香港中文大学团队-1区TOP: 钩藤碱调节神经病理和肠菌减轻阿尔茨海默病小鼠模型的认知缺陷

【写在前面】：本期推荐的是由香港中文大学医学院等研究团队合作近期发表于Acta Pharmacologica Sinica(IF6.9）的一篇文章，揭示钩藤碱通过调节神经病理学和肠道微生物群减轻多种阿尔茨海默病转基因小鼠模型的认知缺陷。

【期刊简介】

【题目及作者信息】

β-淀粉样蛋白(Aβ)聚集、tau蛋白过度磷酸化和神经炎症被认为是阿尔茨海默病(AD)的三大标志。钩藤碱(RN)是中药钩藤的主要生物碱，具有很强的抗AD作用。本研究使用三种AD小鼠模型(包括TgCRND8、3×Tg-AD和5×FAD)探索了RN对Aβ病理、tau病变和神经炎症的影响，RN治疗分别持续4、6和6个月，随后进行行为测试和生物学测定。此外，BV2细胞用于进一步评估RN的生物学效应。结果表明RN的治疗通过减少焦虑样行为、增强识别能力和改善学习障碍进而改善认知功能。它通过降低产生Aβ的酶的活性和增强降解酶的活性来调节Aβ的产生，从而减少Aβ的积累。RN也减少了在Thr181，Thr205，Ser396和Ser404位点过度磷酸化的tau蛋白。此外，RN通过减少小胶质细胞和星形胶质细胞的活化以及降低炎性细胞因子的释放来减少神经炎症。此外，RN治疗可以恢复5×FAD小鼠的肠道菌群失调。在BV2细胞中，敲除p53、HDAC2和Galectin-3显著增强RN的抗炎作用。总的来说，RN的抗AD特性归因于其对多种生物学途径的调节，包括对p53/PINK1信号通路的调节，对HDAC2/AMPK信号通路的抑制，对Galectin-3/C/EBPβ/AEP信号通路的抑制，以及对肠道微生物菌群失调的调节。这项开创性的研究明确揭示了RN对具有不同AD负荷的不同转基因小鼠模型中的认知障碍、APP加工、tau病变和神经炎症的影响，强调了其作为抗AD治疗剂的潜力，并增强了其在治疗AD中的临床应用的科学基础。

图文摘要

【前言】

阿尔茨海默病(AD)是一种进行性神经退行性疾病，最初以记忆障碍为特征，最终导致不可逆的认知缺陷和功能衰退。目前，全球有5000万人患有AD，随着人口老龄化的加快，这一数字将在2050年达到1.14亿，给整个社会带来巨大的经济负担。AD的主要病理特征包括由tau蛋白过度磷酸化引起的β-淀粉样蛋白(Aβ)斑块和神经原纤维缠结(NFTs)的积聚，而神经炎症被认为是第三个核心病理特征。目前，只有六种药物被美国FDA批准用于治疗AD。然而，这些药物对AD的发展和发病机理显示出有限的疗效，突出了对这种使人衰弱的神经系统疾病的更有效治疗策略的迫切需要。

中草药通过调节β-淀粉样蛋白加工蛋白(APP)过程，降低过度磷酸化蛋白水平，抑制神经炎症，在治疗AD方面显示出良好的潜力。此外，从这些中药中提取的活性化合物显示出良好的疗效和较少的副作用，使其成为AD治疗的理想候选药物。钩藤是一种常用的中药，通过抑制tau蛋白过度磷酸化、减少Aβ积聚、减少神经炎症、抑制细胞内钙超载和减轻氧化应激，被发现具有抗AD作用。这些作用主要归因于其两种单萜吲哚生物碱，包括钩藤碱(RN)和异钩藤碱(IRN)。我们之前的工作表明，IRN可以通过减少Aβ产生、tau蛋白过度磷酸化和神经炎症来缓解TgCRND8小鼠的认知障碍。此外，我们的药代动力学研究将RN确定为更适合抗AD药物开发的候选药物，这主要是因为与IRN相比，RN具有更高的生物利用度、更低的差向异构比率和更高的全身暴露量。

RN是一种基于羟吲哚的四环生物碱，具有多种生物效应，包括对帕金森病的神经保护作用、抗哮喘作用、抗高血压特性和改善脑缺血。大量证据表明，RN在体外保护Aβ诱导的神经毒性，减轻Aβ诱导的大鼠认知障碍，并改善转基因小鼠的学习和记忆缺陷。已发现RN通过抑制Nrf2-ARE途径的激活，对大鼠或小鼠中Aβ42神经毒性引起的空间学习和记忆缺陷以及人类神经母细胞瘤细胞中Aβ42诱导的氧化应激表现出保护作用。另据报道，RN可以穿过血脑屏障，以改善APP/PS1小鼠的Aβ负荷并减少神经炎症。基于这些发现，我们假设RN具有作为抗AD治疗剂的良好潜力。

注射Aβ的动物模型模拟了人类AD病理学的某些方面，并且它们通常显示加速的疾病进展和病理学。相比之下，转基因动物模型表现出疾病病理学的逐渐和一致的发展，这更好地反映了神经退行性疾病的慢性进展。由于Aβ、tau磷酸化和神经炎症是AD的主要特征，我们在研究中使用三种不同的转基因AD模型作为实验工具来研究RN是否具有抗AD作用。这项研究首次利用了三种转基因AD小鼠模型，每种模型都携带不同的突变和AD病理，以确定RN对认知缺陷、神经炎症、tau磷酸化和肠道微生物群生态失调的影响，从而成功地评估了其作为抗AD剂的潜力。

【结果部分】

1.RN改善了TgCRND8小鼠的焦虑样行为，提高了识别记忆能力，并减轻了参考记忆下降。

2.RN改善TgCRND8小鼠的tau病变，抑制Aβ病变，减轻神经炎症，并调节p53/PINK1信号轴。

3.RN可改善3×Tg-AD小鼠的焦虑样行为，提高其识别记忆能力，减轻其参考记忆下降。

4.RN改善3×TgAD小鼠的tau、Aβ病理和神经炎症，并调节Galectin-3/C/EBPβ/AEP信号轴。

5.RN可改善5×FAD小鼠的焦虑样行为，增强其识别记忆能力，减轻其参考记忆下降。

6.RN改善5×FAD小鼠的tau和Aβ病理，抑制神经炎症，抑制HDAC2/AMPKα1信号轴。

7.RN改善了5×FAD小鼠肠道菌群失调。

8.在Aβ42刺激的BV2细胞中沉默p53、Galectin-3或HDAC2，以进一步证实RN对神经炎症以及p53/PINK1、Galectin-3/C/EBPβ/AEP或HDAC2/AMPKα1通路活化的抑制能力。

【结论与讨论】

虽然TgCRND8、5×FAD和3×Tg-AD动物模型在Aβ积累、神经炎症状态和认知退化方面有所不同，但这项研究首次报道RN可以改善认知缺陷，减少Aβ积累，抑制tau蛋白过度磷酸化，并抑制三种不同转基因AD小鼠模型的神经炎症。同时，我们也首次证明了RN对5×FAD小鼠的肠道菌群失调有调节作用。此外，我们在三个AD转基因小鼠模型中揭示了RN对认知缺陷的改善作用以及RN与HDAC2/AMPKα1、p53/PINK1和Galectin3/C/EBPβ/AEP信号轴的调节之间的关系。所有的实验结果明确表明RN值得进一步开发为抗AD治疗剂。这项工作也丰富了含RN的中药在AD治疗中的临床应用的科学基础。

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