《Journal of Drug Delivery Science and Technology》：Superior protection against glucose-induced neurodegenerative stress by bioavailable nanocurcumin in Caenorhabditis elegans
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摘要慢性高血糖引发的代谢应激日益被视作帕金森病发病机制中的重要因素。然而，具有神经保护作用的植物化学物质，尤其是姜黄素，由于其生物利用度较低，其治疗潜力一直受限。在本研究中，我们制备了包裹姜黄素的阿拉伯树胶多糖纳米颗粒（GA@CUR-NPs），与普通姜黄素相比，该纳米颗粒能将秀丽
摘要
慢性高血糖引发的代谢应激日益被视作帕金森病发病机制中的重要因素。然而，具有神经保护作用的植物化学物质，尤其是姜黄素，由于其生物利用度较低，其治疗潜力一直受限。在本研究中，我们制备了包裹姜黄素的阿拉伯树胶多糖纳米颗粒（GA@CUR-NPs），与普通姜黄素相比，该纳米颗粒能将秀丽隐杆线虫体内的姜黄素浓度提高约4倍，这表明其生物利用度更高，且能更好地抵御葡萄糖诱发的神经退行性损伤。在转基因帕金森病模型线虫中，GA@CUR-NPs显著延长了寿命，并大幅减少了葡萄糖诱导应力下的α-突触核蛋白聚集现象。在分化的人类神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞中，GA@CUR-NPs也显著降低了α-突触核蛋白聚集体の积累，表明其在神经元细胞模型中具有出色的抗聚集作用。研究还发现，抗氧化防御途径如sod-3、gst-4和谷胱甘肽被显著激活，同时细胞内活性氧种类以及脂质过氧化产物丙二醛的生成也大幅减少。此外，GA@CUR-NPs还能通过激活LGG-1::GFP来促进自噬作用，恢复线粒体膜电位，减少脂质代谢物的积累，从而在代谢应激条件下维持细胞稳态。这些研究结果表明，植物来源的多糖纳米载体能够显著提升姜黄素的生物活性，为其提供多靶点保护，有效抵御葡萄糖诱发的蛋白质损伤和氧化损伤。本研究认为GA@CUR-NPs是治疗代谢应激相关神经退行性疾病的有望疗法，同时也为植物化学物质的纳米制剂在神经保护医学中的应用提供了新的思路。
引言
神经退行性疾病目前仍属于难以治愈的疾病，是全球范围内发病率和死亡率上升的重要原因。帕金森病、阿尔茨海默病、肌萎缩侧索硬化症、亨廷顿病以及tau蛋白病等，都是由于中枢神经系统不同区域的特定神经元逐渐退化，导致认知功能和运动功能受损而引发的疾病[1]。根据全球疾病负担研究的结果，帕金森病是全球范围内发展最快的神经系统疾病。预计到2050年，印度将成为继中国之后帕金森病患者数量第二多的国家。帕金森病的患病率随着年龄增长而显著上升，尤其是在85至89岁的人群中；因此，人口老龄化是推动该疾病负担加重的关键因素。高血糖指数饮食与痴呆症和认知功能下降的风险增加有关，2024年的荟萃分析也显示，糖尿病患者患痴呆症的风险比非糖尿病患者高出59%[2]。
众多研究都表明，代谢问题，尤其是糖尿病，与神经退行性疾病之间存在密切关联[3]、[4]、[5]。胰岛素抵抗现象及其与帕金森病发病风险的关联，往往与不健康的饮食习惯和生活方式有关，这些因素会打破身体的代谢平衡。尽管不同的神经系统疾病表现出不同的临床特征，但它们都具有相似的分子致病机制，包括线粒体功能障碍、氧化应激以及错误折叠的蛋白质聚集体。神经元细胞内的神经毒性蛋白α-突触核蛋白发生错误折叠并聚集后，就会形成路易小体[6]。α-突触核蛋白在Ser129位的磷酸化会增强其聚集能力，进而破坏神经元的稳态和突触囊泡的运输功能，最终影响突触信号的传递[7]、[8]、[9]、[10]。
氧化应激是由于活性氧与机体抗氧化防御机制之间的失衡所引发的，它是导致蛋白质错误折叠、基因突变以及与帕金森病相关的神经元损伤的重要因素[11]。通过降低α-突触核蛋白的聚集程度和氧化应激水平，可以减轻神经退行性变，延缓疾病进展。尤其通过减少葡萄糖诱导的氧化损伤，有助于恢复机体的内在抗氧化防御系统。因此，寻找能够减少α-突触核蛋白积累和活性氧介导的损伤的天然生物活性化合物，是开发帕金森病再生疗法的有效策略[13] [12]。
姜黄素是一种从姜黄（Curcuma longa L.）根茎中提取的多酚类化合物，已被证明具有显著的神经保护作用，可有效对抗多种神经退行性疾病[13]。这类保护作用主要是通过激活核因子红细胞2相关因子2（Nrf2）来实现的，Nrf2是调控细胞抗氧化途径的关键因子[14]。姜黄素还能通过阻止蛋白质聚集初期的液-液相分离及后续的寡聚化过程，抑制α-突触核蛋白的聚集[15]。此外，姜黄素还能通过激活ERK/MAPK信号通路，促进神经元生长、神经干细胞增殖和迁移[16]。另有研究显示，姜黄素治疗可通过促进神经发生、突触形成以及增强神经保护作用，改善神经元在慢性应激状态下的存活率，缓解与年龄相关的认知功能衰退[17]。
虽然姜黄素具有很强的神经保护作用，但其临床应用效果却受到其在血液中吸收率低、在体内易分解、脑部生物利用度差以及难以穿过血脑屏障等问题的限制。研究人员一直在探索各种方法来提升其生物利用度和功效，这些方法包括将其封装在纳米颗粒、外泌体、脂质体、微胶粒、磷脂复合物、纳米乳剂和微凝胶中，或者与益生菌一起使用[18]、[19]、[20]。在这些方法中，使用食品级可降解纳米颗粒来递送姜黄素是一种很有前景的方法，它不仅能提高姜黄素的生物利用度，还能实现可控且持久的释放。纳米载体封装不仅提升了姜黄素对抗帕金森病的能力，还降低了治疗所需的剂量。由于纳米颗粒属于纳米级别，更容易被细胞摄取，且稳定性更高，因此载有姜黄素的纳米颗粒能够顺利穿过血脑屏障而不对其造成损害。越来越多的证据表明，与普通姜黄素相比，纳米形式的姜黄素在药物递送方面表现更佳，也能取得更好的治疗效果[21]、[22]。最新研究还发现，与基于蛋白质或合成聚合物的载体，如玉米醇溶蛋白/苹果酸以及其他多糖体系相比，阿拉伯树胶具有更高的生物相容性、天然的两亲性以及优异的水分散性[23]、[24]、[25]。其天然的乳化和稳定性能无需进行复杂的化学修饰，就能实现高效的药物封装并提升胶体稳定性[23]。
秀丽隐杆线虫是一种常用于研究神经退行性疾病、衰老过程以及药物效应的模式生物。第一个与寿命延长相关的基因就是通过这种线虫被发现的。人们已经利用这种线虫培育出了多种帕金森病转基因模型，这些模型会表现出不同的表型异常，比如NL5901品系会出现α-突触核蛋白聚集现象，BZ555品系会出现多巴胺能神经元退化，CL2006品系则会出现与多巴胺相关的行为缺陷、生存率下降、运动能力受损以及蛋白质积累等问题。这些表型要么是通过模拟遗传性帕金森病的基因改造产生的，要么是通过让线虫接触6-羟基多巴胺和MPP+等神经毒素而引发的[26]、[27]、[28]。在本研究中，我们利用葡萄糖诱导的神经应激模型，在秀丽隐杆线虫中系统地研究了载有姜黄素的阿拉伯树胶多糖纳米颗粒与普通姜黄素在预防帕金森病方面的神经保护作用。我们通过定量检测α-突触核蛋白的聚集程度、氧化应激水平、寿命延长情况以及内在抗氧化酶的活性，来评估这两种物质的治疗效果。此外，我们还采用了基于GC–MS/MS技术的脂质组学分析方法，旨在阐明在高血糖条件下以及经过姜黄素处理后，GA@CUR-NPs所引发的代谢重编程机制。
章节要点
材料
姜黄素（纯度99.5%）、二甲基亚砜、左旋多巴或3,4-二羟基-L-苯丙氨酸、尼罗红均购自美国Sigma-Aldrich公司。D-(+)-葡萄糖则从印度马哈拉施特拉州的MP Biomedicals公司购买。5-氟-2′-脱氧尿苷和叠氮化钠则由印度HiMedia Laboratories公司提供。CellROX? Deep Red和MitoTracker? Red（M7511）则购自印度班加罗尔的Invitrogen公司。
菌株的维护
N2（野生型，布里斯托尔品系）、NL5901 pkIs2386 [unc-54p::α-synuclein::YFP + unc-119(+)]品系
GA@CUR-NPs的表征
图S1A展示了普通姜黄素、阿拉伯树胶以及GA@CUR-NPs的紫外-可见吸收光谱。普通姜黄素在270纳米和425纳米处有吸收峰，这些峰分别是由于芳香族结构中的π→π*跃迁以及β-二酮结构所致。阿拉伯树胶在200到800纳米范围内几乎不吸收光。而经过封装后的GA@CUR-NPs在465纳米附近出现了一个范围更广且略向红色偏移的吸收峰，这一现象与姜黄素被包裹在阿拉伯树胶多糖基质中相符。GA@CUR-NPs以及封装过程还带来了
讨论
葡萄糖是大多数生物体的主要能量来源，但一旦葡萄糖代谢出现紊乱，就会引发氧化应激、炎症以及代谢功能障碍，而这些因素又会进一步促进包括神经退行性疾病和糖尿病在内的多种慢性疾病的进展[18]。由于姜黄素溶解性差、稳定性不足且生物利用度低，其临床应用价值往往受到限制。在本研究中，我们证明了将姜黄素封装在阿拉伯树胶多糖纳米载体中，能够显著提升其生物学功效
结论
我们的研究表明，通过阿拉伯树胶多糖纳米载体对姜黄素进行纳米封装，能够显著提升其生物活性和在细胞内的摄取效率，进而比普通姜黄素更有效地调节氧化应激状况、维持线粒体稳定性，并激活细胞内的抗氧化酶。GA@CUR-NPs还能强烈激活自噬作用，有助于维持细胞稳定，进而可能帮助清除有毒的α-突触核蛋白聚集体。此外，GA@CUR-NPs的处理还
CRediT作者贡献说明
Johnson Gill：数据整理、正式分析、实验研究、方法设计、软件应用。 Aishwarya Jaiswal：初稿撰写、软件应用、方法设计、实验研究、正式分析、数据整理。 Brahma Singh：文章润色与编辑、结果验证、研究指导、资源协调、项目管理、资金申请、概念构思。 Ravindra Kharwar：文章润色与编辑、结果验证、研究指导、正式分析
利益冲突声明
作者声明自己没有任何已知的财务利益关系或个人关系，这些关系可能影响本文的研究成果。
致谢
本研究得到了印度科学和工业研究委员会（OLP-0115）以及印度政府生物技术部（DBT）的支持，这些机构提供了DBT-JRF/SRF科研经费。作者们还要感谢明尼苏达大学的秀丽隐杆线虫遗传学中心提供的秀丽隐杆线虫培养样本。该研究的机构手稿编号为CSIR-NBRI_MS/2026/00/00。
Aishwarya Jaiswal|Johnson Gill|Ravindra N. Kharwar|Brahma N. Singh
