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Introduction

隨著生活方式的改變以及社會壓力的增加，睡眠不足已成為當代社會普遍存在的問題。流行病學研究結(jié)果表明，每晚少于或等于6小時的睡眠會使中年人患癡呆的風險增加30%，尤其阿爾茨海默病(AD)。

越來越多的研究表明，腦鐵穩(wěn)態(tài)失調(diào)與包括AD在內(nèi)的多種神經(jīng)退行性疾病有關。腦鐵沉積發(fā)生在老年斑形成之前，并促進Aβ產(chǎn)生和Tau聚集。鐵螯合劑，如去鐵胺可有效改善AD。此外，失眠患者部分腦區(qū)鐵沉積增加，且鐵負荷水平與認知能力快速下降之間表現(xiàn)出強相關性。提示，鐵穩(wěn)態(tài)失調(diào)可能是架起睡眠障礙與AD的中間橋梁。

營養(yǎng)性生酮，包括生酮飲食(KD)和直接外源性補充酮體(EKS，如酮酯、酮鹽和中鏈甘油三酯）。營養(yǎng)性生酮因其在包括AD在內(nèi)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面的潛在益處而受到廣泛關注。KD因其較低的碳水化合物和較高的脂肪攝入，依從性較差。相比之下，EKS可以避免KD的飲食限制和不良反應，具有更好的耐受性和安全性。我們前期研究證實，KD可以降低長期睡眠剝奪誘導的AD易感性。然而，EKS對長期睡眠剝奪誘導AD易感性的影響尚不明確。

沉默信息調(diào)節(jié)因子1 (Sirt1)是一種NAD+依賴的去乙?；福竽X中Sirt1的水平隨著年齡的增長而下降。睡眠剝奪會引發(fā)海馬神經(jīng)元鐵死亡，并伴隨Sirt1水平降低。同時，Sirt1抑制劑Sirtinol可以廢除H2S對睡眠剝奪小鼠認知損傷的保護作用。作者前期的研究發(fā)現(xiàn)，KD預防性干預上調(diào)Sirt1水平，抑制神經(jīng)元鐵死亡，提示營養(yǎng)生酮可能通過Sirt1降低長期睡眠剝奪介導AD的易感性。

聊城大學生物制藥研究院溫敏副教授、中國海洋大學食品科學與工程學院王玉明教授等在本文以長期睡眠剝奪誘導的AD模型小鼠為研究對象，比較研究了了營養(yǎng)性生酮（KD和EKS）對其認知障礙、AD典型病理的改善作用；從鐵穩(wěn)態(tài)、線粒體代謝、脂質(zhì)過氧化和Sirt1-Nrf2信號通路探討其潛在分子機制；提出營養(yǎng)性生酮可作為長期睡眠障礙暴露人群AD預防的營養(yǎng)干預策略，且EKS可以作為KD的替代療法。

Results and Discussion

營養(yǎng)性生酮干預改善AD模型小鼠認知障礙、腦內(nèi)Aβ沉積

為了明確EKS對長期睡眠剝奪誘導AD的預防效果，對小鼠學習認知能力以及腦內(nèi)AD病理進行分析。水迷宮實驗結(jié)果表明，KD和EKS可顯著縮短潛伏期，增加穿越目標區(qū)域的次數(shù)，改善AD模型小鼠認知障礙。同時，KD和EKS顯著降低BACE1和Aβ的水平，減輕AD小鼠腦內(nèi)Aβ斑塊沉積（圖1D，硫黃素S染色），并下調(diào)p-tau水平，且EKS的效果與KD相當。而EX527（Sirt1特異性抑制劑）顯著削弱了EKS對小鼠學習認知能力及上述AD病理的改善作用。

圖1營養(yǎng)性生酮預防性干預降低了長期睡眠剝奪誘導的AD易感性

營養(yǎng)性生酮干預抑制海馬鐵穩(wěn)態(tài)失調(diào)

與對照組相比，AD模型小鼠腦內(nèi)總鐵水平顯著增加，KD和EKS可同等程度地降低AD小鼠腦內(nèi)總鐵水平（圖2A），進而改善腦鐵沉積（圖2B）。初步的機制研究結(jié)果顯示，KD和EKS可顯著降低IRP1，TFR1, DMT1的水平，提高FTH1和FPN1的水平，抑制AD小鼠海馬鐵代謝失調(diào)（圖2C）,且EKS的效果與KD相當。而EX527（Sirt1特異性抑制劑）顯著削弱了EKS對AD小鼠海馬鐵穩(wěn)態(tài)失調(diào)的改善作用。

圖2營養(yǎng)性生酮預防性干預抑制小鼠海馬鐵穩(wěn)態(tài)失調(diào)

營養(yǎng)性生酮干預改善海馬線粒體代謝

鐵主要通過合成線粒體呼吸鏈Fe-S參與線粒體代謝，而線粒體作為細胞鐵代謝的關鍵樞紐，在細胞鐵穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。與對照組相比，AD模型小鼠海馬線粒體復合物I-V相關蛋白水平顯著降低（圖3A），提示線粒體代謝障礙；同時，線粒體脊減少，呈空泡化（圖3B）。KD和EKS干預可顯著提高線粒體復合物I-V相關蛋白水平，改善線粒體形態(tài)，且EKS對線粒體復合物Ⅱ的促進作用優(yōu)于KD。EX527顯著廢除了EKS對AD小鼠海馬線粒體復合物I-Ⅳ的改善作用，但對線粒體復合物Ⅴ相關蛋白無顯著性影響。以上研究結(jié)果表明，營養(yǎng)性生酮通過調(diào)節(jié)線粒體代謝調(diào)控海馬鐵穩(wěn)態(tài)。

圖3營養(yǎng)性生酮預防性干預改善小鼠海馬線粒體代謝和形態(tài)

營養(yǎng)性生酮干預通過Sirt1-Nrf2通路抑制海馬脂質(zhì)過氧化物堆積

鐵依賴的脂質(zhì)過氧化物積累是鐵死亡的主要驅(qū)動者。xCT-GSH-GPX4軸是細胞內(nèi)主要的脂質(zhì)過氧化物脫毒軸。Nrf2作為細胞內(nèi)氧化還原穩(wěn)態(tài)的核心調(diào)節(jié)者，通過調(diào)控xCT-GSH-GPX4軸抑制脂質(zhì)過氧化物堆積，參與調(diào)控鐵死亡。與對照組相比，AD模型小鼠海馬脂質(zhì)過氧化物（MDA）水平顯著降升高（圖4A），并伴隨GSH、xCT和GPX4以及Sirt1-Nrf2及其下游信號通路相關蛋白（HO-1、NQO1）水平下調(diào)。KD和EKS可同等程度地提高上述蛋白的表達水平，降低MDA水平。而EX527顯著廢除了EKS對上述蛋白的改善作用。以上研究結(jié)果表明，營養(yǎng)性生酮通過Sirt1-Nrf2通路抑制海馬脂質(zhì)過氧化物堆積。

圖4營養(yǎng)性生酮預防性干預激活Sirt1-Nrf2信號通路，減輕AD小鼠海馬脂質(zhì)過氧化

Conclusion

本研究發(fā)現(xiàn)，EKS對慢性睡眠剝奪誘導AD具有一定的預防作用，且效果與KD相當。一方面，EKS和KD通過抑制BACE1減少Aβ的生成；另一方面，EKS和KD通過調(diào)節(jié)線粒體代謝維持神經(jīng)元鐵穩(wěn)態(tài)，并激活Sirt1-Nrf2信號通路減少脂質(zhì)過氧化物，抑制神經(jīng)元鐵死亡。EX527 (Sirt1抑制劑)廢除了EKS的上述保護作用，這表明營養(yǎng)性生酮對長期睡眠剝奪介導AD的預防作用與Sirt1密切相關。綜上所述，直接外源性補充酮體是一種潛在的降低長期睡眠障礙人群AD風險的營養(yǎng)干預策略，其在臨床應用中具有廣闊的前景。

01第一作者簡介

楊悅琦，女 ，理學碩士，現(xiàn)就讀于聊城大學生物制藥研究院，主要研究方向為營養(yǎng)性生酮對AD的預防作用，曾獲聊城大學研究生一等學業(yè)獎學金；山東省營養(yǎng)科學與技術大會（研究生論壇）優(yōu)秀報告獎等。目前以第一作者發(fā)表SCI論文3 篇。

02通信作者簡介

溫敏，女，聊城大學生物制藥研究院副教授、碩士生導師、注冊營養(yǎng)師（RD）、山東省營養(yǎng)學會營養(yǎng)科學研究專委會常務委員、山東省營養(yǎng)學會特殊食品專委會委員。近年來主要研究食品功能成分對中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病（如認知障礙、阿爾茨海默癥、焦慮抑郁等）的防治作用，并探究其分子機制；主持山東省自然科學基青年項目1 項，參與國家自然科學基金面上項目1 項，產(chǎn)學研項目2 項，累計科研經(jīng)費100余萬元。發(fā)表SCI文章30余篇。

Exogenous ketogenic supplements can mitigate the susceptibility to Alzheimer’s disease induced by chronic sleep deprivation: emerging role of Sirt1 in ferroptosis

Yueqi Yanga, Xueyan Wanga, Lu Chena, Ning Zhanga, Shilei Jia, Zhengping Wanga, Jun Hana, Yuming Wangb, Min Wena,c,*

a Institute of Biopharmaceutical Research, Liaocheng University, Liaocheng 252059, China

b College of Food Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266003, China

c Pet Nutrition Research and Development Center, Gambol Pet Group Co., Ltd., Liaocheng 252000, China

*Corresponding author.

Abstract

Emerging evidence supports that sleep disorders are the main risk factor for sporadic Alzheimer’s disease (AD), and iron dysregulation may be the link between them. Our previous studies have confirmed that ketogenic diet (KD) can prevent chronic sleep deprivation-induced AD. However, it is uncertain whether exogenous ketones supplements (EKS), as an alternative intervention, have the same effects as KD. Thus, we investigated the prophylactic efficiency of EKS on chronic sleep deprivation-induced AD and reveal the underlying mechanism focus on iron metabolism. We observed that the prophylactic efficacy of EKS against chronic sleep deprivation-induced AD was comparable to that of KD. Meanwhile, our results suggest that both EKS and KD inhibited iron metabolism disorder through regulation of iron metabolism-related proteins. Moreover, we found that both EKS and KD reduced hippocampal mitochondrial dysfunction and iron-mediated lipid peroxides. Furthermore, EX527 (silent information regulator 1 (Sirt1) inhibitor), mostly abrogated these above protections of EKS, suggesting that the prophylactic effect of EKS on AD is partly dependent on Sirt1. Our findings provide novel evidence that EKS can be developed as functional foods to prevent or delay the development of AD, particularly in individuals with sleep disorders.

Reference:

YANG Y Q, WANG X Y, CHEN L, et al. Exogenous ketogenic supplements can mitigate the susceptibility to Alzheimer’s disease induced by chronic sleep deprivation: emerging role of Sirt1 in ferroptosis[J]. Food Science and Human Wellness, 2025, 14(3): 9250067. DOI:10.26599/FSHW.2024.9250067.

本文編譯內(nèi)容由作者提供

編輯：王佳紅；責任編輯：孫勇

封面圖片：圖蟲創(chuàng)意