基于PI3K/GSK-3β/Nrf2通路探讨化痰开窍法对Aβ诱导的氧化应激损伤的保护作用及机制研究

Amyloid-β (Aβ ) neurotoxicity is important in Alzheimer's disease (AD) pathogenesis. Oxidative stress is a key mechanism in Aβ-mediated neurotoxicity, and PI3K/GSK-3β/Nrf2 signaling pathway is involved in the Aβ-induced oxidative stress. Eliminating phlegm for resuscitation is main therapeutical principle of Traditional Chinese Medicine for AD. On the basis of our results it has been hypothesised that “Aβ-mediated neurotoxicity involve PI3K/GSK-3β/Nrf2 signal transduction pathway, and therapeutical principle of eliminating phlegm for resuscitation (for instance Yuanzhi decoction) treat AD via inhibiting oxidative stress and activation of PI3K/GSK-3β/Nrf2 signaling pathway”. To test the postulation, the project intends to use recognized transgenic mouse model of AD (APP/PS mice) and Aβ-induced neuronal damage in vitro, and to understand whether Yuanzhi decoction inhibit oxidative stress induced by Aβ, and to elucidate whether GSK-3β/Nrf2 signal pathway plays an important role in the underlying mechanism for Yuanzhi decoction to inhibit oxidative stress. The results obtained from the project will offer the new therapeutic intervention of AD, and provide a novel idea for research and development of new drug with anti-AD effects. There are considerable scientific significance and widely application perspective for this study.

Aβ的神经毒性是导致AD的重要原因，氧化应激是Aβ神经毒性作用的中心环节，而PI3K/GSK-3β/Nrf2信号转导通路是AD神经元氧化应激过程中一条关键信号通路。化痰开窍法是治疗AD的治法之一。我们根据前期研究基础，提出“PI3K/GSK-3β/Nrf2信号转导通路异常在Aβ的神经毒性中扮演重要角色，具有化痰开窍作用的远志汤对AD 的治疗作用是通过抑制氧化应激和活化PI3K/GSK-3β/Nrf2信号通路来实现的”这一工作假说。为了验证假说，本项目拟采用国际公认的APP/PS1转基因小鼠模型和Aβ损伤的体外培养海马神经元模型，采用行为学、病理学、生化酶学和分子生物学手段，从动物、细胞和分子水平全面研究远志汤对Aβ诱导神经元氧化应激的保护作用，阐明PI3K/GSK-3β/Nrf2信号途径在远志汤治疗AD中的作用，为研发有效的抗AD新药开拓新思路，具有重要的科学意义和广阔的应用前景。

阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）是一种神经系统退行性疾病，是由多种因素共同作用引起的，其中自由基损伤在发病机理中起重要作用，而且氧化应激发生于 AD 疾病进程的早期，在老年斑和神经元纤维缠结出现之前就已发生。中药的作用呈现多途径、多靶点、全面调节，对防治 AD 有广泛的针对性。临床研究结果表明，石菖蒲和远志对 AD 的治疗效果较显著，而我们课题组前期研究亦证实，化痰开窍复方远志汤对海马注射 Aβ1-42大鼠学习记忆障碍具有显著的改善作用，而且抑制了脑组织氧化应激。根据前期研究基础，在中医基础理论的指导下，本项目采用国际公认的APP/PS1转基因小鼠模型和Aβ损伤的体外培养海马神经元模型，采用行为学、形态学、生化酶学和分子生物学手段，从动物、细胞和分子水平全面研究远志汤对Aβ诱导神经元氧化应激的保护作用，阐明PI3K/GSK-3β/Nrf2信号途径在远志汤治疗AD中的作用。研究结果显示，远志汤可呈剂量依赖性的改善APP/PS1转基因小鼠的学习记忆能力障碍，其有效成分—远志皂苷和 β-细辛醚不仅可以改善海马神经元超微结构的形态，还可以增强 SOD，CAT 和GSH-PX的活性，降低 MDA 含量，并且能够调控 PI3K/GSK-3β/Nrf2 通路中的关键因子：提高CAT、HO-1、p-AKt和p-GSK-3β的 mRNA 与蛋白表达；而远志汤含药血清可以提高Aβ25-35 损伤的海马神经元的细胞活力，降低Aβ25-35 所致的细胞凋亡率，其有效成分，即远志皂苷和β-细辛,醚还可以抑制Aβ25-35 对原代培养海马神经元氧化应激的损伤，同时调节神经元抗氧化酶和II 相解毒酶活性，对AD细胞模型的 PI3K/GSK-3β/Nrf2 通路中的关键因子亦有显著调控作用。综上所述，研究结果表明具有化痰开窍作用的远志汤可以有效的改善 APP/PS1转基因小鼠的学习记忆能力障碍，拮抗 AD 症状极有可能是通过抑制Aβ诱导的氧化应激损伤，活化 PI3K/GSK-3β/Nrf2 通路来实现的。依托此课题完成了五篇国家级中文核心文章，一篇SCI，培养了两名硕士研究生。