D-半乳糖加速衰老模型揭示天然藥物小檗堿的腦保護(hù)作用

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期刊來源： Metabolic Brain Disease （2024年）

DOI信息： https:///10.1007/s11011-024-01350-7

? 核心亮點(diǎn) ?

? 小檗堿可顯著抑制腦內(nèi)氧化應(yīng)激指標(biāo)，如 MDA、AOPP 與 ROS 水平
? 小檗堿能有效提升抗氧化因子 GSH 和 FRAP 水平
? 小檗堿逆轉(zhuǎn)線粒體復(fù)合體（I–IV）活性下降
? 顯著降低 IL-6、TNF-α、CRP 等炎癥因子表達(dá)
? 減輕 D-半乳糖誘導(dǎo)的海馬區(qū)神經(jīng)結(jié)構(gòu)損傷
? 小檗堿維持神經(jīng)炎癥-氧化還原平衡，對腦老化具保護(hù)潛力

━━━━━━━━━━━━ 【引言】━━━━━━━━━━━━

━━━━━━━━━━━━ 【正文】━━━━━━━━━━━━

【氧化應(yīng)激緩解：抗氧化能力提升】

小檗堿最顯著的作用之一是減輕了衰老模型大鼠大腦內(nèi)的氧化應(yīng)激程度。研究通過多種指標(biāo)全面評估了腦組織的氧化損傷和抗氧化狀態(tài)。結(jié)果顯示，在僅接受D-半乳糖處理的衰老模型組大鼠中，腦內(nèi)丙二醛（MDA）含量顯著升高，蛋白質(zhì)羰基化水平增加，晚期氧化蛋白產(chǎn)物（AOPP）累積也明顯高于對照組；而關(guān)鍵的內(nèi)源性抗氧化物質(zhì)還原型谷胱甘肽（GSH）含量及鐵離子還原抗氧化能力（FRAP）則大幅下降【1】。這些變化表明，過量的D-半乳糖誘發(fā)了嚴(yán)重的脂質(zhì)過氧化和蛋白氧化損傷，同時削弱了機(jī)體自身的抗氧化防御。但令人關(guān)注的是，在小檗堿干預(yù)組中，上述異常指標(biāo)均得到明顯改善：MDA水平相比模型組顯著降低（接近健康對照組水平），GSH和FRAP則回升至正常范圍【1】。特別是蛋白質(zhì)羰基含量和AOPP的升高被小檗堿所抑制，顯示其有效阻止了氧化損傷的累積【1】。統(tǒng)計學(xué)分析證實(shí)，小檗堿處理組與模型組相比差異具有顯著性（p<0.05 或更高）。這些數(shù)據(jù)表明，小檗堿能夠維持腦內(nèi)氧化還原穩(wěn)態(tài)，減輕氧化應(yīng)激帶來的損害。這種抗氧化作用對于保護(hù)神經(jīng)元免受衰老相關(guān)的自由基攻擊至關(guān)重要，有助于維持腦組織功能。在日常生活中，抗氧化劑的充分?jǐn)z入（如維生素C、維生素E等）被認(rèn)為對健康老化有益，而小檗堿作為天然產(chǎn)物，展現(xiàn)出比單一營養(yǎng)素更全面的抗氧化調(diào)節(jié)作用。

【ROS水平降低：自由基蓄積受控】

【ROS水平降低：自由基蓄積受控】 除了上述終產(chǎn)物指標(biāo)，研究還直接測定了活性氧（ROS）的生成情況。利用熒光探針的流式細(xì)胞術(shù)結(jié)果顯示，D-半乳糖處理組大鼠腦組織中ROS水平相比正常對照組顯著升高，提示過量的自由基產(chǎn)生可能是促發(fā)衰老損傷的主要因素之一。而在小檗堿干預(yù)后，腦內(nèi)ROS的積累得到有效抑制【1】。小檗堿聯(lián)合給藥組的ROS水平明顯低于未干預(yù)的模型組，接近正常值范圍。這說明小檗堿不僅在終止鏈?zhǔn)窖趸磻?yīng)方面有效（降低MDA等產(chǎn)物），更能減少ROS的源頭生成。一方面，小檗堿本身具有清除自由基的直接抗氧化活性；另一方面，它可能通過上調(diào)內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)（如谷胱甘肽和抗氧化酶）從而間接降低ROS過量產(chǎn)生【12】。ROS水平的下降對于保護(hù)腦細(xì)胞至關(guān)重要——過多的ROS會攻擊神經(jīng)元膜脂和線粒體，引發(fā)細(xì)胞功能紊亂甚至凋亡。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，小檗堿能夠?qū)⒀趸瘔毫刂圃谳^低水平，為腦組織營造一個相對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境。這一發(fā)現(xiàn)契合了其抗氧化應(yīng)激作用，可部分解釋小檗堿如何延緩腦衰老進(jìn)程。在現(xiàn)實(shí)中，這提示我們抗氧化干預(yù)在老年人腦健康中的重要性，而小檗堿或可作為一種有前景的干預(yù)劑來調(diào)控氧化應(yīng)激。

【抑制炎癥反應(yīng)：神經(jīng)炎癥顯著減輕】

衰老伴隨的另一大致病因素是慢性炎癥。本研究通過檢測多種炎癥介質(zhì)，證實(shí)D-半乳糖誘導(dǎo)的模型大鼠存在明顯的神經(jīng)炎癥狀態(tài)。與健康對照相比，模型組大鼠血漿中促炎細(xì)胞因子白介素-6（IL-6）水平從約45 pg/mL升高至68 pg/mL左右，腫瘤壞死因子α（TNF-α）則由約1076 pg/mL飆升至1450 pg/mL以上，炎癥急性期蛋白C反應(yīng)蛋白（CRP）濃度也從約107 ng/mL增至216 ng/mL【1】。這些結(jié)果表明，過量的D-半乳糖引發(fā)了全身性炎癥反應(yīng)。而在小檗堿干預(yù)組，IL-6、TNF-α和CRP的水平均顯著下降：分別降至約53 pg/mL、1233 pg/mL和144 ng/mL【1】。盡管仍高于正常對照，但相比未干預(yù)模型組已大幅改善（其中IL-6和CRP降低約20%，TNF-α降低近15%）。統(tǒng)計學(xué)檢驗(yàn)顯示，小檗堿使所有這三種炎癥因子的升高都具有顯著的緩解效果（p<0.05）。此外，在腦組織中，炎癥相關(guān)基因的表達(dá)變化同樣得到了調(diào)控。模型組大鼠腦內(nèi)IL-6和TNF-α的mRNA表達(dá)量相對對照組分別上調(diào)了1.79倍和1.47倍，證明腦組織發(fā)生了炎癥介導(dǎo)的基因表達(dá)重編程；而小檗堿共治組中，這兩個基因的表達(dá)上調(diào)幅度明顯減弱，IL-6 mRNA僅較對照高出1.26倍，TNF-α mRNA幾乎恢復(fù)正常水平（上調(diào)1.08倍）【1】。由此可見，小檗堿有效地緩解了衰老模型中腦部的炎癥狀態(tài)。不論是外周血的炎癥因子分泌，還是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)基因的激活，小檗堿都表現(xiàn)出廣泛的下調(diào)作用。這提示其抗炎機(jī)制可能涉及抑制NF-κB等促炎信號通路，從源頭減少促炎介質(zhì)的產(chǎn)生【13】。慢性神經(jīng)炎癥被認(rèn)為是加速神經(jīng)退行和認(rèn)知功能下降的重要推手，小檗堿通過降低關(guān)鍵炎癥因子，有望阻斷“炎癥性衰老”對大腦的侵蝕。這一效應(yīng)對于預(yù)防老年癡呆等疾病具有潛在意義，也再次凸顯了抗炎策略在抗衰老中的價值。

【線粒體功能恢復(fù)：能量代謝改善】

神經(jīng)細(xì)胞的健康離不開線粒體的正常功能。線粒體既是能量供應(yīng)中心，又是產(chǎn)生ROS的主要場所，其功能障礙往往會放大氧化應(yīng)激和炎癥的危害【14】。本研究通過測定線粒體呼吸鏈復(fù)合酶（復(fù)合體I–IV）的活性，評估了腦組織線粒體功能的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，D-半乳糖處理組大鼠的線粒體復(fù)合體活性全面受損：與對照組相比，復(fù)合體I的活性下降約40%（從約111降至70 nmol/min/mg蛋白），復(fù)合體II降低近40%（從約22降至13 nmol/min/mg蛋白），復(fù)合體III下降約35%（從約157降至102 nmol/min/mg蛋白），復(fù)合體IV則降低超過45%（從約48降至26 nmol/min/mg蛋白）【1】。這些數(shù)據(jù)表明，衰老模型大鼠的腦線粒體氧化磷酸化能力嚴(yán)重減弱，可能導(dǎo)致ATP供能不足和代謝紊亂。這種線粒體功能衰退在老齡化過程中普遍存在，被認(rèn)為是細(xì)胞老化和神經(jīng)退變的重要誘因之一【14】。令人振奮的是，小檗堿共治顯著扭轉(zhuǎn)了上述線粒體功能的下滑趨勢。與未干預(yù)的模型組相比，小檗堿處理組大鼠的復(fù)合體酶活性明顯提高：復(fù)合體I恢復(fù)到約100 nmol/min/mg蛋白，復(fù)合體II回升至約22 nmol/min/mg，復(fù)合體III提升至約148 nmol/min/mg，復(fù)合體IV也上升到約38 nmol/min/mg【1】。盡管未必完全等同于年輕對照水平，但小檗堿已使線粒體功能指標(biāo)大幅改善（多數(shù)酶活提升了30–50%）。統(tǒng)計學(xué)分析顯示，復(fù)合體I、II、III的活性提升具有極顯著差異（p<0.001），復(fù)合體IV的改善也有顯著意義（p<0.01）【1】。這說明小檗堿在老化腦中發(fā)揮了“線粒體保護(hù)劑”的作用。一方面，它可能直接或間接清除了線粒體內(nèi)過量ROS，避免了呼吸鏈酶復(fù)合物的氧化損傷；另一方面，小檗堿有報道可激活細(xì)胞內(nèi)的能量感應(yīng)通路（如AMPK）并促進(jìn)線粒體生物合成【15】。由此產(chǎn)生的線粒體功能改善，不僅有助于提高細(xì)胞能量供應(yīng)，還有助于減少有害自由基的產(chǎn)生，形成良性循環(huán)。本研究證明了通過小檗堿干預(yù)可以維持腦內(nèi)線粒體的正常運(yùn)作，對于延緩因能量衰竭導(dǎo)致的神經(jīng)退行具有重要意義。這一發(fā)現(xiàn)也提示，靶向線粒體的療法或營養(yǎng)干預(yù)在抗衰老領(lǐng)域大有可為。

【腦組織保護(hù)：海馬神經(jīng)結(jié)構(gòu)損傷減輕】

在功能指標(biāo)之外，組織學(xué)觀察為我們提供了直觀的形態(tài)學(xué)證據(jù)。研究者對各組大鼠腦組織進(jìn)行了蘇木精-伊紅（H&E）染色，重點(diǎn)檢查與記憶密切相關(guān)的海馬區(qū)域。正常對照組大鼠海馬齒狀回的錐體細(xì)胞層結(jié)構(gòu)完整，神經(jīng)元排列緊密有序；單用小檗堿的大鼠腦組織與對照組無明顯差異，顯示出良好的生理形態(tài)。而在D-半乳糖模型組中，海馬錐體細(xì)胞層出現(xiàn)了明顯的破壞：細(xì)胞層結(jié)構(gòu)變得稀疏、紊亂，部分區(qū)域可見細(xì)胞丟失和斷裂（見下圖箭頭所示）。這種結(jié)構(gòu)上的損傷與衰老導(dǎo)致的神經(jīng)元退行相符，提示認(rèn)知功能可能受損。然而，在同時接受小檗堿治療的衰老模型組中，海馬錐體細(xì)胞層幾乎看不到上述變形或空洞，組織結(jié)構(gòu)保持完整連續(xù)，神經(jīng)元排列緊密度接近正常【1】。這一顯著差異表明，小檗堿對D-半乳糖所致的海馬組織損傷具有保護(hù)作用。通過減少氧化應(yīng)激和炎癥，小檗堿很可能避免了神經(jīng)元的過度凋亡或壞死，從而維護(hù)了組織學(xué)架構(gòu)。值得注意的是，小檗堿處理組的海馬切片上幾乎找不到由于衰老造成的膠質(zhì)增生或炎癥浸潤跡象，反映其在微觀層面有效緩解了神經(jīng)炎癥反應(yīng)。這些病理學(xué)結(jié)果與前述生化指標(biāo)的改善相呼應(yīng)，從組織水平印證了小檗堿抗腦老化的功效。從更廣的角度看，如果神經(jīng)元結(jié)構(gòu)能夠被保護(hù)不受衰老損傷，那么老年動物的學(xué)習(xí)記憶能力有望得到維持甚至改善。事實(shí)上，有報告顯示小檗堿可提高老年模型小鼠的空間記憶表現(xiàn)【9】。本研究的形態(tài)學(xué)證據(jù)為此提供了支持，也為探索小檗堿在老年腦疾病中的組織保護(hù)作用奠定了基礎(chǔ)。

━━━━━━━━━━━━ 總結(jié)━━━━━━━━━━━━

本研究系統(tǒng)地證明了小檗堿在延緩腦衰老方面的潛在價值：通過穩(wěn)定氧化還原穩(wěn)態(tài)并抑制神經(jīng)炎癥，小檗堿能夠減輕由D-半乳糖誘導(dǎo)的加速衰老模型大鼠的腦部損傷。在氧化應(yīng)激方面，小檗堿同時降低了脂質(zhì)過氧化和蛋白氧化產(chǎn)物，提升了內(nèi)源抗氧化水平；在炎癥方面，它顯著下調(diào)了促炎介質(zhì)的表達(dá)；在線粒體功能上，它部分恢復(fù)了受損的呼吸鏈活性。這些多層面的作用共同保護(hù)了海馬等腦區(qū)的組織結(jié)構(gòu)，提示小檗堿有能力通過多途徑干預(yù)來減緩與年齡相關(guān)的腦功能退化。基于這些發(fā)現(xiàn)，我們可以展望，小檗堿有望作為一種候選的神經(jīng)保護(hù)劑，用于預(yù)防或延遲老年認(rèn)知衰退和神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生。當(dāng)然，需要強(qiáng)調(diào)的是，本研究是在動物模型上完成的。盡管大鼠實(shí)驗(yàn)為我們揭示了小檗堿的抗衰老機(jī)制，但其在人類中的有效性和安全性仍需進(jìn)一步驗(yàn)證。未來有必要開展臨床試驗(yàn)或流行病學(xué)研究，來評估小檗堿對老年人認(rèn)知功能和腦健康的影響。若能證實(shí)其益處，小檗堿或可發(fā)展為一種價格低廉、來源豐富的天然干預(yù)手段，為應(yīng)對人口老齡化背景下的認(rèn)知障礙問題提供幫助。

值得注意的是，近一兩年來，多項(xiàng)研究都在探索包括小檗堿在內(nèi)的天然活性物質(zhì)對腦衰老的干預(yù)作用，這已成為抗衰老研究的一個熱點(diǎn)趨勢【11】【16】。許多源自植物的化合物（如多酚類的白藜蘆醇、姜黃素，萜類的銀杏內(nèi)酯，以及生物堿類的石杉堿甲等）被發(fā)現(xiàn)具有延長壽命或改善老年認(rèn)知的效果【8】。這些物質(zhì)往往具有抗氧化、抗炎和促神經(jīng)保護(hù)的多重機(jī)制，與本研究中小檗堿的作用模式不謀而合。例如，有研究報道小檗堿可穩(wěn)定炎癥因子IL-1β、TNF-α等的水平，減輕重金屬導(dǎo)致的神經(jīng)毒性并改善記憶功能【16】；在腦出血和缺血模型中，小檗堿同樣顯示出抑制小膠質(zhì)細(xì)胞過度活化、緩解神經(jīng)炎癥的作用【13】。又如另一項(xiàng)新近研究發(fā)現(xiàn)，小檗堿可以拮抗線粒體毒素3-硝基丙酸對紋狀體神經(jīng)元的損傷，其機(jī)制涉及上調(diào)神經(jīng)營養(yǎng)因子BDNF及其受體TrkB的信號通路，同時抑制了促凋亡的NF-κB途徑【17】。這些研究與本文結(jié)果一起，勾勒出這樣一幅圖景：通過調(diào)控體內(nèi)氧化應(yīng)激和炎癥等衰老“共性”通路，天然分子有望延緩大腦的功能退化。在今后研究中，科學(xué)家們應(yīng)進(jìn)一步系統(tǒng)比較不同天然物質(zhì)的抗衰老功效，深入解析它們作用于氧化還原、炎癥、線粒體等網(wǎng)絡(luò)的分子機(jī)制。此外，還需關(guān)注劑量和生物利用度等實(shí)際問題，以期將實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)更好地向臨床轉(zhuǎn)化?？偟膩碚f，當(dāng)前證據(jù)支持了以小檗堿為代表的天然產(chǎn)物在腦衰老干預(yù)中的前景。隨著對其作用機(jī)制的深入理解，我們有望開發(fā)出安全有效的營養(yǎng)補(bǔ)充劑或藥物組合，幫助人們維護(hù)大腦的“青春活力”。

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