震惊!红景天苷竟通过神秘信号通路显著提升帕金森患者认知能力!
2024-12-17 梅斯循证中医药 MedSci原创 发表于陕西省
文章探讨了Sal改善PD认知功能的潜在机制。
帕金森病(PD)是一种普遍存在的神经退行性疾病,主要影响锥体外系系统。临床表现包括运动迟缓、肌肉僵硬、静止性震颤、步态异常等运动症状,以及睡眠质量下降、睡眠障碍、精神障碍、认知障碍等非运动症状。PD患者通常伴有不同程度的认知功能损害,其中一些重症患者尤为明显。因此,对帕金森病患者进行早期积极的认知功能干预,对于提升患者的生活质量具有重要意义。
红景天具有重要的药用价值,而红景天苷(Sal)是从红景天的根部和块茎中提取的活性成分,具有多种药理作用,包括免疫调节、自由基清除、抗疲劳、抗肿瘤、抗病毒、抗炎、抗衰老以及抗氧化等。Sal通过调节多种不同的信号通路发挥其药用功效,能够有效穿越血脑屏障,对人类神经中枢产生作用。
日前,一篇发表在《Biomedicine & Pharmacotherapy》杂志,名为“Salidroside improves cognitive function in Parkinson’s disease via Braf-mediated mitogen-activated protein kinase signaling pathway”的文章探讨了Sal改善PD认知功能的潜在机制。
图1 论文首页
Sal能促进小鼠学习记忆能力
在Morris水迷宫测试中,相较于对照组,模型组显示出显著增加的路径长度和延长的逃逸潜伏期(P<0.05)。进一步比较发现,MPTP_Sal_Low组和MPTP_Sal_High组的路径长度相较于模型组有显著减少(P<0.05)(图2A-B)。在达到平台的路径上,对照组与MPTP_Sal_High组的小鼠路径最短,而模型组的小鼠路径最长且最为复杂(图2C)。
图2 采用Morris水迷宫试验评价小鼠的学习和记忆能力
Sal能改善小鼠神经元损伤和炎症反应
相较于对照组,模型组中Tau、TNF-α以及IL-6的水平显著提升(P<0.05)。与模型组相比,MPTP_Sal_Low组和MPTP_Sal_High组的Tau、TNF-α以及IL-6水平均显著下降(P<0.05)。在四组间进行Syn水平的比较时,无明显差异(P>0.05)(图3A-D)。
图3 用ELISA法检测小鼠海马神经退行性疾病指标和炎症因子
Sal增加海马GDNF和BDNF表达
免疫荧光分析揭示,与对照组相比,模型组的GDNF和BDNF表达显著减少。相较于模型组,MPTP_Sal_Low组和MPTP_Sal_High组展现出较高的GDNF和BDNF表达量(图4A-B)。
图4 免疫荧光法检测海马组织中GDNF和BDNF的表达
生物信息学分析后得到核心通路和核心基因
研究共识别出177个上调基因和612个下调基因(图5A);在对照组与MPTP_Sal_High组的比较中,发现491个上调基因和2301个下调基因(图5B);而在MPTP组与MPTP_Sal_High组的比较中,有379个上调基因和830个下调基因(图5C)。继而,研究对各比较组差异表达基因(DEGs)的并集进行了趋势分析,发现动态基因总数为3424个(图5D)。这些DEGs被划分为8个不同的动态模块。
鉴于该研究的重点在于那些经过Sal处理后呈现连续变化的基因,因此特别关注了profile 0,其中包含135个基因(图5E)。对这一动态模块中的DEGs进行了GO term富集分析。结果显示,DEGs在细胞成分方面主要富集于神经元投射、细胞核及核质等(图5F);在分子功能方面,变化主要集中在转录调控活性和转录顺式调控区结合上(图5G)。GO term富集分析揭示了DEGs与生物过程的关联,如调节细胞过程和细胞生物合成过程(图5H)。随后,研究对核心模块进行了KEGG富集分析,筛选出DEGs显著富集的信号通路,发现DEGs与MAPK信号通路、多巴胺能突触、轴突再生、胆碱能突触相关(图5I)。
研究还进一步筛选出与神经系统疾病相关的MAPK信号通路作为核心通路,并通过KEGG数据库获取了该通路内的267个基因。将MAPK信号通路基因与核心模块基因进行交集分析,最终确定了7个核心基因(图5J)。在对比不同实验组间目的基因表达差异时,对照组、MPTP组和MPTP_Sal_High组中Braf、Prkacb、Srf、Cacnb4、Fos、Prkx基因表达存在显著差异(P<0.05)(图5K)。基于这些发现,Braf基因被选定为后续研究的核心基因。
图5 通过生物信息学分析鉴定核心通路和核心基因
体外实验验证Sal对神经元突起生长的影响
免疫荧光检测显示,大多数培养细胞呈现GFAP阳性反应,表明所培养的细胞为星形胶质细胞。在此检测中,绿色荧光代表GFAP阳性细胞,而蓝色荧光则显示了DAPI与细胞核的结合。在细胞爬片过程中,星形胶质细胞形态明显,呈梭形,GFAP表达主要集中在细胞质及细胞突起部位。该实验中,超过95%的星形胶质细胞呈现阳性反应,满足了实验标准(图6A)。
免疫荧光检测结果表明,MAP2在荧光显微镜下呈现绿色,清晰可见神经元的胞体及突起。相较于对照组,MPTP组的神经元突起长度较短,而MPTP+Sal组和MPTP+Sal+SB203580组的神经元突起数量较MPTP组显著增加(图6B)。
ELISA检测结果揭示,与对照组相比,MPTP组的GDNF水平显著下降(P<0.05),而与MPTP组相比,MPTP+Sal组和MPTP+Sal+SB203580组的GDNF水平则显著上升(P<0.05)(图6C)。
免疫荧光检测进一步显示,与对照组相比,MPTP组的GDNF水平降低,而MPTP+Sal组和MPTP+Sal+SB203580组与MPTP组相比,GDNF水平有所升高(图6D)。
MPTP能够激活星形胶质细胞中的MAPK信号通路,导致p-p38、p-JNK、p-ERK的表达上调。此外,SB203580处理能够降低p-p38、p-JNK、p-ERK的表达,而Sal处理则抑制了这些蛋白表达的上调(图6E-G)。
图6 通过体外实验鉴定Sal对神经元突起生长的影响
此外,研究构建了慢病毒载体,并通过慢病毒过表达载体转导,使得Braf mRNA的表达显著增强,其表达水平显著高于对照组(图7A-B);免疫荧光分析显示,OE-Braf组相较于对照组,神经元突起数量明显增多(图7C);同时,免疫荧光分析揭示OE-Braf组中GDNF的表达显著上调(图7D);与对照组相比,OE-Braf组中p-p38、p-JNK、p-ERK的表达水平有所降低(图7E-G)。
图7 Braf过表达对神经元突起生长的影响
结论
综合分析表明,Sal可能通过Braf介导的MAPK信号通路对PD产生影响,提升GDNF的表达,促进神经元突触的生长,从而保护神经功能,改善认知功能。
参考文献:
Lu S, Ji N, Wang W, Lin X, Gao D, Geng D. Salidroside improves cognitive function in Parkinson's disease via Braf-mediated mitogen‑activated protein kinase signaling pathway. Biomed Pharmacother. 2024 Aug;177:116968. doi: 10.1016/j.biopha.2024.116968
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