Sci Adv︱多吃有益？7种氨基酸的营养剂可以改善神经衰退性痴呆功能障碍

撰文︱潘彦灼

责编︱王思珍

近期，营养流行病学研究提示老年群体中蛋白摄取对维持大脑功能至关重要[1, 2]。老年人蛋白摄取不足[3-6]可能会导致神经退行性疾病的发生[1, 2, 7-9]。而老年人蛋白摄取不足可能与口腔问题有关，比如随着年纪增长食欲下降[10, 11]、吞咽困难[12]，肉食消化需要的肌肉力量下降[13, 14]、以及牙周病[15]等。早期研究表明低蛋白饮食可以引起正常衰老小鼠（55-63周龄）认知功能障碍[16]。Amino LP7，一种由7种必须氨基酸（亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、组氨酸、缬氨酸、色氨酸）组成的营养补充剂（图1 B），能够改善这些变化，这些氨基酸参与神经递质的合成[16]。另外，在一项针对55岁及以上成年人的临床试验中反映出服用12周的Amino LP7可以改善注意力、认知灵活性和心理社会功能[17]。这些证据暗示Amino LP7可能在阿尔兹海默症（AD）等引起的认知功能障碍治疗领域中进一步推广。

2021年10月22日，来自日本味之素株式会社的Akihiko Kitamura（通讯作者），日本国立量子科学与技术研究院脑功能成像部的Makoto Higuchi（通讯作者）等人合作在Science Advance 上发表了题为“Neurodegenerative processes accelerated by protein malnutrition and decelerated by essential amino acids in a tauopathy mouse model”的最新研究论文，在原先研究[16]的基础上再次强调了蛋白水平不足是促进大脑功能障碍的重要饮食因素，并提供了Amino LP7可以改善神经衰退性痴呆功能障碍的动物学证据。（补充：味之素株式会社是日本一家食品制造商，在日本多称为“味之素KK”，以发明味精及制造各式增味剂著称。“味之素KK”虽然是以食品制造商的身分而被广为人知，也进行诸如化妆品品牌“Jino”的制造贩卖、使用胺基酸技术的化学事业以及医药事业等活动。）

本研究选择了具有Tau病理的转基因小鼠：rTg4510，人源Tau蛋白突变体 P301L特异性表达在该小鼠的前脑中，并进一步导致前脑萎缩[18]。研究人员首先评价了饮食干预对转基因鼠（下文简称转基因鼠）前脑萎缩的效应。磁共振成像（MRI）、正电子发射断层扫描（PET）、免疫组化、免疫印迹（western blotting）等实验结果表明，低蛋白饮食（low-protein diet ，LPD）饲养会加速转基因鼠皮层萎缩，而额外补充Amino LP7则可以缓解正常蛋白饮食（normal-protein diet，NPD）饲养和LPD饲养的转基因鼠的皮层萎缩（图1 A-E）。脑萎缩的转基因鼠在死后镜检被观察到皮质树突棘密度的下降，这一过程能够被Amino LP7显著减缓（图1 F）。表明饮食干预能够调控转基因鼠大脑皮质萎缩发展，而 Amino LP7可以减缓这一病理过程。此外，研究人员发现，上述饮食干预（LPD饲养以及Amino LP7补充）并不是直接影响tau病理，从而进一步（继发性）地调节脑萎缩，而是可能影响了与tau沉积神经元死亡关联的病因级联下游途径。

图1 LPD加速转基因鼠的神经退行性过程并被补充Amino LP7改善

（图源：Sato H, et al., Science Advances, 2021）

为了进一步探究饮食干预以及额外补充Amino LP7调控脑萎缩的机制，研究人员采用基因表达谱分析，从而揭示不同条件下的基因表达模式并有助于产生潜在的机制假设[19]。首先，不同的实验组（饮食干预组、补充Amino LP7组、及非转基因和转基因组）之间存在差异表达基因（共7086个）（图2 A），接着GO富集分析表明，这些差异表达（上调或下同）明显的基因主要富集于神经功能以及结构方面，包括突触可塑性和认知、突触和树突发育、离子膜转运调控等（（图2 B, C）。有意思的是，在转基因鼠中，炎症应答和抗原加工相关基因显著上调，而神经功能和结构相关基因下调（图2 B, C）。其中，一些代表性基因包括与突触活性相关的基因，如Homer1和Arc，与胶质激活相关的基因，如Ccl6、C1q和Gfap，以及与胶质变化相关的遗传AD风险基因，如Apoe和Trem2（图2 C）。LPD饲养会进一步下调下调基因但对上调基因无明显影响，额外添加Amino LP7可逆转LPD和NPD饲养影响的基因的改变，且对转基因鼠中下调基因的逆转更显著，暗示Amino LP7即使在蛋白营养缺乏的情况下，也可以显著改善突触完整性，即改善神经功能和结构。因此Amino LP7具有抵抗与tau蛋白异常有关或无关的毒性从而保护突触的潜力。

图2 LPD加速下调转基因鼠皮质区神经功能以及结构方面富集对应的基因表达并被Amino LP7改善

（图源：Sato H, et al., Science Advances, 2021）

上述基因表达谱分析也提示了Amino LP7抑制tau病理诱导的神经炎症。鉴于Amino LP7组分可以通过L型氨基酸转运体1从而快速进入大脑[20]，因此研究人员假设，Amino LP7可能通过竞争性地抑制依赖于特定转运体的氨基酸毒性代谢物的血-脑转运[21, 22]，从而抑制tau病理诱导的神经炎症。犬尿氨酸（kynurenine）在中枢神经系统中被神经胶质细胞代谢为具有神经毒性效应的喹啉酸（quinolinic acid）[23, 23]。研究者们发现无论是NPD还是LPD饲养的转基因鼠的脑内犬尿氨酸浓度显著高于非转基因对照组。而这一现象可以被补充Amino LP7所完全逆转（图3 A）。进而考虑到脑内犬尿氨酸浓度的升高源于外周自身或脑内自身，或是源于复合形式（外周+脑内）。作者观察到，无论LPD饲养还是补充Amino LP7，转基因鼠外周血浆中的犬尿氨酸含量没有显著变化（图3 B）。因此饮食干预导致的脑内犬尿氨酸浓度变化不是由于改变全身犬尿氨酸的产生与代谢造成的。

为了进一步寻找Amino LP7抑制上述神经炎症的直接证据，研究者们之后他们向年老的C57BL/6j小鼠腹腔注射外源性犬尿氨酸或犬尿氨酸与Amino LP7以观察给药后的犬尿氨酸以及其代谢物喹啉酸的脑内浓度变化（图3 C）。结果表明，犬尿氨酸以及喹啉酸的脑内水平在直接给予犬尿氨酸后上升；无论NPD还是LPD饲养的C57BL/6j小鼠脑内这些物质水平升高被可以被同时注射Amino LP7显著逆转（图3 D,  E）。因此这些结果综合支持作者的上述假设：Amino LP7通过竞争性抑制由特定转运体介导的犬尿氨酸的血-脑转运来缓解转基因鼠中的神经炎症。

图3 Amino LP7通过竞争性抑制犬尿氨酸的血-脑转运以降低转基因鼠脑内犬尿氨酸的浓度

（图源：Sato H, et al., Science Advances, 2021）

文章结论与讨论，启发与展望目前，尚无能够终止、逆转AD等老年神经系统疾病的发生发展的治疗方法。因此发展防止疾病发生的方法十分重要，比如生活方式调整，而饮食因素是其中潜在的预防痴呆的重要调整因素。本研究强调了蛋白和氨基酸营养物（比如Amino LP7）阻止神经退行性过程，维持大脑内环境平衡的重要性，而且这种阻止维持作用与保护突触功能以及竞争性抑制犬尿氨酸的血-脑转运有关。因此这些结论进一步产生Amino LP7作为预防痴呆的营养疗法的设想，该设想正在通过临床实验进行转化。

然而，本研究也存在一些局限。比如，在此作者仅关注了由tau病理介导的神经退行性过程，然而，氨基酸营养物Amino LP7与AD的另一个重要病理，即β-淀粉样蛋白沉积及其介导的神经毒性之间的联系如何，有待进一步研究。其次，尽管LPD饲养野生型小鼠并不会增加其大脑中的犬尿氨酸水平，但LPD饲养会导致突触障碍，同时作者也观察到，LPD饲养野生型小鼠的神经胶质细胞（小胶质细胞和星形胶质细胞）中的一些基因（如Maob、Iba1、Cd11b）表达上调，而犬尿氨酸水平却没有上升，这提示除了致使犬尿氨酸水平升高外，LPD对大脑应该还有其他未知的影响，也值得未来研究。另外，Amino LP7组分含有色氨酸，而色氨酸在体内能够被代谢为犬尿氨酸，尽管Amino LP7中色氨酸的含量很低，但无添加色氨酸的Amino LP7的治疗效果如何，也需进一步研究。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s42255-021-00482-9（此原文链接有误，正确原文链接见留言）

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制版︱王思珍

本文完