黄芪多糖抑制秀丽线虫多聚谷氨酰胺神经毒性的分子机理研究

本项目以模式生物秀丽线虫为模型，探索了黄芪多糖抑制多聚谷氨酰胺（polyQ）聚集及聚集毒性的分子机理，已按计划完成研究任务。首先选择转基因秀丽线虫模型AM141，利用其体壁细胞中polyQ与黄色荧光蛋白相连的特点，通过观察荧光点数判断polyQ聚集状况。结果表明，黄芪多糖能明显减少polyQ聚集点的形成，从而证实其抑制polyQ在秀丽线虫体内聚集的作用。然后选择秀丽线虫ASH神经元polyQ毒性模型HA759，利用其ASH神经元随着个体发育和polyQ聚集而逐渐死亡的特点，通过与polyQ相连的绿色荧光蛋白判断ASH存活率。结果显示，黄芪多糖能显著抑制由polyQ聚集导致的ASH神经元死亡，从而证明其缓解polyQ聚集神经毒性的作用。寿命实验表明，黄芪多糖不仅能延长polyQ模型也能延长野生型秀丽线虫的寿命。基因微阵结果揭示，黄芪多糖对秀丽线虫中223个基因有上调而对176个基因有下调作用。在此基础上，选择与寿命调节、应激耐受和蛋白动态平衡相关的胰岛素信号通路（IIS）对黄芪多糖活性的分子机制做了进一步研究。利用IIS通路上、中、下游三个关键节点DAF-2/IGF-1R、AGE-1/PI3K和DAF-16/FOXO秀丽线虫突变模型进行的寿命实验显示，黄芪多糖能延长daf-2和age-1突变模型的寿命但不能延长daf-16突变模型的寿命，说明黄芪多糖的作用是非DAF-2和AGE-1依赖的但与DAF-16转录因子密切相关。利用实时荧光定量PCR方法对DAF-16下游部分基因进行的分析表明，黄芪多糖能显著上调野生型和polyQ模型秀丽线虫中scl-20基因的表达，但对daf-16突变模型的scl-20表达水平没有影响，说明黄芪多糖在DAF-16存在时可以对scl-20进行正常调节但在DAF-16缺失时无法进行该调节。此外，黄芪多糖对秀丽线虫DAF-16下游其它基因如dct-5、col-84、grd-4和spp-20也有不同程度的调控作用。利用上述polyQ神经毒性模型以及野生型和Aβ聚集毒性模型对黄芪寡糖进行的分析表明，本项目分离得到的黄芪寡糖OS1和OS2对秀丽线虫ASH神经元的保护作用不明显，但对三种秀丽线虫模型的平均寿命都有延长作用。本项目研究结果为开发黄芪活性多糖提供了理论基础，并为多糖类药物结构与功能关系的研究提供了秀丽线虫研究平台。