(E)-2-(3,4-二羟基苯基)-3-羟基-4H-吡喃-4-1可减轻阿尔茨海默病神经炎症和认知障碍

doi:10.4103/NRR.NRR-D-23-01890

摘要/Abstract

摘要：

作者既往研究构建的一种焦甲烯酸衍生物(E)-2-(3,4-二羟基苯基)-3-羟基-4H-吡喃-4-1（D30），具有抗炎抗氧化，抑制Aβ聚集等特性，并能减轻东莨菪碱诱导的小鼠认知障碍，其作用类似于III期临床药物白藜芦醇。实验通过侧脑室注射Aβ原纤维建立了阿尔茨海默病小鼠模型，以评估D30对其神经病理学表现的影响。结果显示，D30可减轻Aβ原纤维诱导的认知障碍，促进外源Aβ原纤维从海马和皮质的清除，并抑制氧化应激和小胶质细胞和星形胶质细胞的激活。D30还能逆转Aβ原纤维诱导的树突棘和突触蛋白的丢失。值得注意的是，实验证明，侧脑室注射外源性Aβ原纤维可明显上调大脑中半乳糖凝集素3的水平，且这种变化可被D30阻断。鉴于D30在促进Aβ清除、抗神经炎症、突触保护和认知改善的作用，因此认为D30可成为治疗阿尔茨海默病的潜在药物。

https://orcid.org/0000-0002-7229-2810 (Xueyan Liu); https://orcid.org/0000-0002-7914-1054 (Wei Wu);

https://orcid.org/0000-0002-9268-9217 (Chenlu Li); https://orcid.org/0000-0001-5851-3261 (Zu-Cheng Ye);

https://orcid.org/0000-0002-0377-8913 (Daijun Zha)

关键词: 阿尔茨海默病, 淀粉样蛋白β, 半乳糖凝集素3, 神经炎症, 小胶质细胞, 星形胶质细胞, 神经元, D30, 认知障碍, 树突棘

Abstract: Previous studies have shown that the compound (E)-2-(3,4-dihydroxystyryl)-3-hydroxy-4H-pyran-4-one (D30), a pyromeconic acid derivative, possesses antioxidant and anti-inflammatory properties, inhibits amyloid-β aggregation, and alleviates scopolamine-induced cognitive impairment, similar to the phase III clinical drug resveratrol. In this study, we established a mouse model of Alzheimer’s disease via intracerebroventricular injection of fibrillar amyloid-β to investigate the effect of D30 on fibrillar amyloid-β–induced neuropathology. Our results showed that D30 alleviated fibrillar amyloid-β–induced cognitive impairment, promoted fibrillar amyloid-β clearance from the hippocampus and cortex, suppressed oxidative stress, and inhibited activation of microglia and astrocytes. D30 also reversed the fibrillar amyloid-β–induced loss of dendritic spines and synaptic protein expression. Notably, we demonstrated that exogenous fibrillar amyloid-β introduced by intracerebroventricular injection greatly increased galectin-3 expression levels in the brain, and this increase was blocked by D30. Considering the role of D30 in clearing amyloid-β, inhibiting neuroinflammation, protecting synapses, and improving cognition, this study highlights the potential of galectin-3 as a promising treatment target for patients with Alzheimer’s disease.

Key words: Alzheimer’s disease, amyloid-β, astrocyte, cognitive impairment, D30, dendritic spines, galectin-3, microglia, neuroinflammation, neuron

. (E)-2-(3,4-二羟基苯基)-3-羟基-4H-吡喃-4-1可减轻阿尔茨海默病神经炎症和认知障碍[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2025, 20(11): 3330-3344.

Xueyan Liu, Wei Wu, Xuejuan Li, Chengyan Wang, Ke Chai, Fanru Yuan, Huijuan Zheng, Yuxing Yao, Chenlu Li, Zu-Cheng Ye, Daijun Zha. The compound (E)-2-(3,4-dihydroxystyryl)-3-hydroxy4H-pyran-4-one alleviates neuroinflammation and cognitive impairment in a mouse model of Alzheimer’s disease[J]. Neural Regeneration Research, 2025, 20(11): 3330-3344.

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延伸阅读

NRR：中国福建医科大学查代君副研究员和叶祖承教授团队合作报道焦袂康酸衍生物D30可减轻阿尔茨海默病神经炎症和认知障碍

撰文：福建医科大学基础医学院伍薇博士戴超贤

半乳糖凝集素3（Galectin-3，Gal-3）是凝集素家族中一种独特的嵌合型成员，被认为是小胶质细胞介导的神经炎症和阿尔茨海默病的关键因子。最近研究认为，Gal-3已成为阿尔茨海默病等神经退行性疾病的生物标志物[1, 2]。Gal-3可通过调节细胞粘附、增殖、迁移、凋亡、炎症和适应性免疫系统，参与阿尔茨海默病等神经退行性疾病的发生和发展[3]。在阿尔茨海默病小鼠模型中，Gal-3可促进了β淀粉样蛋白（amyloid-β，Aβ）聚集并增加了Aβ毒性。Gal-3在阿尔茨海默病患者和家族性阿尔茨海默病的5×FAD转基因小鼠模型中优先表达，且Gal-3与Aβ斑块相关的小胶质细胞共定位。同样，在Gal-3敲除5×FAD小鼠中，促炎小胶质细胞的数量降低，淀粉样斑块减少，而认知能力提高。因此，下调Gal-3可能是对抗阿尔茨海默病的潜在药理学方法[4]。然而目前对大脑中抑制Gal-3聚集的策略及其对Aβ诱导的神经炎症损伤的影响知之甚少。(E)-2-(3,4-二羟基苯基)-3-羟基-4H-吡喃-4-1（D30）是中国福建医科大学查代君副研究员和叶祖承教授团队最近设计的一款新型多靶点抗阿尔茨海默病先导化合物，具有抗炎抗氧化，抑制Aβ聚集等特性，其作用类似于III期临床药物白藜芦醇。急性毒性试验也证实在小鼠体内使用D30是安全的，同时，D30能够穿越血脑屏障，并在海马中积累，并减轻东莨菪碱诱导的健忘症小鼠的认知障碍[5]。对于Gal-3在外源性给予Aβ原纤维（fibril Aβ，fAβ)诱导的Aβ沉积和神经炎症中的变化情况以及D30的干预仍然不明。

最近查代君和叶祖承等在《中国神经再生研究（英文）》(Neural Regeneration Research)上发表了题为“The compound (E)-2-(3,4-dihydroxystyryl)-3-hydroxy- 4H-pyran-4-one alleviates neuroinflammation and cognitive impairment in a mouse model of Alzheimer’s disease”的研究，发现D30可减轻脑室注射外源性fAβ诱导的认知功能障碍，促进脑内fAβ的清除，抑制氧化应激以及小胶质细胞和星形胶质细胞的活化。此外，D30还逆转了fAβ诱导的树突棘和突触蛋白的丢失。值得注意的是，这是首次证明了外源性脑室注射fAβ可显著提高小鼠脑内Gal-3水平，而Gal-3的升高可被D30阻断。鉴于D30在促进Aβ清除、抗神经炎症、突触保护和认知改善等作用，研究认为D30可能成为治疗阿尔茨海默病的先导化合物。此外，该研究结果为靶向Gal-3治疗阿尔茨海默病提供了新的支持。

既往研究表明，神经炎症是阿尔茨海默病疾病进展的重要驱动因素[6]。小胶质细胞作为常驻巨噬细胞，在中枢神经系统中具有监视和吞噬功能[7-9]。星形胶质细胞是中枢神经系统中数量最多的细胞，对维持神经系统的正常功能至关重要。它们扮演着为神经元提供营养、维持离子和神经递质平衡、调节突触传递等关键角色。这些细胞的活动对于神经系统的健康和稳定起着至关重要的作用[10, 11]。因此，查代君和叶祖承等首先评估了在进行fAβ注射模型后，D30对小鼠海马和皮质内胶质细胞中活化水平的影响以及对Aβ沉积的影响。研究结果显示，D30能够减轻外源fAβ注射对小鼠海马内胶质细胞中的活化水平和Aβ的沉积水平（图1）。研究员通过酶联免疫吸附法检测给药前后小鼠脑内的炎症水平，发现D30能够有效地降低外源性注射的fAβ引起的神经炎症。

图1 D30对脑室内注射fAβ小鼠Aβ沉积和神经炎症的影响（图源：Liu et al., Neural Regen Res, 2025）

脑室内注射Aβ是研究Aβ在阿尔茨海默病发病机制中的常用方法。通过注射Aβ可诱导小鼠海马出现类似阿尔茨海默病的病理变化，包括增加Aβ沉积、神经炎症、损害记忆和认知功能[5, 12-14]。因此选择脑室注射Aβ模型用以研究D30对脑内Aβ沉积导致的神经炎症的改善作用。为评估D30对认知的改善作用，对对照组、假手术组、fAβ组(注射fAβ)和低剂量组(10 mg/kg)、中剂量组(20 mg/kg)和高剂量组(40 mg/kg)进行了行为学检测，发现fAβ组小鼠在旷场中央区域行进距离与对照组和假手术组有显著差异，说明外源性fAβ注射可抑制小鼠空间探索行为。当D30给药治疗后，3组不同D30剂量组小鼠的空间探索行为得到显著改善，同时在新物体识别实验和Y迷宫实验中，治疗组小鼠均表现出较高的记忆水平。该结果证实D30可有效改善脑室注射fAβ的阿尔茨海默症模型小鼠的记忆损伤（图2）。

图2 D30减轻了fAβ引起的认知障碍（图源：Liu et al., Neural Regen Res, 2025）

一般来说，由Aβ沉积和胶质细胞活化引起的神经炎症与阿尔茨海默病密切相关[15]。为深入研究D30对fAβ引起的神经炎症和胶质细胞活化的影响，对小鼠进行了不同次数的脑室注射fAβ来建立模型（图3）。免疫荧光染色和蛋白免疫印迹实验证实D30对小胶质细胞活化的重塑作用（图3），以及对M1型小胶质细胞的抑制作用（图4）。

图3 D30对小胶质细胞的重塑作用（图源：Liu et al., Neural Regen Res, 2025）

图4 D30减少小胶质细胞M1型极化（图源：Liu et al., Neural Regen Res, 2025）

在Aβ刺激下，胶质细胞的激活会导致诱导型一氧化氮合成酶水平升高，加速Aβ介导的炎症反应。因此，查代君和叶祖承等也对D30在fAβ注射引起的炎症和星形胶质细胞的激活这一进程中的作用感兴趣，与对小胶质细胞研究方法类似，进行了免疫荧光染色和蛋白免疫印迹实验。结果显示，D30降低了星形胶质细胞异常激活的程度和诱导型一氧化氮合成酶（图5），以及抑制了A1型星形胶质细胞（图6）。

图5 D30对星形胶质细胞的改善作用（图源：Liu et al., Neural Regen Res, 2025）

图6 D30减少星形胶质细胞A1型表达（图源：Liu et al., Neural Regen Res, 2025）

受D30减少Aβ沉积的显著效果的鼓舞，查代君和叶祖承等进一步探讨了D30对于Gal-3蛋白的影响。Gal-3作为小胶质细胞免疫应答的关键上游调节因子，与Aβ沉积高度相关[16, 17]。实验首次证明外源性脑室注射fAβ可显著提高小鼠脑内Gal-3水平，且Gal-3的升高能被D30所阻断。2次注射Aβ所引起的Gal-3蛋白的表达量更高，这表明fAβ对Gal-3的诱导是剂量依赖性的（图7）

图7 D30下调Gal-3蛋白表达（图源：Liu et al., Neural Regen Res, 2025）

磷脂酰肌醇3-激酶（Phosphatidylinositol-3-hydroxykinase，PI3K）/蛋白激酶B (protein kinase B，AKT) 通路调节细胞增殖、运动、生长、存活和代谢功能[18]。网络药理学研究发现，AKT是D30干预阿尔茨海默病的最高靶点，D30干预阿尔茨海默病的机制与磷酸化高度相关。此外，PI3K/ AKT是D30干预阿尔茨海默病的最显著的信号通路。研究证实了fAβ诱导PI3K、磷酸化蛋白激酶B（phosphorylated protein kinase B，p-AKT）和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）的减少，D30抵消了这一变化。这些结果表明，D30调控PI3K/AKT/mTOR在fAβ诱导的Aβ沉积、小胶质细胞活化和炎症中起重要作用（图8）。

图8 D30的网络药理学以及对PI3K/AKT/mTOR通路的改善（图源：Liu et al., Neural Regen Res, 2025）

最后，为评估D30对于神经元的保护作用，查代君和叶祖承等选用Thy1.1-eGFP小鼠研究神经元突起和树突棘。结果证明，侧脑室注射fAβ导致神经元损伤，表现为树突棘减少；而D30减轻了这一损伤（图9）。通过对fAβ诱导的认知受损ICR小鼠的突触蛋白水平的评估，作者证实了D30增加了树突棘的数量和突触蛋白的表达，发挥了神经保护作用，这可能得益于D30对胶质细胞的重塑和对炎症环境的缓解。

图9 D30对神经元的保护作用（图源：Liu et al., Neural Regen Res, 2025）

综上所述，D30对外源性fAβ注射引起的认知障碍和神经炎症具有显著的作用。Aβ的积累可能是神经炎症的原因和结果。研究表明，D30化合物在Aβ清除、降低Gal-3、维持小胶质细胞和星形胶质细胞重塑以及改变炎症环境起着关键的作用。此项研究结果说明了小分子化合物D30，具有抑制Aβ和Gal-3、改善神经炎症以及保护神经元的作用。然而，该研究中仅研究了D30对于Gal-3的抑制作用，以及初步观察D30对小胶质细胞和星形胶质细胞的影响。因此探讨Gal-3在小胶和星胶中的空间定位与分布差异，以及Gal-3是否影响两种胶质细胞之间的串扰与级联反应，值得进一步探索。

总之，此次研究提示D30在Aβ处置、对抗神经炎症、突触保护和认知改善方面的多功能性，强调了Gal-3在阿尔茨海默病发病机制中的作用，这对靶向抑制Gal-3的化合物的设计开发和治疗阿尔茨海默病提供了潜能策略。

原文链接：https://doi.org/10.4103/NRR.NRR-D-23-01890

参考文献

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