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基于AMPK/PGC-1α/SIRT3通路研究不同剂型开心散改善线粒体功能防治认知障碍的作用机制

期刊:中国实验方剂学杂志DOI:10.13422/j.cnki.syfjx.20250104

本文是由康舒悦、喻燕姿、孙家群、陈玟璇、杨雅琴、王奇、李伟荣和姚丽梅等作者共同完成的一项原创性研究,发表于《中国实验方剂学杂志》。该研究的主要目的是探讨不同剂型的开心散(Kai Xin San, KXS)对阿尔茨海默病(Alzheimer’s Disease, AD)模型大鼠线粒体功能的影响,并通过AMPK/PGC-1α/SIRT3信号通路揭示其作用机制。研究团队来自广州中医药大学科技创新中心和广东食品药品职业学院中医保健学院。

学术背景

阿尔茨海默病(AD)是全球范围内最常见的痴呆症类型,其主要特征是记忆力减退和认知功能下降。随着全球人口老龄化,AD的发病率逐年上升,已成为全球公共卫生的重大挑战。AD的发病机制复杂,涉及多种病理过程,其中线粒体功能障碍被认为是AD早期病理变化之一。线粒体作为细胞能量代谢的核心,其功能异常会导致ATP生成减少和活性氧(ROS)积累,进而引发神经元损伤和认知功能下降。

AMPK(腺苷酸活化蛋白激酶)是一种能量传感器,能够感知细胞内的能量状态变化,并通过调控PGC-1α(过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子-1α)和SIRT3(沉默信息调节因子3)等下游分子来维持线粒体稳态。研究表明,AMPK/PGC-1α/SIRT3信号通路在AD的发病机制中起着重要作用,激活该通路可以改善线粒体功能,缓解AD症状。

开心散(KXS)是一种经典的中药复方,由茯苓、人参、石菖蒲和远志组成,具有健脾祛湿、益气养心、安神益智的功效。现代药理学研究表明,KXS能够通过多种途径改善AD症状,但其具体作用机制尚不明确。本研究旨在通过AMPK/PGC-1α/SIRT3信号通路,探讨不同剂型KXS对AD模型大鼠线粒体功能的影响。

研究流程

研究分为以下几个主要步骤:

  1. 模型制备与分组:雄性SD大鼠随机分为假手术组、模型组、KXS汤剂组、KXS散剂组、KXS配方颗粒剂组和多奈哌齐组,每组10只。通过双侧侧脑室注射链脲佐菌素(STZ)构建AD模型大鼠。

  2. 药物干预:KXS汤剂、散剂和配方颗粒剂分别按照临床等效剂量的两倍(3.08 g·kg⁻¹)给药,连续30天。多奈哌齐组作为阳性对照组,给予多奈哌齐(0.51×10⁻³ g·kg⁻¹)。

  3. 行为学检测:通过新物体识别实验、Y迷宫实验和Morris水迷宫实验评估大鼠的学习和记忆能力。

  4. 线粒体功能检测:通过透射电镜观察海马组织线粒体形态,ELISA检测线粒体呼吸链复合物含量,JC-1染色法检测线粒体膜电位变化,生化试剂盒检测SOD活力和ROS含量。

  5. 分子机制研究:通过RT-qPCR检测AMPK、PGC-1α和SIRT3的mRNA表达,Western blot检测OPA1、FIS1、AMPK、p-AMPK、PGC-1α和SIRT3的蛋白表达。

主要结果

  1. 行为学结果:与假手术组相比,模型组大鼠的学习和记忆能力显著下降(p<0.05、0.01)。KXS各剂型组均能显著改善AD模型大鼠的学习和记忆能力,其中配方颗粒剂组的效果最佳(p<0.05)。

  2. 线粒体形态与功能:模型组大鼠海马组织线粒体出现明显损伤,表现为线粒体肿胀和内脊稀疏。KXS各剂型组均能减轻线粒体损伤,配方颗粒剂组的效果最为显著(p<0.01)。

  3. 线粒体呼吸链复合物含量:模型组大鼠线粒体呼吸链复合物I、II、III和IV的含量显著减少(p<0.01)。KXS各剂型组均能显著增加这些复合物的含量,配方颗粒剂组的效果最佳(p<0.01)。

  4. 线粒体膜电位与氧化应激:模型组大鼠线粒体膜电位显著降低(p<0.05),SOD活力降低,ROS含量升高(p<0.01)。KXS各剂型组均能显著提高线粒体膜电位和SOD活力,降低ROS含量(p<0.05、0.01)。

  5. 分子机制:模型组大鼠AMPK、PGC-1α和SIRT3的mRNA和蛋白表达显著降低(p<0.01)。KXS各剂型组均能显著上调这些分子的表达,配方颗粒剂组的效果最佳(p<0.01)。

结论

研究表明,不同剂型的开心散(KXS)均能通过激活AMPK/PGC-1α/SIRT3信号通路,改善AD模型大鼠的线粒体功能,进而提高其学习和记忆能力。其中,配方颗粒剂的效果最佳,提示其在临床应用中可能具有更好的疗效。该研究为开心散在AD治疗中的应用提供了新的科学依据,并为中药复方剂型的优化提供了参考。

研究亮点

  1. 创新性:本研究首次通过AMPK/PGC-1α/SIRT3信号通路,系统探讨了不同剂型开心散对AD模型大鼠线粒体功能的影响,揭示了其作用机制。
  2. 剂型比较:研究比较了KXS汤剂、散剂和配方颗粒剂的疗效,发现配方颗粒剂的效果最佳,为中药复方剂型的优化提供了实验依据。
  3. 多维度检测:研究通过行为学、线粒体形态学、分子生物学等多维度检测手段,全面评估了KXS对AD模型大鼠的治疗效果。

研究意义

该研究不仅为开心散在AD治疗中的应用提供了新的科学依据,还为中药复方剂型的优化和开发提供了重要参考。通过激活AMPK/PGC-1α/SIRT3信号通路,KXS有望成为一种有效的AD治疗药物,具有广阔的临床应用前景。

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