1、第 41 卷 第 5 期2023 年 9 月食 品 科 学 技 术 学 报Journal of Food Science and TechnologyVol.41 No.5Sep.2023狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮狮栓栓栓栓专题研究专栏编者按:衰老是一种不可抗拒的自然规律,包括多系统生理失调过程,期间人体的患病风险增加,如心血管疾病、癌症、阿尔茨海默病、糖尿病、老年抑郁症等。现代社会人口的老龄化使得衰老成为重大公共卫生问题,也是现代医学和营养学研究领域中急需解决的问题之一。近年来,研究者发现合理饮食及营养干预是抗衰老的关键策略。食物中多种活性成分也被证实具有延缓衰老的功效;但是,涉及的
2、食品抗衰老功能因子在减缓衰老过程中的潜在机制尚不清晰。本期选择了食品组分缓解衰老模型中神经系统和肾脏损伤方面的 4 篇文章,其中 2 篇文章关注了食品功能组分对阿尔茨海默病模型小鼠学习记忆障碍的影响,分别研究了部分水解瓜尔豆胶和姬松茸多肽对阿尔茨海默病模型小鼠记忆功能和神经元损伤的影响,并且在蛋白分子水平上,探究两者发挥改善神经细胞损伤的作用机制;另外 2 篇文章分别探究了蜂王浆对衰老模型小鼠肾脏功能的影响,以及核桃多酚缓解神经细胞损伤的作用机制。希望这一系列研究工作能够为抗衰老食品功能因子的开发和应用提供科学思路和理论基础。(栏目策划:郝一铭摇 叶红波)doi:10.12301/spxb20
3、2300039文章编号:2095鄄6002(2023)05鄄0034鄄11引用格式:李涛,许云聪,陈峻波,等.部分水解瓜尔豆胶对阿尔茨海默病小鼠学习记忆能力的作用J.食品科学技术学报,2023,41(5):34-44.LI Tao,XU Yuncong,CHEN Junbo,et al.Effect of partially hydrolyzed guar gum on learning and memory ability ofAlzheimer蒺s disease miceJ.Journal of Food Science and Technology,2023,41(5):34-44.部
4、分水解瓜尔豆胶对阿尔茨海默病小鼠学习记忆能力的作用李摇 涛1,摇 许云聪1,摇 陈峻波1,摇 李延啸2,摇 闫巧娟2,摇 江正强1,3,*(1.中国农业大学 食品科学与营养工程学院/食品生物工程重点实验室(中国轻工业联合会),北京摇 100083;2.中国农业大学 工学院,北京摇 100083;3.中原食品实验室,河南 漯河摇 462300)收稿日期:20230120基金项目:国家重点研发计划项目(2022YFD2101400)。Foundation:National Key Research and Development Program of China(2022YFD2101400).第
5、一作者:李摇 涛,男,讲师,博士,主要从事食品营养与健康方面的研究。摇*通信作者:江正强,男,教授,博士,主要从事食品酶工程方面的研究。摘摇 要:为探究部分水解瓜尔豆胶(partially hydrolyzed guar gum,PHGG)对阿尔茨海默病小鼠学习记忆能力的作用,采用 PHGG 饮食干预 APP/PS1 小鼠 3 个月,通过水迷宫和避暗实验评价小鼠学习记忆能力,并观察其脑组织形态学变化及神经元数量;利用免疫印迹实验测定小鼠脑组织中凋亡相关蛋白的表达;同时采用免疫荧光法检测小鼠脑中 茁 淀粉样蛋白和磷酸化 Tau 蛋白的表达情况。研究结果表明:与模型组相比,PHGG 干预明显改善
6、APP/PS1 小鼠反应性、皮毛粗糙度和脊柱43后凸;PHGG 组小鼠进入目标象限的时间、距离和穿越平台的次数,比 APP/PS1 小鼠分别增加了81郾 6%、58郾 0%和 171郾 4%(P 0郾 05)。PHGG 干预显著增加了 APP/PS1 小鼠大脑皮层和海马区神经元数量,全脑组织中 Bcl鄄2/Bax 蛋白表达率比 APP/PS1 小鼠增加了 54郾 9%(P 0郾 05);PHGG 使得小鼠大脑皮层和海马区 茁 淀粉样蛋白表达量分别降低了 32郾 0%和 55郾 0%(P 0郾 05),磷酸化Tau 蛋白表达量则分别降低了 52郾 3%和 62郾 6%(P 0郾 01)。同时,P
7、HGG 干预显著下调了 APP/PS1 小鼠全脑组织中 TLR4 和 NF鄄资B 蛋白的表达,降低比例分别为 42郾 0%和 46郾 8%(P 0郾 05)。PHGG 显著改善了阿尔茨海默病小鼠的认知障碍,能够通过抑制 TLR4/NF鄄资B 信号通路减轻大脑皮层和海马区的细胞凋亡和神经元损伤。研究旨在为 PHGG 在抗阿尔茨海默病功能性食品配料的开发方面提供科学依据。关键词:部分水解瓜尔豆胶;阿尔茨海默病;学习记忆能力;神经元损伤;TLR4/NF鄄资B 信号通路中图分类号:TS201郾 4摇 摇 摇 摇 摇 文献标志码:A摇 摇 阿尔茨海默病(Alzheimer蒺s disease,AD)是一
8、种普遍存在的神经退行性疾病,会导致脑细胞和神经细胞之间的突触连接丧失,从而导致认知能力的逐步下降1。AD 的特征是在大脑中存在与疾病相关的不同蛋白质聚集物,即 茁 淀粉样蛋白(A茁)组成的斑块,以及 Tau 蛋白组成的神经纤维缠结2。正常情况下,星形胶质细胞和小胶质细胞通过清理碎片、回收神经递质分子和支持突触间的通信来帮助维持神经元的健康和功能3。在 AD 患者的大脑中,星形胶质细胞和小胶质细胞被激活,产生炎症分子并聚集在蛋白斑块周围。小胶质细胞会释放促炎因子,如白细胞介素 1茁、白细胞介素 6 和肿瘤坏死因子 琢,这些炎性因子过度表达引起的神经炎症可导致磷酸化 Tau 的增加和海马功能的损伤
9、4。饮食是保证人体健康的一个重要因素,合理的饮食和营养管理会降低与年龄相关疾病的发病率5。不健康的饮食习惯会破坏肠道菌群的平衡引起机体代谢异常和炎症反应等,进而通过肠-脑轴诱发许多慢性疾病,也是导致 AD 的主要原因6-7。因此,健康饮食是缓解 AD 的一种安全有效的策略。益生元被肠道微生物代谢,产生多种代谢产物,特别是短链脂肪酸,影响宿主生理健康8。研究表明益生元可通过改善抗氧化、降低脑内海马及皮质区 A茁 沉积和调节肠-脑轴等途径减轻 AD 小鼠的认知和行为障碍9-11。部分水解瓜尔豆胶(partiallyhydrolyzed guar gum,PHGG)是瓜尔豆胶通过 茁鄄甘露聚糖酶水解
10、制备而成,是一种具有良好益生元活性及多种生理功能活性的水溶性膳食纤维。研究发现,PHGG 具有降胆固醇、降血脂和降血糖等利于机体代谢平衡的生理功效12-13。同时,PHGG 通过调节短链脂肪酸影响脂联素、胰岛素的分泌,进而改善高脂高糖饮食引起的糖脂代谢紊乱14。Liu 等15研究表明,PHGG 可通过调节氧化应激和恢复肠道微生物群来改善 D鄄半乳糖诱导的大鼠衰老。研究发现,PHGG 作为一种益生元,可被结肠内肠道菌群利用,促进双歧杆菌、乳酸菌和阿克曼菌的生长,增加短链脂肪酸的浓度,从而改善肠道功能16-18;同时,PHGG 能够通过改善机体肠道菌群进而抑制便秘和炎症反应19-21。但是,PHG
11、G 对 APP/PS1 小鼠学习记忆能力的改善作用尚未见报道。本研究拟通过行为学表现、神经元损伤、病理特征蛋白表达和神经炎症等方面,探讨 PHGG 对 AD小鼠学习记忆能力的改善作用及其机理,旨在为研发天然抗 AD 的食品配料提供新资源和研究基础,并为进一步开发和利用 PHGG 提供新的理论依据。1摇 材料与方法1郾 1摇 实验动物、材料与试剂雄性 SPF 级 APP/PS1 小鼠 12 只及同窝野生型小鼠(C57BL/6J)6 只,8 月龄,体质量为(30 依2)g,至善健康(北京)医学研究院,实验动物生产许可证编号:SCXK(京)2021鄄0010。大小鼠繁殖饲料,含有碳水化合物(质量分数
12、 50%)、脂肪(质量分数4%)、蛋白质(质量分数 20%),北京华阜康生物科技股份有限公司。饲料生产许可证编号:京饲证(2019)06076。PHGG,北京瓜尔润科技有限公司,生产控制参照 GB 1886郾 3012018食品安全国家标准 食品添加剂半乳甘露聚糖,平均分子质量为2郾 5 伊104Da,寡糖(聚合度 7)质量分数为 24郾 9%,总膳食纤维53第 41 卷 第 5 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 李摇 涛等:部分水解瓜尔豆胶对阿尔茨海默病小鼠学习记忆能力的作用质量分数为 90郾 6%22;茁鄄肌动蛋白(茁鄄actin)抗体、B 细胞淋巴瘤/白血病鄄2 蛋白(Bcl鄄2)抗体、Bc
13、l鄄2 关联 X 蛋白(Bax)抗体、Toll 样受体 4(TLR4)、核转录因子 资B鄄p65 NF鄄资B(p65)、茁 淀粉样多肽 1鄄42(A茁1鄄42)抗体、磷酸化 Tau 蛋白(p鄄Tau Thr231)抗体,英国 Abcam 公司;山羊抗兔 IgG 抗体,艾博抗(上海)贸易有限公司;BCA 蛋白检测试剂盒,北京拜尔迪生物技术有限公司。1郾 2摇 仪器与设备Multiskan FC 型酶标仪,赛默飞世尔科技(中国)有限公司;Nikon Ci鄄S 型倒置显微镜,日本尼康株式会社;BM-19AY 型激光共聚焦显微镜,上海彼爱姆光学仪器制造有限公司;Tanon 4800 型自动化学发光成像
14、仪,上海天能科技有限公司;XR-XM101型 Morris 水迷宫行为学测试仪、YLS-17B 型避暗穿梭仪,上海欣软信息科技有限公司。1郾 3摇 实验方法1郾 3郾 1摇 动物分组及处理小鼠的饲养温度保持在(25 依 2)益,相对湿度保持在 50%依10%,灯光始终保持 12 h 明暗交替状态(7:00 至 19:00 为白昼时间、19:00 至次日 7:00 为黑夜时间)。所有小鼠均饲喂 SPF 级大小鼠繁殖饲料,饮用水为蒸馏水,保持小鼠自由饮水及摄食。经过 1 周适应期后,将小鼠随机分为 3 组:野生型(C57BL/6J 小鼠,WT)组,模型(APP/PS1小鼠,AD)组,部分水解瓜尔豆
15、胶(APP/PS1 小鼠,PHGG)组,每组 6 只。根据预实验结果和先前报道15,设定 PHGG 组按照小鼠体质量的 PHGG 干预剂量为1 000 mg/kg,将其添加在水中,野生型组和模型组不干预。采用自由饮水的给药方式,实验周期 3 个月,期间每天监测并记录各组小鼠的体质量。实验周期结束后,小鼠禁食 16 h,快速解剖,低温取小鼠的脑、肝脏、心脏、肾脏、脾脏等脏器组织并称重,用生理盐水清洗组织。用滤纸吸干后,称质量。部分样品固定于体积分数 10%的福尔马林溶液中,保存在 4 益冰箱,用于形态观察。部分样品冻存于-80 益冰箱,用于后续指标分析。1郾 3郾 2摇 小鼠老化评分测定采用日本
16、京都大学竹田俊男和细川昌则教授制定的老化评分标准23,评定基于行为学和外观改变的小鼠衰老等级。根据程度不同,每项指标分为0 5 共5 个等级。1郾 3郾 3摇 水迷宫实验实验装置为一个圆形不锈钢水池,池壁为白色,将水池分为 4 个虚拟象限。目标象限的中央位置放直径为 10 cm,高为 23郾 5 cm 的圆形平台,整个实验期间其位置保持不变,水池中水面高于平台顶端约1郾 5 cm,水温控制在(21 依 1)益,实验期间迷宫周围参照物不变,迷宫上方安置摄像机,同步记录小鼠运动轨迹,实验分为 2 部分:1)定向航行实验:实验过程中保持平台的位置不变,实验开始时将小鼠面向池壁放入水中,记录其找到平台的时间,即为逃避潜伏期。动物上台 10 s 后自动停止采集。若小鼠在60 s 规定时间内未找到平台,则将逃避潜伏期记作60 s,并人为诱导小鼠到达平台,停留 10 s。2)空间探索实验。定向航行实验结束后,撤除平台,将小鼠放入池中,自由探索 60 s,记录规定时间内小鼠在虚拟平台所在象限游泳的时间、路程及穿台次数等指标。1郾 3郾 4摇 避暗实验实验装置有避暗箱,分为明室和暗室,明室上方为钨灯用以