中科院1区-成都中医大揭示红景天维持血脑屏障和平衡能量代谢功能障碍缓解低压缺氧诱导的脑损伤

【写在前面】：本期推荐的是由成都中医药大学药学院/现代中药产业学院西南中药资源国家重点实验室、成都中医药大学中医药创新研究所/跨学科研究院等研究团队合作近期发表于Phytomedicine(IF7.9）的一篇文章，揭示红景天通过维持血脑屏障完整性和平衡能量代谢功能障碍缓解低压缺氧诱导的脑损伤。

【期刊简介】

【题目及作者信息】

Rhodiola crenulata alleviates hypobaric hypoxia-induced brain injury by maintaining BBB integrity and balancing energy metabolism dysfunction

背景/目的

红景天 [（Rhodiola crenulata，Hook.f.et Thoms.）H.Ohba（R.crenulate）] 是一种著名的特色藏药，已被证明在治疗高海拔缺氧性疾病中具有突出的脑保护作用。然而，红景天对高海拔缺氧性脑损伤（HHBI）的代谢作用仍不完全清楚。本文通过体内和体外实验，探讨了红景天的抗缺氧作用及其相关机制。

研究设计/方法

采用动物减压缺氧室建立HHBI小鼠模型。通过灌胃给予红景天提取物（RCE，0.5、1.0和2.0 g/kg）和红景天苷（Sal，25、50和100 mg/kg）7天。分别用H&E和TUNEL染色评价小鼠海马和皮层的病理变化和神经元凋亡。采用Evans蓝染色和NIR-II荧光成像技术检测RCE和Sal对血脑屏障（BBB）通透性的影响。同时用透射电镜观察血脑屏障超微结构及脑血管损伤情况。免疫荧光法检测紧密连接蛋白Claudin-1、ZO-1和occludin的水平。此外，使用UHPLC-MS和MALDI-MSI分析测定小鼠血清和大脑中的代谢物。通过细胞计数试剂盒-8研究Sal对CoCl2诱导的缺氧HT22细胞的细胞活力。采用市售生化试剂盒检测血清LDH、MDA、SOD、GSH-PX和SDH含量。同时，通过相应的特异性标记探针测定细胞内ROS、Ca2+和线粒体膜电位。HT22细胞的细胞内代谢产物通过Q300试剂盒的靶向代谢组学分析进行。用YO-PRO-1/PI、Annexin V/PI和TUNEL染色检测细胞凋亡和坏死。此外，用共聚焦显微镜和透射电镜对线粒体形态进行了检测。使用Seahorse分析仪测量实时ATP产生、耗氧率和质子流出率。随后，通过免疫荧光和蛋白质印迹分析测定MCU、OPA1、p-Drp1ser616、p-AMPKα、p-AMPKβ和Sirt1。结果结果表明，红景天和Sal通过抑制神经元凋亡、维持血脑屏障完整性、增加紧密连接蛋白Claudin-1、ZO-1和occludin以及改善线粒体形态和功能来发挥抗缺氧脑保护作用。从机制上讲，红景天和Sal通过增强三羧酸循环来满足大脑对能量的需求，从而减轻HHBI。此外，体外实验证实，Sal可以通过增强线粒体呼吸和糖酵解来改善HT22细胞的凋亡，改善线粒体形态和能量代谢。同时，Sal介导的MCU抑制Drp1的激活并增强OPA1的表达以维持线粒体稳态，以及AMPK和Sirt1的激活以增强ATP的产生。结论总之，研究结果表明，RCE和Sal可能通过维持血脑屏障完整性和通过激活AMPK/Sirt1信号通路平衡MCU介导的线粒体稳态来改善能量代谢，从而对HHBI提供保护性干预。

图文摘要

【前言】

作为一种著名而独特的藏药，高山红景天是景天科红景天属的多年生草本植物。现代药理学研究表明，细齿苋具有抗缺氧、抗氧化、抗炎、抗疲劳和抗辐射等多种药理作用。红景天苷（Sal，分子式：C14H20O7，分子量：300.3）是红景天的主要活性成分之一，已被证明通过增加自噬、抑制内质网（ER）应激、氧化应激和炎症而具有较强的抗缺氧作用。此外，Sal还可以通过特异性抑制线粒体损伤来提供抗缺氧保护。然而，红景天和Sal对HHBI血清和脑组织代谢的影响尚未揭示。因此，本研究通过在低压缺氧动物室中构建HHBI小鼠体内模型和用CoCl2构建HT22细胞体外缺氧模型，探讨了红景天和Sal对HHBI的抗缺氧作用及其可能机制。

【结果部分】

1.RCE和Sal改善了HHBI小鼠脑组织的病理损伤。

2.RCE和Sal对大脑皮层和海马细胞凋亡的影响。

3.RCE和Sal对HHBI后血脑屏障通透性的影响。

4.RCE和Sal可改善小鼠脑血管损伤和血脑屏障超微结构损伤。

5.RCE和Sal对小鼠紧密连接蛋白水平的影响。

6.RCE治疗后HHBI小鼠血清代谢谱的变化。

7.RCE和Sal对HHBI小鼠脑代谢谱的影响。

8.Sal抑制氧化应激减轻HT22细胞缺氧损伤。

9.Sal抑制缺氧HT22细胞凋亡并对其线粒体形态和功能发挥保护作用。

10.Sal介导的MCU抑制Ca2+超载并影响OPA1/Drp1以维持线粒体稳态。

【结论与讨论】

总之，这项研究表明，红景天及其活性成分Sal有潜力作为保护线粒体免受缺氧的药物。红景天和Sal在维持血脑屏障完整性的同时，显著减轻病理损伤和细胞凋亡。从机制上讲，血清代谢组学和MSI证实，红景天和Sal通过调节TCA循环巩固能量代谢，保护小鼠HHBI的线粒体形态，增强线粒体功能。一致地，Sal处理通过MCU介导的线粒体稳态增加实时ATP生成、质子流出速率和OCR，增强了缺氧HT22细胞的线粒体能量代谢。潜在的分子机制可能与激活AMPK/Sirt1通路、抑制Drp1的激活和增强OPA1的表达有关（见下图）。红景天可能通过维持血脑屏障的完整性和平衡能量代谢功能障碍来对小鼠的HHBI提供保护性干预。

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