运用新物体识别实验(Novel object recognition,NOR)以及Morris水迷宫(Morris water maze,MWM)评估其认知水平,同时利用蛋白免疫印迹(western blotting,WB)实验检测海马组织突触蛋白以及NMDA受体蛋白表达水平,免疫荧光及高尔基染色方法观察海马CA1区神经元树突棘密度情况,电生理方法检测突触及NMDA受体功能,WB检测雷帕霉素处理前后AKT/mTOR信号通路及NMDA受体蛋白表达水平;同时利用APP/PS1小鼠进行NOR以及长时程增强(long-term potentiation,LTP)检测验证上述结论。在Mus实验部分,我们对野生对照(wild type,WT)和APP/PS1小鼠连续给药1月后行NOR及MWM实验评估认知情况,免疫荧光以及酶联免疫吸附实验(enzyme linked immunosorbent assay,Elisa)方法检测脑内Aβ含量,WB实验验证突触蛋白水平,高尔基染色及电生理LTP实验检测突触的结构与功能情况;并运用体外培养原代神经元,Aβ1-42刺激造模,以CCK8方法观察细胞活性,免疫荧光染色评估神经元形态及突触素的表达。最后,WB检测H3K9乙酰化水平以及环己酰亚胺(cyclohexidine,CHX)处理前后HDAC2蛋白表达量,实时定量PCR(Quantitative PCR,Q-PCR)检测HDAC2 m RNA表达量,并通过免疫共沉淀检测蛋白酶体抑制剂MG132抑制蛋白酶体功能后HDAC2泛素化情况,计算机模拟分子靶点对接检测Mus与HDAC2是否存在直接结合位点。结果:1)XNJ处理后AD小鼠新物体识别探索时间增加,Morris水迷宫实验学习及探索平台能力增强,海马组织突触蛋白水平增加,CA1区树突棘密度增加,突触可塑性提高。2)XNJ处理后AD模型小鼠海马组织NMDA受体蛋白表达及功能受损情况得到缓解;XNJ可以激活AKT/mTOR信号通路,而抑制mTOR可阻断其对受损NMDA受体的保护作用和对认知功能障碍的治疗效果。3)Mus处理后APP/PS1小鼠新物体识别探索时间增加,Morris水迷宫实验学习及探索平台能力增强,脑组织Aβ含量降低,海马组织突触蛋白水平增加,海马CA1区神经元树突复杂性增加,成熟树突棘密度增加,突触可塑性增加;体外实验也验证了Mus可改善Aβ刺激原代神经元引起的活性受损、形态及突触功能结构受损。4)通过体内外实验表明,Mus可增加NR2B和H3K9蛋白乙酰化水平的表达,并下调HDAC2蛋白水平;同时,Mus可促进HDAC2泛素化降解过程;计算机模拟分子对接发现Mus可能与HDAC2存在直接结合位点。结论:1)XNJ可改善AD模型小鼠认知功能障碍,并有效挽救海马脑区突触受损,可能与活化AKT/mTOR信号有关。2)作为XNJ主要活性成分之一,Mus可以改善AD模型小鼠认知功能障碍,并有效挽救海马脑区突触受损;同时,Mus可以减少脑内Aβ含量、提高Aβ刺激后原代神经元的细胞活性、改善神经元形态及突触功能结构。机制研究结果显示,Mus可能通过直接与HDAC2结合,促进HDAC2的泛素化降解,提高组蛋白H3K9乙酰化水平,从而促进NR2B蛋白表达。
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