开心散抗抑郁作用机制及其活性成分人参皂苷Rg1脑靶向递送研究

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:MickeyMouse01
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抑郁症(Depression)是一种以脑部病变为基本特征的慢性精神障碍类疾病,其患病率、自杀率、死亡率和复发率高,严重威胁着人类生命和健康。抑郁症的发病机制与自噬和炎症有密切联系,促进自噬可抑制炎症反应,进而抑制抑郁症的发生发展。开心散(KXS)最早记载于唐代孙思邈所著的《备急千金要方》,由人参、茯苓、远志和石菖蒲四味中药组成。在临床和临床前研究中,开心散展现出良好的抗抑郁药效和抗炎作用,但其是否通过促进自噬发挥抗抑郁作用尚属未知,开心散的活性成分对自噬的调控作用仍需探索。因此,阐明开心散的抗抑郁作用与自噬的关系,明确开心散的主要促自噬活性成分尤为重要。开心散口服或灌胃给药起效较慢,治疗周期较长,其活性成分多难以穿过血脑屏障进入脑部。若将其促自噬活性成分靶向递送到脑中,可能使药物更快地产生抗抑郁药效,缩短治疗周期。纳米载体递药是促进药物透过血脑屏障的有效手段,冰片(BO)与开心散中的石菖蒲同属芳香开窍类中药,具有打开血脑屏障的作用,纳米药物载体经BO修饰后具有良好的血脑屏障透过性能。氧化石墨烯(GO)载药性能良好,易于功能化,生物相容性好,并具有一定的神经保护作用。因此,基于BO和GO合理设计纳米载药系统,对开心散促自噬活性成分的脑靶向递送和抑郁症的治疗有重要意义。本研究探索了开心散的抗抑郁作用机制,并以其促自噬抗抑郁作用机制为基础,明确开心散的主要促自噬活性成分。通过构建纳米载药系统将开心散主要促自噬活性成分靶向递送到脑中,使其更快地产生抗抑郁药效。研究内容分为以下三部分:(1)开心散促自噬抗抑郁作用机制研究。假设开心散通过促进自噬抑制NLRP3炎症小体的激活,进而产生抗炎抗抑郁作用,并通过体内和体外实验对此假设进行验证,旨在阐明开心散的抗抑郁作用机制。首先建立了不可预见的慢性温和应激(CUMS)抑郁模型,并通过行为学测定验证了开心散的抗抑郁药效。结果表明,开心散明显改善了CUMS大鼠的抑郁行为,具有良好的抗抑郁药效。随后通过体内和体外实验考察了开心散对自噬、NLRP3炎症小体、炎症因子和氧化应激的影响。体内实验结果表明,开心散促进了大鼠前额叶皮质自噬,抑制了NLRP3炎症小体的激活、炎症反应和氧化应激。体外实验结果表明,开心散同样促进了大鼠星形胶质细胞自噬,抑制了NLRP3炎症小体的激活、炎症反应和活性氧(ROS)的蓄积,体内和体外实验结果具有一致性。最后使用自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤(3-MA)探究了开心散是否通过促进自噬抑制NLRP3炎症小体的激活,结果表明,3-MA减弱了开心散对NLRP3炎症小体激活的抑制作用,开心散通过促进自噬抑制NLRP3炎症小体的激活,进而发挥抗炎抗抑郁作用。(2)开心散促自噬活性成分研究。以开心散通过促进自噬抑制NLRP3炎症小体激活的抗抑郁作用机制为基础,探究开心散主要活性成分对自噬的影响,旨在明确开心散的主要促自噬活性成分。首先考察了开心散5种主要活性成分人参皂苷Rg1、人参皂苷Rb1、茯苓酸、3,6’-二芥子酰基蔗糖和β-细辛醚对星形胶质细胞自噬的影响,结果表明,人参皂苷Rg1促进了星形胶质细胞自噬,其它4种成分对自噬无明显调控作用,可能通过调控其它相关通路发挥抗抑郁作用。因此,初步确定开心散的主要促自噬活性成分为人参皂苷Rg1。为了佐证这一结论,采用生物信息学分析方法预测了人参皂苷Rg1的靶基因,并对其靶基因进行功能富集分析和信号通路富集分析,结果表明,人参皂苷Rg1的靶基因与自噬的生物学过程、自噬体的组成、泛素化功能和自噬通路的调控有密切联系。为了进一步确证人参皂苷Rg1的促自噬活性,考察了低、中、高浓度的人参皂苷Rg1对星形胶质细胞自噬、NLRP3炎症小体和炎症因子的影响,并使用自噬抑制剂3-MA探究人参皂苷Rg1是否通过促进自噬产生抗炎作用。结果表明,人参皂苷Rg1通过促进自噬,抑制NLRP3炎症小体的激活,进而产生抗炎作用,这与开心散的促自噬抗抑郁作用机制一致,表明人参皂苷Rg1在开心散产生抗抑郁药效的过程中发挥重要作用。(3)人参皂苷Rg1脑靶向递送系统的构建及其抗抑郁研究。基于BO和GO构建了Rg1/GO-PEG-BO纳米载药系统,旨在将人参皂苷Rg1靶向递送到脑中,使其更快地产生抗抑郁药效,缩短治疗周期。首先将BO修饰到聚乙二醇(PEG)功能化的GO表面,制备了GO-PEG-BO纳米载体,使用红外光谱、X射线衍射光谱、拉曼光谱和透射电子显微镜对其进行了表征,结果表明GO-PEG-BO成功合成。通过细胞毒性和溶血性实验评价了体外生物相容性,通过组织病理分析评价了体内生物相容性,结果表明,GO-PEG-BO对脑微血管内皮细胞和星形胶质细胞均无明显毒性,且溶血率不超过5%,体外生物相容性良好;给药14 d后未对大鼠体心、肝、脾、肺、肾、脑组织造成损伤,体内生物相容性良好。在体外血脑屏障模型中评价了血脑屏障透过性能,探究了跨血脑屏障机制,评价了体外抗炎活性,结果表明,GO-PEG-BO具有良好的血脑屏障透过性能,通过打开紧密连接和抑制外排作用穿过血脑屏障,且载药后具有良好的抗炎活性。通过荧光显微镜观察了细胞摄取,通过活体荧光成像观察了体内靶向分布,结果表明,GO-PEG-BO能够抑制星形胶质细胞的外排作用,易于被星形胶质细胞摄取。GO-PEG-BO主要分布于肝和脾中,经BO修饰后,GO-PEG-BO在脑中的分布明显提高,GO-PEG-BO具有良好的血脑屏障透过性能。将人参皂苷Rg1负载于GO-PEG-BO后,测定了粒径、Zeta电位、分散性、载药量、包封率和体外释放,结果表明,Rg1/GO-PEG-BO粒径为179.21±1.95 nm,Zeta电位为28.29±0.43 m V,且均一稳定,分散性良好,载药量和包封率分别为11.62±0.52%和87.58±2.32%,可以稳定、缓慢地释放药物,36 h时累积释放量在90%以上。通过行为学测定评价了Rg1/GO-PEG-BO的抗抑郁药效,并对其抑郁作用机制进行了验证。结果表明,给药7 d时,Rg1/GO-PEG-BO全面地改善了CUMS大鼠的抑郁行为,抗抑郁药效良好,而开心散和人参皂苷Rg1仅部分改善CUMS大鼠的抑郁行为。开心散和人参皂苷Rg1需给药14 d后,方能全面改善CUMS大鼠的抑郁行为,Rg1/GO-PEG-BO比开心散和人参皂苷Rg1更快地产生抗抑郁药效,缩短了治疗周期。人参皂苷Rg1负载于GO-PEG-BO后,仍具有促进自噬和抑制NLRP3炎症小体的作用,表明其抗抑郁作用机制未发生改变。综上所述,开心散通过促进自噬,抑制NLRP3炎症小体的激活,进而发挥抗炎抗抑郁作用。人参皂苷Rg1是开心散的主要促自噬活性成分,且通过促进自噬,抑制NLRP3炎症小体的激活,进而发挥抗炎作用。GO-PEG-BO具有良好的血脑屏障透过性能,人参皂苷Rg1负载于GO-PEG-BO后,比开心散和人参皂苷Rg1更快地产生抗抑郁药效,缩短了治疗周期。本研究为开心散的抗抑郁作用机制和活性成分研究提供了新的理论基础和科学依据,为抑郁症的治疗提供了新策略。
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