《The Journal of Nutritional Biochemistry》：Chronic Theobromine Administration Attenuates Short-Term Memory Decline via Neurotrophic, Anti-Inflammatory and Antioxidant Mechanisms in Senescence-Accelerated Mouse Prone 8 (SAMP8)
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茶碱（Theobromine）通过抗炎、抗氧化和神经营养机制改善SAMP8老年小鼠的短期记忆，提升前额叶皮层和海马体的BDNF、NT-3、PSD95和突触蛋白表达，同时降低炎症因子IL-1β、TNF-α及NF-κB磷酸化水平，减少脂质过氧化并增强抗氧化酶活性。分子对接显示茶碱对PDE酶的抑制活性较弱，但可有效改善衰老相关认知衰退。
杉吉惠里|松崎健太郎|片倉正典|沙德曼·纳齐布|沙赫达特·侯赛因|前岛翔|张颖|岸田广子|杉本直敏|志田修
日本岛根大学医学部环境生理学系，出云
摘要
与年龄相关的认知衰退是老龄化社会中的一个主要问题。可可中提取的甲基黄嘌呤——可可碱（Theobromine，简称TB）通过抗炎、抗氧化和神经保护机制发挥神经保护作用；然而，其在衰老模型中的有效性仍不明确。本研究探讨了在加速衰老的小鼠模型SAMP8中，长期给予TB的神经保护作用机制。SAMP8和SAMR1小鼠分别被喂食对照饮食或添加了0.05% TB的饮食，持续50天。通过新颖物体识别（NOR）测试评估认知表现。分析了前额叶皮层和海马区的神经营养因子（BDNF和NT-3）、突触蛋白（PSD95和突触蛋白结合蛋白）以及与可塑性相关的信号分子（磷酸化CREB和TrkB）。还测量了炎症细胞因子、脂质过氧化物和抗氧化酶的水平。使用分子对接技术评估了TB与磷酸二酯酶（PDE）的相互作用。TB改善了SAMP8小鼠的短期记忆能力，提高了NOR测试中的辨别指数。这伴随着BDNF、NT-3、PSD95和突触蛋白结合蛋白水平的升高，以及CREB和TrkB磷酸化的增强。此外，TB降低了促炎细胞因子（IL-1β、TNF-α）和磷酸化NF-κB的水平，减少了脂质过氧化，并提高了抗氧化标志物（HO-1、GSH）的水平。在SAMR1小鼠中，这些效应不明显。未观察到对体重或血液参数的不良影响。分子对接结果表明，TB与PDE酶的结合抑制作用比选择性抑制剂较弱。TB通过神经营养、抗氧化和抗炎机制增强老年小鼠的短期记忆和突触功能，支持其作为安全膳食干预措施用于与年龄相关的认知衰退的潜力。
引言
与年龄相关的认知衰退显著降低了生活质量，并带来了巨大的社会经济负担[1]。神经退行性疾病，尤其是阿尔茨海默病，其特征是进行性和不可逆的记忆和学习障碍。随着全球人口老龄化，这类疾病的发病率持续上升[1]。因此，迫切需要开发有效的预防和治疗策略来对抗与年龄相关的认知障碍。
人们越来越关注膳食成分和天然化合物在预防与年龄相关的认知衰退和神经退行性变中的作用[[2], [3], [4]]。其中，可可碱（TB）作为一种在可可产品中丰富的甲基黄嘌呤衍生物，被认为是一个有前景的候选物质[5,6]。与传统用于治疗认知功能障碍的药物不同，TB具有独特的作用机制，并被认定为一种天然来源的生物活性化合物[[7], [8], [9]]。尽管TB与咖啡因在结构上相似，但其对中枢神经系统的刺激作用较弱，并具有显著的抗炎和抗氧化特性[10,11]。我们之前的研究表明，长期给予TB可以增强海马区和前额叶皮层（PFC）中与神经可塑性相关的因子（如脑源性神经营养因子BDNF和磷酸化cAMP反应元件结合蛋白p-CREB）的表达，从而提高啮齿动物的运动学习、空间识别和注意力功能[8,12,13]。值得注意的是，TB能够穿过血脑屏障，表明其在支持和增强神经可塑性方面的潜在作用[14,15]。然而，TB在改善与年龄相关的认知衰退方面的有效性尚未确定。
加速衰老的小鼠模型SAMP8用于评估与年龄相关的认知衰退[16]。SAMP8小鼠表现出进行性的空间学习和记忆障碍，以及海马区和皮层中的氧化应激增加、淀粉样蛋白积累和神经炎症——这些特征与阿尔茨海默病的病理生理学非常相似[17]。此外，SAMP8小鼠的神经营养因子（如BDNF和NT-3）表达减少，突触可塑性相关蛋白（包括突触后密度95（PSD95）、突触蛋白结合蛋白和p-CREB）的水平也降低[[16], [17], [18]]。这些变化被认为与与年龄相关的认知衰退密切相关。
使用SAMP8模型全面评估了TB在衰老过程中的潜在神经保护作用。通过新颖物体识别（NOR）测试评估认知功能，这是一种经过验证的记忆表现行为范式。为了探讨其背后的机制，测量了海马区和PFC中的关键神经营养因子（包括BDNF和NT-3）以及突触可塑性标志物。此外，还量化了这些脑区的炎症细胞因子和氧化应激标志物，以考察TB的抗炎和抗氧化潜力。这些分析旨在阐明TB对SAMP8产生神经保护作用的多方面机制。为了进一步支持对TB作用机制的理解，还进行了计算机模拟对接，以探索其与记忆相关磷酸二酯酶（PDE）异构体的潜在相互作用。
动物和伦理
共获得了16只6个月大的雄性SAMP8小鼠（体重29.0 ± 1.7克），来自日本SLC公司（滨松），并在受控环境条件下饲养（温度25°C±1.0°C，12:12光照周期[早上07:00开启灯光]）。作为对照组的，是年龄匹配的雄性抗衰老小鼠SAMR1（n = 16只，体重33.5±1.9克），它们具有遗传抗衰老特性。所有小鼠都被关在塑料笼子里（每笼4只），笼内铺有木屑。
体重、食物和水分摄入量、血细胞计数及生化指标
在整个实验期间，SAMP8组与对照组在体重[F(1,70) = 1.537, P = 0.189]、水分消耗[F(1,56) = 0.185, P = 0.945]或食物消耗[F(1.56) = 0.962, P = 0.640]方面没有显著差异（补充表1）。肝脏（mg g?1 BW）、肾脏（mg g?1 BW）和心脏（mg g?1 BW）的重量在各组之间也没有差异（补充表2）。血细胞计数和生化数据汇总在补充表3中。讨论
本研究考察了长期口服TB在SAMP8小鼠中的神经保护作用，SAMP8是一种公认的与年龄相关的认知衰退模型。TB减轻了短期记忆障碍，增强了神经营养因子和突触蛋白的表达，同时减少了海马区和PFC中的神经炎症和氧化应激标志物。这些发现表明，TB通过多种与认知保护相关的途径发挥作用。
资金来源
本研究得到了日本学术振兴会（JSPS KAKENHI）的资助（项目编号20K19674）和岛根大学研究基金的支持。数据和材料的可用性
本研究中使用和/或分析的数据集可应请求向相应作者获取。作者贡献
概念构思：ES、KM和NS；方法学：ES、KM、MK、SN、SH和NS；数据分析：ES、KM、SN、SH和NS；实验设计：ES、KM、MK、SN、SH、SM、YZ和NS；资源准备：KM、HK、NS和OS；数据管理：ES、KM和NS；可视化：ES、KM、SN和SH；资金支持：ES、KM和NS；项目管理：ES、KM和NS；验证：ES、KM、MK、SN、SH、SM、YZ、HK、NS；初稿撰写：KM；审稿与编辑：ES、KM、MK、SH、SM、YZ、HK声明
在准备本工作时，作者未使用生成式AI或AI辅助技术。
CRediT作者贡献声明
杉吉惠里：可视化、验证、项目管理、方法学设计、实验设计、资金获取、数据分析、概念构思。松崎健太郎：审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、软件开发、资源协调、项目管理、方法学设计、实验设计、资金获取、数据分析、概念构思。片倉正典：验证、方法学设计、实验设计、数据分析。沙德曼利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。致谢
我们衷心感谢岛根大学跨学科科学中心、研究与学术信息组织的工作人员提供的技术支持。
