《Food Bioscience》：Taurine enhances cognitive function and protects against Aβ-induced mitochondrial dysfunction
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摘要牛磺酸是一种富集于动物性食物中的半必需氨基酸，其在改善运动能力和减轻疲劳方面的作用已得到广泛证实。然而，其在大脑中的潜在保护作用，尤其是针对与Aβ病理相关的线粒体功能障碍，仍知之甚少。本研究发现，在健康Sprague-Dawley（SD）大鼠的Morris水迷宫（MWM）
摘要
牛磺酸是一种富集于动物性食物中的半必需氨基酸，其在改善运动能力和减轻疲劳方面的作用已得到广泛证实。然而，其在大脑中的潜在保护作用，尤其是针对与Aβ病理相关的线粒体功能障碍，仍知之甚少。本研究发现，在健康Sprague-Dawley（SD）大鼠的Morris水迷宫（MWM）测试中，牛磺酸补充显著改善了空间学习和记忆能力。为探究其潜在机制，我们检测了牛磺酸对Aβ处理的海马神经元的影响，发现其能恢复线粒体膜电位并维持ATP/ADP比值。非靶向代谢组学分析揭示，牛磺酸重新激活了三羧酸（TCA）循环，并增强了自身的生物合成途径。牛磺酸激活了AMP活化蛋白激酶（AMPK）通路，并上调了参与线粒体生物合成的下游因子表达，包括PGC-1α、TFAM、NRF1、NRF2、MEF2α和SDH。总之，这些发现表明牛磺酸能改善健康大鼠的空间学习和记忆能力，并减轻Aβ诱导的海马神经元线粒体功能障碍和代谢紊乱。这些发现支持了牛磺酸作为食物源性生物活性化合物在维持神经元健康方面的潜在作用。
引言
阿尔茨海默病（AD），通常被称为老年性痴呆，是一种与年龄相关的慢性神经退行性疾病（He等，2026）。其主要特征包括记忆力丧失、认知和语言功能下降以及运动功能障碍（Li等，2025）。这些症状不仅严重干扰患者及其家人的日常生活，还给社会和医疗系统带来沉重负担（Zheng & Wang, 2025）。据估计，目前全球有超过5000万人正患有痴呆症，预计到2050年这一数字将上升至1.52亿（Collaborators, 2022）。因此，全面理解阿尔茨海默病的发病机制并确定潜在的干预策略至关重要。在众多提出的病理机制中，线粒体功能障碍和氧化应激被认为是阿尔茨海默病进展中早期且显著的事件（Bai等，2022; D'Alessandro等，2025），此外还包括Tau蛋白过度磷酸化（Rudman等，2026）、淀粉样蛋白β（Aβ）斑块积累（Jin等，2024）和胆碱能功能障碍（Hampel等，2018）。Aβ是由β-和γ-分泌酶通过蛋白水解作用从淀粉样前体蛋白（APP）中产生的多肽（Sehar等，2022）。Aβ在阿尔茨海默病中发挥神经毒性作用。Aβ肽的过量产生或清除受损会诱导其聚集形成寡聚体并形成Aβ斑块，这些斑块会阻塞离子通道、改变钙稳态、增强线粒体氧化应激、损害能量代谢和葡萄糖调节，最终导致健康神经元的破坏和神经元凋亡（Tiwari等，2019）。此外，Aβ毒性还通过其影响细胞线粒体而表现出来。在体内，Aβ斑块周围区域的线粒体数量显著减少，结构异常，功能受损。Aβ直接或间接抑制线粒体电子传递链复合物，导致线粒体功能障碍和生物能量衰竭，进而加剧随后的神经退行性病变（Ashleigh等，2023; Xie等，2013）。此外，Cavallaro等还发现，线粒体功能障碍已被提出作为阿尔茨海默病的致病因素，Aβ寡聚体严重影响线粒体功能，降低呼吸作用（Cavallaro等，2025）。因此，线粒体功能障碍构成了阿尔茨海默病的核心致病过程，是一个有前景的治疗靶点（Wang等，2020）。
牛磺酸（2-氨基乙磺酸）是一种半必需的微量营养素，在多种哺乳动物组织中丰富存在，尤其集中在心脏、骨骼肌和大脑等电兴奋性组织中（Singh等，2023; Zheng等，2024）。与蛋白原氨基酸不同，牛磺酸含有磺酸基团而非羧基，赋予其独特的理化性质（Schaffer & Kim, 2018）。作为膳食成分，牛磺酸天然存在于动物性食物中，包括肉类、鱼类和海鲜，并广泛用作婴儿配方奶粉、能量饮料和功能食品的营养补充剂。值得注意的是，我们此前的研究发现牛磺酸是牡蛎中含量最丰富的游离氨基酸（Isono等，2020），膳食补充牡蛎可显著增加大鼠骨骼肌中的牛磺酸含量并改善肌肉功能（Ma等，2025）。在神经系统中，牛磺酸发挥关键的神经活性功能，既作为神经递质又作为神经调质来维持神经元稳态和兴奋性（Jangra等，2024）。牛磺酸作为海鲜中的主要膳食成分和大脑中的关键神经调质的双重角色，使其成为研究食物-大脑相互作用的极具吸引力的候选物质。然而，牛磺酸在脑中的作用机制，尤其是关于线粒体功能方面的机制，仍知之甚少。值得注意的是，阿尔茨海默病患者脑组织中牛磺酸含量降低（Lee等，2025），最新证据进一步表明，源自阿尔茨海默病患者细胞的牛磺酸转运体（SLC6A6）表达显著下调，提示在疾病状态下牛磺酸的可用性受损（Gavriel等，2025）。研究表明，牛磺酸补充在生理、病理和毒理学条件下的多种认知障碍模型中可显著改善认知功能（Chen等，2019）。鉴于日益积累的支持牛磺酸神经保护和抗氧化特性的证据，以及我们此前发现其改善骨骼肌线粒体功能的能力（Ma等，2021; Sun等，2023），我们假设膳食牛磺酸可能通过维持Aβ诱导应激下的线粒体稳态，对海马神经元发挥类似的保护作用。
为验证这一假设，我们研究了牛磺酸补充对Aβ诱导的线粒体功能障碍的影响，并探讨了其潜在的代谢和信号传导机制。本研究通过体内行为评估，评估了牛磺酸对空间认知功能的影响。与此同时，采用Aβ诱导的神经元进行体外机制研究，以确定牛磺酸是否能缓解Aβ相关的神经元线粒体损伤，并阐明涉及的分子通路。我们的发现为牛磺酸在调节脑线粒体功能中的作用提供了新的见解，并提示其作为食物源性生物活性化合物支持神经元健康的潜在应用。
章节摘要
化学品与试剂
常用化学品，包括多聚甲醛、乙醇、二甲苯、氯仿、异丙醇、无水乙醇，以及柠檬酸盐缓冲液和PBS配制试剂，均购自国药集团化学试剂有限公司（中国上海）。BSA和DABCO封片剂分别购自Biofroxx（德国Einhausen）和阿拉丁（中国上海）。DAPI、Tris碱和甘油购自Sigma-Aldrich公司（美国密苏里州圣路易斯）。SDS-PAGE制胶试剂盒、RIPA总蛋白提取液
牛磺酸对健康SD大鼠认知和记忆能力的影响
为评估空间学习和记忆并监测牛磺酸补充期间的变化，在11至14周龄的控制组和牛磺酸处理组大鼠中，通过连续四周的MWM评估，评价了逃避潜伏期、总路径长度和平均游泳速度。在基线时（11周龄），即牛磺酸给药前，两组间在逃避潜伏期和总路径长度方面均无显著差异。牛磺酸给药后，与对照组相比
讨论
本研究调查了牛磺酸对健康大鼠认知表现的影响以及其对Aβ诱导的体外神经元损伤的保护作用。膳食牛磺酸补充改善了健康SD大鼠的空间学习和记忆能力，如Morris水迷宫测试所示。与此同时，使用Aβ诱导的海马神经元损伤模型，我们发现牛磺酸处理减轻了线粒体功能障碍，恢复了细胞能量状态，并重新编程了代谢
结论
本研究证明了膳食牛磺酸与健康SD大鼠空间学习和记忆改善相关，并减轻培养海马神经元中Aβ诱导的神经元损伤和线粒体功能障碍。在体外，其机制可能涉及AMPK通路的激活，从而改善线粒体功能和能量代谢。从食品科学的角度来看，这些发现强调了牛磺酸作为食物源性生物活性化合物促进的潜力
CRediT作者贡献声明
Shaofeng Wei：写作—审阅与编辑，指导。Qun Huang：写作—审阅与编辑。Linna Han：研究。Yujiao Lou：研究。Xinxin Wang：研究。Huan Chen：研究。Xun Zhang：研究，数据整理。Baojun Sun：写作—审阅与编辑，研究，数据整理，概念构思。Yun Ma：写作—审阅与编辑，项目管理，经费获取，形式分析
伦理声明
本研究按照ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。本研究经贵州医科大学伦理委员会批准。（批准号：2200197）
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响本文报告的工作。
致谢
本研究得到贵州省卫生健康委员会（gzwkj2023-224）、贵州医科大学科研项目（J [2021] 068）、公共卫生与预防医学一流学科建设项目、贵州省基础研究计划（自然科学）（黔科合基础-ZK [2025] 531）以及国家自然科学基金委（82460644）的支持。
Baojun Sun|Xun Zhang|Huan Chen|Xinxin Wang|Yujiao Lou|Linna Han|Qun Huang|Shaofeng Wei|Yun Ma
