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Protective effects of AST and ASI on memory impairment and its mechanism
in senescent rats treated by GC

黄芪总苷及黄芪甲苷对糖皮质激素诱导老前期大鼠记忆损伤的保护作用及机制



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http://www.cjcmm.com.cn ·199·
Vol.34,Issue 2
January,2009
第 34 卷第 2 期
2009 年 1 月
黄芪总苷及黄芪甲苷对糖皮质激素诱导老前期
大鼠记忆损伤的保护作用及机制
李维祖,李卫平*,尹艳艳,公惠玲,吴国翠,朱芬芳
(安徽医科大学 药理教研室,安徽 合肥 230032)
[摘要] 目的:探讨黄芪总苷(astragaloside,AST)及黄芪甲苷(astragalus saponin I,ASI)对糖皮质激素诱导老前期大鼠记
忆障碍的延缓作用及对胸腺和海马神经元胞浆钙[Ca2+]i 和凋亡的影响。方法:用氢化可的松((hydrocorisone,HC,10 mg·kg-1,
sc,21 d)建立老前期大鼠的衰老模型,用Y迷宫检测大鼠的学习记忆功能;在体外用地塞米松(dexamethasone,DEX, 1 μmol·L-1)
诱导胸腺细胞和海马神经元,Fura-2/AM 负载法检测大鼠胸腺细胞和海马神经元[Ca2+]i,琼酯糖凝胶电泳检测 DNA 梯度和
流式细胞仪检测凋亡情况。结果:与模型组比较,AST 和 ASI 能改善 HC 诱导老前期大鼠衰老模型组大鼠的记忆功能,增
加大鼠体重、脑指数和胸腺指数;AST 和 ASI 能够抑制 DEX 诱导的胸腺细胞和海马神经元[Ca2+]i 的升高和凋亡。结论:AST
和 ASI 对 HC 诱导老前期大鼠记忆障碍具有延缓作用,其机制可能与抑制海马神经元[Ca2+]i 升高和凋亡有关。
[关键词] 黄芪总苷;糖皮质激素;胞浆钙;凋亡
16中枢神经系统退行性疾病是发生在老年前期
及老年期的慢性进行性神经退行性疾病, 严重威胁
老龄人身体健康,其中以阿尔茨海默病(AD)发病率
最高。AD 以进行性记忆减退、认知障碍、人格改
变为主要特征,其病因尚未阐明。海马是与记忆有
关的重要区域,有较高密度的糖皮质激素受体。越
来越多的研究资料表明,糖皮质激素(GC)可以降低
鼠类和灵长类的认知功能[1]。慢性应激或较高水平
的糖皮质激素对神经元具有不利的作用,尤其是能
够增加海马神经元对神经毒性物质的敏感性,包括
与 AD 相关的神经毒性物质[2-3]。作者的前期研究表
明,应激水平的糖皮质激素对老前期小鼠和大鼠有
促进衰老的作用[4-5]。因此,采用糖皮质激素诱导大
鼠衰老模型探讨药物作用及其作用机制意义重大。
黄芪总苷(AST)及其黄芪甲苷(ASI)为中药黄芪
的有效部位及有效成分,黄芪有扶正固本、补中益
气等多种作用,是临床延缓衰老的常用药物之一。
研究发现,黄芪总苷和黄芪甲苷具有免疫调节、抗
炎、抗氧化、抗缺血性脑损伤、抗衰老和促智等多
种作用 [6]。本研究采用体内外相结合的方法,研究

[收稿日期] 2008-03-18
[基金项目] 安徽省自然科学基金项目(00144414);安徽省高校省
学术带头人科学研究项目(2005hbz18)
[通信作者] *李卫平,E-mail: liweiping19@yahoo.com
了 GC 促进老前期(20 mon)大鼠衰老与胸腺,海马
细胞胞浆游离钙[Ca2+]i和凋亡的影响及 AST 与 ASI
的作用。
1 材料
1.1 动物
SD 大鼠,雌雄兼用,20 月龄,体重 350~450
g。1 周龄新生 SD 大鼠及孕期 16~18 d 胎鼠,由
安徽医科大学动物中心提供(动物合格证号 皖实动
准 01 号)。
1.2 药品与试剂
AST(纯度 68.8%)与 ASI(纯度>90%)均由
江苏药物研究所植化室曹正中教授提供。氢化可的
松( HC,中国上海信谊药厂);地塞米松(DEX,江
苏扬州药厂);Fura-2/AM,EGTA,RPMI 1640 培
养基、胰蛋白酶及 RNA 酶 A 等均为 Sigma 公司产
品。Triton-X100 为进口分装,DMEM 为 Gibco 公
司产品,其他试剂为国产分析纯。
1.3 仪器
GL20A 型自动高速冷冻离心机(湖南仪器总厂
离心机厂);Napco-6100 型 CO2 培养箱(美国
Precision Scientific 公司);YJ-1450 型医用净化工作
台(苏州净化设备公司);RF-5000 型双波长荧光分
光光度计(日本岛津 Shimadzu 公司);DF-4 型电泳


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槽,MCL-XL2 型流式细胞仪(美国 Coulter 公司)。
2 方法
2.1 HC 诱导老前期大鼠衰老模型及学习记忆功能
的检测[5]
取老龄前期(20 mon)大鼠 60 只,随机分成 6 组:
对照组,模型组,AST(25,50,100 mg·kg-1·d-1) 3
个剂量组及 ASI(50 mg·kg-1·d-1)组,每组 10 只。除
对照组外,各组皮下注射(sc)HC (10 mg·kg-1·d-1),
给药容积(0.003 mL·g-1),每天 1 次,共 21 d,对照
组 sc 等容积溶媒,同时各组 ig 相应药物或
1%CMC-Na 连续 21 d。每周称 1 次体重,并调整给
药剂量。第 20,21 天用 Y 迷宫检测各组大鼠学习
记忆功能。检测时首先让动物学会辨别安全信号而
主动逃避电击,学习时以 20 次中遭受电击次数(错
误次数,NR)作为指标,24 h 后重复上述试验。
2.2 胸腺和海马神经细胞胞浆钙[Ca2+]i 测定
2.2.1 胸腺细胞悬液的制备 新生大鼠断头处死,
取出胸腺,用 Hank’s 液常规制备胸腺细胞悬液
(1×1010 个/L),台盼蓝染色,计数活细胞>95%,用
于胞浆游离钙[Ca2+]i 的测定。
2.2.2 胎鼠海马神经细胞悬液的制备[7] 取孕 18 d
大鼠,断头处死,取出胚胎海马组织,剪成 0.1 mm3
小块,0.125%胰蛋白酶,37 ℃消化 20 min。置于
DMEM(内含青霉素和链霉素)营养液中,洗涤 1 次,
用巴斯德吸管轻轻吹打,使皮层及海马神经细胞分
散,过 200 目不锈钢网,计数,最后用含 10%小牛
血清与 10%马血清的 DMEM 调整细胞密度(1×1010
个/L),用于胞浆钙的测定。
2.2.3 细胞培养与药物处置 分别将新生大鼠胸
腺细胞(RPMI1640 液)悬液及胎鼠海马神经细胞
(DMEM 液)悬液加入 100 mL 细胞培养瓶中,加入
500 mL AST(终浓度 3,10,30 mg·L-1)或 ASI(终
浓度 0.01,0.1,1.0 μmol·L-1),在 37 ℃,5% CO2
培养箱中培养 2 h,然后再分别加入 DEX(终浓度 1
μmol·L-1),继续培养 0.5 h,测定胞浆钙。
2.2.4 Fura-2/AM 负载及胞浆钙 ([Ca2+]i)测定 [8]
Fura-2/AM 负载:将制备好的胸腺细胞及海马细胞
悬液,分别加入 0.5 mmol·L-1 Fura-2/AM(终浓度 5
μmol·L-1),通入 95% O2 和 5% CO2 混合气体,37 ℃
恒温振荡 40 min,分别用 Hanks 洗涤 2 次,300×g,
4 ℃离心 5 min,最后用 Hanks 调整细胞密度为
2×109 个/L。
胸腺细胞及海马细胞[Ca2+]i 测定:将胸腺细胞
或海马细胞悬液置于带有搅拌装置的荧光分光光
度计石英杯内,37 ℃温浴后,在激发波长(λex=300~
400 nm)范围内,发射波长(λem=500 nm)进行激发光
波长扫描,以峰值在 340 nm 左右为最佳 Fura-2/AM
负载状态,然后以 λEx 分别为 340 和 380 nm,λEm
为 500 nm,激发光光栅 5 nm,发射光光栅 10 nm,
以加入 Triton-X100 为饱和钙时最大荧光值,加入
EGTA 为零钙时最小荧光值,按下式计算[Ca2+]i:
[Ca2+]i(nmol·L-1)=Kd×(R-Rmin)×Sf2/(Rmax-R)×Sb2
式中 Kd 为 Fura-2 与 Ca2 + 反应的解离常数,
为 224 nmol·L-1,R 为各测定点 340 nm 对 380 nm 荧
光强度比值,Rmin和Rmax分别为零钙和饱和钙时 340
nm/380 nm 的荧光比值,Sf2 和 Sb2 分别为零钙和饱
和钙时 380 nm 处的荧光强度。
2.3 胸腺和海马神经细胞凋亡的检测
2.3.1 新生大鼠胸腺细胞的培养及细胞凋亡的诱
导 常规制备胸腺细胞悬液(1×1010 个/L),加入 24
孔培养板中,每孔 2 mL,除对照孔外,每孔加入
100 μL AST(终浓度 3,10,30 mg·L-1)或 ASI(终浓
度 0.01,0.1,1.0 μmol·L-1),在 37 ℃,5%CO2 培养
箱中培养 2 h。然后再加入 50 μL DEX (终浓度 1
μmol·L-1),培养 8 h 诱发凋亡。收集细胞用于相关
检测。
2.3.2 胎鼠海马神经细胞的培养及细胞凋亡的诱
导 无菌取胎鼠及制备海马细胞悬液(2×109 个/L)。
将细胞接种于预先用多聚赖氨酸铺底的细胞培养
瓶中,培养 20 h 后,加入终浓度 10 μmol·L-1 阿糖胞
苷抑制非神经细胞的生长,每隔 3 d 换 1 次液,培
养 12 d,加入 500 μLAST(终浓度 3,10,30 mg·L-1)
或 ASI(终浓度 0.01,0.1,1.0 μmol·L-1),在 37 ℃,
5% CO2 培养箱中培养 2 h。加入 DEX(终浓度 1
μmol·L-1)作用 10 h,即可诱导细胞凋亡,收集细胞
进行相关实验。
2.3.3 DNA 提取及琼酯糖凝胶电泳 从细胞培养
瓶中吸出细胞培养液,用 PBS 轻洗 2 次,加胰
酶-EDTA 消化液(0.125%胰酶,0.02%EDTA,1 1)∶ ,
37 ℃作用 10 min,加二倍体积的 PBS 终止消化,
轻轻吹打,收集细胞于离心管中,500×g,4 ℃离心
10 min,再用 PBS 洗涤 1 次,去上清,沉淀中加入


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适量细胞裂解液(10 mmol·L-1 Tris-HCl,pH 8.0;10
mmol·L-1 EDTA,pH 8.0;75 mmol·L-1 NaCl,0.5%
SDS,0.15 g·L-1 Proteinase K) 50 ℃振摇 3 h,1 万×g,
离心20 min,收集上清,加入终浓度0.5 mol·L-1 NaCl
和 70%乙醇,反复倒转离心管,-20 ℃沉淀 DNA,
用针头轻轻挑出絮状 DNA,置于另一管中,加 TE
缓冲液,倒转混匀,65 ℃作用 1 h 后,加 200 mg·L-1
的 RNA 酶 A,37 ℃作用 2 h,用 70%乙醇 -20 ℃
沉淀DNA过夜,用70%乙醇洗涤DNA(1万×g,4 ℃,
10 min)2 次,置超净台内风干乙醇,将 DNA 重悬
于适量 TE 中,定量后,取等量的 DNA 样品,在
1.2%的琼脂糖凝胶上进行电泳分离,EB 染色,紫
外灯(λ=302 nm)下观察并拍照。
2.3.4 流式细胞仪检测细胞凋亡 分别收集胸腺
细胞及海马神经细胞后,用 PBS 洗涤细胞 2 次,去
上清,加入 70%乙醇(PBS 配)悬浮,4 ℃冰箱固定
12 h 以上,离心洗涤细胞后,加入 PBS 配制的 RNA
酶A,37 ℃作用 30 min。离心后重悬于PI(100 mg·L-1
PBS 配制)中,避光冰育 1 h,过 400 目尼龙网,在
MCL-XL2 型流式细胞仪上计数 10 000 个细胞,测
定各期 DNA 含量,并计算凋亡细胞所占比例。
3 结果
3.1 对 HC 引起老前期大鼠记忆障碍的影响
HC 可使老前期大鼠的记忆功能明显降低,
AST(50, 100 mg·kg-1)和 ASI(50 mg·kg-1)均可拮抗
HC 引起的记忆障碍,使老前期大鼠的记忆功能恢
复或接近正常水平(表 1)。
表1 AST和ASI对HC引起老前期大鼠记忆障碍的
影响( ±x s ,n=10)
组别 剂量/mg·kg-1 错误次数
对照 - 5.6±1.2
模型 - 8.0±1.7 2)
HC+AST 25 6.9±1.5
50 6.3±2.03)
100 5.8±1.24)
HC+ASI 50 6.2±1.93)
注:与对照组比较1)P<0.05,2)P<0.01;与模型比较3)P<0.05,4)P<0.01
(表2~4同)。

3.2 对HC诱导老前期大鼠体重、脑与胸腺指数的
影响
HC(10 mg·kg-1·d-1) sc 14 d已明显减轻老前期大
鼠的体重,21 d体重进一步下降;AST(50,100
mg·kg-1·d-1)与ASI(50 mg·kg-1·k-1)均可改善HC减轻
大鼠体重的作用。HC sc 21d可明显降低老前期大鼠
的胸腺与脑指数;AST(50,100 mg·kg-1·d-1)与ASI(50
mg·kg-1·d-1)均可改善HC的上述作用。见表2,3。
3.3 对DEX诱导新生大鼠胸腺细胞[Ca2+]i的影响
表2 AST和ASI对HC诱导老前期大鼠体重的影响( ±x s ,n=10)
体重 /g 组别 剂量
/mg·kg-1 0 d 7 d 14 d 21 d
对照 - 398.4±29.6 408.7±26.5 419.6±25.6 432.8±19.5
模型 - 399.6±26.2 374.6±18.2 346.9±20.62) 319.6±14.82)
HC+AST 25 391.5±30.8 383.5±41.1 365.0±35.5 358.0±38.4
50 401.3±28.7 399.3±25.8 399.0±25.74) 406.3±23.94)
100 383.5±27.0 378.5±20.6 377.0±18.64) 380.5±28.34)
HC+ASI 50 405.0±32.2 397.0±37.6 390.0±48.13) 388.0±44.44)

表3 AST和ASI对HC诱导老前期大鼠脑与胸腺指数
的影响( ±x s ,n=10)
组别 剂量/mg·kg-1 胸腺指数 /% 脑指数/%
对照 - 0.27±0.05 0.48±0.09
模型 - 0.05±0.012) 0.39±0.071)
HC+AST 25 0.04±0.022) 0.42±0.061)
50 0.06±0.012,3) 0.42±0.071)
100 0.07±0.012,3) 0.44±0.031)
HC+ASI 50 0.06±0.022,3) 0.42±0.041)

AST(3,10,30 mg·L-1)与 ASI(0.01,0.1,1.0
μmol·L-1)对静息状态胸腺细胞[Ca2+]i 没有影响;
DEX(1 μmol·L-1)可使新生大鼠胸腺细胞[Ca2+]i 明显
升高,不同浓度 AST 与 ASI 均可明显抑制 DEX 升
高[Ca2+]i 的作用,并呈浓度依赖性。见表 4。
3.4 对 DEX 诱导胎鼠海马细胞[Ca2+]i 的影响
AST(3,10,30 mg·L-1)与 ASI(0.01,0.1,1.0
μmol·L-1)对静息状态海马细胞[Ca2+]i没有明显影响,
而 DEX(1 μmol·L-1)可升高胎鼠海马细胞[Ca2+]i,不
同浓度 AST(10,30 mg·L-1)与 ASI(0.1,1.0 μmol·L-1)
均可明显抑制 DEX 升高[Ca2+]i的作用。见表 4。


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表 4 AST 和 ASI 对 DEX 诱导胎鼠海马细胞
[Ca2+]i 的影响( ±x s ,n=4) nmol·L-1
组别 剂量/ mg·L-1 静息态 DEX 诱导
对照 - 123.6±20.3 391.0±55.4
AST 3 125.1±16.2 224.3±23.42)
10 126.0±16.5 180.5±17.32)
30 131.5±18.3 148.5±9.92)
ASI 0.01 128.0±11.2 226.8±15.42)
0.1 126.1±18.4 189.9±20.92)
1 135.0±20.8 185.7±11.12)
注:ASI的剂量单位是μmol·L-1(表5同)。

3.5 对DEX诱导胸腺细胞及海马神经元细胞DNA
降解的影响
分别由胸腺细胞与海马神经细胞提取 DNA,进
行琼脂糖凝胶电泳,结果表明,DEX(1 μmol·L-1)作
用 8 h 与 10 h,分别可诱导胸腺细胞与海马神经细
胞 DNA 降解,呈现典型的梯状 DNA 条带;AST(30
mg·L-1)与 ASI(1.0 μmol·L-1)预处理 2 h 均可抑制
DEX引起胸腺细胞及皮层-海马神经元细胞DNA的
片段化,见图 1。

1.DNA marker; 2.TC+DEX(1.0 μmol·L-1); 3. TC对照;
4.TC+AST(30 mg·L-1); 5. TC+ASI(1 μmol·L-1); 6. HN+ASI(1 μmol·L-1);
7. HN+AST(30 mg·L-1); 8. HN+DEX(1.0 μmol·L-1);9. HN对照。
图 1 AST 和 ASI 对 DEX 诱导胸腺细胞(TC)及海马
神经元(HN)细胞 DNA 降解的影响

3.6 对 DEX 诱导胸腺细胞及海马神经元细胞凋亡
的影响
胸腺细胞及海马神经细胞经 PI 染色后,经流式
细胞仪分析细胞各期 DNA 含量,结果表明,正常
胸腺细胞与海马细胞 DNA 大多处于 G1 期,而经
DEX 作用的胸腺细胞与海马神经细胞 DNA 因降解
被释放,在 G1 期前均出现前置的“亚 G1峰”,即典
型的细胞凋亡峰;AST 与 ASI 预处理 2 h 均可明显
抑制胸腺细胞、海马神经细胞 DNA 断裂,G1亚峰
显著降低。表明 AST 与 ASI 具有一定的抗凋亡作
用。见表 5。
表 5 AST 和 ASI 对 DEX(1 μmol·L-1)诱导海马神经元
和胸腺细胞凋亡的影响
凋亡峰面积/%
组别 剂量/mg·L-1
海马神经元 胸腺细胞
对照 - 3.80 2.90
DEX - 51.9 53.3
AST 3 43.4 42.8
10 28.1 12.6
30 8.00 3.30
ASI 0.01 45.7 46.5
0.1 39.7 11.8
1.0 14.9 4.60

4 讨论
大量研究表明[9-10],糖皮质激素能够明显影响人
和动物的认知功能,高浓度的糖皮质激素对神经元
有一定的损伤作用,尤其能够降低海马神经元对神
经毒性物质抵抗性,包括与老年性痴呆相关的神经
毒性物质。随着年龄的增加,与年龄相关的下丘脑-
垂体 -肾上腺皮质轴(hypothalamic-pituitary-adren
alaxis,HPA 轴)功能逐渐增强,引起血中 GC 水平
升高 [11] 。 作者的实验显示,氢化可的松 (10
mg·kg-1·d-1) 皮下注射 21 d,可以引起老前期大鼠学
习记忆能力的下降,大鼠的体重和脑指数也出现明
显下降。AST 与 ASI 能降低大鼠的错误次数,抑制
大鼠体重、脑指数和胸腺指数的下降,表明 AST 和
ASI 对 HC 促进老前期大鼠衰老有一定的抑制作用。
钙离子平衡失调、[Ca2+]i 超载在机体衰老及中
枢神经系统退化过程中起着重要的作用。钙离子平
衡失调或皮层、海马[Ca2+]i 超载是引起 AD 发病的
重要因素[12],胞内钙超载是神经细胞死亡的最后通
路。慢性应激或长期应用 GC 及年龄相关的血中 GC
水平的升高,经 GC 受体使凋亡有关基因
(apoptosis-linked enes,ALG-2)AlG-2 蛋白表达增加,
激活受体和电压依赖性 Ca2+通道,促进胞外 Ca2+
内流,导致神经细胞内 Ca2+超载。[Ca2+]i升高引起
神经细胞凋亡或死亡,同时也可以引起胸腺萎缩,
免疫功能低下等。本研究结果表明, DEX 可直接
诱导胸腺细胞与海马神经细胞的[Ca2+]i 升高,AST
与 ASI 均可抑制 [Ca2+]i的升高作用,但 AST 与 ASI
对 DEX 升高海马细胞[Ca2+]i 的抑制作用较胸腺细


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胞强;AST 与 ASI 对前者抑制率分别为 62.0%与
52.5%,而对后者的抑制率分别为 36.2%与 33.4%,
说明海马神经细胞对 DEX 的敏感性较胸腺细胞为
高。
凋亡是大脑发育过程中正常的生理过程,但在
大脑损伤和疾病的状态下,便成为对大脑有害的因
素,在 AD 的发病中具有重要的作用[13]。本结果表
明,HC 在引起 20 mon 大鼠记忆障碍的同时,可诱
导胸腺细胞和海马神经元的凋亡。AST 与 ASI 预处
理 2 h 均可明显抑制胸腺细胞、海马神经细胞 DNA
断裂,G1 亚峰显著降低。表明 AST 与 ASI 具有一
定的抗凋亡作用。
综上所述,AST 与 ASI 对 HC 诱导的老前期大
鼠脑损伤有一定的保护作用,其机制可能抑制
[Ca2+]i 的升高和抗细胞凋亡等有关。
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Protective effects of AST and ASI on memory impairment and its mechanism
in senescent rats treated by GC

LI Weizu,LI Weiping,YIN Yanyan,GONG Huiling,WU Guocui,ZHU Fenfang
(Dept of Pharmacology,Anhui Medical University,Hefei 230032,China)

[Abstract] Objective:To study the protective effects and mechanisms of astragaloside (AST) and astragalus saponin I (ASI) on
the memory impairment in senescent rats treated by glucocorticoid(GC). Method: Y maze test was performed to determine the
effects of AST and ASI on memory impairment of hydrocortisone(HC)-induced senescent rats. Using Ca2+ sensitive fluorescent
indicator (Furo-2), free intracellular calcium concentration ([Ca2+]i) was measured by double wavelength fluorescence
sepectrophotometer in thymocytes and hippocampal neurons induced dexamethasone(DEX). And apoptosis was detected by DNA
gel electrophoresis and flow cytometry. Result: Compared with HC control,AST and ASI can improve the memory of the senescent
rats treated by HC, lower [Ca2+]i and suppress apoptosis of thymocytes and hippocampal neurons induced by DEX. Conclusion:AST
and ASI can delay the aging in rats treated by HC, and its mechanism may includ lowering[Ca2+]i and suppressing the apoptosis of
thymocytes and hippocampal neurons.
[Key words] astragaloside;glucocorticoid;intracellular calcium;apoptosis
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