一类组合物在神经损伤保护领域的应用

一类组合物在神经损伤保护领域的应用

1.技术领域

本发明涉及一类对神经损伤有保护作用的组合物，这类组合物是一类神经节苷脂组合物，涉及神经节苷脂的抗神经细胞调亡作用及对缺氧/复氧损伤的保护作用。本发明涉及神经节苷脂组合物在预防和神经细胞损伤药物和食品领域的应用，发明所涉及的神经节苷脂组合物成分中包含但不限于GM1、GD1a、GD1b、GT1b。本项发明属于神经细胞损伤的保护和修复领域和生物化学及生物制药领域。

2.背景技术

神经节苷脂是一类结构复杂的膜糖脂质，这类物质的分子由一个亲脂的神经酰胺部分和一个亲水的唾液酸寡糖基团组成，神经酰胺由鞘氨醇的氨基与脂肪酸酸化而成。目前国际上对神经节苷脂普遍采用Sevennerholm的命名方法，按唾液酸残基的位置和寡糖核心区的长度，将神经节苷脂分为不同的种类。

神经节苷脂存在于动物的细胞膜中，哺乳动物的中枢神经细胞中神经节苷脂含量最为丰富，在大脑灰质中以GM1，GD1a，GD1b(二唾液酸神经节苷脂a和b)，GT1b(三唾液酸神经节苷脂b)，GQ1b(四唾液酸神经节苷脂b)为主，其次是GM2和GD3；白质以GM1和GM4为主。神经节苷脂在神经元胞体中含量略低于平均水平，在突触小体中含量高于平均水平，GT1，GD1b及GM1集中于突触前后膜。神经节苷脂位于神经元细胞膜双层结构外层，神经酰胺一端嵌入细胞膜内，寡糖链一端伸出细胞膜外突入外环境。神经节苷脂的这种非对称性分布及它们的化学性质差异使其特别易与各种细胞外信息发生相互反应，从而在细胞膜活动中充当重要角。

实验证明外源性神经节苷脂，能嵌入神经细胞膜，模仿内源性神经节苷脂的某些功能，调节膜介导的细胞功能，并能刺激中枢神经系统损伤后潜在的代替机制阻止损害的发展，保护未受损的神经组织，同时还能影响体外培养的神经元的生长及其活性，促进其存活及生芽。神经节苷脂在神经系统中的主要生理功能归纳有促进神经细胞的生长，分化发育和神经再生，参与突触传递，维持脑的正常机能，参与各种学习记忆活动，在细胞与细胞，细胞与微生物以及细胞与基质间的相互作用过程中起介导作用，调节细胞膜中各种蛋白质功能，如离子通道，表皮生长因子受体等。

在细胞膜外层神经节苷脂的定位表明，它们在细胞识别、生长和分化方面起着重要作用。已知细胞表面的神经节苷脂和其他结合糖脂组分在分化期间和细胞成熟过程中会发生变化。

神经节苷脂在引起神经元的塑性变化方面起作用，它能在细胞培养物中促进轴突生长和中枢及外周神经系统的轴突生长。研究显示，不仅神经系统的发育，而且神经系统的修复都是由作用于细胞表面的分子的胞外信号控制。神经节苷脂表现出在调节神经元发育和修复方面起着突出的作用。在神经元发育过程中，大脑神经节苷脂的特性会发生显著的量变和质变。外源性神经节苷脂能增强营养因子如NGF的作用，促进神经再生，减少病灶周围细胞死亡。外源性神经节苷脂能促进神经生长作用，即能增加神经元的数目、突触的长度及分支数目和神经营养作用，具有神经营养作用及中枢神经系统修复作用等多种生理功能。

各类神经节苷脂目前是从动物脑组织中(牛脑和猪脑)提取制备。神经节苷脂GM1在国内外临床前及临床研究显示，临床适应征包括中枢神经损伤如急性脊髓损伤和脑卒中以及帕金森氏病，潜在的临床适应症包括阿尔茨海默病、神经源性疼病和外周神经损伤。GM1注射液已有多个产品上市并在世界多个国家应用于临床。

中国科学院生物物理研究所《神经节苷脂GD1b的抗神经细胞凋亡作用及其应用》(中国发明专利，公告号：CN1634090A)，涉及调节钾离子通道活性的神经节苷脂GD1b的抗神经细胞调亡作用，还涉及神经节苷脂GD1b在制备预防和神经退行性疾病的抗神经细胞调亡药物中的应用，以及在制备预防和钾离子通道病的药物中的应用。

南昌大学《神经节苷脂GM3在制备动脉粥样硬化药物中的应用》(中国发明专利，公告号：CN110507663A)，提供了一种神经节苷脂GM3在心脑血管疾病药物中的应用，将有效量的神经节苷脂GM3作为制备心脑血管疾病的药物或药物组合物中的有效成分，经本体外实验及动物实验证明，神经节苷脂GM3在抗动脉粥样硬化上有效果。

菲迪安股份公司的《利用天然神经节苷脂或其衍生物来稳定并维持神经生长因子的生物学活性》(中国发明专利，公告号：CN1052868A)，涉及由蛋白质和神经节苷脂生成新的稳定的并且具有生物学活性的络合物，即由神经生长因子的β亚基(βNGF)和天然的神经节苷脂或它的半合成类似物，如羧酸酯和酰胺生成的稳定而又具有生物学活性的络合物，以及含有这种络合物的药物组合物，这项发明描述的神经节苷脂是GM1。

有学者用唾液酸酶(VCS)做探针研究细胞膜上神经节苷脂的通透性，VCS对神经节苷脂的底物敏感，GD1a成分越多，对VCS的反应性越低，蛋白激酶C(PKC)不激活，其活性不表达，不影响神经节苷脂在细胞表面的通透性，细胞膜上GD1a和GD1b含量改变，影响细胞膜上神经节苷脂的通透性，提示PKC活性和GD1a和GD1b的含量改变是神经节苷脂通透性改变的关键。

杨琨、刘瑞珍《对原代培养神经元类缺血再灌注损伤的影响》中西医结合心脑血管病杂志2009年10月第7卷第10期，对神经元单纯缺血再灌注组损伤和凋亡情况研究，加用GM1后有明显的神经元保护作用，且这种作用对于任一时间点都有统计学意义(P＜0.01)。GM1的这种对神经细胞的保护作用在很大程度上是通过抗细胞凋亡的作用实现的。

刘艳、张颖冬《神经节苷脂诱导骨髓间充质干细胞分化为神经细胞的作用的研究》临床神经病学杂志2009年第22卷第2期，神经节苷脂GM1诱导骨髓间充质干细胞(BMSC s)分化为神经细胞的作用，GM1诱导组BMSC s胞体变圆，突起增加，部分突起相互联结成网状，NSE阳性表达细胞为(29.47±3.26)％，GFAP阳性表达细胞为(2.32±0.18)％，FBS组和空白对照组分别为(6.97±0.56)％和(10.6±0.75)％的细胞NSE表达阳性，(1.41±0.35)％和(1.21±0.35)％的细胞GFAP表达阳性。诱导组NGFmRNA和BDNFmRNA水平显著高于FBS对照组(均P＜0.01)和空白对照组(均P＜0.05)。显示GM1在体外能诱导BMSC s分化为神经元样细胞。

宁娜、陈乃宏《神经节苷脂的生物学活性》生理科学进展2009年第40卷第1期，表述神经节苷脂GM1不仅能促进脑高级功能的正常表达而且还能改善和保护对受损的脑高级功能。神经节苷脂GT1b等糖复合物能通过轴浆运输被转运到神经元的末端，神经元末端与靶细胞结合蛋白即可能存在的特异性糖受体接受后通过动员细胞内储存钙等方式激活细胞内蛋白激酶如CaMK II等引发了传递出cdc42的活化等一系列的信号转导，导致细胞骨架肌动蛋白发生聚合丝状伪足形成突触体数量增加，前后膜的接触面积增大，说明一定浓度的GT1b等环境能进对长时程记忆产生影响促进树突的发生神经元的发育，维持神经系统正常形态和功能。

多项研究证明，神经节苷脂在神经细胞的分化、发育、神经元的可塑性、突触的传递和对增加创伤后的神经细胞的树突生成起重要作用。中枢神经系统的神经元首先在内质网合成神经节苷脂的亲脂部分，然后在内质网和高尔基体连接葡萄糖形成神经节苷脂的中性糖类主链。尔后又在糖基和唾液酸基转换酶作用下再加入中性糖和唾液酸，合成了系列神经节苷脂。

外源性神经节苷脂能嵌入神经细胞膜，能降低正常、缺氧或无糖条件下兴奋性氨基酸(EAAS)对离体脑颗粒神经细胞的毒性作用，体外培养的皮层和视网膜神经元中发现GM1可减轻EAAS所致的细胞毒性作用。对分子机制的研究表明，GM1对抗EAAS受体过度刺激引起的细胞内毒性过程的同时并不影响EAAS受体门控钙离子通过的功能特性。GM1能限制脑缺血早期EAAS的神经毒性作用减缓或防止急性神经细胞损伤的发展过程，而不影响EAAS介导的正常生理反应过程，使其调节细胞的正常功能得以维持和恢复。外源性神经节苷脂能预防某些化合物的毒性作用，它不仅能提高背根神经节细胞对不利环境条件的耐受能力，而且还能增强离体幼鼠脑细胞对外源性多巴胺的摄取功能，增加老年大鼠中脑和纹状体酪氨酸羟化酶活性以及多巴胺和3，4-二羟基含量。当外源性神经节苷脂被掺入到分离制备的大鼠神经细胞膜上时可激活Na+-K+ATP酶，通过诱导细胞膜微环境的改变或直接作用于膜上的特殊位点，引起钠泵构象的改变从而影响其活性。

由于酰基鞘氨醇蛋白位于细胞膜双脂层内，而碳水化合物极性朝向细胞外，这种物理上的不对称性及其化学结构的差异，使得神经节苷脂类物质与细胞外多种信息相互作用。细胞膜神经节苷脂类物质浓度依据神经节苷脂极性基团的动态作用、Ca2+浓度以及细胞表面糖蛋白的含量等变化，这些细胞膜神经节苷脂类物质能导致局部细胞膜结构的改变。细胞膜神经节苷脂还能影响细胞膜表面的糖蛋白和细胞嵌入蛋白。因此神经细胞膜神经节苷脂类物质变化对调节神经元对细胞内外信息传递具有重要意义。

神经节苷脂有多种类型，分子组成有差别，分子结构相似，结构中都含有一定数目的糖环、脂肪链和唾液酸基团，在神经细胞的生理活动中协同产生作用，协调神经细胞的分化、发育、神经元的可塑性、突触的传递和对增加创伤后的神经细胞的树突生成，因而单一的使用某一种神经节苷脂来神经细胞损伤有所不足。科学实验证明人脑中天然神经节苷脂中四种主要类型为GM1、GD1a、GD1b、GT1b，牛脑和猪脑中上述成分的比例和人脑的数据也很接近。神经节苷脂中GM1、GD1a、GD1b、GT1b在神经细胞保护和损伤修复中的作用具有重要意义。神经节苷脂GM1、GD1a、GD1b、GT1b组合物在制备预防和神经细胞损伤药物和食品方面很有意义。

3.发明内容

定义：

当在本文中使用时，以下术语具有下列含义：

“神经节苷脂(GLS)”指本领域技术人员已知的任何神经节苷脂。

“GM1、GD1a、GD1b、GT1b”指本领域技术人员已知的按照Sevennerholm命名法命名的各自具有特定分子组成和分子结构的四种单一的神经节苷脂，都含有糖环、脂肪链和唾液酸基团。

“其它神经节苷脂”指本领域技术人员已知的按照Sevennerholm命名法命名的除去GM1、GD1a、GD1b、GT1b的任何神经节苷脂。

发明的实施方式

科研人员经过大量的研究实验，采取各种方法提取制备外源性的神经节苷脂，并研究应用于对人的脑卒中神经细胞损伤、中枢神经损伤、周围神经损伤、老年性痴呆、帕金森氏症的和修复。国际上从上世纪七十年代始对神经节苷脂中的GM1的理化性质及其对神经细胞损伤模型的作用机理进行了深入的研究，九十年代末批准作为药物在临床上使用。我国研究人员从九十年代开始对GM1的性质和作用机理进行了系统性研究，九十年代末进入临床研究，在2005年，我国药监部门批准作为药品进入临床应用，现有多家制药企业制备生产GM1药品。

体外培养神经元细胞株Neuro-2A，建立缺氧/复氧损伤模型，考察神经节苷脂组合物对神经元的保护作用。结果显示神经节苷脂组合物对缺氧/复氧损伤Neuro-2a细胞的保护有一定的作用。

神经节苷脂组合物中各单一的神经节苷脂比例为GM1：20％-23％；GD1a：40％-43％；GD1b：15％-17％；GT1b：17％-21％。神经节苷脂组合物来源为自制，质量标准同GM1注射液。GM1、GD1a、GD1b、GT1b对照品购自alexis(牛源)，纯度＞98％(TLC)。组合物制成5mg/ml、10mg/ml、15mg/ml水溶液供试品备用。

实施例1

小鼠脑神经元细胞株Neuro-2a细胞(购自北京协和医科大学细胞库)培养与实验分组，将小鼠脑神经元细胞株Neuro-2a细胞培养于完全培养液中(MEM，FBS，100U/ml-1青霉素，0.1g/l-1链霉素，2mmol/l-1 L-谷氨酰胺)。将处于对数生长期的Neuro-2a细胞消化并吹打成单细胞悬液，调整细胞密度至4×105个/ml接种于96孔板中过夜。

细胞分组及处理如下：

①对照组：将完全培养液替换为MEM，CO2培养箱中正常培养4h，后替换为完全培养液培养24h。

②损伤模型组：将完全培养液替换为平衡盐溶液D-Hank’s，于充满95％N2-5％CO2混合气体的缺氧小室孵育4h，后置换为全培养液培养24h。

③神经节苷脂组合物组：将完全培养液置换为含有不同浓度神经节苷脂组合物(5mg/ml、10mg/ml、15mg/ml)的D-Hank’s溶液，于充满95％N2-5％CO2混合气体的缺氧小室孵育4h，后置换为含有不同浓度神经节苷脂组合物(5mg/ml、10mg/ml、15mg/ml)的完全培养液培养24h。

实施例2

神经节苷脂组合物对缺氧/复氧损伤Neuro-2a细胞的作用

细胞分组处理后，收取细胞上清液，全自动生化仪测定上清液中LDH的含量，采用LDH试剂盒检测。弃去细胞培养液，用正常细胞液洗涤3次，每孔各加入60μl LDH检测工作液混匀，室温避光孵育30min，然后各孔中再加入50μl终止液，酶标仪在490nm处测定吸光度OD值。DMEM培液与CCK-8溶液按10∶1的比例混合匀，弃去原始培液，每孔加入CCK-8溶液混合液，37℃、5％CO2条件下避光孵育4h，在450nm波长下测定各孔的吸光度值，数据计量资料用均数±标准差(x±s)表示，组间比较采用单因素方差分析，组间两两比较若方差齐采用LSD法，P＜0.05为差异有统计学意义，见表1。与正常对照组比较，缺氧/复氧损伤模型组细胞活力明显降低(P＜0.01)，LDH值明显升高(P＜0.01)。与模型组比较，神经节苷脂组合物10、15mg/ml组可以显著增加细胞活力(P＜0.01)，减少LDH(P＜0.01)，表明神经节苷脂组合物对缺氧/复氧损伤Neuro-2a细胞具有保护作用。

表1组合物各组细胞活力、LDH值

注：比较对照组，☆P＜0.01；比较模型组，★P＜0.01

实施例3

神经节苷脂组合物对缺氧/复氧损伤Neuro-2a细胞凋亡的影响

细胞分组处理后，用胰酶消化成单细胞，离心弃去培养液，用少量PBS重悬细胞，反复洗涤3次后，加入100μg/ml PI避光染30min，上流式细胞仪检测细胞凋亡率，数据用均数±标准差(x±s)表示，各组间均数比较采用t检验和方差分析SNK法检验，见表2。

表2组合物各组细胞凋亡率

与比较对照组比较，☆P＜0.01；与模型组比较，★P＜0.05，ΔP＜0.01

对照组细胞在实验的不同时间点凋亡率无明显差别(P＞0.05)，模型组后一时间点的细胞凋亡率显著高于前一时间点细胞凋亡率(P＜0.01)，凋亡作用逐渐增强；神经节苷脂组合物组在各个时间点的细胞凋亡率明显低于模型组(P＜＜0.01或P＜0.05)。结果可看出在每一时间点，加用神经节苷脂组合物组细胞仍有一定程度的细胞损伤和凋亡，较正常对照组来说有统计学意义差异。但对于模型组从损伤和凋亡情况来看，加用神经节苷脂组合物后有明显的神经元保护作用。体外细胞培养证明，凋亡是神经元细胞缺氧、缺血损伤后的重要死亡方式且凋亡比率与缺氧、缺血损伤的程度在一定范围内呈正相关，故抑制凋亡能够降低神经细胞死亡率，减少受损神经元达到保护的目的。