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人参皂苷Rg1是人参的主要活性成分之一,对神经系统退行性病变具有明显的保护作用和治疗效果,但对其保护作用的分子机制和作用靶标研究的较少。本论文以神经细胞瘤PC12细胞为模型,从Aβ25-35诱导损伤,Rg1保护前后蛋白质动态表达、作用通路及其关键蛋白质功能等方面系统研究了Rg1的保护作用机制。利用双向电泳(2-DE)和稳定同位素亲和标记(ICAT)两种定量蛋白质组学技术策略以及液质联用质谱分析(LC-LTQ-Orbitrap MS/MS),分别对PC12细胞Aβ损伤组(Rg1-)和Rg1预保护组(Rg1+)的差异表达蛋白质进行了鉴定和定量分析,系统分析了差异表达的蛋白质所涉及的信号通路和亚细胞器定位,关键蛋白质活性和代谢产物的变化,并利用Western blotting和定量PCR进行了验证分析。通过双向电泳和LC-LTQ-Orbitrap MS/MS分析共鉴定出20个表达显著变化的蛋白质,通过ICAT标记和LC-LTQ-Orbitrap MS/MS分析,鉴定出14种表达显著变化的蛋白质,主要定位于线粒体。通过功能分析发现差异表达的蛋白质主要涉及TCA循环、糖酵解、丙酮酸代谢和氧化磷酸化等与神经系统病变紧密相关的过程。针对这些途径中的关键酶的活性检测显示,涉及丙酮酸代谢和TCA循环的关键酶的活性在Rg1作用下显著上调,而且丙酮酸和乙酰CoA的含量也显著增加。针对细胞表型分析研究发现经Rg1预处理的细胞具有更高的细胞活力、相对较高的线粒体膜电势、较低的ROS水平和脂质过氧化物含量。进一步分析发现Rg1预处理影响Aβ聚集和清除,诱导一氧化氮生成的高迁移率族蛋白B1(HMGB1)的表达和mRNA水平表达均显著下降。
实验结果显示人参皂苷Rg1主要通过以下途径对Aβ25-35诱导的PC12细胞损伤发挥保护作用:(1)下调HMGB1的表达,从而抑制具有神经毒性的Aβ寡聚态的形成和稳定,同时HMGB1表达量的下降抑制了iNOS的诱导表达,减少了NO的生成,缓解了由于过量NO的合成对细胞造成的氧化损伤;(2)通过上调糖酵解途径、丙酮酸代谢和TCA循环中关键酶的表达和活性,增加糖酵解/丙酮酸/乙酰CoA通路,促进生成更多的NADH进入氧化磷酸化途径,增强了氧化呼吸链功能,增加了ATP的生成,进一步缓解了由于Aβ25-35损伤造成的能量代谢障碍;(3)改善线粒体的功能,减少了氧化呼吸链产生的电子漏,从而降低ROS的生成,而抑制了Aβ25-35诱导造成的线粒体的氧化损伤。本论文研究结果说明Rg1通过降低细胞内ROS产生、缓解氧胁迫、减少线粒体损伤和改善细胞内的能量代谢,调控HMGB1等蛋白质表达和活性而发挥神经保护作用,从蛋白质组学水平为深入研究神经系统退行性病变机制、药物保护机制和作用靶标奠定了坚实的基础。