劉蕾蕾,田心韻,李文濤
補腎止顫方對帕金森病小鼠模型神經保護及抗興奮性氨基酸作用
劉蕾蕾,田心韻,李文濤*
上海中醫(yī)藥大學附屬市中醫(yī)醫(yī)院,上海 200000
研究補腎止顫方對帕金森病小鼠模型神經保護及抗興奮性氨基酸作用。采用1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶鹽酸鹽(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine,MPTP)誘導帕金森病小鼠模型,隨機分為對照組、模型組、金剛烷胺(41.1 mg/kg)組和補腎止顫方低、中、高劑量(6.6、9.9、19.8 g/kg)組,每組8只。連續(xù)14 d給藥干預后,通過爬桿和自主活動實驗評價小鼠行為學,并選擇補腎止顫方最佳作用劑量用于后續(xù)研究;蘇木素-伊紅(HE)染色觀察腦組織病理變化;ELISA法測定外周血谷氨酸含量;Western blotting和qRT-PCR法檢測小鼠黑質紋狀體酪氨酸羥化酶(tyrosine hydroxylase,TH)、多巴胺轉運體(dopamine transporter,DAT)、興奮性氨基酸轉運體1(excitatory amino acid transporter 1,EAAT1)、YY-1、β-catenin蛋白和、、、mRNA表達。與模型組比較,補腎止顫方組小鼠行為學癥狀顯著改善(<0.05、0.001),紋狀體區(qū)域細胞整體形態(tài)與排列情況得到改善,黑質紋狀體TH、DAT表達顯著升高(<0.05、0.01、0.001),外周血谷氨酸含量顯著降低(<0.001),黑質紋狀體YY1表達水平均顯著降低(<0.01、0.001),EAAT1表達水平均顯著升高(<0.05、0.001),β-catenin蛋白表達水平顯著升高(<0.05)。補腎止顫方對帕金森病小鼠多巴胺能神經元有一定保護作用,其機制可能與通過轉錄調控EAAT1表達,從而減少過量的谷氨酸有關。
補腎止顫方;帕金森病;神經保護;興奮性氨基酸毒性;地黃苷D;腺苷;尿囊素;莫諾苷;馬錢苷;2,3,5,4′-四羥基二苯乙烯-2--β--葡萄糖苷;大黃素;松果菊苷;毛蕊花糖苷
帕金森病是僅次于阿爾茨海默病位于第2位的神經退行性疾病[1]。隨著人口老齡化,帕金森病患者有不斷增多趨勢,預計2030年全球65歲以上的老年人中3%將會患有帕金森病[2],臨床以多巴胺替代治療為主的帕金森病藥物屬于對癥治療的范疇[3],但不能阻止疾病發(fā)展。因此研究具有神經保護作用、延緩疾病發(fā)展的藥物具有重要意義。帕金森病發(fā)病機制復雜,病因與年齡、遺傳、飲食及生活習慣、環(huán)境等有關,病變機制涉及氧化應激反應、免疫及神經炎癥、線粒體功能障礙、興奮性氨基酸神經毒性等,最終導致多巴胺能神經元變性死亡。
補腎止顫方來源于經典名方六味地黃丸,是本課題組多年臨床治療帕金森病的經驗總結。臨床研究發(fā)現,補腎止顫方能改善帕金森病患者的運動癥狀震顫,強直和動作遲緩等精神癥狀,睡眠障礙和自主神經功能障礙等非運動癥狀[4-5]。動物實驗研究發(fā)現,補腎止顫方聯合左旋多巴能顯著增強興奮性氨基酸轉運體1(excitatory amino acid transporter 1,EAAT1)蛋白表達,而對EAAT2沒有增強作用,提示補腎止顫方可能有一定抗興奮性氨基酸毒性作用[6]。1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶鹽酸鹽(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine,MPTP)誘導的帕金森病實驗模型是有代表性的研究模型,其作用機制是MPTP進入體內,在單胺氧化酶的作用下轉化為1-甲基-4-苯基吡啶(1-methyl-4-phenylpyridinium,MPP+)產生類似帕金森病癥狀。而且研究發(fā)現,該小鼠模型可檢測到紋狀體谷氨酸升高,可以作為研究興奮性氨基酸毒性的模型[7]。本研究選擇MPTP誘導的帕金森病小鼠實驗模型,系統(tǒng)研究補腎止顫方抗興奮性氨基酸毒性的作用,為補腎中藥治療帕金森病的機制提供實驗依據。
SPF級雄性C57BL/6J小鼠48只,7周齡,體質量(20±5)g,購自上海杰思捷實驗動物有限公司,合格證號20180004064117,許可證號SCXK(滬)2018-0004。實驗室溫度20~22 ℃,相對濕度45%~65%,明暗光照。動物實驗經上海中醫(yī)藥大學附屬市中醫(yī)醫(yī)院實驗中心批準(批準號2021028)。
補腎止顫方由熟地黃、山藥、山茱萸、制何首烏、肉蓯蓉組成,每味中藥均為顆粒,由四川新綠色藥業(yè)科技發(fā)展有限公司提供,以上藥材經該公司質量管理部分別鑒定為玄參科植物地黃Libosch的新鮮或干燥塊根的炮制加工品、薯蕷科植物薯蕷Thunb.的干燥根莖、山茱萸科植物山茱萸Sieb. et Zucc.的干燥成熟果肉、蓼科植物何首烏Thunb.的干燥塊根的炮制加工品、列當科植物管花肉蓯蓉(Schenk) Wight的干燥帶鱗葉的肉質莖。
金剛烷胺片(0.1 g/片,批號H31021561)購自上海市中醫(yī)醫(yī)院藥劑科;MPTP(批號HY-15608)購自美國Med Chem Express公司;抗兔二抗(批號A051)、兔抗甘油醛-3-磷酸脫氫酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)抗體(批號AF118)、BCA試劑盒(批號P0010S)購自上海碧云天生物技術有限公司;兔抗酪氨酸羥化酶(tyrosine hydroxylase,TH)抗體(批號ab1532Y)、兔抗多巴胺轉運體(dopamine transmitter transporter,DAT)抗體(批號ab184451)、兔抗EAAT1抗體(批號ab181036)、兔抗YY1抗體(批號ab10923)購自英國Abcam公司;Prime ScriptTMRT Master Mix TaKaRa(批號RR036A)、SYBR Prime Ex TaqTMTaKaRa(批號RR420A)購自寶生物工程有限公司;10%十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠(批號PG212)、化學發(fā)光試劑盒(批號SQ201)購自上海雅酶生物醫(yī)藥科技有限公司;聚偏二氟乙烯膜(批號PR00509)購自美國Millipore公司;Trizol(批號15596-026)購自美國Thermo Fisher Scientific公司;β-catenin抗體(批號8480)購自美國CST公司;谷氨酸試劑盒(批號BC1585)購自上海索萊寶生化科技有限公司。
JX-FSTPRP48型組織勻漿機(上海凈信科技);ABI Stepone plus型實時熒光定量PCR儀(美國Thermo Fisher Scientific公司);ME1002/02型電子天平(瑞士Mettler Toledo公司);DMIL型倒置顯微鏡(德國Leica公司);E6006型SDS-PAGE蛋白系統(tǒng)裝置(上海碧云天生物技術有限公司);ChenmiDoc XRS型凝膠成像系統(tǒng)(美國Bio-Rad公司)。
分別取熟地黃、山藥、山茱萸、制何首烏、肉蓯蓉飲片,加水煎煮,濾過,濾液濃縮成清膏(干浸膏出膏率為44.0%~76.5%),加輔料適量干燥(或干燥粉碎),再加輔料適量混勻,制粒即制成各配方顆粒。每制成1000 g顆粒,所需各中藥飲片分別為熟地黃飲片1300 g、山藥飲片4000 g、山茱萸飲片1200 g、制何首烏飲片4000 g、肉蓯蓉飲片2200 g。補腎止顫方由熟地黃配方顆粒、山藥配方顆粒、山茱萸配方顆粒、制何首烏配方顆粒、肉蓯蓉配方顆粒按照12∶12∶12∶3∶9比例混合制成。
按照《中國藥典》2020年版通則0512高效液相色譜法測定各中藥的主要成分含量,作為各中藥配方顆粒的質控標準。其中熟地黃配方顆粒每克含地黃苷D(C27H42O20)為0.70~2.70 mg;山藥配方顆粒每克含腺苷(C10H13N5O4)為0.30~1.50 mg、尿囊素(C4H6N4O3)為7.0~42.0 mg;山茱萸配方顆粒每克含莫諾苷(C17H26O11)和馬錢苷(C17H26O10)為16.0~31.0 mg;制何首烏配方顆粒每克含2,3,5,4′-四羥基二苯乙烯-2--β--葡萄糖苷(C20H22O9)為15.4~55.5 mg、大黃素(C15H10O5)為0.27~1.13 mg;肉蓯蓉配方顆粒每克含松果菊苷(C35H46O20)和毛蕊花糖苷(C29H36O15)為30.0~100.0 mg。
C57BL/6J小鼠適應性飼養(yǎng)1周后,按照文獻方法[8-9]ip MPTP(25 mg/kg)建立帕金森病小鼠模型,對照組ip等體積生理鹽水,連續(xù)10 d。觀察小鼠行為學改變,包括震顫、后腿拉直、躬背、豎毛、運動減少。檢測小鼠黑質及紋狀體區(qū)域TH、DAT表達,評估模型是否成功。造模完成后,小鼠隨機分為對照組、模型組、金剛烷胺片(41.1 mg/kg)組和補腎止顫方低、中、高劑量(6.6、9.9、19.8 g/kg)組,每組8只。各給藥組ig相應藥物,對照組和模型組ig等體積生理鹽水,1次/d,連續(xù)14 d。
觀察小鼠行為學改變,包括一過性的震顫、后腿拉直、躬背、豎毛、運動減少。
2.3.1 爬桿實驗 參照文獻方法[10],造模前3 d各組小鼠進行適應性爬桿實驗,末次給藥1 h后進行小鼠爬桿實驗,評價小鼠運動協(xié)調能力。選取直徑1.5 cm、高60 cm的不銹鋼直立桿,紗布纏裹棉球為15 cm左右圓球置于桿頂固定,底部金屬底座固定。將小鼠頭朝上置于爬桿頂部,使其自然順桿而下,記錄小鼠爬向底部時間。
2.3.2 自主活動實驗 參照文獻方法[11],末次給藥1 h后進行自主活動實驗。于自制30 cm×30 cm×15 cm的有機玻璃盒中,底部刻出6 cm×6 cm的格子,在安靜、光線較暗的環(huán)境中檢測,計數5 min內小鼠移動的格子數和站立的次數,連續(xù)測定3次,取平均值。
在行為學檢測結束后,ip舒泰50(50~75 mg/kg)麻醉小鼠,采用抗凝管取小鼠眼球血,室溫靜置1 h,3000 r/min離心15 min,取上清轉入凍存管內于?80 ℃保存,作為后續(xù)谷氨酸含量檢測。在完成小鼠眼球取血后,使用精密的手術刀片從正中線分離出小鼠的黑質和紋狀體組織,然后用鑷子鈍性分離,將分離出的黑質和紋狀體放入離心管內,經過液氮速冷凍,最后將其放入?80 ℃儲存,用于Western blotting及qRT-PCR檢測。
取各組小鼠外周血,按照試劑盒說明書測定谷氨酸含量。
取各組小鼠固定后的腦組織,進行石蠟包埋、切片、脫蠟、水化后,用HE染色,顯微鏡下觀察腦組織病理變化。
取各組小鼠黑質紋狀體,采用含蛋白酶抑制劑及磷酸酶抑制劑蛋白質裂解液處理腦組織提取總蛋白,經BCA試劑盒測定蛋白含量,加入上樣緩沖液混合,100 ℃加熱15 min使蛋白變性。蛋白樣品經10%十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳,轉至PVDF膜,用5%脫脂牛奶室溫封閉1 h。分別加入一抗,4 ℃孵育過夜,然后加入二抗,室溫孵育2 h,采用化學法發(fā)光試劑進行檢測,凝膠成像儀顯影拍照,Image J軟件進行灰度值分析。
取各組小鼠黑質紋狀體,采用Trizol法提取腦組織中總RNA。通過逆轉錄試劑盒轉錄合成cDNA,加入引物,經反轉錄試劑盒檢測采用PCR核酸擴增儀進行實驗,反應條件:95 ℃預變性30 s,95 ℃變性5 s,60 ℃退火45 s,共40個循環(huán),采用2?ΔΔCt法進行分析,引物序列見表1。
模型小鼠行為上都表現出一定程度的震顫、后腿拉直、躬背、豎毛、運動減少等帕金森病典型表征,說明造模成功。如圖1所示,與模型組比較,補腎止顫方高劑量組和金剛烷胺組小鼠爬桿時間顯著縮短(<0.001),補腎止顫方高劑量組小鼠自主活動步數顯著增多(<0.001)。因此,選擇補腎止顫方高劑量組進行后續(xù)指標觀察。
表1 引物序列
如圖2所示,與對照組比較,模型組小鼠紋狀體區(qū)域細胞數量減少,排列疏松,胞體輪廓模糊,胞核固縮與空泡變性增多;與模型組比較,金剛烷組小鼠紋狀體區(qū)域細胞狀態(tài)改善不明顯,補腎止顫方高劑量組小鼠紋狀體區(qū)域細胞整體形態(tài)及排列情況得到改善。
與對照組比較:*P<0.05 ***P<0.001;與模型組比較:#P<0.05 ##P<0.01 ###P<0.001,下圖同
圖2 補腎止顫方對帕金森病小鼠腦組織病理變化的影響(HE, ×100)
如圖3所示,與對照組比較,模型組小鼠黑質紋狀體TH、DAT蛋白和mRNA表達水平均顯著降低(<0.01、0.001);與模型組比較,補腎止顫方高劑量組小鼠黑質紋狀體TH、DAT蛋白和mRNA表達水平均顯著升高(<0.05、0.01、0.001)。
如圖4所示,與對照組比較,模型組小鼠外周血谷氨酸含量顯著增加(<0.001);與模型組比較,補腎止顫方高劑量組外周血谷氨酸含量顯著減少(<0.001)。
圖3 補腎止顫方對帕金森病小鼠黑質紋狀體TH、DAT蛋白和mRNA表達的影響(, n = 3)
圖4 補腎止顫方對帕金森病小鼠外周血谷氨酸含量的影響(, n = 3)
如圖5所示,與對照組比較,模型組小鼠黑質紋狀體EAAT1蛋白及mRNA表達水平均顯著降低(<0.001),YY1蛋白及mRNA表達水平均顯著升高(<0.05、0.001),β-catenin蛋白表達水平顯著降低(<0.05);與模型組比較,補腎止顫方高劑量組黑質紋狀體YY1蛋白及mRNA表達水平均顯著降低(<0.01、0.001),EAAT1蛋白及mRNA表達水平均顯著升高(<0.05、0.001),β-catenin蛋白表達水平顯著升高(<0.05)。
帕金森病是由遺傳、感染、藥物、氧化應激等導致多巴胺神經元中多巴胺含量下降或相應受體退行性改變而引起的一種神經元退行性病變[12-13]。目前治療方法有藥物治療、外科手術、細胞移植及基因治療等[3],外科手術如立體定向蒼白球或丘腦損毀術創(chuàng)傷較大,代價昂貴,適應對象受限,不是一種理想方法。而細胞移植及基因技術目前還不成熟,主要在實驗階段,因此以多巴胺替代的藥物治療仍是主要方法,雖然短期內可以減輕患者癥狀,但多巴制劑長期應用后會帶來癥狀波動、運動障礙、精神癥狀等多種不良反應,不但療效減退,也無法延緩疾病進展,因此臨床上迫切需要能延緩疾病發(fā)展、不良反應小、適宜長期服用的有效藥物[14]。
圖5 補腎止顫方對帕金森病小鼠黑質紋狀體EAAT1、YY1、β-catenin蛋白和EAAT1、YY1 mRNA表達的影響(, n = 3)
帕金森病屬于中醫(yī)“顫病”范疇,在古籍中關于帕金森病因有諸多記載,如《素問·至真要大論》“諸暴強直,皆屬于風”“諸風掉眩,皆屬于肝”[15]指出肝風與帕金森病關系密切。明代孫一奎提出“木火上盛,腎陰不充,實為痰火,下虛上實,虛則腎虧”,指出帕金森病的病變可能與肝腎有關[16]。課題組在實踐中發(fā)現,肝腎虧虛是帕金森病的根本內因,不但震顫等運動癥狀與肝腎虧虛有關,也是各種非運動癥狀及運動并發(fā)癥治療取效的關鍵[17-18],臨床薈萃分析的證候研究中發(fā)現“肝腎虧虛”是帕金森病最主要的證候[19]。近年來,在帕金森病相關中醫(yī)專家共識[20-21]中也指出帕金森病以肝腎不足為本,風、痰、瘀等為標。治療強調滋補肝腎為根本治法,同時結合辨證論治以達到調整臟腑功能及氣血陰陽平衡,以及延緩疾病發(fā)展。
補腎止顫方來源于經典補腎名方六味地黃丸,由熟地黃、山藥、山茱萸、制何首烏、肉蓯蓉組成。在六味地黃丸主要藥物熟地黃、山藥、山茱萸基礎上,加肉蓯蓉溫補腎陽,制何首烏補肝腎,益精血。全方補腎為主,肝腎兼顧;滋陰為主,陰陽并補,能夠改善帕金森病患者的運動及非運動癥狀,顯示出一定治療帕金森病的作用[22],臨床研究發(fā)現補腎止顫方有效改善帕金森病非運動癥狀和生活質量,并可能有延緩帕金森病進展的作用[4-5]。
帕金森病機制復雜且尚未完全清楚,但興奮性氨基酸的過度活躍是其主要機制之一[23]。谷氨酸作為中樞興奮性神經遞質之一,參與神經元生理功能[24]。過量的谷氨酸使得興奮性氨基酸受體(excitatory amino acid receptor,EAAR)被持續(xù)激活,離子通道開放,大量鈣離子內流,導致胞質內鈣離子濃度持續(xù)增加,使脫氧核糖核酸酶、蛋白酶和磷酯酶等激活,引起DNA、蛋白質和磷脂降解,最終使神經元變性或壞死[25-26]。EAATs能將過量的谷氨酸清除,其中EAAT1是主要轉運體之一,位于星形膠質細胞胞膜上,對維持中樞神經系統(tǒng)中谷氨酸穩(wěn)態(tài)至關重要[24],但EAAT1在翻譯和轉錄水平上受到多種機制的調節(jié),其中轉錄調控是主要機制之一。本研究發(fā)現,與對照組比較,MPTP誘導的帕金森病小鼠表現出一定程度的震顫、后腿拉直、躬背、豎毛、運動減少等帕金森病表征。同時多巴胺前體物質TH、DAT作為多巴胺能神經元的標志物,在模型小鼠中表達顯著增加表明該模型具備帕金森病的臨床及病理特征。同時發(fā)現,補腎止顫方高劑量組小鼠的自主活動步數顯著增多,爬桿時間顯著減少,運動遲緩及震顫等帕金森病臨床癥狀得到緩解。表明高劑量的補腎止顫方能顯著改善小鼠的行為癥狀。與模型組比較,補腎止顫方組小鼠紋狀體區(qū)域細胞形態(tài)和數量及排列情況得到改善,TH、DAT蛋白及mRNA表達顯著增高,表明該方具有一定的神經保護作用。進一步研究發(fā)現,補腎止顫方組谷氨酸水平顯著降低,同時EAAT1蛋白及mRNA表達水平升高,β-catenin蛋白表達水平升高,YY1蛋白及mRNA表達水平降低,表明補腎止顫方可能通過調控β-catenin及YY1轉錄因子,提高EAAT1的表達,從而清除過量的谷氨酸,發(fā)揮神經保護和治療帕金森病的作用,但該機制仍需通過進一步的敲減或過表達模型來證實。
綜上,以滋補肝腎立方的補腎止顫方初步顯示出對帕金森病的治療作用,其機制可能與抗興奮性氨基酸毒性有關。帕金森病病機與“風痰瘀虛毒”等有關,肝腎虧虛是根本,風陽化熱、痰瘀滯化毒為標。從滋補肝腎入手,有可能為延緩帕金森病的發(fā)展,提供一種中醫(yī)藥的治療方法。
利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突
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Effect of Bushen Zhichan Prescription on neuroprotection and anti-excitatory amino acid in mice with Parkinson’s disease
LIU Lei-lei, TIAN Xin-yu, LI Wen-tao
Shanghai Municipal Hospital of Traditional Chinese Medicine, Shanghai University of Traditional Chinese Medicine, Shanghai 200000, China
To study the effect of Bushen Zhichan Prescription (補腎止顫方) on neuroprotection and anti-excitatory amino acid in mice model with Parkinson’s disease.A mouse model of Parkinson’s disease was induced by 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine hydrochloride (MPTP). The mice were randomly divided into control group, model group, amantadine hydrochloride (41.1 mg/kg) group, and Bushen Zhichan Prescription low-, medium-, high-dose (6.6, 9.9, 19.8 g/kg) groups, with eight mice in each group. After 14 consecutive days of administration intervention, the behavior of mice was evaluated through pole climbing and autonomous activity experiments, and the optimal dosage of Bushen Zhichan Prescription was selected for subsequent research; Hematoxylin eosin (HE) staining was used to observe pathological changes in brain tissue; ELISA method was used to measure the content of glutamate in peripheral blood; Western blotting and qRT-PCR methods were used to detect tyrosine hydroxylase (TH), dopamine transporter (DAT), excitatory amino acid transporter 1 (EAAT1), YY-1, β-catenin protein and,,,mRNA expressions in nigrostriatal tissue of mice.Compared with model group, the behavioral symptoms of mice in Bushen Zhichan Prescription group were significantly improved (< 0.05, 0.001), the overall morphology and arrangement of cells in striatum area were improved, the expressions of TH and DAT in nigrostriatal tissue were significantly increased (< 0.05, 0.01, 0.001), glutamine content in peripheral blood was significantly reduced (< 0.001), YY1 expression level in nigrostriatal tissue was significantly reduced (< 0.01, 0.001), EAAT1 expression level was significantly increased (< 0.05, 0.001), β-catenin expression level was significantly increased (< 0.05).Bushen Zhichan Prescription has a certain protective effect on dopaminergic neurons in mice with Parkinson’s disease, and its mechanism may be related to reducing excessive glutamate through transcriptional regulation of EAAT1 expression.
Bushen Zhichan Prescription; Parkinson’s disease; neuroprotection; excitatory amino acid toxicity; rehmannioside D;adenosine; allantoin;morroniside; loganin;2,3,5,4′-tetrahydroxyl diphenylethylene-2--β--glucoside;emodin;echinacoside;verbascoside
R285.5
A
0253 - 2670(2023)21 - 7096 - 08
10.7501/j.issn.0253-2670.2023.21.018
2023-07-23
上海市科委自然基金項目(22ZR1459300);上海市十三五重點專科建設項目(shslczdzk04901);上海市中醫(yī)醫(yī)院未來計劃項目(WL-HBBD-2021002K)
劉蕾蕾,碩士研究生,研究方向為中醫(yī)藥治療神經系統(tǒng)疑難病。E-mail: 857591844@qq.com
通信作者:李文濤,博士生導師,教授,研究方向為中醫(yī)藥治療神經系統(tǒng)疑難病。E-mail: lwt1132@163.com
[責任編輯 李亞楠]