癸酸（一种MCT饮食成分）能够缓解由长期摄入D-半乳糖和D-半乳糖/AlCl3诱导的加速衰老及神经毒性小鼠模型中的认知障碍和细胞衰老现象，并促进自噬作用

《Frontiers in Aging Neuroscience》：Decanoic acid, an MCT dietary component, alleviates cognitive impairment, cellular senescence, and promotes autophagy in accelerated aging and neurotoxic mouse models induced by chronic administration of D-galactose and D-galactose/AlCl3

　　认知衰退的加速衰老和阿尔茨海默病样神经毒性模型中，癸酸显著改善学习记忆、抑制氧化应激、促进自噬、减少β-淀粉样蛋白沉积和细胞衰老，而辛酸单独效果有限，联合使用可部分协同作用。

　　随着年龄的增长，认知能力逐渐下降，这增加了老年人患痴呆症和阿尔茨海默病的风险。近年来，中链甘油三酯（MCT）生酮饮食因其在对抗与年龄相关的认知衰退方面的潜力而受到关注。然而，尽管MCT饮食被广泛研究，但其中特定成分——癸酸和辛酸在神经保护方面的具体作用机制仍未完全明确。本研究旨在探讨这两种成分在加速衰老及阿尔茨海默病样神经毒性模型中的神经保护作用，以期为预防和延缓认知衰退提供新的科学依据。

### 1. 研究背景

认知衰退是指随着年龄增长，大脑功能逐渐下降，表现为记忆力减退、决策能力下降、推理能力减弱、语言功能障碍和思维能力降低。阿尔茨海默病是一种严重的认知退化，显著影响患者的生活质量。世界卫生组织（WHO）数据显示，2023年阿尔茨海默病是老年人第七大死因。预计到2030年，全球60岁及以上的人口将增加至14亿，阿尔茨海默病的发病率也随之上升。因此，针对与衰老相关的生物标志物进行干预，可能有助于延缓阿尔茨海默病的发病，延长健康寿命。

衰老是一个复杂的过程，涉及身体、生理、代谢和心理层面的持续变化。衰老过程受到多种分子和细胞机制的影响，包括氧化损伤、自噬功能的退化、营养感应通路（如哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物mTOR和AMPK通路）的失调，以及细胞衰老的增加。研究发现，阿尔茨海默病与衰老密切相关，尤其是β-淀粉样蛋白的沉积会损害线粒体功能，从而引发氧化应激。线粒体产生的活性氧（ROS）不仅会诱导自噬，还会通过抑制mTOR和激活AMPK通路，影响自噬的进行。自噬功能的降低与细胞衰老负担的增加密切相关，这在不同物种的衰老模型中均有体现。因此，减少细胞衰老负担可能有助于改善认知衰退和阿尔茨海默病的发展。

此外，营养干预被证明是降低衰老相关疾病风险的一种有效手段。MCT是从天然来源（如椰子油）中提取的中链饱和脂肪酸，它们在消化系统中被分解为中链脂肪酸，然后在肝脏中通过β-氧化转化为酮体，如乙酰乙酸、β-羟基丁酸和丙酮。MCT补充的生酮饮食在改善与年龄相关的神经退行性疾病方面展现出潜力，包括阿尔茨海默病和帕金森病。最近的临床试验表明，MCT补充剂可能为轻度认知障碍和轻度至中度阿尔茨海默病患者提供认知功能改善的可能。然而，目前尚未有专门针对癸酸和辛酸在衰老或阿尔茨海默病样神经毒性中的作用机制的研究。因此，本研究通过建立加速衰老模型和阿尔茨海默病样神经毒性模型，探讨癸酸和辛酸的神经保护作用。

### 2. 研究方法

本研究使用了瑞士白化小鼠作为实验对象，通过D-半乳糖（D-gal）诱导加速衰老，或结合D-gal和铝氯化物（AlCl?）来模拟阿尔茨海默病的神经毒性。实验分为多个组别，每组包含8只小鼠（4只雄性和4只雌性）。所有实验均遵循动物伦理委员会批准的方案，并遵循3R原则（替代、减少和优化）以减少动物使用。实验期间，小鼠在实验室中适应了7天，并在恒定的温度（25±2℃）和湿度（55–65%）条件下饲养，保持12小时光照和12小时黑暗的周期。小鼠被提供标准颗粒饲料和自由饮水。

实验中，D-gal被通过皮下注射每日给予，持续8周，剂量为100mg/kg。为了诱导阿尔茨海默病样神经毒性，小鼠同时接受每日口服AlCl?（20mg/kg）和皮下注射D-gal（100mg/kg）。癸酸和辛酸的剂量是根据临床研究中对轻度至中度阿尔茨海默病患者的MCT补充剂进行换算，分别设定为1100mg/kg和1400mg/kg。在实验过程中，这些化合物被通过口服灌胃给予，每次剂量不超过10mL/kg体重，同时与D-gal和AlCl?共同使用。实验中使用的载体为0.5%的甲基纤维素水溶液，该溶液不会被系统吸收，从而确保剂量的一致性。

### 3. 认知功能评估

为了评估小鼠的记忆和空间学习能力，实验在最后一周进行了改良版的莫里斯水迷宫测试。该测试包括5天的训练阶段和第6天的探针测试。训练阶段中，小鼠被放置在四个象限中，寻找隐藏平台。逃逸潜伏期（escape latency）是衡量学习能力的重要指标。探针测试中，平台被移除，小鼠被允许在水池中游泳60秒，记录其在目标象限停留的时间百分比（% dwell time）以评估空间记忆能力。

结果显示，在D-gal诱导的加速衰老模型中，未经处理的小鼠表现出显著的逃逸潜伏期延长，表明学习能力受损。而接受癸酸处理的小鼠在第4天和第5天的逃逸潜伏期明显缩短（p < 0.01），其在探针测试中停留目标象限的时间百分比也显著增加（p = 0.04）。相比之下，辛酸处理的小鼠在探针测试中表现出一定的改善，但其效果不如癸酸显著。在D-gal与AlCl?共同诱导的阿尔茨海默病样神经毒性模型中，癸酸和辛酸均显示出一定的改善作用，但只有癸酸能够显著减少逃逸潜伏期（p < 0.001）和增加目标象限停留时间百分比（p = 0.0099）。

### 4. 神经保护机制分析

#### 4.1 抗氧化作用

在D-gal诱导的加速衰老模型中，癸酸显著提高了抗氧化酶的活性，包括超氧化物歧化酶（SOD）、还原型谷胱甘肽（GSH）和过氧化氢酶（CAT）。这些酶的活性增强有助于减少氧化应激，从而保护神经细胞免受损伤。相比之下，辛酸仅表现出轻微的改善效果，未显著提高这些酶的活性。这一结果表明，癸酸在对抗氧化损伤方面具有更明显的优势。

#### 4.2 自噬调控

自噬是细胞清除受损线粒体（即线粒体自噬）和异常蛋白的重要机制。研究发现，癸酸能够通过抑制mTOR通路促进自噬，而辛酸则未表现出显著的自噬调控能力。mTOR是自噬的负调控因子，其活性的降低有助于激活自噬。在阿尔茨海默病样神经毒性模型中，癸酸显著降低了mTOR的表达水平，从而促进了自噬的进行。这一机制有助于清除细胞内的异常蛋白，减少神经毒性。

#### 4.3 细胞衰老抑制

细胞衰老是衰老过程中的一种重要现象，其特征是细胞周期停滞和β-半乳糖苷酶（SA-β-gal）活性的增加。实验结果显示，癸酸能够显著减少SA-β-gal阳性细胞的数量，从而抑制细胞衰老。相比之下，辛酸的抑制效果较弱。这表明，癸酸在延缓细胞衰老方面具有更显著的作用。

#### 4.4 β-淀粉样蛋白毒性缓解

β-淀粉样蛋白（Aβ）的沉积是阿尔茨海默病的重要病理特征之一。在D-gal/AlCl?诱导的阿尔茨海默病样神经毒性模型中，癸酸显著降低了Aβ蛋白的表达水平，包括Aβ前体蛋白（APP）和β-分泌酶1（BACE1）的mRNA表达。通过Congo红染色，可以观察到Aβ蛋白的沉积情况，癸酸处理的小鼠中Aβ沉积明显减少。这表明，癸酸在缓解Aβ毒性方面具有重要作用。

相比之下，辛酸对Aβ蛋白的表达和沉积没有显著影响，尽管其在一定程度上改善了认知行为。这说明，辛酸可能通过其他机制，如提高抗氧化活性，对认知功能产生一定的辅助作用，但其主要效果可能依赖于与癸酸的协同作用。

### 5. 研究结论

本研究首次揭示了癸酸和辛酸在加速衰老和阿尔茨海默病样神经毒性中的不同神经保护作用。癸酸通过增强抗氧化活性、促进自噬、抑制细胞衰老和减少Aβ毒性，展现出显著的神经保护效果。而辛酸虽然在某些方面表现出改善作用，但其效果较弱，且在调控自噬和Aβ毒性方面未显示出独立作用。这一发现提示我们，MCT饮食的神经保护作用可能主要依赖于癸酸的贡献，而辛酸的作用可能需要与其他成分协同才能发挥最佳效果。

此外，本研究还发现，癸酸能够显著提高尿液中的酮体水平，这可能是其神经保护作用的重要机制之一。酮体作为替代能量来源，能够为神经元和星形胶质细胞提供额外的能量支持，减少葡萄糖供应不足对大脑功能的影响。而辛酸虽然也能够促进酮体生成，但其单独作用的神经保护效果有限，可能需要与癸酸共同使用才能达到最佳效果。

综上所述，癸酸在对抗衰老相关神经退行性疾病中展现出更显著的神经保护潜力。这一研究为MCT饮食作为预防认知衰退和神经退行性疾病的策略提供了新的视角，并强调了不同MCT成分在其中的差异性作用。未来的研究可以进一步探讨癸酸和辛酸的协同作用机制，以及它们在不同神经退行性疾病中的应用潜力。