【写在前面】：本期推荐的是由中国医科大学研究团队等近期发表于Phytomedicine (IF=6.7）的一篇文章，揭示紫萁酮通过抑制β-淀粉样蛋白纤维化、氧化损伤和神经炎症，改善APP/PS1转基因小鼠的阿尔茨海默病病理。
【期刊简介】
【题目及作者信息】
结论：这些发现首次表明，紫萁酮能够通过直接与Aβ结合抑制Aβ纤维化来减少APP/PS1小鼠脑内的Aβ负担，并通过减轻氧化损伤和神经炎症来改善认知功能障碍。这些结果表明紫萁酮可能是治疗AD的一个有前景的候选药物。
阿尔茨海默病（AD）是最常见的痴呆症原因，并且迅速成为本世纪最常见和致命的疾病之一。目前，全球约有5000万人患有AD，预计到2050年这一数字将达到1.5亿，使其成为全球人类死亡率第五大原因。β-淀粉样蛋白（Aβ）斑块是AD的病理标志之一，主要分布在大脑中的神经元之间。β-淀粉样蛋白级联假说认为，大脑中Aβ斑块的异常积累是影响AD发病机制的关键因素，进而引发随后的炎症反应、氧化应激和由于tau蛋白过度磷酸化导致的神经纤维缠结（NFTs）。因此，减少大脑中的Aβ积累可能导致AD病理过程的减速。
图1A展示了OAC的化学结构，OAC能够直接与Aβ1-40和Aβ1-42结合，这一分析是通过MOE软件完成的（图1B）。分子动力学模拟分析进一步揭示了OAC与Aβ1-40和Aβ1-42的结合能量，分别为4.4900 KJ/mol和4.30055 KJ/mol（图1B）。此外，ITDRF-CETSA是一种检测细胞内药物与靶蛋白结合效率的方法，它揭示了OAC剂量依赖性地增加了Aβ的稳定性（图1C，D），进一步表明OAC能够直接与Aβ单体结合。
关于从Aβ单体到斑块的纤维化过程，这是Aβ沉积的关键步骤，通过ThT检测了OAC对Aβ纤维形成动力学的影响。结果显示，在没有OAC的情况下，ThT荧光强度随时间增加，而在100 μM OAC存在下，ThT荧光强度的增加不显著（图1F），表明Aβ纤维的形成被OAC处理抑制。此外，原子力显微镜（AFM）图像显示，在没有OAC的情况下，Aβ蛋白形成了密集、厚度约为17 nm的Aβ纤维，而在100 μM OAC处理下观察到较少的Aβ纤维，厚度为7 nm（图1E）。这些观察结果表明，OAC处理通过直接与Aβ结合抑制了Aβ纤维的形成。
不形成聚集体的Aβ单体在细胞内被代谢，这表明OAC抑制的Aβ纤维化也可能引导Aβ走向细胞内清除途径。在评估OAC对细胞内Aβ含量的影响之前，我们首先评估了不同浓度OAC的潜在细胞毒性。CCK-8结果表明，0至320 nM的OAC浓度对细胞活力没有显著影响，表明本研究中使用的OAC剂量在细胞水平上是生物安全的（图2A）。
正如预期的那样，免疫印迹和ELISA分析显示OAC处理的N2a-sw细胞中Aβ含量减少（图2B，D，E），免疫荧光分析表明OAC处理显著增加了Aβ在溶酶体的定位（图2I，J）。此外，OAC处理导致细胞内Aβ含量显著降低，这一效应在应用溶酶体酸化抑制剂CQ后被逆转（图2G，H）。然而，OAC处理似乎对参与Aβ生成的分泌酶蛋白水平没有显著影响（图2C，F）。这些数据表明，OAC处理促进了Aβ单体的溶酶体降解，并最终降低了细胞内Aβ水平。
需要穿透血脑屏障（BBB）才能在脑实质中发挥药效的药物。为了确定OAC穿透BBB的能力，我们采用了iMScope，这是一种质谱成像技术，可以在组织层面上可视化和分析化合物的分布和含量。iMScope结果表明，在负离子模式下，脑组织中观察到OAC在177.06 m/z处（m/z 177.0557 ± 0.05）有信号（图3A，B），这表明OAC能够穿越BBB并进入脑实质。
OAC在大脑中的分布表明其有潜力在体内减轻Aβ负担，因为OAC可以抑制Aβ纤维化并促进Aβ降解。免疫组化图像显示，OAC处理的小鼠大脑皮层和海马区域的Aβ阳性区域明显小于对照小鼠（图3D，E）。此外，硫黄素S染色显示，OAC处理的小鼠大脑皮层和海马区域的Aβ阳性区域明显小于APP/PS1小鼠（图3F，G）。西方印迹结果进一步证明，OAC处理的APP/PS1小鼠皮层中的Aβ含量显著降低（图3C）。这些发现表明OAC在减轻APP/PS1小鼠大脑中的Aβ负担方面发挥作用。
体外实验表明Osmundacetone处理并未改变APP的处理（图2）。为了进一步在体内验证这一现象，我们检测了APP及相关分泌酶的水平。如图4A所示，OAC处理并未改变APP、ADAM10、BACE1、PS1、PS2、sAPPα或sAPPβ的水平，这表明OAC处理并不是通过抑制Aβ的产生来降低APP/PS1小鼠大脑中的Aβ含量。LRP1和RAGE分别是参与BBB结构中Aβ的出口和进口的蛋白质。免疫印迹研究揭示了OAC处理小鼠大脑组织中LRP1的上调和RAGE的降低；然而，IDE、MMP9和TREM2的水平与对照组相似（图4B），这表明OAC介导的Aβ总量减少可能部分归因于LRP1介导的Aβ流出增加，以及RAGE介导的Aβ流入减少。此外，Iba1和Aβ的共定位没有变化（图4C），表明OAC可能不是通过小胶质细胞促进Aβ的清除。
鉴于OAC在体外促进Aβ的溶酶体降解（图2H，I）的作用，我们进一步分析了脑切片中溶酶体和Aβ的共定位。结果表明，OAC处理小鼠的溶酶体中Aβ染色显著增加（图4D），而维持溶酶体结构和功能的LAMP1、LAMP2、ATP6V0A1和cPLA2的水平与对照组没有显著差异（图S2）。这些结果表明OAC不影响APP/PS1小鼠大脑中的溶酶体内容物或功能，而是促进了Aβ的溶酶体降解。
鉴于OAC在神经细胞中的抗氧化特性以及氧化应激在促进阿尔茨海默病（AD）进展中的作用，我们探究了OAC处理是否能抑制APP/PS1小鼠的氧化损伤。如图5A所示，OAC处理显著上调了GPX4的表达，而Nrf2、p-Nrf2、SOD2、NOX4和SCD1的表达没有显著变化。随后，使用8-OHdG（氧化损伤的指标）来评估大脑中神经元的氧化损伤程度。免疫荧光研究显示，OAC处理小鼠大脑中8-OHdG的荧光强度显著低于对照小鼠，这在皮层和海马区域都有所体现（图5C）。这些发现表明，OAC处理通过上调GPX4表达减少了APP/PS1小鼠大脑中的神经元氧化损伤。
减轻Aβ负担、氧化损伤和神经炎症可能显著缓解APP/PS1小鼠的突触损伤和认知障碍。如图6A所示，与对照小鼠相比，OAC处理小鼠的SYP表达水平提高，而PSD95、NeuN和NMDAR2A的表达水平没有显著变化（图6A），这表明OAC处理改善了APP/PS1小鼠的突触可塑性。鉴于OAC能够挽救AD神经病理学，我们评估了OAC对APP/PS1小鼠认知功能的影响。通过Morris水迷宫测试评估了小鼠的空间学习和记忆能力。在可见平台测试中，两组小鼠的逃逸潜伏期相似（图6E），表明两组小鼠的运动能力或视觉敏锐度没有差异。在隐藏平台测试中，OAC处理组小鼠显示出更短的路径长度和逃逸潜伏期（图6C，E）。
此外，在探针试验中，OAC处理的小鼠穿越次数多于对照组（图6D，F）。这些数据表明OAC改善了APP/PS1小鼠的学习和记忆能力。此外，我们使用旷场测试评估了小鼠的类焦虑行为。数据显示两组小鼠在总行程距离、在不同区域所花费的时间或在不同区域行程的距离方面没有显著差异（图6G-I），表明对照组小鼠和OAC处理小鼠在类焦虑行为上没有显著差异。
尽管存在不良反应，但临床试验中应用的药物以及针对Aβ的商业化药物，已经证明它们具有作为阿尔茨海默病（AD）治疗手段的潜力。因此，采用抑制Aβ产生或消除Aβ及其随之而来的不良反应的策略来开发AD药物正在增加。在这项研究中，我们首次提供了证据，表明OAC不仅抑制了Aβ的纤维化，还通过直接与Aβ结合促进了Aβ的溶酶体降解。此外，OAC有效地穿透了血脑屏障（BBB），并在APP/PS1小鼠中显著减少了Aβ沉积。此外，OAC治疗通过促进GPX4表达抑制氧化损伤，并减少神经炎症，通过抑制NF-κB的磷酸化。这些药理作用最终提高了APP/PS1小鼠的认知能力。因此，OAC可能作为AD治疗的有希望的药物。
天然分子产品，包括植物、动物和微生物来源的化合物，因其独特的化学结构和生物活性，成为新药开发的重要基础。这些天然多酚因其丰富的活性基团和与生物分子的相互作用，在抗氧化、抗炎、抗菌和抗癌研究中占据重要地位，并广泛应用于食品、环境和生物医学领域。在阿尔茨海默病（AD）研究中，由于AD患者大脑中的氧化应激和炎症环境，天然多酚化合物受到特别关注。尽管如此，针对这些症状的治疗方案往往更侧重于预防，而在临床治疗上效果有限。
最近的研究进展表明，某些天然多酚分子能有效抑制Aβ纤维化，例如木犀草素和EGCG，它们能直接与Aβ结合，阻止其转化为有毒的聚集体。此外，姜黄素和柠檬皮提取物等天然多酚也被证实能抑制Aβ聚集和纤维化。尽管这些研究在表型层面上取得了进展，但对于多酚与Aβ之间的具体相互作用和分子机制的研究仍然较少。我们的研究通过动力学模拟和实验表明，OAC能直接与Aβ结合并抑制其纤维化，这可能是其改善APP/PS1小鼠认知能力的关键机制。
单克隆抗体治疗针对Aβ沉积，是治疗阿尔茨海默病（AD）的希望。尽管有不良反应，但高剂量OAC治疗未引起小鼠脑水肿。研究显示，除了阻止Aβ形成斑块，促进其清除也是减轻AD患者脑部Aβ负担的重要策略。过去研究尝试通过增强细胞内降解、脑脊液清除和血脑屏障运输来促进Aβ清除。溶酶体清除受损可能在斑块形成前就发生，调节Aβ溶酶体代谢的治疗方案，如藏红花素和二氢青蒿素，显示出潜力。ApoE3重组高密度脂蛋白也能促进Aβ溶酶体降解。OAC治疗通过促进Aβ溶酶体降解来减少其含量，与多数天然多酚不同，它不仅抑制Aβ纤维化，还促进其溶酶体降解。
在AD的发病机制中，氧化应激和炎症环境扮演关键角色。天然多酚的抗氧化和抗炎作用在预防和治疗AD方面显示出潜力。例如，Oxyphylla A和OABL通过抗氧化和抗炎途径减轻认知衰退。OAC保护神经元免受氧化应激，减少氧化应激和神经炎症，可能通过调节GPX4和p-NF-κB水平抑制Aβ纤维化。与传统的Nrf2/GPX4信号通路相比，OAC更可能直接阻碍Aβ纤维化的恶性进展。
总之，我们的发现表明OAC通过多种机制抑制阿尔茨海默病样病理。首先，它直接与Aβ结合，阻断Aβ纤维化过程，从而抑制Aβ沉积。其次，OAC通过结合促进Aβ的溶酶体降解，导致Aβ含量减少。第三，它通过抑制p-NF-κB的表达来减轻神经炎症。最后，OAC通过上调GPX4表达来抑制氧化应激。总的来说，这些结果表明，OAC作为一种针对Aβ的天然多酚化合物，有潜力成为进一步研究阿尔茨海默病的药物候选。
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