负载姜黄素的巨噬细胞衍生外泌体的制备及其对阿尔茨海默病模型小鼠改善认知能力的机制研究

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目的阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,简称AD)是一种进行性发展的致死性神经退行性疾病,其临床表现主要为认知和记忆功能不断恶化,日常生活自理能力不断下降,并可能伴有精神和行为障碍。而目前,依然缺乏有效的治疗方法。姜黄素(Curcumin,简称Cur)是从姜黄中提取出来的有效成分,它是一种具有多种生物活性的多酚药物,已被证明具有神经保护作用。但是它具有的诸多缺点也限制了它的使用,包括姜黄素的溶解度很小、稳定性很差、代谢较快,以及它的血脑屏障(Blood-brain barrier,简称BBB)渗透性较差。目前,外泌体(Exosome)因具有一些特定的优点而受到研究者们的青睐,它是一种40-100 nm左右的细胞外囊泡,可以携带各种物质在细胞之间传递各种信息。小鼠单核巨噬细胞白血病细胞(Mouse mononuclear macrophage leukemic cells,简称RAW264.7)对药物具有很强的吞噬能力,且RAW264.7来源的外泌体(Exo)作为一种天然的载体,可以透过BBB进行药物输送。因此,本课题的研究目的是制备负载姜黄素的巨噬细胞衍生外泌体并研究其改善AD模型小鼠认知能力的初步机制。方法通过四甲基偶氮唑盐微量酶反应比色法(MTT法)选取最适合浓度的Cur溶液加入到RAW264.7的培养基中,收集培养上清经超速离心得到负载姜黄素的巨噬细胞衍生外泌体(Exo-Cur)。建立荧光分光光度法对姜黄素含量进行测定。采用扫描电镜、原子力显微镜、粒径分析和Western Blot实验对Exo和Exo-Cur的形态、粒径、蛋白表达进行表征分析;检测Exo-Cur对于Cur的装载效率,并对比Exo-Cur和游离Cur的稳定性、溶解度、体外释放差异和组织分布。进行药动学研究,H&E染色实验检测药物在体内的行为及毒性。在摄取研究中,利用姜黄素的自发绿色荧光通过激光共聚焦显微镜分别观察Exo-Cur和游离Cur对于脑微血管内皮细胞(Brain microvascular endothelial cells,简称h CMEC/D3)的摄取情况;应用h CMEC/D3模拟BBB探讨Exo-Cur透过BBB的可能通路及机制;通过小动物活体成像实验对比检测Exo-Cur和游离Cur在脑内的累积量。在药效学实验中,对C57/BL6小鼠侧脑室注射冈田酸(Okadaic acid,简称OA)建立AD模型,连续7天腹腔注射等量的Exo-Cur和游离Cur,通过Morris水迷宫实验检测各组小鼠的学习和记忆能力;免疫荧光染色实验探究Exo-Cur和游离Cur对于海马组织中Neu N神经元损伤的改善效果;最后通过Western Blot实验对海马组织进行机制验证。结果本文建立的荧光分光光度法对姜黄素含量进行分析,其线性、精密度、回收率等均符合方法学要求。Exo-Cur其粒径在100 nm左右、形态较为均匀、结构完整,与Exo相比并没有很大的差别。Exo-Cur对Cur的包封率为84.8%,Exo-Cur较游离Cur稳定性更好、溶解度更高、释放更为缓慢,且Exo-Cur具有脑靶向性。在药动学研究中,游离Cur处理组中Cur的最大血浆浓度(Cmax)在给药后5 min达到峰值0.52μg/m L,然后迅速下降;而Exo-Cur处理组中Cur的Cmax在给药后120 min达到峰值,且显著提高至0.91μg/m L;H&E染色实验表明Exo是一种相对安全的载体。在摄取研究中,Exo-Cur相比于游离Cur对h CMEC/D3摄取更多,通过ICAM-1介导的转胞吞作用提高Cur的BBB渗透性,且Exo-Cur相比于游离Cur在小鼠脑内有更多的积累。在药效学实验中,通过Morris水迷宫实验发现Exo-Cur相比于游离Cur更能提高AD模型小鼠的学习和记忆能力;Exo-Cur对于海马组织中Neu N神经元损伤具有更好的改善效果;Western Blot实验验证了Exo-Cur相比于游离Cur,可以更好的抑制AD模型小鼠中Tau蛋白的过度磷酸化水平,以及更好的抑制凋亡因子Cleaved Caspase-3和Bax的表达。结论Exo-Cur具有良好的稳定性和体内无毒性,可以有效增加BBB渗透性,具有脑靶向性,从而使更多的姜黄素进入脑内。Exo-Cur可以明显改善海马组织中受损的Neu N神经元,机制上通过抑制AKT/GSK-3β/Tau通路抑制Tau蛋白的过度磷酸化水平,抑制凋亡因子的表达,使其能够更好的提高AD模型小鼠的学习和记忆能力。
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