【摘 要】
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食品营养功能评价和营养干预已成为改善人民膳食和加强国计民生的热点研究问题。丙烯酰胺(Acrylamide,ACR),具有较强的神经毒性、致癌性、生殖毒性和遗传毒性等,可在高天冬酰胺类食物高温烹调(>120°C)过程中经由美拉德反应产生,严重危害人体健康。如何通过合理膳食改善ACR对人体健康的影响是当下食品领域亟待解决的问题。硫辛酸(Lipoic acid,LA)在西兰花、菠菜、动物内脏等常见食物中
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食品营养功能评价和营养干预已成为改善人民膳食和加强国计民生的热点研究问题。丙烯酰胺(Acrylamide,ACR),具有较强的神经毒性、致癌性、生殖毒性和遗传毒性等,可在高天冬酰胺类食物高温烹调(>120°C)过程中经由美拉德反应产生,严重危害人体健康。如何通过合理膳食改善ACR对人体健康的影响是当下食品领域亟待解决的问题。硫辛酸(Lipoic acid,LA)在西兰花、菠菜、动物内脏等常见食物中大量存在,既具备抗炎抗氧化能力,又可以透过血脑屏障到达中枢神经系统。但目前关于LA对ACR引发的神经毒性的干预作用鲜有报道。本研究以CD-1小鼠、BV2小胶质细胞、SH-SY5Y神经细胞为基础,通过构建ACR体内外神经毒性模型,探究膳食营养因子LA对ACR诱导的体内外神经毒性的作用及相关分子机制。本论文主要研究内容与结果如下:(1)通过构建ACR致CD-1小鼠神经毒性模型,评价膳食LA对小鼠行为学和认知功能的干预作用。结果发现,膳食补充LA可以有效延缓ACR造成的小鼠体重下降和脏器损伤。动物行为学检测结果表明,ACR毒性作用下的小鼠呈现出明显的后肢无力、痉挛和步态紊乱;自主活动能力测试中,ACR染毒小鼠的活动速度和总距离明显受限;Y迷宫实验也证实了ACR对小鼠认知功能的损伤。而膳食补充LA可有效预防并改善了小鼠的体态改变和认知功能障碍。此外,LA也可有效缓解ACR造成的小鼠脑组织损伤和神经细胞凋亡。(2)探究ACR引发的CD-1小鼠神经炎症反应与分子机制,及LA膳食干预在其中发挥的作用。ACR可上调小鼠血清中炎症因子与髓过氧化物酶(MPO)水平、消耗还原型谷胱甘肽(GSH)、增加MPO的基因转录及蛋白表达、激活NF-κB炎症调控信号通路、促进促炎因子Cox-2和i NOS的蛋白表达及多种炎性细胞因子的基因水平;此外,ACR可降低多种神经突触(NSF、Snap-25、Vamp1)和神经营养因子(BDNF、NGF、NT-3、Gap-43)相关基因表达,过度激活小胶质细胞和星形胶质细胞。膳食摄入LA则可以改善小鼠神经炎症,抑制促炎因子表达,恢复GSH水平,缓解突触损伤和神经营养因子缺失,抑制胶质细胞的过度激活。(3)研究LA对体外ACR毒性作用下过度激活的小胶质细胞内炎症反应及作用机制。结果显示,ACR下调了BV2细胞线粒体膜电位、诱发线粒体功能障碍、降低胞内GSH水平、激活MAPKs与NF-κB信号通路、提高促炎因子Cox-2和i NOS的蛋白表达,导致炎症因子的分泌,并促进活性氧生成;此外,诱发线粒体介导的内源性细胞凋亡,抑制抗凋亡通路PI3K/Akt表达;而LA通过保护BV2线粒体功能、阻断GSH过度消耗、抑制线粒体介导的内源性细胞凋亡通路、维持抗凋亡蛋白表达,最终保护了细胞活力。此外,为进一步证实ACR对MPO的激活作用,本研究通过引入MPO特异性抑制剂ABAH检测其对细胞炎症指标的影响,发现MPO活性被抑制可以削弱ACR引发的BV2细胞炎症反应,而LA可以有效抑制MPO过表达,并恢复BDNF水平。结果表明,LA可通过调控MPO缓解ACR引发的细胞炎症。(4)为探讨ACR引发的小胶质细胞炎症对神经细胞的损伤与MPO在其中的作用,及LA对神经细胞的保护作用,本研究构建了“小胶质细胞—神经细胞”共培养体系。结果表明,MPO抑制剂ABAH与LA均抑制了BV2细胞内ACR诱导的小胶质细胞炎症和神经细胞凋亡。研究ACR对SH-SY5Y神经细胞线粒体功能、能量代谢、细胞自噬和细胞活力的影响,以及LA的可能保护机制。研究发现ACR通过下调SH-SY5Y细胞内线粒体膜电位和线粒体呼吸链复合酶活性,抑制了线粒体功能;通过阻断负责抵御氧化应激和线粒体功能损伤的Sirt1/PGC-1α通路和负责调控能量代谢的AMPK/GSK3β信号通路,引发了细胞能量代谢紊乱;通过过度消耗胞内GSH水平、激活JNK、p38的磷酸化和NF-κB的核位移、抑制Erk磷酸化和Keap-1/Nrf2抗氧化调节通路及下游二相酶的表达,加剧了细胞炎症;通过上调自噬相关蛋白表达激活了自噬,并进一步通过降低细胞活力、促进细胞凋亡,引发了神经细胞毒性。同时,本研究发现LA可以通过改善线粒体功能、提高能量代谢、削弱ACR引发的细胞自噬和炎症反应,保护神经细胞活性和功能。综上所述,本研究发现LA在CD-1小鼠体内、BV2小胶质细胞和SH-SY5Y神经细胞内,能够调节线粒体功能,维持氧化还原平衡,抑制细胞炎症和自噬,从而抵御ACR引发的体内外神经毒性。本研究通过分析食源性危害物ACR引发的神经毒性,利用食品功能组分LA进行营养干预,为当下食品营养干预研究提供了新的理论依据和膳食保障措施。
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