Shouwuwan Regulates Synaptic Plasticity of Hippocampal Neurons in Rat Model of <italic style="font-style: italic">D</italic>-galactose-induced Aging via mTOR Signaling Pathway

ZHANG Chao; JIA Xiufeng; HUANG Wanling; ZHOU Yong; TANG Qi; CHEN Gang

doi:10.13422/j.cnki.syfjx.20230740

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Shouwuwan Regulates Synaptic Plasticity of Hippocampal Neurons in Rat Model of D-galactose-induced Aging via mTOR Signaling Pathway

更新时间：2023-08-07

- Shouwuwan Regulates Synaptic Plasticity of Hippocampal Neurons in Rat Model of D-galactose-induced Aging via mTOR Signaling Pathway
- Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae Vol. 29, Issue 17, Pages: 116-125(2023)
- 作者机构：
  
  1.湖北中医药大学基础医学院，武汉 430065
  2.湖北中医药高等专科学校，湖北荆州 434020
  3.湖北省中医院，武汉 430061
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13422/j.cnki.syfjx.20230740
  CLC： R2-0;R33;R289;R745.1
- Received：11 April 2022，
  
  Published Online：17 May 2023，
  
  Published：05 September 2023
- 稿件说明：
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张超,加秀凤,黄万凌等.基于mTOR信号通路探讨首乌丸对D-半乳糖衰老大鼠海马神经元突触可塑性的影响[J].中国实验方剂学杂志,2023,29(17):116-125.

ZHANG Chao,JIA Xiufeng,HUANG Wanling,et al.Shouwuwan Regulates Synaptic Plasticity of Hippocampal Neurons in Rat Model of D-galactose-induced Aging via mTOR Signaling Pathway[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2023,29(17):116-125.
张超,加秀凤,黄万凌等.基于mTOR信号通路探讨首乌丸对D-半乳糖衰老大鼠海马神经元突触可塑性的影响[J].中国实验方剂学杂志,2023,29(17):116-125. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20230740.

ZHANG Chao,JIA Xiufeng,HUANG Wanling,et al.Shouwuwan Regulates Synaptic Plasticity of Hippocampal Neurons in Rat Model of D-galactose-induced Aging via mTOR Signaling Pathway[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2023,29(17):116-125. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20230740.

摘要

目的

探讨首乌丸基于哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信号通路对

-半乳糖衰老大鼠海马神经元突触可塑性的影响。

方法

将50只SPF级SD雄性大随机分为正常组、模型组、维生素E组、首乌丸低剂量组及首乌丸高剂量组，除正常组外，其余4组均用

-半乳糖（120 mg·kg

-1

）制造衰老模型，同时给予维生素E（0.018 g·kg

-1

），首乌丸低、高剂量（1.08、2.16 g·kg

-1

）灌胃。造模6周后Morris水迷宫检测行为学变化，取全脑、海马组织，免疫组化检测海马突触后密度蛋白-95（PSD-95）、突触素（SYN）的表达，高尔基染色观察大鼠神经元形态及功能的变化，蛋白免疫印迹法（Western blot）检测海马组织中mTOR、磷酸化（p）-mTOR、p70核糖体蛋白S6激酶（p70S6K）、磷酸化（p）-p70S6K、真核翻译起始因子4E结合蛋白2（4EBP2）、磷酸化（p）-4EBP2蛋白表达，实时荧光定量聚合酶链式反应（Real-time PCR）检测海马mTOR、p70S6K、4EBP2 mRNA表达水平。

结果

与正常组比较，模型组大鼠平均游泳速度减慢（

0.01），游泳总路程延长（

0.05），上平台潜伏期延长（

0.01），穿越平台次数明显减少（

0.01），海马CA1区PSD-95、SYN蛋白表达下降（

0.01），染色效果最淡，区域最小，在同心圆距胞体100、140、180、200 μm时，海马神经元树突与同心圆交点数量减少（

0.01），树突棘长度及密度均下降（

0.01），p-mTOR、p-p70S6K蛋白表达升高（

0.01），4EBP2、p-4EBP2蛋白表达显著下降（

0.01），mTOR、p70S6K mRNA表达上升（

0.01），4EBP2 mRNA表达降低（

0.01）。与模型组比较，首乌丸低、高剂量组大鼠的平均游泳速度加快（

0.01），上平台潜伏期缩短（

0.01），穿越平台次数增加（

0.01），海马CA1区PSD-95、SYN蛋白表达升高（

0.01），在同心圆距胞体100、140、180、200 μm时，海马神经元树突与同心圆交点数量增加（

0.01），首乌丸低、高剂量组大鼠的树突棘数量、长度、密度均升高（

0.01），p-mTOR、p-p70S6K蛋白表达下降（

0.01），4EBP2、p-4EBP2蛋白表达升高（

0.05，

0.01），mTOR、p70S6K mRNA表达降低（

0.01），4EBP2 mRNA表达显著升高（

0.01）。

结论

首乌丸能够改善

-半乳糖模型大鼠的学习记忆能力，增强突触可塑性相关蛋白表达，改善神经元形态，修复神经功能，减少神经元凋亡，抑制mTOR信号通路，延缓脑衰老。

Abstract

Objective

To investigate the effect of Shouwuwan on the synaptic plasticity of hippocampal neurons in the rat

model of

-galactose-induced aging via the mammalian target of rapamycin （mTOR） signaling pathway.

Method

A total of 50 male SPF-grade SD rats were randomized into normal group， model group， vitamin E （0.018 g·kg

-1

） group， and low- and high-dose （1.08，2.16 g·kg

-1

， respectively） Shouwuwan groups. Except the normal group， the other four groups were treated with

-galactose （120 mg·kg

-1

） for the modeling of aging. The rats were simultaneously administrated with corresponding agents by gavage. After six weeks of modeling， Morris water maze test was carried out to examine the behavioral changes. The whole brain and hippocampus samples were collected. The expression of postsynaptic density protein-95 （PSD-95） and synaptophysin （SYN） in the hippocampus was detected by immunohistochemistry. Golgi staining was employed to observe the changes in the morphology and function of neurons. Western blot and Real-time fluorescence quantitative polymerase chain reaction （Real-time PCR） were respectively employed to determine the mRNA and protein levels of mTOR， phosphorylated （p）-mTOR， p70 ribosome protein S6 kinase （p70S6K）， phosphorylated （p）-p70S6K， eukaryotic translation initiation factor 4E-binding protein 2 （4EBP2）， and phosphorylated （p）-4EBP2 in the hippocampus.

Result

Compared with the normal group， the model group showed slow swimming （

0.01）， extended total swimming distance （

0.05）， prolonged latency （

0.01）， and decreased crossing number （

0.01）. The modeling inhibited the expression of PSD-95 and SYN in the CA1 region of the hippocampus （

0.01）， with the weakest staining effect and the smallest region， decreased the intersections of hippocampal neuron dendrites with concentric circles at the concentric distance of 100， 140， 180， and 200 μm from the cell body （

0.01）， and reduced the length and density of dendritic spine （

0.01）. In addition， the modeling up-regulated the mRNA levels of mTOR and p70S6K and the protein levels of p-mTOR and p-p70S6K （

0.01） and down-regulated the mRNA level of 4EBP2 and the protein levels of 4EBP2 and p-4EBP2 （

0.01）. Compared with the model group， low- and high-dose Shouwuwan increased the average swimming speed （

0.01）， shortened the latency （

0.01）， increased the crossing number （

0.01）， promoted the expression of PSD-95 and SYN in the hippocampal CA1 region （

0.01）， increased the intersections between hippocampal neuronal dendrites and concentric circles at the concentric distance of 100， 140， 180，200 μm from the cell body （

0.01）， and increased the number， length， and density of dendritic spine （

0.01）. Furthermore， Shouwuwan down-regulated the protein levels of p-mTOR and p-p70S6K （

0.01）， up-regulated the protein levels of 4EBP2 and p-4EBP2 （

0.05，

0.01）， down-regulated the mRNA levels of mTOR and p70S6K （

0.01）， and up-regulated the mRNA level of 4EBP2 （

0.01）.

Conclusion

Shouwuwan can improve the learning and memory ability of rats exposed to

-galactose， promote the expression of proteins associated with synaptic plasticity， improve the morphology of neurons， repair neural function， reduce neuronal apoptosis， and inhibit mTOR signaling pathway to delay brain aging.

关键词

Keywords

references

陈艳玫，刘子锋，李贤德，等 . 2015-2050年中国人口老龄化趋势与老年人口预测［J］. 中国社会医学杂志， 2018 ， 35 （ 5 ）： 480 - 483 .

陈丹丹 . 不同形式运动干预对自然衰老大鼠认知障碍的影响［D］. 武汉：武汉体育学院， 2020 .

YANG Q ， GUAN K L . Expanding mTOR signaling ［J］. Cell Res ， 2007 ， 17 （ 8 ）： 666 - 681 .

段立洁，王子高，祖恒兵 . 双氢睾酮对A β 1-42 诱导的突触损害的保护作用［J］. 神经解剖学杂志， 2019 ， 35 （ 5 ）： 493 - 498 .

薛星莉 . 亚慢性铝染毒通过PI3K/Akt/mTOR通路对大鼠突触可塑性的影响［D］. 太原：山西医科大学， 2020 .

张杰，周媛，马云枝，等 . 基于PI3K/Akt/mTOR通路探讨补肾通络方对血管性痴呆大鼠海马神经元突触可塑性的影响［J］. 中国实验方剂学杂志， 2021 ， 27 （ 18 ）： 25 - 31 .

张曼 . 首乌延寿丹对大鼠脑缺血再灌注损伤细胞凋亡的影响［D］. 锦州：辽宁医学院， 2015 .

黄万凌，徐荣鹏，张超，等 . 首乌丸对衰老大鼠海马组织PP1 γ 及病理形态的影响［J］. 湖北中医药大学学报， 2021 ， 23 （ 2 ）： 5 - 8 .

汤琪 . 基于突触可塑性探讨首乌丸对衰老大鼠学习记忆功能的作用机制［D］. 武汉：湖北中医药大学， 2021 .

JIN G ， HE H ， JIANG W ， et al . Salidroside ameliorates cognitive impairment in a D -galactose-induced rat model of Alzheimer's disease ［J］. Behav Brain Res ， 2015 ， 293 （ 10 ）： 27 - 33 .

徐叔云，卞如濂，陈修 . 药理实验方法学［M］. 第三版 . 北京：人民卫生出版社， 2002 ： 202 - 203 .

QING H ， HE G ， LY P T ， et al . Valproic acid inhibits Abeta production， neuritic plaque formation， and behavioral deficits in Alzheimer's disease mouse models ［J］. J Exp Med ， 2008 ， 205 （ 12 ）： 2781 - 2789 .

SUN X ， HE G ， QING H ， et al . Hypoxia facilitates Alzheimer's disease pathogenesis by up-regulating BACE1 gene expression ［J］. Proc Natl Acad Sci USA ， 2006 ， 103 （ 49 ）： 18727 - 18732 .

XU X ， AN L ， MI X ， et al . Impairment of cognitive function and synaptic plasticity associated with alteration of information flow in theta and gamma oscillations in melamine-treated rats ［J］. PLoS One ， 2013 ， 8 （ 10 ）： e77796 .

LIU J ， CHANG L ， ROSELLI F ， et al . Amyloid- β induces caspase-dependent loss of PSD-95 and synaptophysin through NMDA receptors ［J］. J Alzheimers Dis ， 2010 ， 22 （ 2 ）： 541 - 556 .

VALLEJO D ， CODOCEDO J F ， INESTROSA N C . Posttranslational modifications regulate the postsynaptic localization of PSD-95 ［J］. Mol Neurobiol ， 2017 ， 54 （ 3 ）： 1759 - 1776 .

OLIVA C ， ESCOBEDO P ， ASTORGA C ， et al . Role of the MAGUK protein family in synapse formation and function ［J］. Dev Neurobiol ， 2012 ， 72 （ 1 ）： 57 - 72 .

FENG W ， ZHANG M . Organization and dynamics of PDZ-domain-related supramodules in the postsynaptic density ［J］. Nat Rev Neurosci ， 2009 ， 10 （ 2 ）： 87 - 99 .

WON S ， LEVY J M ， NICOLL R A ， et al . MAGUKs：Multifaceted synaptic organizers ［J］. Curr Opin Neurobiol ， 2017 ， 43 ： 94 - 101 .

刘苗苗，金孝岠 . 生长相关蛋白和突触素对突触可塑性的影响［J］. 江西医药， 2013 ， 48 （ 2 ）： 178 - 182 .

GARRINGER H J ， MURRELL J ， SAMMETA N ， et al . Increased tau phosphorylation and tau truncation， and decreased synaptophysin levels in mutant BRI2/tau transgenic mice ［J］. PLoS One ， 2013 ， 8 （ 2 ）： e56426 .

杨春 . 突触素的若干研究［J］. 河南医学研究， 2004 ， 13 （ 1 ）： 85 - 89 .

JACOBS S ， CUI Z ， FENG R ， et al . Molecular and genetic determinants of the NMDA receptor for superior learning and memory functions ［J］. PLoS One ， 2014 ， 9 （ 10 ）： e111865 .

LEE Y ， KANG J S ， HAM O J ， et al . Gut metabolite trimethylamine N-oxide induces aging-associated phenotype of midbrain organoids for the induced pluripotent stem cell-based modeling of late-onset disease ［J］. Front Aging Neurosci ， 2022 ， 14 ： 925227 .

肖桂贤 . 经颅直流电刺激联合认知训练干预阿尔茨海默病的临床疗效及其神经机制［D］. 合肥：安徽医科大学， 2022 .

许云龙 . 内源性BDNF干预治疗阿尔兹海默症的策略研究和分子机制［D］. 北京：中国科学院大学， 2022 .

OVERK C R ， MASLIAH E . Pathogenesis of synaptic degeneration in Alzheimer's disease and lewy body disease ［J］. Biochem Pharmacol ， 2014 ， 88 （ 4 ）： 508 - 516 .

YU W ， LU B . Synapses and dendritic spines as pathogenic targets in Alzheimer's disease ［J］. Neural Plast ， 2012 ， 20 （ 12 ）： 247 - 253 .

FONTANA L ， PARTRIDGE L ， LONGO V D . Extending healthy life span-from yeast to humans ［J］. Science ， 2010 ， 328 （ 5976 ）： 321 - 326 .

QIN H R ， ZHANG H ， ZHANG X P ， et al . Resveratrol attenuates radiation enteritis through the SIRT1/FoxO3a and PI3K/Akt signaling pathways ［J］. Biochem Biophys Res Commun ， 2021 ， 554 （ 3 ）： 199 - 205 .

SHEHATA M ， INOKUCHI K . Does autophagy work in synaptic plasticity and memory？［J］. Rev Neurosci ， 2014 ， 25 （ 4 ）： 543 - 557 .

TAKEI N ， NAWA H . mTOR signaling and its roles in normal and abnormal brain development ［J］. Front Mol Neurosci ， 2014 ， 7 ： 28 .

DIBBLE C C ， CANTLEY L C . Regulation of mTORC1 by PI3K signaling ［J］. Trends Cell Biol ， 2015 ， 25 （ 9 ）： 545 - 555 .

CAMMALLERI M ， LÜTJENS R ， BERTON F ， et al . Time-restricted role for dendritic activation of the mTOR-p70S6K pathway in the induction of late-phase long-term potentiation in the CA1 ［J］. Proc Natl Acad Sci USA ， 2003 ， 100 （ 24 ）： 14368 - 14373 .

BANKO J L ， MERHAV M ， STERN E ， et al . Behavioral alterations in mice lacking the translation repressor 4E-BP2 ［J］. Neurobiol Learn Mem ， 2007 ， 87 （ 2 ）： 248 - 256 .

SUI L ， WANG J ， LI B M . Role of the phosphoinositide 3-kinase-Akt-mammalian target of the rapamycin signaling pathway in long-term potentiation and trace fear conditioning memory in rat medial prefrontal cortex ［J］. Learn Mem ， 2008 ， 15 （ 10 ）： 762 - 776 .

TISCHMEYER W ， SCHICKNICK H ， KRAUS M ， et al . Rapamycin-sensitive signalling in long-term consolidation of auditory cortex-dependent memory ［J］. Eur J Neurosci ， 2003 ， 18 （ 4 ）： 942 - 950 .

SCHALM S S ， BLENIS J . Identification of a conserved motif required for mTOR signaling ［J］. Curr Biol ， 2002 ， 12 （ 8 ）： 632 - 639 .

HOLZ M K ， BALLIF B A ， GYGI S P ， et al . mTOR and S6K1 mediate assembly of the translation preinitiation complex through dynamic protein interchange and ordered phosphorylation events ［J］. Cell ， 2021 ， 184 （ 8 ）： 2255 .

WANG X ， LI W ， WILLIAMS M ， et al . Regulation of elongation factor 2 kinase by p90（RSK1） and p70 S6 kinase ［J］. EMBO J ， 2001 ， 20 （ 16 ）： 4370 - 4379 .

SANS M D ， XIE Q ， WILLIAMS J A . Regulation of translation elongation and phosphorylation of eEF2 in rat pancreatic acini ［J］. Biochem Biophys Res Commun ， 2004 ， 319 （ 1 ）： 144 - 151 .

DENNIS M D ， JEFFERSON L S ， KIMBALL S R . Role of p70S6K1-mediated phosphorylation of eIF4B and PDCD4 proteins in the regulation of protein synthesis ［J］. J Biol Chem ， 2012 ， 287 （ 51 ）： 42890 - 42899 .

张超，加秀凤，黄万凌，等 . 基于PI3K/Akt通路探讨首乌丸对 D -半乳糖衰老大鼠海马神经元凋亡的影响［J］. 中国实验方剂学杂志， 2022 ， 28 （ 22 ）： 76 - 84 .

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Shouwuwan Regulates Synaptic Plasticity of Hippocampal Neurons in Rat Model of D-galactose-induced Aging via mTOR Signaling Pathway

DOI：10.13422/j.cnki.syfjx.20230740

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