脑局部糖原代谢在人参总皂苷抗应激致海马结构可塑性损伤中的作用研究

Whether brain glycogen in hippocampal astrocytes play a crucial role in benefical effects of ginseng total saponin on stress-induced impairment of hippocampal structural plasticity is uncertain. The present project designs five aspects of experiments to determine the underlying central mechanims of action. Firstly,we will confirm that hippocampal glycogen metabolism abnormality is the crutial phathological mechanism of chronic stress-induced impairment of hippocampal structural plasticity by using chronic unpredictable stress model and corticosterone injection stress model. Secondly, we will investigate whether ginseng total saponin can block the chronic stress-induced downregulation of glycogen content in astrocytes and impairment of hippocampal structural plasticity （including depression-like behavior, hippocampal volume and neuronal morphology）by using corticosterone injection stress model. Thirdly, we will determine whether the benefical effects of ginseng total saponin depend on normal glycogen metabolism in the hippocampus by the knockdown of glycogen synthase using RNAi technology with the help of brain stereotaxic apparatus. Fourthly, we will determine what sort of cells in the hippocampus ginseng saponin can reach by using hapten-antibody technology combined with immunofluorescence double staining. Finally, we will further investigate the mechanisms underlying the regulation of ginseng saponin on glycogen metabolism and related metabolic ratelimiting enzymes, based on enzymatic activiy analysis, protein phosphorylation detection, allosteric regulation analysis and surface plasmon resonance (SPR) technology. If successfully done, on one hand, the novel biological function of brain glycogen metabolism will be clarified; on the other hand, we will find what kind of cells and modes are involved in the regulation of ginseng saponin on glycogen metabolism，which is helpful for explaining the biological activities of ginseng in the central nervous system.

本项目从海马星形胶质细胞糖原代谢的角度研究人参总皂苷抗应激致海马结构可塑性损伤的中枢性作用机制。实验首先基于长期不可预知性刺激和皮质酮注射两种应激动物模型，验证海马糖原代谢异常是长期应激致海马结构可塑性损伤的病理机制。其次，采用皮质酮注射应激动物模型，研究人参总皂苷拮抗模型动物海马结构可塑性和糖原代谢异常的有效性，并采用RNAi结合脑立体定位技术，反证人参总皂苷有效性对糖原代谢的依赖。接着，半抗原抗体技术联合免疫荧光双染技术，验证人参皂苷可以接触或进入海马何种细胞。最后，基于酶活性分析、蛋白磷酸化检测以及等离子共振（SPR）技术，研究人参皂苷调节糖原代谢限速酶的模式。项目如获成功，将有利于揭示脑局部糖原代谢的生理学意义，以及人参皂苷通过何种细胞、何种模式调节脑局部糖原代谢，从而解释人参抗长期应激致海马结构可塑性损伤的中枢性作用机理，因而有重要的学术和应用价值。

项目背景：1. 脑糖原是否在应激诱导的抑郁样行为和海马星形胶质细胞结构可塑性损伤中扮演重要作用并不清楚。2. 人参皂苷是否能够透过血脑屏障到达星形胶质细胞发挥其神经活性仍存在争议。3. 人参皂苷在外周可以调节糖原代谢，是否也可以通过调节中枢星形胶质细胞内的糖原代谢发挥其抗应激致抑郁样行为和星形胶质细胞结构可塑性损伤的作用值得探讨。.研究内容: 项目主要设计了五个主要实验研究。实验一动态观察了不可预知性刺激对大鼠海马结构可塑性、糖原代谢以及抑郁样行为的影响；实验二观察了糖原合成酶1基因沉默对海马星形胶质细胞结构可塑性损伤和抑郁样行为的影响；实验三通过观察糖原合成酶1和糖原磷酸化酶活性的改变探讨应激诱导脑糖原水平下降的机理；实验四采用抗人参皂苷的多克隆抗体结合免疫组化技术研究了口服给予人参总皂苷后脑组织中人参皂苷的分布；实验五从调节糖原代谢的角度探讨了人参总皂苷抗应激致星形胶质细胞结构可塑性损伤和抑郁样行为的机理。.重要结果: 1. 慢性应激可减少海马糖原的水平，降低海马星形胶质细胞的胞体体积和突起长度，诱导抑郁样行为。2. 糖原合成酶1基因沉默降低海马糖原的水平，导致星形胶质细胞萎缩，诱导抑郁样行为。3. 慢性应激可促进海马糖原的降解，同时也增加糖原的合成。4. 免疫组化染色结果显示人参皂苷可在脑组织切片上被探测到，进一步免疫荧光双染结果显示人参皂苷可达到星形胶质细胞，并能分布到少量神经元中。5. 人参总皂苷可缓解长期皮质酮注射诱导的抑郁样行为和海马糖原含量的下降，拮抗皮质酮诱导的海马星形胶质细胞数目的减少，以及改善皮质酮导致的星形胶质细胞胞体和突起长度的萎缩。.学术意义: 1. 脑糖原水平的下降在应激导致的海马星形胶质细胞萎缩和抑郁样行为中扮演重要作用。应激导致的糖原水平下降与糖原合成的速度跟不上降解的速度有关。2. 人参皂苷可以到达星形胶质细胞发挥其神经活性。3. 人参总皂苷抗应激致抑郁样行为的机理与其保护星形胶质细胞结构可塑性及调节脑糖原代谢有关。上述研究结论一方面从脑糖原的角度加深了对应激致神经病变复杂机制的认识，从而有助于临床将脑糖原的水平作为脑可塑性的生化指征；另一方面为人参皂苷的中枢活性提供了物质基础和机理性证据支持，有助于推动人参及人参皂苷在神经系统疾病防治方面的临床应用。