黄芪在多发性硬化小鼠模型中的研究.pdf
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1、综述657脑与神经疾病杂志2 0 2 3年第31卷第10 期黄芪在多发性硬化小鼠模型中的研究王金丽李彬段伟松贾珍张亚楠高长玉中图分类号:R744.5*1文献识别码:A文章编号:10 0 6-351X(2 0 2 3)10-0 6 57-0 5多发性硬化(multiple sclerosis,M S)是一种自身免疫性炎症性疾病,其特征是中枢神经系统(central nervous system,CNS)严重的脱髓鞘反应。黄芪是一种历史悠久的中药材,越来越多的证据表明,黄芪在临床上同时具有抗炎和免疫调节的作用。黄芪主要包含黄芪多糖、黄芪皂苷和黄芪总黄酮三大类活性成分。本文将着重阐述黄芪的这三种主要
2、活性成分在MS小鼠模型中的研究进展,为MS的临床治疗提供参考。一、黄芪多糖黄芪多糖(astragalus polysaccharides,A PS)其分子式为CioH,CIN,O,S,是黄芪的主要生物活性成分,已被确定为一类大分子。它由六种单糖组成一一甘露糖、葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、葡萄糖醛酸和鼠李糖I-2。大量文献报道,APS具有多种生物活性,如抗炎、抗氧化、抗病毒,尤其是免疫调节特性 3-5。1.免疫调节作用MS是一种自身免疫性炎症性疾病,其特征是CNS严重脱髓鞘,Ciotti等 认为,促进髓鞘再生是治疗MS的一种有效方法。人们普遍认为,少突胶质细胞、星形胶质细胞和神经元以及它们的前体细胞
3、,是从神经干细胞(neural stemcell,NSC分化而来的。星形胶质细胞通常在MS中发挥负面作用,因为它们会释放大量促炎细胞因子,所以增强NSC向少突胶质细胞而非星形胶质细胞的分化是促进髓鞘再生的有效方法8 。因此,少突胶质细胞的死亡是脱髓鞘的关键,他们的募集是髓鞘再生的基础 9)。铜宗(cuprizone,CPZ)是一种神经毒素,可破坏少突胶质细胞的呼吸链,并导致哺乳动物大脑,尤其是肼眠体(corpuscallosum,C C)组织严重脱髓鞘。当CPZ在特定时期内被移除时,髓鞘再生会自发发生。Ye等 10 建立了CPZ诱导的小鼠脱髓鞘模型,以研究APS对髓鞘再生的影响,他们发现APS
4、可以缓解CPZ诱导的脱髓鞘小鼠的神经功能障碍并促进髓鞘再生。该机制与诱导神经干细胞分化为少突胶质细胞有关,并且该研究证实,促进SonicHedgehog信号通路的激活可能是APS调控分化的分子机制之一。这是首基金项目:河北省中医药管理局科研计划课题(2 0 2 1139),河北省卫生和计划生育委员会医学科学研究指导性课题(2 0 2 116 2 9)作者单位:0 50 0 0 0 石家庄,河北医科大学第二医院神经内科(王金丽、李彬、段伟松、贾珍、高长玉);河北省胸科医院(张亚楠)通信作者:高长玉,Email:17 7 9 8 0 9 36 32 16 3.c o m次研究APS对髓鞘再生和NS
5、C少突胶质细胞分化的影响,表明APS可能是治疗MS的潜在药物。2.抗炎作用实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimentalautoimmuneencephalomyelitis,E A E)是用于MS研究的常用动物模型。在EAE的进展过程中,CD4T细胞介导的免疫反应起主要作用 12 。中枢神经系统中的炎症和脱髓鞘与浸润的T细胞和局部抗原呈递细胞(antigen presenting cells,A PC)有关。包括Th1细胞和Th17细胞在内的浸润性T细胞已被证明在EAE中具有致病作用 13。此外,Th1细胞促进中枢神经系统内的炎症并促进Th17细胞浸润到EAE病变部位中14。幼稚CD4T
6、细胞在不同微环境中分化为不同的T细胞亚群,包括Th1、T h 2、T h 17 和Treg细胞 15。Th1细胞介导细胞毒性和局部炎症免疫反应,并参与细胞免疫反应,它也被称为炎性T细胞。Th1细胞活化后分泌干扰素-(IFN-)肿瘤坏死因子-(T NF-)和白细胞介素-2(IL-2),促进免疫反应。Th2细胞分泌IL-4和IL-10,可以抵抗Th1细胞的免疫功能,Th2细胞负向调节EAE炎症反应。IFN-可诱导Th1细胞分化,但抑制Th2细胞分化和增殖。IL-4诱导Th2细胞分化,但与IL-13一起抑制Th1细胞的分化和功能。Th1和Th2细胞之间的动态平衡调节免疫反应的稳态 16 。除了Th1
7、和Th2细胞亚群,CD4+效应T细胞还包括分泌IL-17的Th17细胞。IL-17在EAE中具有促进炎症反应的作用。在Sun等 17 研究中,发现APS可以抑制MOG35-55特异性T细胞分泌IFN-、TNF-、I L-2 和IL-17,而APS对IL-4或IL-10的分泌没有影响。程序性死亡受体-1(PD-1)和程序性死亡受体-L(PD-L)是共刺激分子B7-CD28超家族的成员,它们充当活化T细胞的负调节剂 18 。PD-L在抗原呈递细胞上表达,它与受体PD-1结合,该受体在T细胞上表达并负调节免疫反应。PD-L1和PD-L2这两种配体受Th1和Th2细胞的不同程度的调节 19。Uha等
8、18 研究发现PD-1/PD-L1信号通路在EAE中具有重要的调节作用。IL-12通过PD1/PD-L1通路上调由IFN-介导的CD11b*抗原呈递细胞抑制炎症反应。这些研究结果表明PD-1/PD-L1通路抑制了EAE疾病的进展和保护脑组织免受损伤。Sun等 17 的研究结果显示,APS可通过抑制MOG35-55特异性T细胞增殖、下调促炎细胞因子、上调共刺激分子PD-1/PD-Ls信号通路、抑制T细胞介导的免疫反应,表明黄芪多糖在治疗多发性硬化方面具有良好的疗效。658脑与神经疾病杂志2 0 2 3年第31卷第10 期二、黄芪皂苷黄芪皂苷(astragalussaponins,A SI)分子式
9、为C4,H6:O14,是黄芪的主要有效成份之一,具有十分广泛的生物活性,如免疫调节、神经保护和抗氧化等多种作用。黄芪皂苷主要分为黄芪皂苷IVII,其中生物活性最好的是黄芪皂苷IV即黄芪甲苷。正如上文所述,MS是一类由Th17型和Th1型T细胞介导的中枢神经系统自身免疫性疾病。EAE是一种成熟的小鼠模型,用于研究MS的发病机制以及药物筛选。相关实验表明,黄芪甲苷可减轻EAE的严重程度,平衡氧化应激,并抑制T细胞分化并浸润到中枢神经系统。1.抗氧化作用在中枢神经系统中,分布于胶质细胞的诱导型一氧化氮合酶(induciblenitric oxidesynthase,i NO S)是NO合成的关键酶,
10、机体发生炎症反应催化生成过量的NO将与超氧阴离子结合,产生过氧亚硝基阴离子引发氧化应激反应 2 0 。MS的早期,炎症反应产生大量的自由基导致氧化/抗氧化系统失去平衡。氧化应激反应使得中枢神经系统发生炎性脱髓鞘。随着MS病程的发展,活性氧簇(reactive oxygen species,ROs)破坏血脑脊液屏障(blood-cerebrospinalfluidbarrier,BCFB)的完整性,导致中枢神经系统出现血管周围炎性细胞浸润的袖套样病理变化。大量研究表明,ASI的抗氧化作用可能有助于缓解中枢神经系统疾病,例如MS、创伤性脑损伤和脑缺血或缺血再灌注 2 1-2 。ASI 通过上调T-
11、SOD 防止BCFB渗漏,减少ROS产生,并通过抑制iNOS和其他炎性细胞因子减少神经炎症。黄芪甲苷可以提高转录因子T-bet 和Foxp3的mRNA表达,但降低RORt的表达以调节外周免疫系统中的T细胞分化 2 3 。ASI通过抑制热蛋白结构域相关蛋白3(thermal proteindomainassociatedprotein3,NLR P3)炎性体激活或内皮细胞中的内皮一氧化氮合酶活性发挥抗氧化能力并减少氧化应激损伤 2 4。此外,Yang等 2 5 研究发现ASI可以有效减轻实验性自身免疫性脑脊髓炎小鼠的发病程度。ASI还可以通过激活Nrf2保护神经细胞免受损伤。众多证据表明,缓解氧
12、化应激似乎是ASI对EAE的关键作用之一2.免疫调节作用MS作为一种自身免疫性疾病,主要被认为是由髓鞘特异性CD4*T细胞介导的,最终导致CNS的髓鞘丢失和轴突损伤 2 6-2 7。树突状细胞(dendritic cels,D C)作为免疫系统中的全时抗原呈递细胞,通过呈递抗原在MS的初始阶段发挥关键作用 2 8 。成熟的DC决定了通过控制初始CD4+细胞分化为MS/EAE的主要致病细胞T辅助1(Th1)和17(Th17)细胞来决定其命运 2 9-3。DC从未成熟状态向成熟状态发展,显著增强了它们的抗原呈递能力,从而促进了特异性抗原向T细胞的呈递并启动了随后的免疫级联反应 32-34。成熟的D
13、C表达高水平的表面分子标记,如CD86、C D 8 0 和CD40,以及组织相容性复合物。此外,它们分泌的细胞因子是Th细胞从幼稚CD4*细胞分化所必需的 3。因此,DC在激活抗原特异性T细胞过程中起到关键性作用。黄芪甲苷在治疗神经和免疫系统中发生的许多疾病中显示出广泛的药理活性,例如抗炎、神经保护和免疫调节。之前的研究表明,ASI可以改善EAE,其机制与其降低BCFB通透性、抵抗氧化应激、抑制神经炎症和预防神经元损伤的能力密切相关。在Li等的研究中,评估了ASI在EAE早期的疗效,并讨论了ASI对DC成熟和功能的可能潜在机制。他们发现,在免疫早期给予ASI可显著延迟EAE小鼠的发病并降低其严
14、重程度。而且,脊髓炎性浸润和脱髓鞘明显受到抑制。CD11c在DC表面高表达,并且参与DC的黏附、迁移、抗原递呈等活动,是DC的特异性标志。实验证实,ASI降低了EAE小鼠脾脏和脂多糖(LPS)刺激的小鼠骨髓树突状细胞(bone marrow-derived dendritic cells,BM D C s)中 CD11c*细胞的百分比和数量,表明ASI可能影响DC的成熟度 36 。由于抗原递呈分子I(M H C I)被转运到细胞表面,并且在DC成熟期间共刺激分子(CD40、C D 8 0 和CD86)的表达上调。除CD80外,ASI降低了MHCII、C D 40 和CD86的表达,证明ASI可
15、以抑制EAE中DC的成熟和抗原呈递。成熟DC的特征是产生直接影响Th1和Th17细胞分化的选择性细胞因子。其中,IL-6促进Th17细胞的分化,IL-12有利于诱导Th17细胞的分化。ASI在LPS诱导的BMDCs成熟过程中以浓度依赖性方式抑制IL-6和IL-12的表达,减少Th1和Th17细胞的分化,进一步抑制了EAE小鼠的免疫炎症反应。3.神经保护作用在中枢神经系统中,Rho激酶(Rho associated kinases,ROCK)信号通路参与神经元形态变化、神经细胞的损伤修复、树突与轴突的生长等各种生理活动。磷酸化肌球蛋白磷酸酶靶亚基 1(phosphorylated myosin
16、phosphatase target subunit1,p-M Y PT 1)是ROCK的作用过程中的底物,它的表达程度与ROCK的活性呈正相关。研究结论显示,EAE小鼠给予黄芪皂苷干预后,小鼠脊髓中肌球蛋白磷酸酶靶亚基1(myosinphosphatase target subunitl,M Y PT 1)的磷酸化程度显著下降,ROCK的活化受到抑制,减低了神经细胞的受损程度 37 。三、黄芪总黄酮小胶质细胞是在中枢神经系统内炎症反应中发挥重要作用的免疫细胞 38 。当有病原体人侵或存在细胞碎片时,小胶质细胞作为中枢神经系统的第一道防线,会迅速激活并清除病原体 39。然而,过度激活小胶质细胞
17、会加速MS的进展,并通过释放大量炎症介质对神经元造成进一步的损伤 40 。这被认为是包括MS在内的神经退行性疾病发生或恶化的重要机制之一。因此,适当抑制小胶质细胞的活性可能是治疗MS的有效途径。小胶质细胞活化介导的神经炎症涉及多种信号转导途径。许多研究报道,LPS诱导肌醇磷酸3-激酶/蛋白激酶B(inositol phosphate 3-kinase/protein kinase B PI3K/AKT)和 c-Junn末端蛋白激酶(JNK)激活,介导神经炎症反应,LPS已广泛应用于神经炎症模型研究 41。LPS是革兰氏阴性菌外膜的一种内毒素,与细胞上toll样受体4(toll-likerece
18、ptor4,TLR4)结合后在小胶质细胞表面激活PI3K/AKT和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK),最终导致NF-KB活化。后者促进亲659脑与神经疾病杂志2 0 2 3年第31卷第10 期炎症因子的诱导,包括一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,iNOS),环氧合酶2(cyclooxygenase2,C O X-2),白细胞介素1(i n t e r l e u k i n 1,IL-1),白细胞介素6(IL-6)和肿瘤坏死因子(t u mo r n e c r o s i s f a c t o r,T NF-),这些都是导致神经炎症的主要途径。因此,调节神经炎症相关信号
19、通路的药物将有助于缓解小胶质细胞介导的MS。黄芪总黄酮(totalfavonoidsof astragalus,T FA)分子式为C28H32017,作为黄芪中最有益的成分之一,具有抗氧化、抗诱变、抗肿瘤、免疫调节、抗炎症等多种药理作用(42 。Yang等 43 发现,TFA可以减轻EAE小鼠的症状,并显著改善小胶质细胞介导的神经炎症。活化的小胶质细胞或反应性小胶质细胞可释放大量促炎和细胞毒性递质,如IL-6、I L-1、T NF-和NO,进一步促进运动神经元损伤 4。已知氮的两种主要形式为氧化合酶(NOS)和环氧合酶-2(COX-2)。在正常情况下,这些酶的组成型(组成型NOS和COX-1)
20、参与小胶质细胞的正常生理功能。炎症状态下的小胶质细胞中检测到诱导亚型iNOS和COX-2,导致大量促炎和细胞毒性NO的产生。Liu等 42 发现,EAE小鼠中枢神经系统中反应性小胶质细胞显著增加。经TFA治疗后,激活的小胶质细胞形态和密度均恢复正常。同时,IL-6、I L-1、T NF-、i NO S和COX-2等炎症因子的过表达均通过TFA治疗降低。类似的结果在脂多糖激活的BV-2细胞中也同样出现,而不同浓度TFA对BV-2细胞活力无直接影响。这些结果清楚地表明TFA可以抑制小胶质细胞的过度激活,从而减少体内外炎性介质的产生。核因子-k B(nuclearfactorkB,NFkB)是一种转
21、录因子,其参与了LPS/细胞因子介导的炎症反应。例如,iNOS和COX-2的诱导均直接受到NFkB的转录调控 45。静息状态下,NFkB作为二聚体与抑制蛋白IkB在细胞质中结合。磷酸化后的NFkB从细胞质转移到细胞核,IkB降解,导致炎症因子相关基因的转录和表达。因此,预防NFkB核易位和降低转录活性将有助于预防炎症反应。PI3K/AKT信号通路通过激活NFkB参与小胶质细胞炎症调节炎症递质。JNK是一种丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)家族成员,在小胶质细胞的活化中也发挥着重要作用 46 。此外,JNKMAPK作为NFkB的上游因子,可调控炎症反应中NFkB的转录。TFA可降低LPS诱导的BV-
22、2细胞的核易位和NFkB转录活性。此外,它还抑制了LPS诱导的AKT和JNK的激活。当使用AKT和JNK激动剂SC-79和ANI时,TFA对炎症介质生成和NFkB激活的抑制作用被部分消除。提示TFA通过抑制JNK/Akt/NFkB信号通路抑制小胶质细胞的活化通路。小结黄芪作为一种中药材包含多种有效成分,具有增强抗氧化、抗调亡和抗炎的作用,能够有效抑制EAE小鼠的临床症状,减轻中枢神经系统的免疫炎性反应。这些研究结果为黄芪治疗MS的临床应用奠定了坚实的基础。但黄芪活性成分在MS中的作用机制还有待于更进一步的探讨和研究,这还需要大量的基础和临床试验去验证。利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突作者贡
23、献声明王金丽:文献查阅和论文撰写;李彬、段伟松、贾珍、张亚楠:文献资料收集和整理;高长玉:论文审阅和指导参考文献1Liao J,Li C,Huang J,et al.Structure characterization of honey-processed astragalus polysaccharides and its antinflammatoryactivity in vitroJJ.Molecules,2018,23(1):168.2Yu J,Ji H,Yang Z,et al.Relationship between structural propertiesand antitu
24、mor activity of Astragalus polysaccharides extracted withdifferent temperaturesJJ.Biol Macromol,2019,124:469-477.3 Sheik A,Kim K,Varaprasad GL,et al.The anti-cancerous activityof adaptogenic herb Astragalus membranaceusJJ.Phytomedicine,2021,91:1567-1579.4Farag MR,Alagawany M,Khalil SR,et al.Astragal
25、us membranaceuspolysaccharides modulate growth,hemato-biochemical indices,hepatic antioxidants,and expression of HSP70 and apoptosis-relatedgenes in Oreochromis niloticus exposed to sub-lethal thalliumtoxicityJJ.Fish Shellfish Immunol,2021,118:251-260.5Zhang J,Feng Q.Pharmacological Effects and Mole
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