基于代谢组学和网络药理学技术探讨黄芩总黄酮改善阿尔茨海默症的作用机制

作     者：陈春妮 

作者单位：山西大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周玉枝;张蕻

授予年度：2023年

学科分类：1006[医学-中西医结合] 10[医学] 100602[医学-中西医结合临床] 

主      题：黄芩总黄酮 阿尔茨海默症 海马 代谢组学 网络药理学 

摘      要：选题依据:阿尔茨海默症是一种易发生于老年群体中的中枢神经退行性疾病,病程中常伴随着进行性认知功能障碍、学习记忆障碍等,同时也会出现神经炎性斑、神经元纤维缠结以及神经元缺失等脑组织病理特征。目前常用的临床药物如胆碱酯酶抑制剂、NMDA受体拮抗剂等疗效有限,仅能短期改善症状,无法逆转病程发展,且大多价格昂贵,具有一定副作用。因此,低毒、有效的天然药物越来越受到研究者们的关注。黄芩作为大宗药材之一,资源丰富,具有多种药理作用,应用广泛。黄酮类化合物是黄芩发挥主要药效作用的活性成分,具有抗炎、抗氧化、抗衰老、神经保护等多种药理作用。课题组前期采用D-gal致衰老大鼠模型探讨了黄芩总提物及活性成分黄芩素延缓衰老的作用及相关机制,结果表明黄芩总提物及其有效成分黄芩素可以明显改善D-gal致衰老大鼠的学习记忆能力。同时,调研文献发现,黄芩总提物及其黄酮类成分黄芩苷、黄芩素等对AD大鼠的认知功能有明显的改善作用。黄芩总黄酮(FSB)包含多种黄酮类活性成分,相比于总提物,有效成分更加富集,相比于单体,制备简单、得率高。然而,目前关于黄芩总黄酮抗AD的研究较少。因此,本文采用了D-gal/Al Cl诱导的AD大鼠模型,评价了黄芩总黄酮对AD模型大鼠学习记忆能力和脑组织病理特征的作用,并探讨了其相关机制。目的:1.通过行为学实验和病理切片染色评价FSB对D-gal/Al Cl诱导的AD大鼠学习记忆能力和典型病理特征的影响;2.基于LC-MS代谢组学技术研究FSB对AD大鼠海马组织代谢轮廓的影响;3.整合网络药理学和代谢组学技术筛选FSB作用于AD的核心靶点,为进一步探究FSB改善AD的作用机制提供依据。方法:1.连续12周腹腔注射D-gal(60 mg/kg)、灌胃Al Cl(30 mg/kg)建立AD大鼠模型,并基于该模型评价FSB改善AD的作用。将72只大鼠随机分为6组,空白组(Control)、模型组(Model)、黄芩总黄酮低剂量组(LFSB,100 mg/kg)、黄芩总黄酮中剂量组(MFSB,200 mg/kg)、黄芩总黄酮高剂量组(HFSB,400 mg/kg)、多奈哌齐组(Donepezil,1 g/kg)。通过水迷宫实验、新物体识别实验评价不同剂量的FSB对AD大鼠的学习记忆能力的影响,并进一步通过海马组织病理切片染色(HE染色、Nissl染色、免疫组化)探讨不同剂量FSB对AD大鼠海马组织的保护作用。2.采用LC-MS代谢组学技术对各组大鼠的海马组织样本进行分析,通过多元统计分析(PCA、PLS-DA、OPLS-DA)寻找与AD相关的潜在生物标志物以及FSB调节的差异代谢物,并采用Metabo Analyst在线分析数据库进一步对这些潜在的生物标志物进行通路富集分析,寻找关键代谢通路。3.采用网络药理学技术筛选黄芩中黄酮类成分基因以及AD疾病基因,并结合代谢组学筛选出的差异代谢物的相关基因,得到成分-疾病-代谢物交集基因。对交集基因进行KEGG通路分析和PPI网络构建,并利用最大集团中心度(Maximal clique centrality,MCC)进行节点排名最终筛选得到核心靶点。结果:1.行为学实验结果表明,连续注射D-gal、灌胃Al Cl可以导致模型大鼠的认知功能受损,而FSB能显著改善AD大鼠的学习记忆能力,且表现出剂量依赖性。此外,病理切片结果显示黄芩总黄酮能抑制海马组织的神经元损伤、Aβ沉积和Tau蛋白异常磷酸化。2.海马代谢组学结果显示,AD大鼠海马中有27种差异代谢物含量发生变化,而黄芩总黄酮可以调节其中的17种代谢物含量,这些代谢物主要分布于柠檬酸循环(TCA循环)、花生四烯酸代谢、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成、苯丙氨酸代谢等代谢通路,主要涉及了氨基酸代谢、能量代谢和不饱和脂肪酸代谢。3.代谢组学和网络药理学整合分析结果显示,代谢物基因和黄芩总黄酮抗AD基因的交集基因共19个,通过STRING、Cytoscape分析后,利用最大集团中心度(MCC)进行节点排名,获得排名前10的核心基因,分别为NOS3、PTGS2、PTGS1、ALOX5、MPO、CYP1A2、ALOX15、PLA2G1B、CYP2C9、PLA2G4A。结论:1.黄芩总黄酮可以改善D-gal/Al Cl诱导的AD大鼠的学习记忆衰退以及病理特征变化。2.黄芩总黄酮主要通过调节TCA循环、花生四烯酸代谢、苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸生物合成等改善AD大鼠海马代谢紊乱。3.整合网络药理学和代谢组学得到的10个核心靶点可能是黄芩总黄酮发挥抗AD的潜在作用靶点。