菠萝蛋白酶消化酪蛋白肽池改善慢性应激诱导的大鼠海马长期增强和突触可塑性损伤

《Brain Research》:Bromelain-digested casein peptide pool ameliorates chronic stress-induced impairments in hippocampal long-term potentiation and synaptic plasticity in rats

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月22日 来源:Brain Research 3.2

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   摘要本研究考察了菠萝蛋白酶消化酪蛋白肽库 (BDCPP) 对大鼠慢性应激诱导的海马长时程增强 (LTP) 和突触可塑性损伤的保护作用。动物被随机分配到六组,包括接受生理盐水、酪蛋白或 BDCPP (100 mg/kg, 灌胃) 的应激和非应激对照组。慢性应激通过每日束缚两周来

  

摘要

本研究考察了菠萝蛋白酶消化酪蛋白肽库 (BDCPP) 对大鼠慢性应激诱导的海马长时程增强 (LTP) 和突触可塑性损伤的保护作用。动物被随机分配到六组,包括接受生理盐水、酪蛋白或 BDCPP (100 mg/kg, 灌胃) 的应激和非应激对照组。慢性应激通过每日束缚两周来诱导。从穿通路径 (PP) 和齿状回 (DG) 获取电生理记录,以评估长时程增强 (LTP) 诱导前后的基础突触活动、输入/输出 (I/O) 曲线、群体棘波 (PS) 和场兴奋性突触后电位 (fEPSP)。结果显示,慢性应激显著降低了 LTP 后多种刺激强度 (I/O) 下的群体棘波 (PS) 振幅。此外,应激动物在 LTP 诱导后 120 分钟内表现出 PS 和场兴奋性突触后 fEPSP 值的显著降低。BDCPP 治疗有效地减轻了这些缺陷,增强了 LTP 诱导后各刺激强度下的 PS 反应,并改善了 LTP 后 120 分钟时 PS 和 fEPSP 测量的均值。本研究的发现表明,BDCPP 增强了 LTP 诱导,增加了 PS 和 fEPSP 反应,并最终减轻了由慢性应激引起的突触可塑性损伤。

引言

压力是一种生理和心理状态,当内部或外部刺激破坏身体的平衡或稳态平衡时发生。然而,持续或严重的压力会诱导大脑发生深刻的结构和功能改变 (Guo et al., 2022, Agorastos and Chrousos, 2022)。慢性应激已被证明会失调下丘脑 - 垂体 - 肾上腺 (HPA) 轴,导致糖皮质激素分泌增加,包括皮质酮,并随后引起谷氨酸能和 GABA 能神经传递的紊乱 (Herman et al., 2016)。这些变化伴随着超极化振幅的增加,从而调节钙内流和膜电位,特别是在海马内 (Jo?ls et al., 2018, Popoli et al., 2011)。海马形成传统上分为三个主要子区域:齿状回 (DG)、海马 CA3 区 (Cornu Ammonis area 3) 和海马 CA1 区 (Cornu Ammonis area 1)。内嗅皮层的输入主要通过穿通路径到达海马,该路径靶向 DG,并投射到 CA3 和 CA1。在海马回路中,信息通过苔藓纤维连接从 DG 传递到 CA3 锥体神经元,然后通过谢弗侧支路径从 CA3 传递到 CA1 锥体神经元 (Shahidi et al., 2023)。在海马子区域中,DG 在决定压力如何影响海马功能方面起着至关重要的作用。作为一个高度可塑且对压力敏感的结构,DG 对压力表现出复杂且可变的反应,这反映在 LTP 和局部回路活动的改变中,并与行为结果相关。这些过程被认为代表了支持连续行为适应的分布神经网络中突触效能的持久变化,通常被解释为记忆保持 (Gulyaeva, 2016, Goodman et al., 2025)。因此,海马 LTP 被认为是一种特定的突触可塑性形式,被提议介导学习和记忆的细胞机制 (Gulyaeva, 2016, Miladi-Gorji et al., 2014, Collingridge, 2025)。此外,越来越多的证据表明,慢性应激通过扰乱突触棘周转、促进树突回缩、抑制 DG 中的成体神经发生,并最终损害 LTP,对海马产生有害影响 (Azadbakht et al., 2016, Krasner et al., 2025)。
酪蛋白是牛奶中的重要蛋白部分。酪蛋白一词源于拉丁词 caseus,意为“奶酪”,反映了它与奶酪生产的长期关联。在酪蛋白及其衍生物的各种属性中,最重要的是它们通过酶水解、微生物发酵或胃肠道消化等过程产生活性肽的能力 (Moita et al., 2025)。酪蛋白衍生肽表现出显著的神经保护作用,包括抗炎和抗氧化应激效应 (Li et al., 2025)。此外,给予α-酪蛋白镇静肽——对应于α-酪蛋白的 91–100、91–97、91–93 和 91–92 片段,以及β-酪蛋白的 60–69 片段,已被证明在实验模型中产生抗焦虑 (抗焦虑) 效应 (Lalonde, 2024)。菠萝蛋白酶被认为是一种安全的植物疗法制剂,因为它显示出口服疗效且在患者中极少发生不良反应 (Varilla et al., 2021)。多项研究表明,菠萝蛋白酶表现出抗水肿、抗炎、抗癌、抗血栓和纤维蛋白溶解特性,并促进凋亡细胞死亡 (Varilla et al., 2021)。根据以前的研究,菠萝蛋白酶是一种从菠萝植物 (Ananas comosus) 的果实或茎中提取的蛋白水解酶,能够通过水解牛奶衍生的酪蛋白并产生菠萝蛋白酶消化酪蛋白肽库来产生活性肽 (Mohamadi Yarijani et al., 2025)。根据我们以前的发现,BDCPP 给药减轻了焦虑样和抑郁样行为,使皮质酮水平恢复到正常水平,增强了抗氧化能力,并上调了海马脑源性神经营养因子 (BDNF) 和胰岛素样生长因子 -1 (IGF-1) 的表达。此外,BDCPP 减轻了慢性应激大鼠中 CA3 锥体神经元的应激诱导树突萎缩,并减轻了基底外侧杏仁核 (BLA) 神经元的肥大变化 (Mohamadi Yarijani et al., 2025)。
慢性应激导致循环皮质酮持续升高。它引发大脑明显的结构和功能紊乱,而海马——记忆处理、学习和情绪控制的重要中心——特别容易受损。我们以前的工作表明,BDCPP 抵消了一系列与压力相关的行为损伤,包括焦虑样和抑郁样表型,增强了抗氧化防御能力,并调节了 BDNF 和 IGF-1 等关键神经营养介质。此外,BDCPP 减少了慢性应激雄性大鼠海马 CA 子区域的树突萎缩并恢复了结构完整性。然而,尽管具有这些有益的神经保护和调节属性,其对电生理指标——特别是对突触强度和依赖神经活动的可塑性形式——的潜在影响尚未被表征。鉴于 LTP 是记忆巩固的核心细胞机制,并且极易受到慢性应激的破坏,确定 BDCPP 是否能影响 LTP 是关键的一步。因此,本研究旨在评估 BDCPP 在慢性应激暴露后恢复或增强海马 LTP 和突触可塑性的能力,从而更全面地了解其神经保护作用的机制。

章节摘录

BDCPP 的制备

为了获得菠萝蛋白酶消化酪蛋白肽库,酪蛋白 (Sigma-Aldrich, USA; 货号 218680-M; 纯度 >95%) 使用菠萝蛋白酶 (Sigma-Aldrich, USA; 货号 B4882; 纯度 >95%) 进行酶水解。反应在 100 mL 蒸馏水中进行,酶与底物比例为 1:10,000 (w/w)。反应混合物在受控条件下保持在 37 °C 和 150 rpm 的摇床培养箱中 24 小时。孵育后,水解物被处理

海马齿状回记录电极定位的组织学验证

组织学评估确认了记录电极准确定位在海马齿状回 (DG) 的颗粒层内,与 Paxinos 和 Watson 图谱中的立体定位坐标一致。

LTP 诱导前 BDCPP 对输入 - 输出关系的影响

图 3A 显示了 LTP 诱导前群体棘波 (PS) 振幅与刺激强度之间的输入 - 输出关系。双因素方差分析后的 Tukey 事后检验显示,NS+SAL 组和 SS+SAL 组之间的基础 PS 振幅无显著差异

讨论

我们的研究旨在评估与未消化酪蛋白相比,BDCPP 在减轻大鼠慢性应激诱导的海马 LTP 和突触可塑性损伤方面的有效性。我们的研究结果表明,连续两周给予 100 mg/kg/天的未消化酪蛋白未能减轻慢性应激诱导的海马 LTP 或突触可塑性缺陷。这些结果与我们之前的研究一致,在该研究中未消化酪蛋白同样未能发挥任何

结论

总之,我们的发现表明,慢性应激显著破坏了齿状回的基础突触传递和长时程增强 (LTP),这反映在 PS 振幅、fEPSP 斜率和 LTP 后 I/O 增益的下降。重要的是,BDCPP 治疗减轻了许多与应激相关的损伤。BDCPP 改善了 LTP 诱导后的 I/O 增益,并增加了诱导后 120 分钟期间记录的平均增强。尽管 BDCPP 未能完全

伦理批准和参与同意

伦理代码,IR.SEMUMS.AEC.1401.016。

出版同意书

不适用。

资助

本研究作为 Zeynab Mohamadi Yarijani 博士学位论文的一部分进行,并得到了伊朗塞姆南医科大学 (资助编号 2091) 和伊朗国家医学研究发展中心 (NIMAD) (资助编号 401023) 的支持。

竞争性利益声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系,这些可能会影响本论文中报告的工作。

致谢

作者感谢克尔曼沙德医科大学生理学系的 Mozhgan Veisi 女士 (莫兹甘·韦西女士) 提供的宝贵帮助。作者还感谢塞姆南医科大学的医学生物技术系和综合研究实验室提供的实验室设施和技术支持。
Zeynab Mohamadi Yarijani|Payman Raise-Abdullahi|Saeed Tahmasebi|Ali Ghanbari|Morvarid Meamar|Houman Parsaei|Behpour Yousefi|Hamid Madanchi|Ali Rashidy-Pour
Research Center of Physiology, Neuroscience Research Institute, Semnan University of Medical Sciences, Semnan, Iran
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