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佐归丸通过抑制线粒体分裂和激活AMPK/PGC-1α调控机制改善阿尔茨海默症小鼠模型中的认知障碍

期刊:Journal of EthnopharmacologyDOI:10.1016/j.jep.2025.119425

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研究作者及单位

本文的主要作者包括Xirui Yan、Yifang Yang、Weiling Huang、Shuping Fu、Bo Cui、Min Chu、Yang Dong、Yinting Peng、Haiyan Song、Jianrong Shi和Qing Liu。他们主要来自上海中医药大学中医学院、南京中医药大学针灸与推拿研究教育部重点实验室、上海交通大学医学院附属第九人民医院耳鼻咽喉科等多个研究机构。本研究拟发表在《Journal of Ethnopharmacology》期刊,论文接收时间为2025年1月。


研究背景

阿尔茨海默病(Alzheimer’s Disease, AD)是一种全球范围内常见的神经退行性疾病,是老年人认知能力衰退的主要原因,其病程往往具有进行性且难以逆转的特点。因此,针对AD病程早期进行干预尤为重要。在现有文献中,AD病程初期的线粒体功能异常被认为是引发突触功能障碍的重要诱因。此外,β-淀粉样蛋白(Aβ)的沉积,也被认为与线粒体功能障碍形成相互循环的过程。本研究旨在探讨一种传统中药——左归丸(Zuo Gui Wan, ZGW)在治疗AD中的潜在作用机制。

左归丸是一种流传了400年的传统中药汤剂,主要作为抗衰老药物使用,临床上广泛用于治疗认知障碍、骨质疏松等退行性疾病。尽管关于左归丸改善线粒体功能的研究已在老化动物模型中得到报道,其具体机制仍不明确。因此,研究作者希望通过本文填补这一领域的研究空白。

研究的主要目的是在AD动物模型中验证左归丸的治疗效果,并深入探索其作用机制,从线粒体动力学和线粒体生物能量学的角度切入,为AD防治提供潜在的新策略。


研究流程

1. 左归丸的制备与质量控制

研究团队准备了包含地黄、山药、枸杞、杜仲等八味中药材的左归丸,以1:8的重量比例加蒸馏水浸泡后煎煮提纯,最终通过冷冻干燥制备成粉末。为确保质量,采用高效液相色谱法(HPLC)对左归丸成分进行质控分析,检测到主要的六种化合物为:梓醇(verbascoside)、5-羟甲基糠醛、没食子酸、獐牙菜苷、马钱苷和丝柏苷。

2. 动物实验设计

使用6月龄的APP/PS1转基因小鼠作为AD模型,实验分为以下四组,每组12只小鼠:(1)未接受任何治疗的APP/PS1组;(2)每日接受200 mg/kg 二甲双胍(metformin)治疗的APP/PS1组;(3)每日服用6 g/kg 左归丸的APP/PS1组;(4)每日服用12 g/kg 左归丸的APP/PS1组。同时设野生型(WT)小鼠组作为对照。

3. 认知功能测试

通过Morris水迷宫(MWM)测试评估各组小鼠的空间学习与记忆能力。测试包括五天的学习期,以及第六天的探索期。研究观察了各组小鼠的逃逸潜伏期、目标区停留时间等参数。

4. 神经元保护与突触可塑性分析

使用免疫荧光双染技术标记海马区神经元核(Neun)与微管相关蛋白(MAP2),检测左归丸对神经元结构与突触可塑性的影响。同时通过Western blot方法检测主要突触相关蛋白(如PSD95、CTBP2和SYP)的表达水平。

5. β-淀粉样蛋白积聚的检测

为检测Aβ斑块沉积情况,采用Thioflavin S染色法,通过荧光显微镜观察脑组织中淀粉样斑块的面积比例。此外,通过ELISA分析小鼠海马组织中Aβ1-40和Aβ1-42的水平,并检测参与Aβ生成的关键酶β-分泌酶(BACE)的表达。

6. 线粒体动态平衡与生物能量学分析

评估与线粒体分裂和融合相关的关键蛋白(如DRP1、OPA1、MFN2)的水平,并通过共免疫沉淀分析Aβ与磷酸化DRP1(p-DRP1)之间的相互作用。此外,通过qPCR和Western blot检测与线粒体生成及能量代谢相关的AMPK/PGC-1α/NRF1/TFAM信号通路。

7. 线粒体功能与氧化应激评估

提取线粒体后,测量胞内ATP含量及细胞色素C氧化酶(COX)的活性。同时检测线粒体抗氧化酶SOD2的表达水平及4-羟基壬烯醛(4-HNE)的积聚。


主要研究结果

  1. 认知功能改善
    在水迷宫测试中,高剂量左归丸显著缩短了逃逸潜伏期,提高目标区停留时间及平台交叉次数,其认知改善效果与二甲双胍类似。

  2. 神经元与突触保护
    左归丸治疗组海马CA1和DG区神经元密度显著增加,突触相关蛋白(SYP、PSD95)表达水平显著提高,表明药物具有显著的神经保护作用。

  3. Aβ沉积减少
    左归丸显著降低了APP和BACE蛋白的表达,减少了Aβ1-40和Aβ1-42的水平,淀粉样斑块面积由未治疗组的0.84%降低至0.13%。

  4. 线粒体动态平衡调控
    左归丸显著下调p-DRP1和FIS1的水平,同时通过减少Aβ与p-DRP1的相互作用优化线粒体动态平衡。

  5. 线粒体生成与功能提升
    左归丸通过激活AMPK/PGC-1α通路显著提高了线粒体DNA拷贝数、ATP含量及COX活性,同时降低了氧化应激标志物4-HNE。


结论与意义

研究表明,左归丸通过抑制Aβ诱导的线粒体分裂、恢复线粒体动态平衡以及激活AMPK/PGC-1α调控的线粒体生物能量学,保护了APP/PS1小鼠的认知功能及神经元健康。研究为AD的治疗提供了一种潜在的中药干预策略,同时为探索中药复方的多靶点机制提供了宝贵的科学依据。左归丸的神经保护机制表现在其对线粒体功能的显著改善,具有重要的科学价值和应用前景。


研究亮点

  1. 突破性机制:首次明确左归丸通过AMPK/PGC-1α途径改善线粒体能量代谢并抑制Aβ沉积。
  2. 多重干预靶点:药物同时作用于Aβ生成、线粒体动态平衡、氧化应激等多环节,对AD多病因的干预具有优势。
  3. 治疗潜力:为传统中药开发成为抗AD药物提供了有力证据。
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