FSHW | 食用燕窝及其生物活性成分对神经保护作用的分子机制探讨

2023-09-07 22:37:00

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Highlights

介绍了食用燕窝中糖蛋白的研究现状。
食用燕窝在神经发育和保护神经元免受氧化应激中的作用。
唾液酸是具有神经保护作用的主要生物活性成分。
多种信号转导通路增强食用燕窝的神经保护活性。

Introduction

食用燕窝（EBN）是深受国人喜爱的功能性食品。研究发现，EBN富含蛋白质、碳水化合物和其他必需的微量元素，如铁、锰、锌等，具有抗病毒、防衰老、促进骨骼生长、预防骨关节炎和增强免疫力等功效，在神经保护中起重要作用的生物活性成分是N-乙酰神经氨酸（唾液酸）。本文旨在对EBN的潜在神经保护作用进行综述，进一步讨论其抗氧化、抗炎和抗凋亡特性，还对其生物活性成分、神经保护作用的机制及其在神经退行性疾病中的潜在应用进行探讨。

大脑中氧化应激和活性氧的产生

氧化应激是指大脑细胞中活性氧（ROS）的产生与抗氧化之间失衡，ROS的主要来源之一是线粒体内膜的呼吸链底物端，此外，黄嘌呤氧化酶（XO）、单胺氧化酶（MAO）和过氧化物酶也能产生ROS，MAO产生的ROS与帕金森病的病理特征黑质神经元细胞调亡有关，ROS在大脑中积累导致蛋白质、DNA、RNA的氧化和脂质过氧化。

EBN及其代谢物通过抗氧化酶提供抗氧化保护

EBN能够提高超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）、过氧化氢酶（CAT）等抗氧化剂的表达水平。体外研究表明，EBN预处理可减少细胞内ROS，途径可能为在SOD减少ROS产生的同时，EBN通过自身清除自由基来减弱H₂O₂引起的羟基自由基的增加。

利用谷胱甘肽作为电子供体，可以催化过氧化氢和脂质过氧化物还原，解释了EBN会增加经6-羟基多巴胺刺激的小鼠中谷胱甘肽过氧化物酶1的表达，减少脂质氢过氧化物，但EBN在雌激素缺乏模型中的抗氧化状态和作用需要进一步的工作来阐明。

EBN及其代谢物降低MDA和晚期糖基化终产物（AGEs）水平

丙二醛（MDA）是脂质过氧化产物，已有证据表明EBN利用自由基清除活性降低MDA从而改善氧化应激。AGEs是诱发炎症和氧化应激的主要物质，而另一项研究发现雌激素具有神经保护作用，因此，AGEs的减少和雌激素的增加都可以减弱氧化应激，使EBN具有神经保护作用。然而，关于背后的机制有待未来进一步的工作确定，开发EBN用于预防衰老或雌激素缺乏相关疾病的方案。

EBN的抗（神经）炎症活性

神经炎症是神经退行性疾病的一个突出特征。在中枢神经系统的所有神经胶质细胞中，小胶质细胞参与了先天免疫，小胶质细胞的慢性激活会加重氧化应激，启动一系列炎性级联反应。根据相关研究，EBN的胰酶消化粗提物和水提物均通过抑制小胶质细胞的激活发挥神经保护作用。有报道称小胶质细胞标志物CD11b在神经退行性疾病中的表达因NO的产生而上调。因此，EBN减少NO的产生表明其能够减少小胶质细胞的激活和神经炎症。也有研究表明，EBN可抑制LPS刺激大鼠的促炎性细胞因子、肿瘤坏死因子（TNF）-α、白细胞介素（IL）-1β，IL-6的上调。

图1 EBN在氧化应激和神经炎症中的作用

EBN的抗（神经）凋亡活性

在发生神经退行性病变的大脑中，异常蛋白大量聚集诱导细胞凋亡，凋亡细胞其形态特征包括细胞体积收缩、染色体凝聚、DNA断裂和形成凋亡小体。实验结果发现，经EBN预处理后，神经毒性细胞的形态学改变明显减少，表明EBN具有抑制细胞凋亡的作用。

细胞凋亡可通过内源性或外源性途径发生，分别由细胞应激和TNF触发。两种途径都改变线粒体膜通透性，但内源性途径对其影响更大。这是因为外源性途径激活的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶8（caspase-8）通过增加线粒体膜通透性或直接通过半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3（caspase-3）切割效应导致细胞凋亡。

EBN与半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶的相互作用

通过测定促凋亡基因的表达、线粒体膜电位（MMP）、定量半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶或者在体外和体内实验模型中检测细胞凋亡。相关研究报道了EBN可以抑制caspase-3的切割。

EBN与其他凋亡相关基因的相互作用

凋亡相关基因包括聚ADP核糖多聚酶1（PARP1）、早老素（PSEN1和PSEN2）和淀粉样前体蛋白（APP）基因。实验表明EBN增加PARP1基因的表达，降低PSEN1、PSEN2和APP基因表达，这与EBN增加细胞活力和降低凋亡活性的研究结果相一致，进一步揭示了EBN在防止神经元凋亡方面的功能。

EBN与MMP的相互作用

MMP的增加是细胞凋亡的核心，据报道，EBN不影响MMP，表明EBN不是通过线粒体途径抑制细胞凋亡，而是通过抑制caspase依赖的途径。EBN的抗凋亡作用见图2。

图2 细胞凋亡内、外途径及EBN抗凋亡活性示意图

EBN对不同神经系统疾病的治疗潜力

改善记忆和学习及其潜在机制

通过Morris水迷宫（MWM）试验发现EBN治疗可提高小鼠的学习和记忆能力，小鼠的逃避潜伏期较低，在目标象限的停留时间较长。SIRT1对影响海马依赖性短期和长期记忆的正常获取和维持突触可塑性至关重要，EBN通过保持海马SIRT1的表达，增加乙酰胆碱和BDNF以提高记忆和学习能力。

运动行为的改善及其潜在机制

运动障碍也是神经退行性疾病的标志性症状之一。从改善PD模型小鼠的活动和保护多巴胺能神经元的证据来看，EBN可能是治疗PD的潜在途径。此外，EBN还能刺激神经干细胞的增殖、迁移和分化。

图3 EBN的神经保护机制

EBN的化学成分及其相关的神经保护作用

从本质上讲，EBN是一种唾液化的黏蛋白糖肽，含有所有必需氨基酸；含湿量是决定EBN质量的一个参数，这也保证了唾液酸的稳定性；EBN中灰分的变化范围在1.85%～13.88%。然而，元素分析发现钠和钙含量很高。因为钙参与神经传递，所以对神经保护很重要。来源于EBN的不饱和脂肪酸具有显著的自由基清除活性，EBN甘油三酯表现出较高的对氧磷酶活性，另外，乳铁蛋白和卵转铁蛋白被认为有利于EBN抗氧化作用，EBN中含有的激素有助于提高雌激素，从而发挥EBN的抗氧化和抗炎作用。

唾液酸是EBN主要的生物活性成分，在神经元生长，突触连接和记忆形成等关键步骤中具有关键功能。N-乙酰半乳糖胺、半乳糖和岩藻糖是在EBN糖蛋白聚糖中发现的只要单糖。N-乙酰半乳糖胺在突触功能中起关键作用，而半乳糖和岩藻糖对大脑发育至关重要。因此，鉴于EBN中存在的多种化合物，它们的协同作用可能增强了EBN的神经保护活性。

表1 EBN组成的近似分析总结

表2 EBN神经保护化合物总结

Conclusions and Perspective

本综述重点介绍了EBN抗氧化、抗炎和抗凋亡作用，EBN在增强学习、记忆和运动能力方面表现出优越的性能，证明其在预防神经退行性疾病方面的潜在价值。同时分析并确定了许多有助于抗氧化、抗炎和神经保护作用的营养成分，为其作为功能性食品提供了有力地支撑。然而，由于目前研究主要是基于体外和体内实验，因此必须进一步研究EBN在人体模型中的使用情况，以便更详细地了解EBN的药理作用和不良反应。此外，还应确定药物与EBN之间任何可能存在的相互作用。由于EBN的成分因地理位置的不同而不同，因而有必要进行更详尽的分析来研究其生物活性成分。不同的EBN制备方法会产生不同的化学成分，应确定最佳的提取方法以生产出具有最佳营养价值和功能特性的EBN。总之，这篇综述为EBN的神经保护作用和组成成分的研究提供了有价值的见解，同时激发了对开发EBN作为预防神经退行性疾病可行性的营养药物的兴趣。

Insights on the molecular mechanism of neuroprotection exerted by edible bird’s nest and its bioactive constituents

Weiyi Chu^a, Chia Wei Phan^a,b,c,*, Seng Joe Lim^d,e, Abdul Salam Babji^ad,e

^a Department of Pharmaceutical Life Sciences, Faculty of Pharmacy, Universiti Malaya, Kuala Lumpur 50603, Malaysia

^b Clinical Investigation Centre, University Malaya Medical Centre, Lembah Pantai Kuala Lumpur 59100, Malaysia

^cMushroom Research Centre, Universiti Malaya, Kuala Lumpur 50603, Malaysia

^dDepartment of Food Sciences, Faculty of Science and Technology, Universiti Kebangsaan Malaysia, UKM Bangi, Selangor 43600, Malaysia

^eInnovation Centre for Confectionery Technology (MANIS), Faculty of Science and Technology, Universiti Kebangsaan Malaysia, UKM Bangi, Selangor 43600, Malaysia

*Corresponding author.

Abstract

Neurodegenerative diseases are often associated with the accumulation of oxidative stress and neuroinflammation. Edible bird’s nest (EBN) is a glycoprotein (sialylated mucin glycopeptides) found to be beneficial against neurodegenerative diseases. Antioxidative, anti-inflammatory, and anti-apoptotic properties of EBN in preserving neuronal cells were widely researched using in vitro and in vivo models. Functional effects of EBN are often linked to its great number of antioxidants and anti-inflammatory glycopeptides. Bioactive compounds in EBN, especially sialic acid, add value to neurotrophic potential of EBN and contribute to neuronal repair and protection. Various studies reporting the neuroprotective effects of EBN, their molecular mechanisms, and neuroactive composition were gathered in this review to provide better insights on the neuroprotective effects of EBN.

Reference:

CHU W Y, PAN C W, LIM S J, et al. Insights on the molecular mechanism of neuroprotection exerted by edible bird’s nest and its bioactive constituents[J]. Food Science and Human Wellness, 2023, 12(4): 1008-1019. DOI:10.1016/j.fshw.2022.10.021.

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