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目的:本研究拟采用自然衰老大鼠为研究对象,观察竹节参总皂苷(saponins from Panax japonicus, SPJ)对自然衰老大鼠神经炎症反应的调节作用及相关分子机制。本课题旨在阐述竹节参总皂苷延缓脑衰老的现代生物学机制,为防治神经系统退行性疾病提供理论和实验依据。 方法:(1)以自然衰老大鼠为研究对象,将SPF级SD雄性大鼠随机分为3月龄组(3M组)、9月龄组(9M组)、15月龄组(15M组)、24月龄组(24M组)、SPJ低、中、高剂量组,每组15只大鼠。SD雄性大鼠从18月龄开始,SPJ低、中、高剂量组分别给与竹节参总皂苷10 mg/kg、30 mg/kg、60 mg/kg,对照组给与生理盐水,灌胃至24月龄,每周停药两天,持续6个月。(2) HE染色观察衰老大鼠海马和皮层神经元形态的变化。(3)生化法检测衰老大鼠皮层组织Na+k+-ATPase、Ca2+-ATPase、Ca2+Mg2+-ATPase活力的变化。(4) TUNEL法观察衰老大鼠皮层和海马区神经细胞凋亡情况。(5)免疫组化法观察衰老大鼠皮层和海马小胶质细胞的活化情况及核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(NLR Family,pyrin domain containing3,NLRP3)、核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白1(NLR Family,pyrin domain containing1,NLRP1)的表达变化。(6) Western blot法观察衰老大鼠皮层和海马区白细胞介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)、肿瘤坏死因子α(Tumor necrosis factor alpha,TNF-α)、诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)、环氧化酶-2(Cyclooxygenase-2,COX-2)、磷酸化核因子κB抑制蛋白α(phospho-inhibitor of NF-κB alpa,p-IκB-α),核因子κB抑制蛋白α( inhibitor of NF-κB alpha, IκB-α),磷酸化核因子kB p65( phospho- nuclear factor-kappaB p65,p-NF-κB p65)、核因子kB p65(nuclear factor-kappaB p65,NF-κB p65)、凋亡相关微粒蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing CARD, ASC)、NLRP3、NLRP1、半胱氨酸的天冬氨酸蛋白酶1(Cysteinyl aspartate specific proteinase-1,Caspase-1)、白细胞介素-18(Interleukin-18,IL-18)水平影响。 结果:(1) HE染色结果显示,与青年对照组(3月龄)相比,自然衰老模型组(24月龄)中,大鼠海马CA1、CA3、DG和皮层神经细胞排列紊乱、不规则,细胞大量变性;给予竹节参总皂苷干预6个月后,与自然衰老模型组相比,大鼠海马CA1、CA3、DG和皮层神经细胞病理变化均有所改善,神经细胞排列整齐紧密,凋亡细胞数量减少。(2)生化实验结果显示,随着年龄的增长,大鼠皮层组织中Na+k+-ATPase、Ca2+-ATPase、Ca2+Mg2+-ATPase活力逐渐降低;给予竹节参总皂苷干预6个月后,与自然衰老模型组(24月龄)大鼠相比,竹节参总皂苷各剂量组均可显著提高衰老大鼠皮层组织中Na+k+-ATPase、Ca2+-ATPase、Ca2+Mg2+-ATPase的活力。(3) TUNEL实验结果显示,青年对照组(3月龄)仅见极少数凋亡细胞;与青年大鼠海马(3月龄)相比,自然衰老模型组(24月龄)中凋亡细胞数明显增加,给予竹节参总皂苷干预6个月后,与自然衰老模型组(24月龄)大鼠相比,竹节参各剂量组大鼠皮层和海马CA1、CA3、DG区凋亡细胞数明显下降。(4)免疫组化实验结果表明,3月龄组大鼠皮层和海马CA1、CA3、DG区,小胶质细胞数量少且处于静息状态,NLRP1、NLRP3表达较少;24月龄组与3月龄组相比,大鼠皮层和海马CA1、CA3、DG区小胶质细胞数量增多,且激活状态的小胶质细胞明显增多,NLRP3、NLRP1也随年龄的增长表达逐渐增加。给予竹节参总皂苷干预6个月后,与自然衰老模型组(24月龄)大鼠相比,大鼠皮层和海马CA1、CA3、DG区小胶质细胞激活状态数量及NLRP1、NLRP3的表达明显下降。(5) Western blot结果表明,大鼠皮层和海马组织中IL-1β、TNF-α、iNOS、COX-2、p-IκB-α, p-NF-κB p65、NF-κB p65、ASC、NLRP3、NLRP1、Caspase-1、IL-18的蛋白表达水平均随着年龄的增长而逐渐上调,IκB-α的蛋白表达水平随着年龄的增长而逐渐下调;给与竹节参总皂苷干预6个月后,竹节参总皂苷各剂量组均能下调IL-1β、TNF-α、iNOS、COX-2、p-IκB-α, p-NF-κB p65、NF-κB p65、ASC、NLRP3、NLRP1、Caspase-1、IL-18的蛋白水平,上调IκB-α的蛋白表达水平。 结论:综上所述,竹节参总皂苷对衰老大鼠脑组织(皮层和海马)神经元损伤具有保护作用,其机制可能与竹节参总皂苷减轻神经炎症反应及调节炎症相关信号通路尤其是与NLRP1和NLRP3有关。