《Brain Research》：Anemarrhenae rhizoma water extract (AWE) ameliorates learning and memory impairments by activating the ADAM17/Aph-1–Notch signaling axis and restoring synaptic protein loss
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AWE通过激活Notch信号通路改善东莨菪碱诱导的小鼠认知障碍和突触功能障碍。研究显示AWE上调ADAM17和Aph-1表达，恢复海马区突触蛋白水平，其作用可被Notch信号抑制剂阻断。该成果为天然产物干预Notch通路治疗神经退行性疾病提供了新证据。
吴东勤|陈书鑫|刘若颖|张静舒
中国江苏省南京市南京医科大学公共卫生学院药物、农药和兽药安全评估与研究中心，邮编211166
摘要
背景：东莨菪碱（SCOP）诱导的记忆损伤模型是认知研究的经典模型。Notch信号通路对突触可塑性至关重要。目的：研究麦冬根水提取物（AWE）是否通过激活Notch通路来改善SCOP诱导的突触功能障碍和记忆损伤。方法：采用UPLC-Q-TOF-MS技术分析AWE的成分；通过行为测试和HE染色评估小鼠的认知功能及海马区病理变化；使用DIA质谱技术对海马蛋白组进行综合分析；同时通过Western blotting检测与Notch信号通路和突触相关的蛋白质表达水平。在体外实验中，用γ-分泌酶抑制剂DAPT和选择性ADAM17抑制剂TAPI-1处理HT22细胞，以验证Notch通路在AWE保护作用中的关键作用。结果：AWE主要含有毛果皂苷BII、BIII、AI、AIII、新芒果苷和芒果苷。蛋白质组学分析显示Notch通路关键激活因子ADAM17和Aph-1的表达上调，Notch通路整体富集。此外，AWE剂量依赖性地逆转了SCOP诱导的记忆缺陷及海马区的病理变化，并降低了小鼠突触和Notch信号相关蛋白质的表达。重要的是，DAPT和TAPI-1完全消除了AWE对HT22细胞的保护作用。结论：AWE通过激活Notch通路减轻SCOP诱导的突触蛋白丢失和记忆损伤，为基于天然产物的预防或治疗策略提供了新证据。
引言
记忆损伤是阿尔茨海默病（AD）和其他神经退行性疾病的早期特征，表现为学习新信息困难、先前获得的知识回忆能力下降以及执行复杂认知任务的能力减弱。随着疾病进展，这些缺陷会扩展到多个认知领域，包括语言、视觉空间处理和执行功能（Milner, 1998），严重影响患者的日常生活能力，并给家庭护理者和整个社会经济带来巨大负担。东莨菪碱（SCOP）被广泛用于在健康动物中诱导认知缺陷，为评估神经退行性疾病的潜在治疗药物提供了验证模型。先前研究（Sun et al., 2024）表明，东莨菪碱（SCOP）可引发突触功能障碍；SCOP不仅拮抗胆碱能M1受体，还通过氧化应激-线粒体途径直接损伤海马神经元，导致突触蛋白丢失和记忆损伤，这一过程与M1受体无关。
Notch信号通路是动物体内普遍存在的细胞间通讯机制，调控细胞命运决定、增殖、分化和凋亡。在中枢神经系统中，Notch通路在神经发育和突触可塑性中起关键调节作用，从而影响认知功能和记忆形成（PARMIGIANI E, IVANEK R, ROLANDO C等，2022）。另一项研究（Greenberg and Jin, 2006）发现，激活Notch信号通路可抑制神经干细胞的凋亡并促进缺血后的神经再生和修复。Notch通路还能增强成熟神经元的突触可塑性，从而部分改善神经缺陷。Notch信号通过相邻细胞间的通讯启动：表达Notch受体的细胞接收来自表达Notch配体的邻近细胞的信号。Notch受体随后通过Furin样前蛋白转化酶、S2金属蛋白酶ADAM和γ-分泌酶（GS）的连续蛋白水解步骤被激活（Iso et al., 2003）。Hes1是Hes基因家族的七个成员之一，受Notch信号通路的转录调控。ADAM17是首个在S2位点切割Notch1的ADAM家族成员，对启动Notch信号传导至关重要。除了在Notch通路中的作用外，ADAM17还参与小鼠大脑皮层中中间前体细胞的多极向径向转化和迁移过程，这是皮层发育的关键步骤（Li et al., 2013）。γ-分泌酶的必需亚基Aph-1与Presenilin、Nicastrin和Pen-2共同形成活性复合物，负责激活Notch信号。γ-分泌酶通过维持神经元胆固醇水平来调节突触传递；其功能障碍会导致胆固醇代谢异常和突触损伤，这些机制与阿尔茨海默病的发病机制密切相关（ESSAYAN-PEREZ S, SüDHOF T C, 2023）。然而，Notch信号在急性记忆损伤模型中的作用尚不清楚，针对该通路的天然产物干预的系统性研究也较为缺乏。
近年来，中药配方显示出神经保护潜力。现代药理学研究（Wang et al., 2014）表明，麦冬根具有多种药理作用，包括抗血小板血栓形成、增强记忆、抗肿瘤、抗炎和退热作用。其中，其促智活性、抗痴呆潜能和改善脑功能的作用受到了越来越多的科学关注。麦冬根富含生物活性化合物，主要为甾体皂苷、双黄酮（如芒果苷）、木脂素和多糖。通过煎煮、浓缩和冻干制备的麦冬根水提取物（AWE）有效保留了草药中的主要活性成分，同时去除了脂溶性杂质，便于剂量标准化并确保长期稳定性。先前研究（Li et al., 2023, Liu et al., 2021, Dong et al., 2017）表明，麦冬根及其活性成分可能改善认知功能。然而，这种作用是否涉及Notch信号通路的调节以及东莨菪碱诱导的记忆损伤模型中的具体分子机制仍不明确。本研究结合动物行为测试、海马组织病理学、突触蛋白检测和HT22细胞模型实验，首次证明AWE通过激活Notch通路恢复东莨菪碱诱导的突触蛋白丢失和记忆缺陷，为基于天然产物的预防或治疗策略提供了新支持。
技术细节
UHPLC–QE–MS/MS
使用UHPLC系统（Vanquish，Thermo Fisher Scientific）和Phenomenex Kinetex C18柱（2.1 mm × 100 mm，2.6 μm）以及Orbitrap Exploris 120质谱仪（Orbitrap MS，Thermo）进行LC–MS/MS分析。流动相由溶剂A（0.01%醋酸水溶液）和B（IPA:ACN，1:1，v/v）组成。自动进样器温度为4°C，进样量为2 μL。选择Orbitrap Exploris 120质谱仪是因为其能够获取MS/MS谱。AWE的主要成分
原始数据使用ProteoWizard软件转换为mzXML格式。随后使用自开发的R包和BiotreeDB（V3.0）参考数据库鉴定代谢物。可视化分析采用另一个独立开发的R包完成。化合物的鉴定标准为MS1质量误差小于25 ppm且MS2碎片化谱匹配分数超过0.7。共检测到1,882种独特化合物，其中702种为正离子模式。讨论
本研究首次系统性地证明，麦冬根水提取物（AWE）通过特异性上调关键的上游调节因子ADAM17和Aph-1来发挥神经保护和增强记忆的作用，从而激活Notch信号通路并恢复突触蛋白表达。这些发现不仅确立了AWE传统促智作用的现代药理机制，还突出了ADAM17/Aph-1–Notch信号通路的作用。
结论
麦冬根水提取物（AWE）通过特异性上调关键的上游调节因子ADAM17和Aph-1来缓解东莨菪碱诱导的突触蛋白丢失和记忆损伤，激活Notch信号通路。这一ADAM17/Aph-1–Notch轴被确认为关键机制。本研究为基于天然产物的策略提供了新证据，表明AWE可作为早期干预的候选物质。资金来源
本研究未获得公共部门、商业机构或非营利组织的任何特定资助。CRediT作者贡献声明
吴东勤：撰写初稿、数据可视化、方法设计、数据分析、概念构建。陈书鑫：方法设计、实验实施。刘若颖：撰写修订稿、方法设计、实验实施。张静舒：项目监督、资源调配、资金争取、概念构建。
