褐藻（鼠尾藻与羊栖菜）通过调节Aβ代谢、tau蛋白磷酸化及小胶质细胞功能改善D-半乳糖诱导衰老大鼠阿尔茨海默病特征的研究

《Applied Biological Chemistry》：Effects of brown algae (Sargassum thunbergii and Sargassum fusiforme) on the progression of some characteristics of alzheimer’s disease and microglial dysfunction in D-galactose-induced aging rat

本研究针对阿尔茨海默病(AD)缺乏有效防治手段的现状，探讨了褐藻鼠尾藻(ST)与羊栖菜(SF)热水提取物对D-半乳糖(D-gal)诱导衰老大AD模型的影响。研究发现，ST与SF干预可显著改善模型鼠的空间记忆与识别记忆能力，其机制涉及降低脑内Aβ(1-42)水平（通过下调BACE1、RAGE及上调LRP1、IDE、NEP表达）、抑制tau蛋白Ser396位点过度磷酸化（通过调控GSK3β/PP2A通路）、降低乙酰胆碱酯酶(AChE)活性、减轻氧化应激（降低MDA），并调节小胶质细胞从促炎的M1表型（降低Iba-1、TNF-α、IL-1β、IL-6）向抗炎的M2表型（升高YM-1、TGF-β1、CD36）转化。结果表明，两种褐藻可通过多靶点作用延缓AD相关病理进程，为天然海洋产物的神经保护作用提供了新的实验依据。

　　

随着全球人口老龄化的加剧，阿尔茨海默病(Alzheimer's Disease, AD)作为一种以进行性记忆丧失和认知功能衰退为主要特征的神经退行性疾病，其发病率持续攀升，给患者家庭和社会带来了沉重的负担。然而，目前临床常用的药物如多奈哌齐、加兰他敏等，仅能暂时缓解症状，无法阻止疾病的进展，且常伴随恶心、呕吐等副作用。因此，寻找安全有效的预防或延缓AD发生发展的策略，尤其是从天然产物中发掘具有神经保护活性的物质，成为了当前研究的热点。

海洋是一个巨大的生物活性分子宝库，其中褐藻因其富含褐藻多糖硫酸酯（Fucoidan）、岩藻黄素（Fucoxanthin）、褐藻多酚（Phlorotannins）等多种生物活性成分，展现出强大的抗氧化、抗炎等潜力，在神经保护领域备受关注。鼠尾藻(Sargassum thunbergii, ST)和羊栖菜(Sargassum fusiforme, SF)是东亚地区常见的食用褐藻，传统上既可作为食物，也可入药。前期研究表明它们具有多种生物活性，但其对AD病理进程，特别是对小胶质细胞功能调节的影响，尚缺乏系统研究。

为了回答褐藻是否能够干预AD的关键病理环节这一问题，研究人员在《Applied Biological Chemistry》上发表了一项研究。他们利用长期注射D-半乳糖(D-galactose, D-gal)诱导的衰老大鼠模型，模拟AD相关的衰老、氧化应激、Aβ沉积和神经炎症等特征，系统探究了ST和SF热水提取物对学习记忆能力、AD核心病理表现（Aβ沉积、tau蛋白过度磷酸化）、胆碱能系统、氧化应激以及小胶质细胞激活状态的影响。

为开展本研究，研究人员主要应用了以下关键技术方法：使用D-半乳糖（150 mg/kg/天，腹腔注射，持续13周）诱导SD大鼠衰老模型，并同时灌胃给予不同剂量的ST（150, 300 mg/kg）或SF（300 mg/kg）热水提取物；通过八臂放射迷宫实验(Radial Arm Maze, RAM)和新物体识别实验(Novel Object Recognition, NOR)评估大鼠的空间工作记忆、参考记忆和识别记忆能力；采用酶联免疫吸附法(ELISA)测定脑内Aβ(1-42)水平；通过Western Blotting技术检测与Aβ生成（BACE1）、清除（LRP1, RAGE, IDE, NEP）、tau蛋白磷酸化（p-tau-Ser396, p-tau-Ser404）及其调控激酶（GSK3β）和磷酸酶（PP2A）、小胶质细胞标志物（Iba-1）、炎症因子（TNF-α, IL-1β, IL-6, NF-κB）以及M2型表型标志物（Arg-1, YM-1, TGF-β1, CD36）的蛋白表达水平；使用分光光度法检测乙酰胆碱酯酶(AChE)活性、乙酰胆碱(ACh)水平以及氧化应激指标（丙二醛MDA、蛋白质羰基含量PCOs）。

ST and SF improve memory and cognition in D-gal-induced aging rat

研究人员通过行为学实验评估了褐藻对学习记忆能力的影响。在八臂放射迷宫(RAM)测试中，与假手术组(Sham)相比，D-gal模型组(CD)大鼠的工作记忆错误数(WME)、参考记忆错误数(RME)及完成任务的潜伏期(Latency)均呈升高趋势。补充ST（150和300 mg/kg）和SF（300 mg/kg）后，大鼠的WME和RME均显著降低，表明褐藻提取物改善了D-gal引起的工作记忆和参考记忆损伤。在新物体识别(NOR)实验中，模型组大鼠在短期（4小时）和长期（24小时）记忆测试中对新物体的辨别指数(DI)显著低于假手术组。而ST和SF处理则显著提高了DI，说明褐藻干预增强了大鼠对新异物体的识别记忆能力。阳性对照磷脂酰丝氨酸(PS, 30 mg/kg)也表现出类似的改善效果。这些结果共同表明，ST和SF能够有效缓解D-gal诱导的衰老相关记忆和认知功能障碍。

Preventive effects of ST and SF on Aβ accumulation in D-gal-induced aging rat

Aβ沉积是AD的核心病理特征之一。本研究显示，D-gal模型组大鼠脑内Aβ(1-42)水平显著升高。ST和SF处理均能显著降低脑内Aβ(1-42)的水平。为了阐明其机制，研究人员检测了与Aβ生成和清除相关的蛋白表达。在Aβ生成方面，D-gal处理上调了β-分泌酶(BACE1)的表达，而ST和阳性对照PS干预则显著抑制了BACE1的表达。在Aβ清除方面，D-gal处理降低了负责Aβ脑内流出的低密度脂蛋白受体相关蛋白1(LRP1)以及负责Aβ降解的胰岛素降解酶(IDE)和脑啡肽酶(NEP)的表达，同时升高了负责Aβ脑内流入的晚期糖基化终末产物受体(RAGE)的表达。ST和SF干预逆转了这些变化，特别是ST（150 mg/kg）能显著上调LRP1、IDE和NEP的表达，并下调RAGE的表达。这些结果表明，ST和SF通过减少Aβ生成（抑制BACE1）和促进Aβ清除（增加LRP1介导的流出和IDE/NEP介导的降解，减少RAGE介导的流入）双管齐下，减轻了D-gal诱导的脑内Aβ沉积。

Effects of ST and SF on Tau hyperphosphorylation in D-gal-induced aging rat

Tau蛋白过度磷酸化形成神经原纤维缠结(NFTs)是AD的另一大病理特征。tau蛋白的磷酸化状态受激酶（如GSK3β）和磷酸酶（如PP2A）活性的动态平衡调节。研究发现，D-gal处理增加了tau蛋白在Ser396位点的磷酸化水平(p-tau-Ser396)，并提高了GSK3β在Tyr216位点的磷酸化水平(p-GSK3β-Tyr216)，后者是GSK3β的活性形式。值得注意的是，ST干预（150和300 mg/kg）能显著降低p-tau-Ser396/tau和p-GSK3β-Tyr216/GSK3β的比值，表明ST通过抑制激酶GSK3β的活性来减少tau蛋白的过度磷酸化。另一方面，PP2A的活性受其Tyr307位点磷酸化(p-PP2A-Tyr307，失活形式）的负调控。D-gal处理增加了p-PP2A-Tyr307/PP2A的比值，暗示PP2A活性被抑制。ST（300 mg/kg）和SF（300 mg/kg）干预降低了该比值，提示它们可能通过增强PP2A的活性来促进tau蛋白的去磷酸化。特别值得注意的是，在调节tau磷酸化方面，ST表现出比SF更显著的效果。这些结果提示，ST能通过调控GSK3β和PP2A的活性，恢复tau蛋白磷酸化的平衡，从而可能抑制NFTs的形成。

Effects of ST and SF on ACh level and AChE activity in D-gal-induced aging rat

胆碱能系统功能障碍是AD患者认知减退的重要原因。本研究显示，D-gal模型组大鼠脑内乙酰胆碱(ACh)含量显著降低，而乙酰胆碱酯酶(AChE)活性显著升高。ST（150 mg/kg）干预能显著提高ACh水平。更重要的是，ST和SF处理均能显著抑制AChE的活性。这表明褐藻提取物可以通过抑制ACh的降解，改善胆碱能神经传递，这可能是其改善学习记忆功能的机制之一。

ST and SF reduce oxidative stress in D-gal-induced aging rat

氧化应激在AD的发病机制中扮演重要角色。D-gal处理导致大鼠脑内脂质过氧化产物丙二醛(MDA)含量显著增加。ST和SF干预均能显著降低MDA水平，表明褐藻提取物具有减轻D-gal诱导的脑内氧化损伤的能力。蛋白质羰基含量(PCOs)作为蛋白质氧化的标志，在各组间未观察到显著差异。

Effects of ST and SF on microglia activation and inflammation in D-gal-induced aging rat

小胶质细胞是大脑中的常驻免疫细胞，其异常激活与AD的神经炎症密切相关。激活的小胶质细胞可分为促炎的M1表型和抗炎/修复的M2表型。研究结果显示，D-gal处理显著增加了小胶质细胞标志物Iba-1的表达，表明小胶质细胞被激活。ST和SF干预均能显著降低Iba-1的表达，且ST的效果优于SF和PS。进一步分析M1表型相关促炎因子，发现D-gal处理升高了肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白介素-1β(IL-1β)和白介素-6(IL-6)的表达。ST和SF处理能显著降低TNF-α和IL-1β的水平，ST（300 mg/kg）和SF（300 mg/kg）对IL-6的抑制效果尤为明显。对于M2表型，D-gal处理降低了精氨酸酶-1(Arg-1)和几丁质酶样蛋白3(YM-1)的表达。ST和SF干预能显著提高YM-1的表达，ST（150 mg/kg）还能提高转化生长因子-β1(TGF-β1)的表达。此外，ST、SF和PS处理均能升高清道夫受体CD36的表达，该受体参与Aβ的吞噬清除。核因子κB(NF-κB)是调控炎症反应的关键转录因子，D-gal处理使其p65亚基表达增加，而ST和PS干预能抑制其表达。这些结果综合表明，ST和SF不仅能抑制小胶质细胞的过度激活和M1型促炎反应，还能促进其向具有抗炎和修复功能的M2表型转化，这种调节作用可能部分通过抑制NF-κB通路实现。

（图注：图8 褐藻提取物对大鼠脑内替代性激活(M2)小胶质细胞相关蛋白表达的影响。 Western blots(A); 及相对表达量(B)。*p<0.05 and **p<0.01 vs. Sham组;#p<0.05 and ##p<0.01 vs. CD组.数值以均值±标准误表示(n=8)）

综上所述，本研究系统地阐明了褐藻鼠尾藻和羊栖菜热水提取物在D-半乳糖诱导的衰老大鼠模型中，对阿尔茨海默病多个关键病理环节均表现出显著的改善作用。其神经保护机制是多方面的：改善由D-半乳糖引起的记忆和认知功能损伤；通过调节BACE1、LRP1、RAGE、IDE和NEP等关键蛋白的表达，减少脑内Aβ的沉积；通过调控GSK3β和PP2A的活性，抑制tau蛋白在Ser396位点的过度磷酸化（此作用在ST中更为突出）；通过抑制AChE活性来改善胆碱能系统功能；减轻氧化应激（降低MDA）；以及最关键的是，调节小胶质细胞的功能状态，抑制其向促炎的M1表型极化，并促进其向抗炎、具有保护作用的M2表型转化。这些效应共同作用，延缓了AD样病理特征的发展。该研究首次较为全面地揭示了褐藻通过多靶点作用对抗AD复杂病理机制的潜力，为将鼠尾藻和羊栖菜这两种天然食用海藻开发成为预防或辅助治疗阿尔茨海默病的功能性食品或药物先导物提供了重要的实验依据和理论基础。值得注意的是，研究中发现鼠尾藻在抑制tau蛋白磷酸化方面表现出比羊栖菜更强的效应，提示不同褐藻物种间可能存在生物活性成分和功效的差异，这为后续深入研究特定活性单体（如褐藻多糖硫酸酯、岩藻黄素、褐藻多酚等）的作用及其协同效应指明了方向。