Urolithin A通过调控AhR信号通路改善镉诱导的NLRP3介导的细胞焦亡和认知缺陷的机制研究

《Biological Trace Element Research》：Ameliorative Effects of Urolithin A Against Cadmium-Induced NLRP3-Mediated Pyroptosis and Cognitive Deficits Via Regulating Aryl Hydrocarbon Receptor Signaling

本研究针对环境污染物镉（Cd）诱导的神经毒性及认知功能障碍问题，探讨了尿石素A（UA）通过抑制芳香烃受体（AhR）信号通路，减少线粒体活性氧（mtROS）积累，进而抑制NOD样受体家族pyrin域包含蛋白3（NLRP3）炎症小体激活和神经元焦亡，最终改善海马损伤和认知缺陷的分子机制。研究综合运用行为学测试、分子生物学及细胞实验，证实UA具有显著的神经保护作用，为重金属神经毒性的防治提供了新靶点和策略。

　　

镉（Cd）作为一种广泛存在的环境和工业污染物，可通过食物链转移和生物积累，对动物和人类具有诱变、致畸和致癌风险。越来越多的流行病学和临床研究表明，镉暴露与儿童、成人和老年人的神经及神经行为障碍密切相关。既往研究显示，镉可诱导氧化应激、损害神经元分化和轴突发生，并触发神经元死亡，最终导致记忆缺陷和 neurodegeneration。然而，镉暴露导致神经认知损伤的具体机制尚未完全阐明。

芳香烃受体（AhR）作为一种高度保守的转录因子，可被来自植物、环境污染物和微生物代谢物的多种小分子激活。大量证据表明，AhR激活在镉诱导的肾毒性、肺损伤和大脑毒性中起关键作用。值得注意的是，AhR已被确定为NLRP3炎症小体激活的关键调节因子。本研究团队最近的研究进一步证实，NLRP3炎症小体激活依赖性细胞焦亡在镉暴露诱导的海马损伤和随后的神经认知障碍中至关重要。这些发现表明，靶向抑制AhR及其下游介导的NLRP3炎症小体激活有望用于治疗镉诱导的神经毒性和相关的神经行为异常。

尿石素A（UA）是一种由多酚化合物（如核桃、石榴、浆果和许多热带水果中的鞣花单宁和鞣花酸）经肠道微生物代谢产生的代谢物。临床试验证实，UA在人体中具有安全性、生物利用度和良好的耐受性，每日口服剂量可达500毫克或1000毫克。除了其公认的抗炎和抗氧化特性外，越来越多的证据表明，UA对重金属诱导的多器官毒性具有显著的保护作用。实验研究表明，UA通过调节Hippo/YAP信号通路改善六价铬[Cr(VI)]诱导的小鼠小肠损伤。此外，UA通过调节mtDNA-STING轴在体内和体外对锰诱导的神经毒性具有保护作用，并通过激活线粒体自噬抵消铜诱导的SOD1^G93A转基因小鼠的运动功能障碍。此外，UA可触发PINK1依赖性线粒体自噬，从而减轻氧化铜纳米颗粒（CuONPs）诱导的血管内皮细胞死亡。值得注意的是，UA能够穿透血脑屏障（BBB），并对多种神经系统疾病（包括创伤性脑损伤、蛛网膜下腔出血和脑缺血）表现出强大的神经保护作用。其抑制NLRP3炎症小体激活的能力与在mPTP帕金森病模型、睡眠剥夺诱导的神经系统疾病和年龄相关性黄斑变性中的神经保护作用有关。最近的研究报道，UA作为AhR拮抗剂，可预防糖尿病（DM）相关的阿尔茨海默病（AD）发病机制。然而，UA是否对镉诱导的神经元损伤和认知障碍具有保护作用及其潜在分子机制尚不清楚。因此，本研究旨在探讨UA缓解镉刺激引发的海马损伤和认知障碍的潜力，并阐明其分子机制。明确UA对镉诱导认知衰退的干预效果和机制，将为开发针对重金属神经毒性的新型预防和治疗策略提供潜在靶点和实践参考，具有公共卫生和临床转化价值。

本研究主要采用的行为学测试包括莫里斯水迷宫（Morris water maze, MWM）、Y迷宫和新物体识别（novel object recognition, NOR）实验，用于评估小鼠的认知功能；分子生物学技术如Western blot、免疫荧光和流式细胞术用于检测AhR、CYP1A1、NLRP3、ASC、caspase1 p20、N-GSDMD等蛋白表达及细胞焦亡率；细胞实验采用CCK-8法检测细胞活力，MitoSOX Red试剂检测线粒体活性氧（mtROS）；组织学分析包括尼氏染色（Nissl staining）评估神经元损伤，透射电子显微镜（transmission electron microscopy, TEM）观察超微结构和GSDMD孔 formation。动物样本来源于C57BL/6J小鼠，细胞实验采用人源SH-SY5Y神经母细胞瘤细胞系。

UA改善镉暴露诱导的小鼠海马依赖性空间学习和记忆能力

通过莫里斯水迷宫测试评估空间学习和记忆能力。结果显示，镉暴露小鼠的逃避潜伏期显著延长，而UA处理显著缩短了逃避潜伏期。在探测试验中，镉处理小鼠在目标象限停留时间显著减少，UA处理显著增加了停留时间。游泳速度和路径长度在各组间无显著差异。这些结果表明，UA处理显著减轻了镉暴露诱导的海马依赖性空间学习和记忆障碍。

UA改善镉暴露诱导的小鼠海马依赖性识别记忆和工作记忆

通过Y迷宫和NOR测试评估识别记忆和工作记忆。Y迷宫测试显示，镉暴露小鼠的偏好指数显著降低，UA处理显著提高了偏好指数。NOR测试中，镉暴露小鼠的辨别指数显著降低，UA处理显著提高了辨别指数。这些结果表明，UA处理显著缓解了镉诱导的海马依赖性识别记忆和工作记忆缺陷。

UA挽救镉暴露小鼠海马神经元变性和损伤

通过尼氏染色评估海马神经元损伤。结果显示，镉暴露小鼠海马CA1、CA3和DG亚区的尼氏阳性神经元数量显著减少，UA处理显著增加了存活神经元数量。这表明UA处理显著减轻了镉暴露诱导的海马神经元变性和损伤。

UA防止镉暴露小鼠海马突触丢失

通过免疫荧光染色评估突触密度。结果显示，镉暴露小鼠海马CA1区突触素（synaptophysin）和PSD95双阳性点数量显著减少，UA处理显著增加了突触密度。这表明UA处理显著缓解了镉暴露诱导的海马突触丢失。

UA给药抑制镉暴露小鼠海马NLRP3炎症小体激活和神经元焦亡

Western blot和免疫荧光分析显示，镉暴露小鼠海马中NLRP3、ASC、caspase1 p20和N-GSDMD表达显著升高，UA处理显著降低了这些蛋白的表达。透射电镜结果显示，镉暴露小鼠海马神经元中GSDMD孔数量增加，UA处理显著减少了孔的形成。这些结果表明，UA给药显著抑制了镉暴露诱导的NLRP3炎症小体激活和神经元焦亡。

UA给药抑制镉暴露SH-SY5Y细胞中NLRP3炎症小体活性和焦亡细胞死亡

细胞实验显示，镉暴露SH-SY5Y细胞中NLRP3、ASC、caspase1 p20和N-GSDMD表达显著升高，细胞焦亡率显著增加，UA处理显著降低了这些指标。这表明UA给药显著抑制了镉暴露诱导的NLRP3炎症小体活性和焦亡细胞死亡。

UA给药抑制镉暴露小鼠海马和SH-SY5Y细胞中AhR-CYP1A1轴并减少ROS积累

Western blot和免疫荧光分析显示，镉暴露小鼠海马和SH-SY5Y细胞中AhR和CYP1A1表达显著升高，ROS水平显著增加，UA处理显著降低了这些指标。这表明UA给药通过抑制AhR-CYP1A1轴，促进了ROS清除。

本研究结果表明，UA通过抑制AhR-CYP1A1信号通路，减少mtROS积累，进而抑制NLRP3炎症小体激活和神经元焦亡，最终缓解镉暴露诱导的海马神经元/突触损伤和认知缺陷。这些发现揭示了UA在重金属神经毒性防治中的潜在应用价值，为开发针对环境污染物诱导神经认知障碍的新型治疗策略提供了重要理论依据和实践参考。未来的研究应进一步探讨UA在人类相关暴露水平下的神经保护效应，并利用神经元特异性AhR过表达模型验证其作用机制的特异性。