芝麻醇通过激活Nrf2-ARE信号通路来预防帕金森病

帕金森病是一种由黑质神经元变性引起的神经退行性疾病。帕金森病是继阿尔茨海默病之后第二常见的神经退行性疾病。PD只采用对症治疗，需要采取基础治疗或预防措施。

氧化应激是黑质变性的主要原因。黑质中多巴胺等可氧化物质含量高，ROS来源于多巴胺、神经黑色素、高度不饱和脂肪酸和铁，抗氧化物质含量相对较低。因此，氧化应激容易控制先天防御机制，由此产生的ROS维持氧化应激状态，诱导多巴胺能神经元凋亡。

许多研究表明，6-OHDA通过对神经细胞施加氧化应激来诱导细胞凋亡，氧化应激的副产物如H2O2会导致线粒体损伤。因此，在培养期间监测ROS的生成，添加6-OHDA后SH-SY5Y细胞的ROS生成增加了3-6 h。细胞内ROS生成的测量显示，添加6-OHDA后细胞内ROS数量显著增加，并且通过芝麻胺预处理2小时将其抑制到对照水平。测定细胞内谷胱甘肽比值(GSSG/GSH)，这是氧化应激的一个指标。6-OHDA的添加增加了谷胱甘肽的比值，芝麻胺的添加降低了该比值。单独加入6-OHDA后，PI染色显示细胞形态异常，如细胞核聚集，这是细胞凋亡的特征，而芝麻胺和6-OHDA组未见异常。这些结果表明芝麻胺通过抑制氧化应激与6-羟多巴胺诱导的ROS产生相关来防止凋亡细胞死亡。

Nrf2-ARE通路是一种潜在的细胞防御系统，由于其参与多种抗氧化酶系统的表达，近年来作为神经退行性疾病的治疗靶点而受到广泛关注。本研究提示芝麻醇通过激活Nrf2- are通路，促进转录因子Nrf2的核易位，增强NQO1的表达，从而增强抗氧化应激的防御系统。

6-羟基多巴胺(6-OHDA)是多巴胺的氧化类似物，由于其化学结构与多巴胺相似，对儿茶酚胺受体具有高亲和力，并通过神经元中的多巴胺转运体(DAT)进入细胞。6-OHDA通过细胞内外非酶促自氧化作用生成醌，醌是一种活性氧(ROS)，产生过氧化氢、超氧自由基和羟基自由基。

增加的ROS使神经元中的生物聚合物(如核酸和蛋白质)失活，破坏细胞器功能，如线粒体，并诱导细胞凋亡。人神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞最常用于体外PD研究。SH-SY5Y细胞具有神经细胞样突起，表达多巴胺能神经元特有的基因，如DAT和水疱单胺转运蛋白。为了评估芝麻胺醇对PD的保护作用，我们用6-OHDA处理SH-SY5Y细胞作为PD的体外模型。

鱼藤酮是从豆科植物Derris的根中提取的一种有效成分。鱼藤酮是亲脂性的，容易穿过生物膜，并特异性抑制线粒体电子传递链中的复合物I]。口服鱼藤酮可引起运动和胃肠功能障碍。由于这些特性，鱼藤酮被用于建立类pd动物模型。

芝麻氨基酚(3,4-亚甲基二氧基酚)是一种芝麻木脂素，存在于芝麻(Sesamum indicum L.)种子中，具有很强的抗氧化作用。芝麻醇也有抗癌作用。然而，大多数芝麻胺醇以糖苷的形式存在，芝麻油提取后，芝麻胺醇以糖苷的形式存在于脱脂残渣中。建立了一种从芝麻氨基苷中提纯芝麻氨基醇的新方法，并对作为工业废渣处理的脱脂芝麻进行了有效利用。

因此，本研究通过体外和体内PD模型研究了由芝麻氨基苷制备的芝麻氨基醇作为一种新的生理作用对PD的预防作用。我们还探讨了芝麻胺对PD的保护作用机制。

采用鱼藤酮建立PD模型小鼠，观察芝麻胺醇对PD的预防作用。PD患者表现为运动障碍，鱼藤酮治疗小鼠表现为运动障碍。因此，进行了转子棒测试来评估电机功能。鱼藤酮显著缩短了鱼竿停留时间，添加少量芝麻胺(0.0008%)显著使停留时间恢复到对照水平。

PD患者在出现运动障碍前10-20年就有便秘的主诉，粪便在肠道内的转运时间是正常人的2倍以上。测量胃肠运动是很重要的，因为便秘会对生活产生不利影响，并使患PD的风险增加2.7-4.5倍。因此，口服埃文斯蓝，并通过测量埃文斯蓝从幽门的迁移距离来评估胃肠运动功能。鱼藤酮组与对照组相比，肠道蠕动功能明显下降，而芝麻素组则恢复了肠道蠕动功能。

PD的第一个路易小体可能出现在黑质中，因为观察到黑质中的神经元丢失。然而，PD的各种非运动症状在运动症状出现之前就已经出现了，最近研究了PD发病中与胃肠道症状相关的肠神经系统(ENS)。Hawkes等人提出的双重打击假说认为，在路易体病理早期，路径从胃肠神经囊开始，到达迷走神经背侧运动核，然后从嗅球扩散到黑质和边缘系统。因此，采用HE染色观察结肠黏膜形态。鱼藤酮组与对照组相比，出现肠黏膜层缩短、黏膜表面损伤，而芝麻酚组几乎未见肠黏膜异常。这些结果表明芝麻胺醇可以阻止PD病理从肠道的进展。

本研究体内实验系统结果提示，芝麻胺醇可阻止PD病理从肠道向外发展，并可降低黑质α-突触核蛋白的表达，从而抑制运动功能障碍和肠道运动功能下降。

芝麻醇是否能够穿过血脑屏障(BBB)是一个重要的问题。因此，我们通过以下决定血脑屏障渗透性的因素来评估芝麻胺醇。(1)高脂溶性(水对油分配系数)[LogP] < 3，(2)氢键数<8，(3)中性电荷或低电离度(极性表面积)< 90 Å，(4)较少的bulkey(可旋转键数)< 5，(5)较小的分子尺寸<450 Da。(1)、(2)、(3)、(4)、(5)芝麻醇的值分别为2.14、7、75.61 Å、2、370.4。这些数值表明芝麻醇可能能够穿过血脑屏障。

本研究还发现芝麻胺醇在体外实验系统中具有神经保护作用，在体内实验系统中具有预防帕金森病的作用。值得注意的是，在喂食少量芝麻胺时观察到这种保护作用。这些结果表明芝麻胺醇非常适合用于PD的预防治疗。为了实际应用，有必要进一步详细阐明其作用机理。

这项工作得到了日本科学促进会(JSPAS) KAKENHI的支持，资助号:JP15K00832。

以上是发表在Heliyon Cell Press期刊上的报告摘要，作者包括Haruka Kaji、Isao Matsui-Yuasa、Akiko Kojima-Yuasa、Kayo Matsumoto、Ayano Omura和Kunio Kiyomoto，他们进行了实验，分析和解释了数据，提供了试剂、材料、工具和数据，以及撰写了论文。