基于JAK-STAT信号通路研究人参-石菖蒲药对调控睡眠剥夺大鼠学习记忆障碍的机制

In this study, we hypothesize that the activation of N-Methyl-D-Aspartate Receptor (NMDAR) by interleukin-6 (IL-6) via Janus kinase (JAK)-signal transducer and activator transcription factor (STAT) signaling pathway may play a role typical for explaining the effectiveness of paired use of Ginseng and Acorus Gramineus, of which the functions are tonifying Qi and removing phlegm and in calming the mind and enhancing intelligence, on attenuating learning and memory impairment post sleep deprivation, which is clinically observed and theoretically supported both on the treatment and prevention. The hippocampal long-term potentiation(LTP) may be promoted for enhancing the learning and memory via influencing neurotransmitters in cerebral cortex and hippocampus by the regulation of the herb pair on immune reaction after the sleep is deprived. In testing the above hypothesis, this study will be conducted in ways of behavioristics, cell morphology, electrophysiology and the expression of genes and proteins for revealing the mechanisms of this herb pair’s function of calming the mind and enhancing intelligence.

人参-石菖蒲药对补气化痰、安神益智，在防治睡眠剥夺后学习记忆障碍方面具有充分的理论和临床依据。细胞因子的免疫网络调节在睡眠剥夺中发挥了重要作用，本药对可能通过调整睡眠剥夺后机体的免疫反应，影响大脑皮质和海马的神经递质表达来实现改善睡眠结构，促进海马LTP，达到提高学习记忆能力的作用， JAK-STAT信号通路是IL-6等细胞因子发挥生物学功效的经典调控途径， “IL-6→IL-6R→JAK→STAT→NMDAR”很可能是人参-石菖蒲药对发挥安神益智功效的代表性调控路径。为证实这一假说，我们将从行为学、细胞微观形态、脑电生理学和基因及蛋白质表达多层面揭示人参-石菖蒲药对安神益智的作用机制。

为证实研究假说，本研究从行为学、细胞微观形态、基因及蛋白质表达等多层面揭示人参-石菖蒲药对安神益智的作用机制。.在“安神”实验中，人参-石菖蒲药对显示出促进小鼠睡眠和延长小鼠睡眠时间的优异功能；Morris水迷宫检测中，人参、石菖蒲、人参-石菖蒲干预后，大鼠在目标象限搜索的时间以及穿越平台的次数显著增加，人参-石菖蒲药对组改善最显著（P<0.001）。相比单用人参或石菖蒲，人参-石菖蒲药对能显著改善睡眠剥夺组大鼠脑组织Ach含量、ChAT的活性及GABRA1的表达（P<0.001）。.运用ELISA法检测大鼠海马组织中IL-6和IL-6R的表达，免疫印迹法检测大鼠海马组织中NMDAR2B的表达，对相应脑组织采用免疫荧光标记观测。结果显示人参-石菖蒲水煎液能够抑制睡眠剥夺带来的脑部炎性反应，防止脑神经细胞损伤，可以通过提高睡眠剥夺动物海马NMDAR2B的表达来增强记忆力。.运用免疫印迹法检测大鼠海马组织中JAK-STAT信号通路相关蛋白JAK2、p-JAK2、STAT3、p-STAT3、SOCS3的表达。结果显示p-JAK2和p-STAT3均在睡眠剥夺组中出现了显著上调（P<0.001）；JAK-STAT通路的负性调节细胞因子SOCS3在睡眠剥夺组的表达量相较正常对照组出现了明显下调（P<0.001），在人参-石菖蒲干预组中出现了显著回升（P<0.001）。 由此证实人参-石菖蒲药对可以修复睡眠剥夺引起的海马区神经细胞损伤，其机制可能是通过抑制JAK2和STAT3的磷酸化，改善睡眠剥夺大鼠的炎症反应，从而保护神经细胞，进而保持睡眠剥夺后的记忆功能。.本研究通过实验证实了人参、石菖蒲配伍后安神益智的功效更优，揭示了人参-石菖蒲药对安神益智的作用机制与IL-6→IL-6R→JAK→STAT通路有关。