在现代社会，睡眠不足已成为一种普遍现象，它不仅影响人们的生活质量，还与认知功能障碍密切相关。长期睡眠剥夺会导致记忆力下降、注意力不集中以及执行功能受损，增加患痴呆症的风险。随着人们对健康的关注度不断提高，开发能够改善睡眠剥夺引起认知障碍的功能性食品成为了一个重要的研究方向。

近期，一项研究评估了一种由天麻、黄精和茯苓组成的草药功能性食品配方——天麻复方（CGEF），发现该复方通过调节多种生物标志物和信号通路，显著改善了慢性睡眠限制（CSR）小鼠的认知功能。CGEF 源自经典的中药方剂 “茯苓天麻汤”，在增强认知功能方面显示出潜力。

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CGEF成分的液相色谱-质谱（LCMS）特征

在该研究中，CGEF 由天麻、黄精和茯苓按照 1:1:1 的比例混合，经过三次水提取后制备而成。通过液相色谱 - 质谱（LCMS）分析，研究人员在 CGEF 中鉴定出了 28 个特征峰，这些峰分别对应于三种草药的成分。分析结果显示，CGEF 中含有天麻素、对羟基苯甲醇等来自天麻的活性成分，以及黄精和茯苓中的多种皂苷、单糖和多糖。这些成分共同构成了 CGEF 的化学基础，为其药理作用提供了物质基础。

图2 CGEF成分的液相色谱-质谱（LCMS）特征

CGEF对CSR小鼠运动活动的影响

在研究中，研究人员通过开放场测试（OFT）评估了 CGEF 对 CSR 小鼠运动活动的影响。结果显示，CSR 小鼠与对照组相比，在运动距离、运动时间和速度方面均无显著差异，表明 CSR 并未对小鼠的运动能力产生影响。同样，CGEF 的给药也未对小鼠的运动活动产生显著影响。这表明 CGEF 的认知改善作用并非通过改变小鼠的运动能力来实现的，而是可能通过其他机制发挥作用。

图3 CGEF对CSR小鼠运动活动的影响

CGEF对CSR小鼠Y迷宫表现的影响

Y 迷宫测试是一种常用的评估小鼠短期空间记忆的方法。在本研究中，CSR 小鼠的自发交替率显著低于对照组，表明 CSR 诱导了小鼠短期空间记忆障碍。然而，经过 CGEF（1.25g/kg 和 2.5g/kg）处理的 CSR 小鼠，其自发交替率显著提高，表明 CGEF 对 CSR 引起的认知缺陷具有保护作用。通过热图分析进一步发现，CSR 小鼠在 Y 迷宫中表现出重复进入同一臂的行为，而 CGEF 处理的小鼠则表现出更广泛的探索行为，这进一步证实了 CGEF 对 CSR 小鼠认知功能的改善作用。

图4 CGEF对CSR小鼠Y迷宫表现的影响

CGEF对CSR小鼠物体识别表现的影响

物体识别测试包括新物体识别测试（NORT）和物体位置识别测试（OLRT），用于评估小鼠的新奇物体识别能力和空间记忆。研究结果显示，CSR 小鼠在 NORT 和 OLRT 中的区分指数均显著低于对照组，表明 CSR 诱导了小鼠新奇物体识别和空间记忆障碍。而 CGEF 的给药显著逆转了 CSR 引起的区分指数下降，表明 CGEF 能够有效缓解 CSR 小鼠的认知障碍，改善其对新奇物体和位置的记忆能力。

图5 CGEF对CSR小鼠物体识别表现的影响

CGEF对CSR小鼠Morris水迷宫表现的影响

Morris 水迷宫测试是一种广泛用于评估小鼠空间学习和记忆能力的方法。在本研究中，CSR 小鼠在定位导航训练阶段的逃避潜伏期显著延长，表明 CSR 对小鼠的空间学习和记忆能力产生了负面影响。然而，CGEF 的给药以剂量依赖性的方式改善了 CSR 小鼠的表现，其中低剂量 CGEF 在第 5 天显著降低了逃避潜伏期，中剂量在第 2、3 和 5 天改善了表现，高剂量在第 2 天就显示出效果。在随后的空间探索测试中，CSR 显著减少了平台穿越次数以及在目标象限停留的时间和距离。而 CGEF 中剂量组改善了穿越次数，低剂量组改善了目标象限时间和距离。这些结果表明，CGEF 能够显著改善 CSR 小鼠的空间学习和记忆能力，减轻 CSR 对其认知功能的损害。

图6 CGEF对CSR小鼠Morris水迷宫表现的影响

CGEF对CSR小鼠被动回避表现的影响

被动回避测试是一种基于条件反射和回避行为来评估小鼠学习和记忆能力的方法。在本研究中，CSR 显著缩短了小鼠进入黑暗箱的潜伏期，并增加了错误次数，表明 CSR 对小鼠的学习和记忆能力产生了负面影响。然而，CGEF 的给药显著延长了进入黑暗箱的潜伏期，并减少了错误次数，表明 CGEF 对 CSR 小鼠的学习和记忆能力具有保护作用，能够改善其学习和记忆的巩固过程。

图7 CGEF对CSR小鼠被动回避表现的影响

CGEF对CSR小鼠氧化应激相关生化指标的影响

氧化应激是认知功能障碍的一个关键因素，与睡眠剥夺密切相关。本研究中，CSR 显著增加了小鼠血清中的丙二醛（MDA）、过氧化氢（H₂O₂）水平，降低了超氧化物歧化酶（SOD）活性，表明 CSR 诱导了氧化应激。此外，CSR 还导致谷胱甘肽（GSH）水平下降，谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性降低，谷胱甘肽二硫化物（GSSG）水平升高。CGEF 的给药显著逆转了这些氧化应激标志物的变化，表明 CGEF 具有抗氧化作用，能够减轻 CSR 引起的氧化应激损伤。此外，CGEF 还显著上调了小鼠海马体中 Nrf2/HO-1 通路的活性，Nrf2 是细胞抵御氧化应激的关键因子，其激活可以诱导抗氧化蛋白的表达，尤其是 HO-1。因此，CGEF 可能通过激活 Nrf2/HO-1 通路来增强大脑的抗氧化能力，从而减轻氧化应激引起的神经元损伤。

图8 CGEF对CSR小鼠氧化应激相关生化指标的影响

CGEF对CSR小鼠炎症相关生化指标的影响

越来越多的证据表明，睡眠剥夺会显著升高促炎细胞因子，从而引发炎症反应，导致神经元损伤和认知功能障碍。本研究中，CSR 显著增加了小鼠血清中肿瘤坏死因子 -α（TNF - α）、白细胞介素 - 1β（IL - 1β）和白细胞介素 - 6（IL - 6）的水平。在海马体中，CSR 也导致 IL - 1β 和 IL - 6 表达显著增加。而 CGEF 的给药显著抑制了这些炎症细胞因子的升高，表明 CGEF 具有抗炎作用，能够减轻 CSR 引起的神经炎症，从而对认知功能障碍起到缓解作用。

图9 CGEF对CSR小鼠炎症相关生化指标的影响

CGEF对CSR小鼠TLR2/MyD88/NF-κB通路的影响

TLR2（Toll - 样受体 2）是中枢神经系统神经炎症的关键调节因子。当 TLR2 被激活时，会启动一系列信号级联反应，促进炎症介质如 TNF - α、IL - 1β 和 IL - 6 的表达，从而建立慢性促炎环境。TLR2/MyD88/NF - κB 通路在协调这种炎症反应中起着核心作用。本研究中，CSR 显著上调了小鼠海马体中 TLR2 和 MyD88 的表达，同时增加了 NF - κB 的磷酸化和乙酰化。而 CGEF 的给药显著抑制了 TLR2/MyD88/NF - κB 信号通路的激活，表明 CGEF 通过抑制这一通路来减轻 CSR 引起的神经炎症和细胞凋亡，从而对认知功能障碍起到缓解作用。

图10 CGEF对CSR小鼠TLR2/MyD88/NF-κB通路的影响

CGEF对CSR小鼠海马体凋亡蛋白表达的影响

神经炎症与神经元凋亡密切相关，神经元凋亡是认知功能障碍的一个重要贡献因素。本研究中，CSR 显著上调了小鼠海马体中促凋亡蛋白 caspase - 8 和 BAX 的表达，同时下调了抗凋亡蛋白 BCL2 的表达，导致 BCL2/BAX 比值失衡。而 CGEF 的给药显著增加了 BCL2 的表达，同时抑制了 caspase - 8 和 BAX 的激活，显著逆转了 CSR 引起的 BCL2/BAX 比值下降，表明 CGEF 通过调节关键凋亡信号通路来减轻 CSR 引起的神经元凋亡，从而对认知功能障碍起到保护作用。

图11 CGEF对CSR小鼠海马体凋亡蛋白表达的影响

CGEF对CSR小鼠海马体PI3K/AKT/GSK3β和CREB信号通路的影响

PI3K/AKT/GSK3β 通路在调节细胞生存、代谢和凋亡等重要生物学功能中起着基础性作用，其激活对于神经保护和神经元存活至关重要。本研究中，CSR 显著抑制了小鼠海马体中 PI3K/AKT/GSK3β 通路中关键蛋白的磷酸化，同时降低了 cAMP 反应元件结合蛋白（CREB）的磷酸化。而 CGEF 的给药显著恢复了 PI3K/AKT/GSK3β 和 CREB 的磷酸化水平，表明 CGEF 通过调节这一信号通路来维持神经元的完整性，增强突触可塑性，从而对 CSR 引起的认知功能障碍起到缓解作用。此外，CGEF 还被证明可以抑制 GSK3β 活性，从而促进 cAMP 反应元件结合蛋白（CREB）的激活。CREB 作为一种关键的转录因子，能够诱导包括脑源性神经营养因子（BDNF）在内的多种神经营养蛋白的表达，从而促进突触的强化和神经元的可塑性。BDNF 通过与其高亲和力受体 TrkB 结合，启动一系列信号级联反应，促进神经元的存活和突触的维持。BDNF/TrkB 信号通路的激活进一步刺激 PI3K/AKT 通路，形成一个正反馈环路，增强突触蛋白的表达，如 PSD95 和 SYN。这些蛋白对于神经发育、突触可塑性、神经传递和记忆形成至关重要。研究表明，TrkB 的激活对于改善神经元的可塑性至关重要，这对于维持神经完整性和认知功能至关重要。综上所述，这些分子机制表明 CGEF 可能通过激活 PI3K/AKT/GSK3β 通路和上调神经营养蛋白来保护免受 CSR 引起的认知障碍，最终增强突触功能和神经元完整性。

图12 CGEF对CSR小鼠海马体PI3K/AKT/GSK3β和CREB信号通路的影响

CGEF对CSR小鼠海马体神经保护蛋白的影响

慢性睡眠限制显著降低了海马体中突触蛋白 PSD95 和 SYN 的表达，同时也降低了脑源性神经营养因子（BDNF）及其受体 TrkB 的表达。而 CGEF 的给药显著增加了 SYN 和 BDNF 的水平，高剂量的 CGEF 显著增强了 PSD95 的表达，低剂量和高剂量的 CGEF 显著上调了 TrkB 的表达，表明 CGEF 能够缓解 CSR 引起的突触功能障碍和神经营养缺陷，从而对认知功能障碍起到缓解作用。

图13 CGEF对CSR小鼠海马体神经保护蛋白的影响

CGEF对CSR小鼠海马体神经递质水平的影响

CSR 显著降低了小鼠海马体中 5 - 羟色胺（5 - HT）的水平，同时增加了其代谢产物 5 - 羟吲哚乙酸（5 - HIAA）的水平，表明 CSR 影响了 5 - HT 的合成并加速了其代谢。此外，CSR 还导致多巴胺（DA）、谷氨酸（Glu）、γ - 氨基丁酸（GABA）和褪黑素（MEL）水平的显著下降，而肾上腺素（NE）和肾上腺素（E）水平则显著上升。CGEF 的给药有效逆转了 CSR 引起的神经递质失衡，恢复了 5 - HT、DA、GABA 和 MEL 的水平，降低了 5 - HIAA、NE 和 E 的水平，表明 CGEF 在恢复神经递质稳态方面发挥了关键作用，从而对抗了 CSR 引起的神经化学失调和认知功能障碍。

图14 CGEF对CSR小鼠海马体神经递质水平的影响

CGEF对CSR小鼠前额叶皮层神经递质水平的影响

在前额叶皮层（PFC），CSR 也导致了类似的神经递质变化，包括 5 - HT 水平的显著下降和 5 - HIAA 水平的显著上升，以及 DA、Glu、GABA 和 MEL 水平的降低，NE 和 E 水平的升高。CGEF 的给药同样有效逆转了这些变化，表明 CGEF 在调节 PFC 神经递质水平方面也发挥了重要作用，这对于改善认知功能障碍具有重要意义。

图15 CGEF对CSR小鼠前额叶皮层神经递质水平的影响

CGEF对CSR小鼠大脑中色氨酸代谢的影响

色氨酸（TRP）是 5 - HT 合成的关键前体物质，也是犬尿氨酸（KYN）代谢途径的重要组成部分，该途径占 TRP 代谢的约 95%。CSR 显著扰乱了 TRP 代谢，导致 TRP 水平在海马体和 PFC 中显著增加，而 KYN 和 3 - 羟基犬尿氨酸（3 - HK）水平显著降低。此外，CSR 还显著增加了神经毒性代谢产物喹啉酸（QUIN）的水平，这种物质与兴奋毒性、神经炎症和认知功能障碍有关。CGEF 的给药有效改善了 TRP 代谢，降低了 TRP 和 QUIN 的积累，增加了 KYN 和 3 - HK 的水平，表明 CGEF 能够通过抑制 QUIN 的产生来减轻 TRP - KYN 途径的过度激活，从而保护神经元免受兴奋毒性损伤，改善认知功能。

图16 CGEF对CSR小鼠大脑中色氨酸代谢的影响

小结

综上所述，该研究深入探讨了天麻 - 黄精 - 茯苓复方（CGEF）对慢性睡眠限制（CSR）小鼠认知功能障碍的影响及其潜在机制。研究结果表明，CGEF 通过多种机制显著改善了 CSR 小鼠的认知功能障碍，包括抑制 TLR2/MyD88/NF - κB 通路以减轻神经炎症，调节 PI3K/Akt/GSK3β 通路以维持神经元完整性和突触可塑性，恢复神经递质稳态，调节色氨酸代谢等。这些发现不仅揭示了 CGEF 在改善睡眠剥夺引起认知障碍方面的潜力，还强调了食药同源产品在现代科学研究中的广泛应用前景。通过阐明 CSR 扰乱认知功能的分子途径以及 CGEF 如何对抗这些影响，为开发功能性食品作为潜在的认知障碍干预措施提供了宝贵的见解。

参考文献：

Zhang Y, Chen F, Li X, Xu Y, Liu X, Barkat MQ, Choudhary MI, Chang Q, Jiang N. Gastrodia elata, Polygonatum sibiricum, and Poria cocos as a Functional Food Formula: Cognitive Enhancement via Modulation of Hippocampal Neuroinflammation and Neuroprotection in Sleep-Restricted Mice. Foods. 2025 Mar 22;14(7):1103. doi: 10.3390/foods14071103. PMID: 40238194; PMCID: PMC11988919.

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