芝麻在多因素体外神经元-星形胶质细胞系统暴露于慢性应激介质中的神经保护潜力

《Biomolecules》：Neuroprotective Potential of Sesamum indicum in a Multifactorial In Vitro Neuron–Astrocyte System Exposed to Chronic Stress Mediators

　　

慢性应激（Chronic stress）日益被认为是阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease, AD）相关神经退行性变的主要诱因，其机制涉及神经炎症（neuroinflammation）、氧化应激（oxidative stress）、线粒体功能障碍（mitochondrial dysfunction）、兴奋性毒性（excitotoxicity）和淀粉样蛋白生成过程（amyloidogenic processing）。研究人员利用二维神经元-星形胶质细胞样细胞（astrocyte-like cell, ALC）共培养和三维神经元-ALC球体，暴露于TNF-α/谷氨酸/皮质醇（TGC）慢性应激范式，研究了芝麻全糊提取物（Sesamum indicum whole paste extract, SIPE）的神经保护作用。TGC暴露诱导了线粒体功能障碍、线粒体超氧化物生成、星形胶质细胞反应性、NF-κB活化、前脑源性神经营养因子（pro-BDNF）表达减少、细胞内和细胞外Aβ₄₂积累、Tau蛋白磷酸化和caspase-3活化，再现了慢性应激相关神经退行性变的关键特征。在评估的芝麻衍生制品中，SIPE表现出最强的神经保护作用，包括维持线粒体膜电位（mitochondrial membrane potential, ΔΨm）、减少氧化应激、防止神经元丢失、减轻胶质增生（gliosis）以及抑制炎症、淀粉样蛋白生成和凋亡信号。这些效应在三维球体中一致再现。植物化学分析显示，SIPE含有最高丰度的芝麻素（sesamin），约占检测相对组成的25%。分子对接分析表明，芝麻素对TNF-α、DJ-1、Aβ₄₂和caspase-3具有有利的结合亲和力。综上所述，这些发现将SIPE鉴定为一种有前景的多靶点神经保护策略，用于对抗慢性应激相关的AD病理。

**论文解读：芝麻全糊提取物通过多靶点机制对抗慢性应激诱导的神经退行性变**

**1. 研究背景与问题**

慢性应激通过持续激活下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴和长期糖皮质激素暴露，导致神经元可塑性受损、线粒体生物能量学障碍、氧化和炎症级联放大，并与阿尔茨海默病（AD）相关神经退行性变密切相关。然而，现有体外模型常单一模拟内分泌、炎症或兴奋性毒性，难以重现慢性应激的多因素协同特征。此外，星形胶质细胞在谷氨酸代谢、神经营养支持和氧化还原平衡中的关键作用常被忽视。因此，研究人员旨在构建整合炎症（TNF-α）、内分泌（皮质醇）和兴奋性（谷氨酸）应激的多因素体外模型，并评估传统加工芝麻制品的神经保护潜力。该研究发表于《Biomolecules》。

**2. 主要关键技术方法**

研究人员利用诱导多能干细胞来源的神经前体细胞（NPC）分化为胆碱能神经元，以及沃顿胶间充质干细胞（WJ-MSC）分化为星形胶质细胞样细胞（ALC），建立2D共培养和3D悬浮球体模型。采用TNF-α/谷氨酸/皮质醇（TGC）联合处理模拟慢性应激。通过MTT和NBT实验评估细胞活力与超氧化物生成；流式细胞术和荧光显微镜检测线粒体膜电位（ΔΨm）、线粒体超氧化物、神经元标志物（βIII-tubulin）、星形胶质细胞标志物（GFAP、S100β、Vimentin）、谷氨酰胺合成酶（GS）、原脑源性神经营养因子（pro-BDNF）、NF-κB、氧化DJ-1（ox(C₁₀₆)DJ-1）、细胞内Aβ₄₂、Tau磷酸化（p(S₄₀₄)Tau和p(S₂₀₂/T₂₀₅)Tau）和活化caspase-3。ELISA和CBA法检测细胞外Aβ₄₂、IL-1β和IL-6。RT-QuIC和dot-blot评估淀粉样蛋白聚集和DJ-1氧化。分子对接分析主要植物化学物与靶蛋白的相互作用。芝麻制品来自哥伦比亚Montes de María地区小规模农户，采用传统工艺加工。

**3. 研究结果**

**3.1 NPCs和WJ-MSCs表现出神经干细胞特性并有效分化为神经元和星形胶质细胞样细胞**
通过流式细胞术和免疫荧光确认，iPSC来源的NPC和WJ-MSC均高表达Sox2和Nestin（分别达95%和85%），分化后神经元（MAP2/βIII-tubulin）和ALC（GFAP/S100β）阳性率分别达96%和75%。

**3.2 TGC诱导神经元-ALC共培养中线粒体功能障碍和超氧化物生成**
MTT和NBT实验显示，TGC在浓度≥100 ng/mL TNF-α、10 μM谷氨酸、100 nM皮质醇时显著降低线粒体活性并增加超氧化物，选择该浓度作为后续实验条件。

**3.3 芝麻全糊中生物活性化合物相对于种子和油制品的富集**
植物化学分析表明，芝麻全糊的总多酚含量（96.03 mg GAE/100g）比种子（77.14）高24.5%，比油（17.87）高5倍以上；芝麻素（sesamin）相对丰度达24.7%，芝麻林素（sesamolin）为10.14%，均显著高于种子和油；β-谷甾醇、菜油甾醇、豆甾醇和γ-生育酚也最高。

**3.4 SIPE对TGC诱导的线粒体功能障碍和超氧化物生成提供最大保护**
MTT和NBT筛选显示，在1-1000 μg/mL范围内，完整种子提取物无效，油提取物仅在≥100 μg/mL有效，而SIPE在10 μg/mL即显著保护线粒体活性和减少超氧化物。流式和荧光显微镜进一步证实SIPE维持ΔΨm并抑制线粒体超氧化物。

**3.5 SIPE预防TGC诱导的神经元丢失并减轻胶质增生**
流式细胞术显示，TGC使βIII-tubulin阳性神经元减少约18%，ALC比例增加至43%；SIPE预处理使神经元恢复至对照水平，ALC降至23%，免疫荧光结果一致。

**3.6 SIPE预防TGC诱导的星形胶质细胞反应性并维持ALC功能表型**
TGC使GFAP^high细胞增加至34%，GS^high细胞减少28%；SIPE抑制GFAP上升并维持GS表达，表明保护谷氨酸-谷氨酰胺循环。

**3.7 SIPE减轻TGC诱导的NF-κB活化和促炎细胞因子释放**
TGC使神经元和星形胶质细胞中NF-κB阳性比例分别增加约18%和30%，同时升高IL-1β和IL-6分泌；SIPE显著抑制这些效应。

**3.8 SIPE减轻TGC诱导的细胞内和细胞外Aβ₄₂积累及聚集**
TGC使神经元和ALC中iAβ₄₂阳性细胞分别增加约25%和24%，细胞外Aβ₄₂升高；SIPE降低这些水平。RT-QuIC显示SIPE直接抑制Aβ₄₂纤维延伸和稳定。

**3.9 SIPE预防TGC诱导的DJ-1氧化**
TGC使神经元和ALC中ox(C₁₀₆)DJ-1阳性细胞分别增加25%和24%；SIPE抑制此氧化。细胞外dot-blot证实SIPE直接清除H₂O₂并保护DJ-1 C₁₀₆。RT-QuIC表明SIPE通过保护DJ-1间接抑制氧化依赖性Aβ聚集。

**3.10 SIPE预防TGC诱导的Tau磷酸化和caspase-3活化**
TGC使p(S₄₀₄)Tau阳性神经元增至约37%，p(S₂₀₂/T₂₀₅)Tau也升高，同时活化caspase-3（CC3）阳性细胞增至约38%；SIPE显著降低这些指标，抑制凋亡。

**3.11 SIPE在三维球体中预防TGC诱导的神经元丢失、线粒体功能障碍和超氧化物生成**
TGC使球体直径减少约50%，ΔΨm降低约60%，线粒体超氧化物增加约1000%；SIPE预处理维持球体结构和线粒体功能。

**3.12 SIPE在三维球体中减轻TGC诱导的NF-κB活化、DJ-1氧化、淀粉样蛋白信号、Tau磷酸化、caspase-3活化和细胞因子释放**
TGC在球体中显著增加NF-κB、ox(C₁₀₆)DJ-1、iAβ₄₂、p(S₄₀₄)Tau、CC3、eAβ₄₂、IL-1β和IL-6；SIPE显著降低这些指标，与2D结果一致。

**3.13 S. indicum全糊的主要植物化学物与慢性应激相关神经退行性变蛋白表现出互补的多靶点相互作用**
分子对接显示，芝麻素、芝麻林素、β-谷甾醇、菜油甾醇和γ-生育酚均能与TNF-α、DJ-1、Aβ₄₂和caspase-3的活性口袋结合，其中芝麻林素对TNF-α和DJ-1的评分优于参考配体，支持多组分协同作用。

**4. 讨论总结与结论翻译**

讨论部分指出，SIPE通过多靶点机制发挥神经保护作用：维持线粒体功能、抗氧化、抑制NF-κB和细胞因子释放、保护DJ-1免受氧化、减少Aβ积累和聚集、抑制Tau磷酸化和caspase-3活化，且效应在2D和3D模型中一致。植物化学分析和分子对接支持SIPE作为复合植物化学基质，而非单一成分起作用。研究结论总结如下：本研究证明芝麻全糊提取物通过同时减轻线粒体功能障碍、氧化应激、星形胶质细胞反应性、神经炎症、淀粉样蛋白生成、Tau磷酸化和凋亡，在2D和3D系统中对多因素应激诱导的神经退行性变发挥强大的多靶点保护作用。这些保护效应与全糊中富集的芝麻素、芝麻林素、β-谷甾醇、菜油甾醇和γ-生育酚等植物化学物的协同作用有关。研究结果支持慢性应激作为AD相关病理的系统级驱动因素的概念，并凸显传统加工芝麻制品作为营养干预候选物的潜力。