五种药用蘑菇神经保护成分与分子机制研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhouxiaoqing1003
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阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是衰老相关的神经退行性疾病,60岁以上老年人患病率高达5%~10%。随着我国老龄化进程的加快,AD已经成为威胁老年人健康的主要疾病之一,造成了沉重的社会和经济负担。迄今为止,AD发病机制不明,神经炎症、氧化应激、线粒体损伤等在AD的发病中起着关键作用。现有药物疗效有限,仅能减缓症状。据报道,大多药用蘑菇粗提物具有抗AD作用,但存在有效成分不清楚、分子机制不明确等问题。天然产物是发现安全、结构新颖且活性显著的抗AD药物的重要资源,已经成为天然产物化学领域研究的热点。本研究以白桦茸、无柄灵芝、赤芝、粗毛纤孔菌和非洲黑蛋巢菌五种药用蘑菇为研究对象,采用多种色谱手段,结合现代波谱技术,分离鉴定了98个化合物,其中27个新化合物。通过细胞实验研究了高活性化合物对神经炎症、氧化应激及线粒体功能障碍的影响,揭示了神经保护作用的潜在分子机制。主要研究结论如下:(1)从白桦茸Inonotus obliquus子实体中共分离鉴定了17个化合物,包括8个新化合物,涉及的结构类型主要包括羊毛甾烷型三萜类化合物和甾体类化合物。利用LPS诱导的BV-2小胶质细胞炎症模型,筛选了所有化合物的一氧化氮(NO)抑制活性,发现化合物inonotusol K(2-5)对NO具有显著抑制作用,其IC50值为2.32μM。通过Western blot和分子对接模拟分析,首次发现化合物inonotusol I(2-2)和2-5与i NOS相结合,抑制i NOS蛋白的表达,进而抑制NO的产生。综上所述,化合物2-2和2-5可通过抑制i NOS蛋白的表达改善神经炎症。此外,对新化合物2α-hydroxy-inotodiol(2α-HI,2-9)的神经保护作用进行深入研究。利用H2O2诱导SH-SY5Y神经细胞氧化应激损伤模型,结果表明,2α-HI预孵育12 h后,显著降低了MDA和ROS水平,提高了SOD,促进了Nrf2的核位移及下游相关抗氧化基因的表达。结合免疫荧光染色、JC-1染色及Western blot结果,表明2α-HI可改善线粒体功能障碍,显著抑制细胞凋亡。通过抑制剂和干扰RNA干预的验证性实验,首次发现化合物2-9的神经保护作用可能是依赖BDNF/Trk B/ERK/CREB和Nrf2信号通路。因此,2α-HI对氧化应激损伤具有潜在的保护作用,改善了线粒体功能和氧化应激损伤,抑制了细胞凋亡,并且发现BDNF/Trk B/ERK/CREB和Nrf2信号通路在2α-HI发挥神经保护作用中的介导作用。(2)从无柄灵芝Ganoderma resinaceum子实体中共分离鉴定了32个化合物,包括5个新化合物,涉及的结构类型主要包括羊毛甾烷型三萜类化合物、杂萜类化合物和甾体类化合物。利用LPS诱导的BV-2小胶质细胞炎症模型,探究所有化合物对神经炎症的干预作用。结果显示,新化合物ganoresinoid A(3-1)抑制NO的效果最好,其IC50值为5.41μM。利用免疫荧光染色、q RT-PCR和Western blot方法检测,化合物3-1显著抑制了NF-κB及MAPK的激活,减少了炎症相关蛋白i NOS和COX-2的表达,同时降低了TLR-4受体的表达。进一步通过ROS与JC-1染色分析可知,该化合物明显抑制ROS生成,有效改善线粒体膜电势。此外,化合物3-1干预还通过激活与抗氧化相关的Akt/GSK-3β/Nrf2信号通路发挥神经保护作用。通过抑制剂干预的验证性试验,发现该化合物对神经炎症的改善作用依赖于TLR-4/NF-κB/MAPK信号通路。综上,该研究结果首次发现了ganoresinoid A可经由TLR-4/NF-κB/MAPK及Akt/GSK-3β/Nrf2通路发挥神经保护作用,并且可能与其有效改善线粒体功能障碍和抑制细胞凋亡密切相关。(3)从人工栽培的赤芝G.lucidum子实体中共分离鉴定了13个化合物,包括1个新化合物,涉及的结构类型主要包括羊毛甾烷型三萜类化合物和甾体类化合物。LPS诱导的BV-2小胶质细胞炎症模型发现,新化合物ganoderterpene A(5-1)显著抑制了细胞内NO的产生,其IC50值为7.15μM。通过免疫荧光染色、q RT-PCR和Western blot方法检测,结果表明化合物5-1可以有效抑制TLR-4/NF-κB/MAPK信号通路的激活,并下调了炎症相关因子IL-6、IL-1β、TNF-α、i NOS和COX-2的表达。进一步研究发现该化合物可改善线粒体膜电势,抑制ROS的产生,提高Bcl-2/Bax比值,减少细胞色素c的释放,抑制caspase通路,进而抑制细胞凋亡。此外,抑制剂的验证实验表明,TLR-4/NF-κB/MAPK信号通路在该化合物调控神经炎症中发挥了重要的介导作用。因此,ganoderterpene A通过改善线粒体功能障碍,抑制细胞凋亡,抑制TLR-4/NF-κB/MAPK信号通路,进而发挥神经保护作用。(4)从人工栽培的粗毛纤孔菌I.hispidus子实体中共分离鉴定了15个化合物,包括4个新化合物,涉及的结构类型主要包括酚类化合物、羊毛甾烷型三萜类化合物、甾体类化合物和倍半萜类化合物。从神经炎症角度出发,邻苯二酚同系物预处理显著抑制了NF-κB的激活及下游炎症相关蛋白i NOS和COX-2的表达,并且降低了TLR-4受体的蛋白水平。进一步研究还发现,此类化合物对PC-12细胞神经突起生长具有显著促进作用,并对DPPH自由基具有明显的清除能力。(5)从非洲黑蛋巢菌Cyathus africanus CGMCC 5.1117大米固体培养基代谢产物中共分离鉴定了26个化合物,包括9个新化合物,涉及的结构类型主要包括鸟巢烷型二萜类化合物和倍半萜类化合物。化合物neocyathin L(6-1)和neocyathin K(6-8)是具有开环骨架的结构新颖的鸟巢烷型二萜化合物,并且首次从黑蛋巢菌中分离到drimane型倍半萜类化合物。体外PC-12细胞筛选发现,在神经生长因子(NGF)存在下,化合物6-1和6-8具有明显促PC-12细胞突起生长作用,而倍半萜化合物3β,6α-dihydroxycinnamolide(6-19)、2-keto-3β,6β-dihydroxycinnamolide(6-20)和3β,6β-dihydroxycinnamolide(6-21)表现出中等活性。综上,通过多种体外细胞模型,从神经炎症、氧化应激及线粒体功能障碍等角度出发,首次揭示了高活性化合物2α-hydroxy-inotodiol、ganoresinoid A、ganoderterpene A分别通过BDNF/Trk B/ERK/CREB、Nrf2和TLR-4/NF-κB/MAPK信号通路发挥神经保护作用,为这五种药用蘑菇及神经保护活性物质的开发再利用提供新的理论依据。
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