菠萝蛋白酶的施用能够改善成年雄性大鼠的行为功能，减少星形胶质细胞的增生和氧化应激，并增加脑源性神经营养因子（BDNF）的表达，这些大鼠都经历了快速眼动睡眠（REM sleep）的剥夺
《Tissue and Cell》：Bromelain administration improves behavioral functions, reduces astrogliosis and oxidative stress, and increases BDNF expression in adult male rats with REM sleep deprivation
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Pouya Baradaran Safa | Amirreza Beirami | Maral Hasanzadeh | Ali Asadi Zeidabadi | Sahar Kermani | Mohammad Ali Rafiei | Fatemeh Zare | Abba
Pouya Baradaran Safa | Amirreza Beirami | Maral Hasanzadeh | Ali Asadi Zeidabadi | Sahar Kermani | Mohammad Ali Rafiei | Fatemeh Zare | Abbas Aliaghaei | Meysam Hassani Moghaddam | Mojtaba Sani
土耳其伊斯坦布尔Yeditepe大学健康科学学院神经科学系
摘要
快速眼动（REM）睡眠剥夺会导致大脑出现显著的病理变化，从而引发运动、行为和认知功能障碍。像菠萝蛋白酶（Bromelain, Bro）这样的天然化合物因其具有神经保护作用而受到关注，可能为治疗由睡眠不足引起的神经炎症和运动功能障碍提供新的方法。在这项研究中，我们调查了Bro对三组雄性白化大鼠海马体结构和功能的保护作用：对照组、REM睡眠剥夺组（RSD）以及RSD+Bro组。通过Barnes迷宫、EPM、开放场地测试、MWM和Y迷宫测试评估了认知表现，包括工作记忆和空间记忆。还通过强迫游泳测试评估了与情绪相关的行为。此外，我们测量了BDNF和REST的表达水平（这两种物质是氧化应激的标志物），并进行了GFAP和caspase-3的免疫组化分析。
研究结果表明，与RSD组相比，RSD+Bro组中Bro补充剂显著改善了记忆障碍，增强了运动活动，并减少了焦虑和抑郁样行为。Bro处理降低了REST的表达水平，提高了BDNF的水平，并显著减少了海马体中的GFAP和caspase-3的表达。此外，Sholl分析显示，接受Bro处理的RSD大鼠的星形胶质细胞过程复杂性有所增加。
总之，尽管还需要进一步的研究，但这些结果突显了Bro作为缓解REM睡眠剥夺相关神经炎症和认知功能障碍的有希望的神经保护候选物的潜力。
引言
菠萝蛋白酶（Bro）是一种主要从菠萝植物（Orsini和Committee 2006）的茎和果实中提取的天然酶复合物。它含有多种蛋白酶以及多种生物活性化合物，共同赋予其广泛的药理活性（Pavan等人，2012年；Rathnavelu等人，2016年）。最初是凭经验应用的，最近Bro在生物医学研究和临床环境中得到了科学探索（Kumar等人，2023年）。实验和临床研究表明，它具有强大的抗炎、抗氧化和免疫调节作用，因此对于涉及组织损伤和氧化应激的情况具有重要意义（Hikisz和Benasinska-Slomczewska，2021年）。
在分子水平上，Bro调节多种信号通路，包括MAPK、PI3K/Akt和NF-κB，从而影响细胞对炎症和氧化应激的反应（Insuan等人，2021年；Shamsuri和Sim，2024年）。它下调了TNF-α、IL-1β和IL-6等促炎介质的表达，同时通过增加谷胱甘肽合成和超氧化物歧化酶活性来增强内源性抗氧化系统的功能（Pothacharoen等人，2021年；Chaiwongsa等人，2021年）。通过限制活性氧和脂质过氧化，Bro减少了氧化还原失衡，这是导致神经元功能障碍和神经退行性疾病发病机制的关键因素（Ferah Okkay等人，2021年；Rostamian等人，2023年）。此外，多项研究表明，Bro通过其他机制减轻神经元损伤，例如抑制小胶质细胞激活和改变线粒体功能（Habashi等人，2016年；Adu和Mabandla，2021年；Bahar等人，2024年）。这些作用共同有助于在应激条件下保持突触可塑性和神经元存活（Parasuraman等人，2023年）。从药理学角度来看，Bro具有良好的口服生物利用度，在血浆中对蛋白酶具有稳定性，并且毒性较低，使其成为转化研究的理想候选物（Maurer，2001年；Kansakar等人，2024年）。
睡眠对于维持中枢神经系统稳态、支持突触可塑性和记忆巩固以及清除神经毒性代谢物至关重要（Eugene和Masiak，2015年）。在睡眠阶段中，快速眼动（REM）睡眠的特点是低幅度、混合频率的脑电图活动、骨骼肌松弛以及阶段性眼球运动，对情绪调节、认知处理和神经元恢复力至关重要（Groch等人，2013年）。REM睡眠对突触可塑性、记忆巩固、情绪处理和神经毒性代谢物的清除至关重要。实验性REM睡眠剥夺（RSD）会引发氧化应激，激活促炎细胞因子，导致线粒体功能障碍，并引起神经元凋亡（Vogel，1975年；Biswas等人，2006年；Atrooz和Salim，2020年）。越来越多的证据表明，Bro在各种神经系统疾病中具有神经保护作用。例如，其潜在益处已在阿尔茨海默病、帕金森病和神经性疼痛的动物模型中进行了研究（Bakare和Owoyele，2020年；Adu和Mabandla，2021年；Eraky等人，2023年）。
鉴于RSD会引发氧化应激、炎症和神经元凋亡，而这些正是Bro所对抗的过程，因此可以合理假设Bro在这种情况下具有神经保护作用。然而，目前关于Bro神经保护作用的证据主要来自具有内在神经病理学的神经系统疾病模型，而不是由长时间睡眠阶段中断引起的状况。RSD代表了一种在机制和病因上不同的应激源，具有不同的生物学和临床意义（Orze?-Gryglewska，2010年；Fraigne等人，2015年）。迄今为止，尚未研究Bro在这种睡眠中断模型中的效果。因此，我们旨在本研究中对慢性RSD的大鼠模型评估Bro的神经保护作用。
章节片段
材料与方法
该研究方案已得到Shahid Beheshti医科大学研究伦理委员会的审查和批准（IR.SBMU.AEC.1404.091）。所有程序均按照机构规定和国际公认的研究指南进行。
Bro处理改善了RSD大鼠模型中的行为功能
Y迷宫测试的结果显示，RSD组的改变率和总进入次数显著低于对照组（P<0.001，P<0.01）。然而，与RSD组相比，RSD+Bro组的这些指标显著增加（P<0.05）（图2a,b）。EPM测试的结果显示，RSD组的OAE和OAT显著低于对照组（P<0.001）。然而，Bro的给药降低了OAE和...
讨论
在这项研究中，我们检查了Bro在大鼠RSD模型中的神经保护作用。通过多种行为测试（包括Y迷宫、MWM和Barnes迷宫），Bro处理显著增强了认知和运动功能，与未经处理的RSD组相比。此外，在EPM测试中，Bro处理显著降低了焦虑和压力水平。Bro还改善了强迫游泳测试的表现。组织学分析显示，Bro显著减少了...
伦理声明
所有动物实验都应遵守ARRIVE指南，并应按照《1986年英国动物（科学程序）法案》及相关指南、欧盟指令2010/63/EU关于动物实验的规定，或美国国立卫生研究院关于实验室动物护理和使用的指南（NIH出版物第8023号，1978年修订版）进行。作者应在手稿中明确说明遵循了这些指南。此外，大学伦理委员会...
CRediT作者贡献声明
Pouya Baradaran Safa：概念构思。Meysam Hassani Moghaddam：撰写——初稿。Mojtaba Sani：软件支持。Zare Fateme：研究、数据分析。Abbas Aliaghaei：撰写——审阅与编辑、验证、资源获取、项目管理、资金筹集、概念构思。Sahar Kermani：概念构思。Mohammad Ali Rafiei：研究。Ali Asadi Zeidabadi：数据管理。Maral Hasanzadeh：数据分析。
致谢
我们感谢伊朗德黑兰Shahid Beheshti医科大学男性健康和生殖健康研究中心的支持。
