《Learning and Motivation》：Pinoresinol diglucoside mitigates streptozotocin-induced cognitive decline in rats by regulating neurotransmitters, apoptosis and cytokines- NF-κB/ BDNF/ CREB/ caspase-3 pathway: Molecular docking study
编辑推荐：
糖尿病导致认知损伤的机制及Pinoresinol diglucoside（PDG）的神经保护作用研究。通过STZ诱导糖尿病大鼠模型，评估PDG对血糖、体重、认知功能及氧化应激、神经炎症、细胞凋亡、神经递质等的影响，分子对接显示PDG与AChE、DA、caspase-3等靶点结合紧密。
沙克蒂帕尔·帕蒂尔（Shaktipal Patil）| 希伦·乔杜里（Hiren Chaudhary）| 乌贾什库马尔·沙阿（Ujashkumar Shah）
印度古吉拉特邦维斯纳加尔（Visnagar）桑卡尔昌德·帕特尔大学（Sankalchand Patel University）努坦药学院（Nootan Pharmacy College）药理学系，邮编384315
摘要
糖尿病（DM）是一种普遍的慢性疾病，全球有超过3亿人受到影响。长期的高血糖会导致葡萄糖毒性，引发神经炎症、神经退化以及认知障碍。松脂醇二葡萄糖苷（Pinoresinol diglucoside，PDG）表现出强大的神经保护作用；然而，其在缓解链脲佐菌素（streptozotocin，STZ）引起的认知障碍方面的潜力尚未得到充分研究。本研究旨在评估PDG对雄性Wistar大鼠因STZ引起的认知缺陷的神经保护效果。大鼠被随机分为五组：第一组为非糖尿病对照组（生理盐水，1毫升/千克，口服，每日两次，持续30天）；第二组为糖尿病对照组（STZ，60毫克/千克，腹腔注射，单次剂量，随后给予生理盐水，1毫升/千克，腹腔注射，每日两次，持续30天）；第三组为PDG对照组（PDG，10毫克/千克，口服，每日两次，持续30天）；第四组为接受PDG治疗的糖尿病大鼠（5毫克/千克，口服，每日两次，持续30天）；第五组也为接受PDG治疗的糖尿病大鼠（10毫克/千克，口服，每日两次，持续30天）。糖尿病通过血糖水平（BGL）升高来确诊，而认知功能则通过Y迷宫和Morris水迷宫（MWM）测试进行评估。行为实验后，还验证了氧化应激标志物[丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽（GSH）、过氧化氢酶（CAT）]、胆碱能指标[乙酰胆碱酯酶（AChE）、胆碱乙酰转移酶（ChAT]、神经炎症细胞因子[核因子κB（NF-κB）、IL-6、白细胞介素-1β、肿瘤坏死因子-α（TNF-α]、神经发生和细胞增殖标志物[cAMP反应元件结合蛋白（CREB）、脑源性神经营养因子（BDNF）]、凋亡参数（caspase-3）以及神经递质失调[乙酰胆碱（ACh）、多巴胺（DA）]。通过分子对接技术研究了PDG与关键靶点的相互作用。长期PDG治疗显著降低了血糖水平（BGL）和体重（BW），改善了认知表现，并抑制了氧化应激。同时减轻了胆碱能功能障碍、神经炎症、神经发生和细胞增殖及凋亡，并调节了神经递质水平。对接分析显示PDG与AChE、DA、caspase-3、CREB、BDNF和NF-κB具有强烈的结合亲和力，支持其抗胆碱酯酶、抗神经炎症和抗凋亡的特性。这些发现表明PDG可能是治疗糖尿病相关认知障碍的有希望的候选药物，值得进一步研究。
引言
糖尿病（DM）是一种常见且长期的慢性疾病，已成为全球重要的健康问题。统计分析表明，到2030年，全球糖尿病患者人数可能达到5.78亿至6.43亿，到2045年可能高达7亿至7.83亿（Pi?tkowska-Chmiel等人，2022年；Lukman等人，2024年）。长期的高血糖水平（BGL）会对大脑造成持久性损伤，即葡萄糖毒性，导致大脑结构和功能的显著变化，包括神经炎症、神经退化和认知障碍（Kumar等人，2017年；Yao等人，2023年）。糖尿病是所有类型痴呆的重要风险因素。糖尿病患者患痴呆的风险是普通人的两倍。脑血管损伤是糖尿病和痴呆共有的早期疾病（Li等人，2025年）。越来越多的数据表明，糖尿病会在动物模型中引起记忆障碍和认知功能障碍。尽管确切机制尚不清楚，但糖尿病是认知功能下降的重要风险因素（Zhang等人，2019年；Omer等人，2023b）。多项研究表明，糖尿病及其相关并发症的发病是由氧化应激引起的（Aly和Mantawy，2012年；Wang等人，2021年）。大脑中氧化应激的有害作用与抗氧化剂的保护作用之间的不平衡最终会导致细胞损伤，包括线粒体损伤和神经元死亡。先前的研究显示，氧化应激可能与学习和记忆障碍有关（Fukui等人，2001年）。氧化应激定义为活性氧（ROS）的产生与抗氧化防御之间的不平衡，这对阿尔茨海默病（AD）的发病有重要影响。在AD患者的尸检脑组织和动物模型中观察到活性氧的数量增加（Tang等人，2025年）。
研究表明，糖尿病会影响谷氨酸能、多巴胺能、胆碱能和嘌呤能神经传递系统的功能（Ezzeldin等人，2014年；Pérez-Taboada等人，2020年）。胆碱能系统对中枢神经系统（CNS）的功能、睡眠调节以及学习和记忆过程至关重要（Haam和Yakel，2017年；Mani等人，2022年）。先前的研究显示，糖尿病大鼠的乙酰胆碱酯酶（AChE）信使RNA（mRNA）水平升高，而胆碱能M1和M3受体水平降低。此外，在糖尿病大鼠中也观察到AChE水平的增加（Antony等人，2010年）。然而，目前针对糖尿病相关认知功能障碍的治疗策略仍然有限，尚无专门针对糖尿病患者认知障碍的药物治疗方法（Arnold等人，2018年；Hazar-Yavuz等人，2026年）。
小胶质细胞是分泌趋化因子和细胞因子的神经元巨噬细胞，可诱导细胞凋亡并抑制细胞增殖和成熟。持续激活的炎症性小胶质细胞会通过干扰星形胶质细胞和少突胶质细胞的功能，导致神经元髓鞘形成减少、存活率下降和神经发生减少，同时增加神经炎症，最终导致认知障碍和记忆问题（Geraghty等人，2019年；Taha等人，2023b）。现有研究表明，炎症在大脑神经元损伤的形成中起关键作用（Skundric和Lisak，2003年）。神经炎症主要表现为小胶质细胞激活和炎症介质（如白细胞介素（IL-6、IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）以及自由基）的分泌增加。这可能导致对认知功能关键区域的渐进性损伤或细胞死亡（Chung等人，2015年；Sadeghi等人，2016年；Pi?tkowska-Chmiel等人，2022年；Padhy等人，2025年）。Krabbe等人（2007年）报告称，在2型糖尿病（T2DM）小鼠模型中，高血糖（hyperglycemia）、胰岛素分泌增加（hyperinsulinemia）、神经炎症和认知功能受损之间存在强烈相关性。
越来越多的证据表明，环腺苷酸（cAMP）反应元件结合蛋白（CREB）、脑源性神经营养因子（BDNF）和细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）在神经发生调节中起作用（Waterhouse等人，2012年；Ortega-Martínez，2015年）。CREB的激活可促进BDNF的上调，这对海马区的神经元可塑性、增殖、分化和存活至关重要，同时也有助于改善认知功能、学习和记忆能力（Taha等人，2023a）。此外，数据表明ERK1/2通过染色质重塑和CREB的磷酸化及激活在基因调控中起关键作用，从而启动神经发生过程（Sun和Nan，2017年）。BDNF是一种强大的神经营养因子，在神经发生、神经递质生成和保护神经元免受损伤方面发挥重要作用。大脑和血清中BDNF水平的下降与AD的发展有关（Curto等人，2017年；Kowiański等人，2018年；Agrawal等人，2020年）。链脲佐菌素（STZ）是一种高效的药物，用于在实验动物中诱导糖尿病（Ghasemi等人，2014年），因此它是制作1型和2型糖尿病动物模型的常用选择（Ghasemi和Jeddi，2023年）。虽然STZ引起的认知功能障碍的确切原因尚未完全明确，但多项研究表明，炎症细胞因子的过度产生与糖尿病患者的认知障碍有关（Ma和Long，2016年；Wang等人，2018年）。
松脂醇二葡萄糖苷（PDG）是从 Eucommia ulmoides 树皮中提取的一种重要木脂素化合物，属于传统中药。先前的研究表明，PDG具有多种药理作用，包括抗炎作用（During等人，2012年）、预防骨质疏松症（Saleem等人，2005年）、降压作用（Luo等人，2010年）、降血糖和降脂作用（Lee等人，2005年；Park等人，2006年）以及抗癌作用（Horn-Ross等人，2003年；Li等人，2017年）。最近的研究表明，PDG可通过调节氧化应激和神经炎症来减轻缺血/再灌注引起的脑损伤（Zhang等人，2021年）。此外，PDG通过调节Toll样受体4（TLR4）/核因子κB（NF-κB）和核因子红细胞2相关因子2（Nrf2）/血红素加氧酶-1（HO-1）信号通路来减少神经炎症、凋亡和氧化应激，从而发挥神经保护作用。最终，这可以改善AD大鼠的认知功能障碍（Lei等人，2021年）。这些发现表明PDG可能对糖尿病相关的认知障碍有益。
本研究旨在探讨PDG对STZ引起的啮齿动物认知障碍的神经保护作用。通过行为评估和生化分析，研究了认知表现、神经递质调节、凋亡途径以及涉及NF-κB、BDNF、CREB和caspase-3的炎症信号通路。此外，还利用分子对接技术研究了PDG与与记忆功能障碍和神经退化相关的关键靶蛋白之间的相互作用。总体而言，本研究旨在提供一个全面的实验和计算框架，以探讨PDG在STZ引起的认知障碍中的神经保护作用。
实验部分
动物
本研究使用了30只7-8周大的雄性Wistar大鼠，体重为180±25克。这些大鼠在标准实验室条件下饲养，温度控制在22-24°C，相对湿度为45-50%，光照周期为12:12小时。它们被提供标准饲料，并可自由饮水。所有实验程序均获得了马哈拉施特拉邦拉金德拉·戈德药学院（Dr. Rajendra Gode College of Pharmacy，DRGCOP）的机构动物伦理委员会（IAEC）的批准。
PDG对体重和血糖的影响
STZ给药后，糖尿病大鼠的血糖水平（BGL）显著升高（278.8毫克/分升），而非糖尿病大鼠为104.7毫克/分升，BGL增加了166.35%（P<0.0001）。同时，糖尿病大鼠的体重（177.2克）显著低于非糖尿病大鼠（224.7克），减少了21.14%。而给予PDG（5毫克/千克和10毫克/千克）后，糖尿病大鼠的血糖水平显著下降[F4,25 = 30.44]
讨论
本研究考察了PDG对STZ诱导的糖尿病大鼠的生化和行为机制的影响。氧化应激、胆碱能功能障碍、神经炎症和神经递质失调都与STZ引起的糖尿病有关。此外，还进行了分子对接分析，以评估PDG与相关分子靶点的相互作用。这些因素共同导致了认知功能的显著下降。PDG的给药
结论
研究结果表明，PDG对STZ诱导的大鼠认知衰退的保护作用可能归因于其抗氧化作用、抗糖尿病作用、改善胆碱能功能障碍以及抑制神经炎症细胞因子和凋亡标志物。这些效果可能是通过调节神经递质、凋亡和细胞因子通路，特别是NF-κB/BDNF/CREB/caspase-3以及分子对接机制实现的。PDG可能具有潜在的临床应用价值
作者贡献声明
乌贾什库马尔·沙阿（Ujashkumar）博士：撰写 – 审稿与编辑。希伦·乔杜里（Hiren）博士：撰写 – 审稿与编辑。沙克蒂帕尔·帕蒂尔（Shaktipal Patil）：撰写 – 原稿撰写、方法学设计、实验实施、概念构思。
致谢
作者感谢印度古吉拉特邦维斯纳加尔桑卡尔昌德·帕特尔大学（SPU）努坦药学院的领导们对这项研究的鼓励和支持，同时也非常感谢SPU的图书管理员帮助获取相关文献。
