整合转录组、代谢组及16S rRNA测序数据，揭示葛根素对大鼠阿尔茨海默病的影响

《Scientific Reports》：Integrating transcriptome, metabolome and 16S rRNA sequencing to reveal the effect of celastrol on Alzheimer’s disease in rats

　　

摘要

芹菜素是治疗神经退行性疾病的一种有前景的候选药物。然而，芹菜素对阿尔茨海默病的作用机制仍不十分清楚。本研究旨在利用多组学方法探讨芹菜素治疗阿尔茨海默病的潜在效果。研究通过D-半乳糖结合Aβ_25-35建立阿尔茨海默病大鼠模型，随后分别给予0.7毫克/千克和2.8毫克/千克剂量的芹菜素处理。采用莫里斯水迷宫测试评估认知和记忆功能受损情况，通过尼氏染色检测海马区的神经元损伤程度。利用免疫组织化学染色、ELISA和西方印迹法测定Iba1、Aβ_1-42和p-tau的表达水平。通过转录组学和代谢组学分析来分析RNA和代谢物的表达情况。借助16S rRNA基因测序分析肠道微生物群的组成和多样性。采用斯皮尔曼相关分析整合转录组-代谢组数据以及16S rRNA-代谢组数据。与阿尔茨海默病组相比，2.8毫克/千克剂量的芹菜素能显著缩短大鼠的逃避潜伏时间（p < 0.05），增加大鼠穿过目标平台的频率及在目标象限内的停留时间（p < 0.05）。此外，芹菜素还能显著降低Iba1、TNF-α和IL-1β的表达水平（p < 0.05），减少受损神经元的数量（p < 0.05），同时降低p-tau和Aβ_1-42的表达水平（p < 0.05）。研究还发现，芹菜素处理组和阿尔茨海默病组之间存在309个差异表达基因和96个差异表达代谢物。在这些差异表达代谢物中，包括16:0–22:6 PE和18:0–22:6 PC在内的磷脂类物质受芹菜素调控明显。16S rRNA分析显示，芹菜素能提高Firmicutes/Bacteroidota比例，同时增加和的丰度。转录组-代谢组联合分析表明，16:0–22:6 PE和18:0–22:6 PC的表达可能受到LOC103689940、Impad1和Sult1c2a等基因的调控。而16S rRNA-代谢组联合分析则显示，16:0–22:6 PE和18:0–22:6 PC的代谢可能与、和有关。综上所述，芹菜素能够改善阿尔茨海默病大鼠的认知和记忆功能障碍，而代谢途径中磷脂或鞘脂代谢及基因表达的调控可能与肠道微生物群的变化存在关联。