ART︱广州中医药大学李伟荣/方坚松团队揭示当归芍药散治疗阿尔茨海默病的新机制

学术   2024-11-21 00:01   上海  

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撰文︱王  薇

责编︱王思珍


阿尔茨海默病(AD是导致痴呆症最常见的原因,据全球痴呆症报告显示,2050年将有1.528亿人患痴呆症[1],而AD病例将占到其中的50-70%[2]尽管近年来针对AD发病机制的研究进展,强调了淀粉样蛋白()、过度磷酸化tau蛋白、神经炎症和线粒体功能障碍[3]等的重要作用,但AD的复杂发病机制仍不清楚,且目前没有明确能逆转AD病情进展的治疗方法。新的发病因素,如脑能量代谢(EM)已经引发了越来越广泛的关注。事实上,已有证据表明AD患者大脑[4]中存在脑能量代谢不足的情况。


传统中药复方具有多成分、多靶点、多途径的作用特点,其在长期临床实践中,表现出较好的临床疗效和应用潜力。当归芍药散(DSS,出自《金匮要略》卷下,是由当归、芍药、茯苓、白术、泽泻、川芎6味中药组成的经方,其在临床上长期用于治疗包括AD在内的神经系统退行性疾病[5-7]然而,DSS治疗AD的作用机制尚未完全阐明,DSS是否可以通过调控能量代谢缓解AD尚未可知。


近日,广州中医药大学李伟荣/方坚松研究团队联合海南省中医院吴淇慧副研究员等在神经系统认知障碍国际知名期刊Alzheimer's Research & Therapy(中科院1区)上发表了题为“Unveiling the molecular mechanisms of Danggui-Shaoyao-San against Alzheimer’s disease in APP/PS1 micevia integrating proteomic and metabolomic approaches”的研究论文。海南省中医院吴淇慧副研究员为论文第一作者及共同通讯作者,王薇为论文共同第一作者,方坚松研究员及李伟荣研究员为共同通讯作者。该研究整合了网络药理学、代谢组学、蛋白质组学和分子生物学等研究技术,揭示DSS通过调控GSK3β/PGC1α信号通路以促进EM发挥治疗AD的作用,这为阐释DSSAD的作用机制提供了新思路。同时,该研究为探索中药复方治疗复杂性疾病作用机制的研究范式提供了一种有益的尝试。(拓展阅读:方坚松题组相关研究进展,详见“逻辑神经科学”报道(点击阅读):Phytomedicine︱方坚松/胡蕴慧团队基于内表型网络策略揭示养血清脑丸改善阿尔茨海默病的作用机制Alzheimers Res Ther︱方坚松等开发人工智能框架助力AD新靶标发现及药物重定位研究


首先,研究者通过行为学实验证实,DSS可以增加APP/PS1小鼠的交替率以及缩短APP/PS1小鼠Morris水迷宫实验的逃避潜伏期,增加穿越平台区次数(图1结果表明,DSS能明显改善APP/PS1小鼠的认知功能障碍。


1. DSS改善了APP/PS1小鼠的认知功能障碍


基于以上这些药效学结果,研究者选择了DSS高剂量组(DH),对照组及模型组进行了随后的蛋白质组学分析,以研究DSSAD的作用机制。其对三个不同组别的差异表达蛋白(DEPs)进行了基因本体论(GO)富集分析,包括生物过程(BP)、细胞成分(CC)和KEGG通路分析。结果显示,这些DEPs参与了多种BPs,如线粒体ATP合成耦合电子传递、ATP合成耦合电子传递和氧化磷酸化等与EM相关的BPs(图2AKEGG结果提示,DSS可能作用于EM发挥治疗AD的作用(图2B综上所述,蛋白质组学分析初步证明,DSS可能通过调节EM来缓解AD


2. 不同组别差异表达蛋白的富集分析



由于蛋白质组学分析表明DSS可能作用于EM以发挥治疗AD的作用,研究者接下来进行了靶向能量代谢组学来确定DSS调节的能量代谢产物。三个不同组别的能量代谢分析鉴定并量化了18个样本中的47种代谢物(图3E。研究者整合了一些重要的代谢物,并确定其在三组中的表达差异(图3F-H研究者进一步分析了8种代谢物的相对峰面积变化,发现3种代谢物(丝氨酸、l -丙氨酸、和3-苯乳酸)在模型组中下调(p<0.05),而DSS治疗后其水平得到显著升高p<0.05,图3I

3. 三个不同组别(CMDH)小鼠血清的靶向代谢组学分析


大量证据表明,葡萄糖的摄取和利用降低引起的代谢受损是AD较为普遍的病理特征。研究者通过qPCRWB分析GLUT1GLUT4基因和蛋白的表达,来评估脑葡萄糖摄取能力。结果提示,与对照组相比,模型组小鼠皮层GLUT1GLUT4 mRNA表达水平显著降低,DSS给药后其基因表达水平显著上调p<0.01,图4A-B, GLUT1GLUT4蛋白的表达也显示出相同的趋势p<0.01,图4D-G。脑源性神经营养因子(BDNF)与积累、tau磷酸化、神经炎症和神经元凋亡有关,可能在AD的发病机制中发挥潜在作用。因此,研究者也评估了皮层中BDNF mRNA表达水平及皮层和海马组织中BDNF蛋白的表达水平(图4C-G这些结果表明DSS能够改善APP/PS1小鼠的脑葡萄糖摄取能力(图4


4. DSS促进APP/PS1小鼠的脑葡萄糖摄取能力


线粒体在细胞EM中起着至关重要的作用,而线粒体呼吸链是细胞EM的重要组成部分,为了证实DSS是否可以改善线粒体功能和EM,研究者接着检测了线粒体膜电位,ATP NADH水平和线粒体呼吸链复合物I-IV。结果提示,DSS显著提高了线粒体膜电位(p < 0.05),ATPp < 0.01)、NADH水平(p < 0.01)、呼吸链复合物Ip < 0.01)、IIp < 0.01)、IIIp < 0.01)和IVp < 0.05, p < 0.01)的水平(图5A-G。线粒体是细胞内活性氧的主要来源和产生者。ROS的过量产生导致氧化应激和线粒体功能障碍。为探讨DSS对氧化应激的影响,研究者测定了各种小鼠脑组织中ROS水平及血清中T-SODMDA水平(图5H-J以上结果表明,DSS可促进APP/PS1小鼠的EM,改善线粒体功能。同时,DSS缓解了APP/PS1小鼠的氧化应激水平(图5


5. DSS改善APP/PS1小鼠的线粒体功能,缓解氧化应激,促进能量代谢


GSK3β在大脑中被证明是EM的调节剂,为了确定DSS是否可以调控GSK3β/PGC1α信号通路,研究者通过qPCRWB实验验证GSK3βp-GSK3βPGC1α的基因及蛋白表达水平。结果表明,DSS给药后,GSK3β基因和蛋白表达水平下降,而p-GSK3βPGC1α基因和蛋白表达水平上升(图6


6. DSS调控了GSK3β/PGC1α信号通路


7. DSSAD的机制示意图


文章结论与讨论,启发与展望

综上所述,本研究采用多组学方法以阐释DSSAD的分子作用机制。研究者首次提出DSS可以通过调节GSB3β/PGC1α信号通路促进EM来治疗AD,为深入阐释DSSAD提供了新视角(图7


原文链接:10.1186/s13195-024-01618-1

广州中医药大学李伟荣研究员,方坚松研究员及海南省中医院吴淇慧副研究员为本文通讯作者,海南省中医院吴淇慧副研究员及广州中医药大学硕士研究生王薇为该论文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金及海南省自然科学基金等的资助。


作者简介链接:

李伟荣:https://kjcxzx.gzucm.edu.cn/info/1061/6054.htm

方坚松:https://kjcxzx.gzucm.edu.cn/info/1061/5584.htm

吴淇慧:https://www.researchgate.net/profile/Qihui-Wu-9



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参考文献
1.Estimation of the global prevalence of dementia in 2019 and forecasted prevalence in 2050: an analysis for the Global Burden of Disease Study 2019. Lancet Public Health 2022, 7(2):e105-e125.

2.Winblad B, Amouyel P, Andrieu S, Ballard C, Brayne C, Brodaty H, et al. Defeating Alzheimer's disease and other dementias: a priority for European science and society. Lancet Neurol. 2016, 15(5):455-532.

3.He X, Peng Y, Huang S, Xiao Z, Li G, Zuo Z, et al. Blood Brain Barrier-Crossing Delivery of Felodipine Nanodrug Ameliorates Anxiety-Like Behavior and Cognitive Impairment in Alzheimer's Disease. Adv Sci. 2024:e2401731.

4.Patel V, Mill J, Okonkwo OC, Salamat S, Li L, Raife T. Global Energy Metabolism Deficit in Alzheimer Disease Brain. J Prev Alzheimers Dis. 2024, 11(1):171-178.

5.Jin Y, Liang S, Qiu J, Jin J, Zhou Y, Huang Y, et al. Intestinal flora study reveals the mechanism of Danggui Shaoyao San and its decomposed recipes to improve cognitive dysfunction in the rat model of Alzheimer's disease. Front Cell Infect Microbiol. 2023, 13:1323674.

6.Huang J, Wang X, Xie L, Wu M, Zhao W, Zhang Y, et al. Extract of Danggui-Shaoyao-San ameliorates cognition deficits by regulating DHA metabolism in APP/PS1 mice. J Ethnopharmacol. 2020, 253:112673.

7.Wu Q, Chen Y, Gu Y, Fang S, Li W, Wang Q, et al. Systems pharmacology-based approach to investigate the mechanisms of Danggui-Shaoyao-san prescription for treatment of Alzheimer's disease. BMC Complement Med Ther. 2020, 20(1):282.

编辑︱王思珍
本文完

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