何首乌活性成分THSG通过BDNF/TrkB通路拮抗镉诱导神经毒性的机制研究

《Biomedicine & Pharmacotherapy》：Sodium glucose co-transporter 2 inhibitor empagliflozin prevents endothelial dysfunction induced by oscillatory shear stress

本研究针对环境重金属镉(Cd)暴露引发的神经毒性缺乏有效干预措施的难题，探讨了何首乌主要活性成分2,3,5,4’-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷(THSG)的神经保护作用及分子机制。通过体内外实验证实THSG可通过激活BDNF/TrkB-PI3K/Akt信号通路，抑制小胶质细胞/星形胶质细胞活化，减轻氧化应激和神经炎症，显著改善Cd暴露导致的学习记忆损伤和神经元凋亡。该研究为重金属神经毒性防治提供了新型候选药物和理论依据。

　　

在工业化快速发展的今天，重金属污染已成为威胁公众健康的隐形杀手。镉(Cd)作为一种广泛存在于环境中的有毒重金属，通过食物链进入人体后能够长期蓄积，对神经系统、肝脏、肾脏等多个器官造成严重损害。尤其令人担忧的是，镉能够穿透血脑屏障，在脑组织中累积，引发氧化应激、神经炎症和神经元凋亡，最终导致认知功能障碍和神经退行性病变。然而，目前临床上尚缺乏能够有效对抗镉神经毒性的特异性治疗药物，这一困境促使科学家们不断从天然产物中寻找解决方案。

传统中药何首乌(Polygonum multiflorum)在中医理论中素有"养血益肝、固精益肾"之功效，现代药理学研究则发现其活性成分2,3,5,4’-四羟基二苯乙烯-2-O-β-D-葡萄糖苷(THSG)具有显著的抗氧化和抗炎特性。那么，这种天然化合物能否成为对抗镉神经毒性的有力武器？其作用机制又是如何？为了回答这些问题，研究人员在《Biomedicine 》上发表了一项系统性研究，深入探讨了THSG在镉诱导神经毒性中的保护作用及其分子机制。

研究人员采用了多种关键技术方法开展本研究。在细胞水平，他们使用SH-SY5Y人神经母细胞瘤细胞、BV2小胶质细胞和GL261胶质瘤细胞分别模拟神经元、小胶质细胞和星形胶质细胞，通过WST-1法和LDH释放测定评估细胞活力，采用免疫荧光技术观察细胞形态变化，利用RT-qPCR检测炎症因子mRNA表达，并通过Western blotting分析关键蛋白表达。在动物实验中，他们建立了ICR小鼠镉中毒模型，通过 Morris水迷宫和开场实验评估行为学变化，采用组织病理学染色观察器官损伤，使用免疫组织化学和Western blotting分析脑内蛋白表达，并通过ELISA法检测氧化应激和炎症指标。

THSG alleviates Cd-mediated damage to astrocyte-like cells

研究人员首先关注了星形胶质细胞在镉神经毒性中的作用。通过浓度梯度实验确定30 μmol/L CdCl₂处理24小时可使GL261细胞存活率降至50%左右，而50 μmol/L THSG预处理能显著改善细胞活力。免疫荧光显示THSG能逆转镉诱导的细胞形态异常，减少凋亡细胞数量。机制研究发现THSG可激活BDNF/TrkB和PI3K/Akt信号通路，而使用TrkB抑制剂K252a或PI3K抑制剂LY-294002均可部分阻断THSG的保护作用，证实这两条通路在THSG介导的星形胶质细胞保护中起关键作用。

THSG inhibits Cd-induced microglial activation in BV2 cells

小胶质细胞是中枢神经系统的免疫哨兵细胞，其过度活化会加剧神经炎症。研究显示40 μmol/L CdCl₂处理4小时可诱导BV2细胞从圆形变为梭形的活化形态，而THSG能有效抑制这种形态转变。同时，THSG还显著降低了镉诱导的IL-1β、TNF-α和iNOS等炎症因子的mRNA表达水平，表明其具有抑制小胶质细胞活化和抗神经炎症的双重作用。

THSG protects SY5Y cells from Cd-triggered neuronal toxicity via the BDNF/TrkB pathway

在神经元保护方面，研究发现40 μmol/L CdCl₂可使SY5Y细胞存活率降至50%，而50 μmol/L THSG能显著改善细胞活力。MAP2免疫荧光显示THSG能维持神经元的正常纺锤形态，减少镉诱导的轴突断裂。特别重要的是，TrkB特异性抑制剂ANA-12可逆转THSG的保护效应，证实BDNF/TrkB通路在THSG对抗镉神经元毒性中发挥核心作用。

THSG ameliorates Cd-mediated cognitive impairment in mice

在动物水平，研究人员通过腹腔注射2.5 mg/kg CdCl₂（隔日一次，持续30天）成功建立了小鼠镉中毒模型。Morris水迷宫实验显示镉暴露小鼠的逃避潜伏期显著延长，目标象限停留时间和平台穿越次数减少，表明存在空间学习记忆障碍。THSG治疗可明显改善这些认知缺陷，且不影响运动功能。开场实验进一步证实THSG能缓解镉引起的探索行为减少。

THSG inhibits Cd-induced weight loss and organ damage in mice

镉暴露导致小鼠体重下降和多器官损伤。组织学分析显示镉可引起肝脏结构破坏、肾小管上皮细胞脱落和睾丸生精细胞减少，而THSG治疗能显著改善这些病理变化。血清和脑组织LDH活性检测也证实THSG能减轻镉引起的系统性细胞损伤。

THSG inhibits glial activation and neuronal damage in cadmium-exposed mice

脑组织免疫荧光分析发现，镉暴露可增加IBA1阳性小胶质细胞和GFAP阳性星形胶质细胞的数量，并引起MAP2标记的神经元轴突断裂。THSG治疗能有效抑制胶质细胞活化，保护神经元结构完整性。同时，THSG还降低了脑内IL-1β、IL-6、TNF-α等促炎因子水平，提高了SOD、CAT等抗氧化酶活性，表明其具有全面的抗炎和抗氧化作用。

THSG attenuates Cd-induced apoptosis via the BDNF/TrkB signaling pathway in mice

最后，研究人员在分子层面揭示了THSG的作用机制。Western blotting结果显示镉暴露可降低脑内BDNF表达和TrkB磷酸化水平，增加cleaved caspase-3表达，而THSG治疗能逆转这些变化，证实其通过激活BDNF/TrkB信号通路抑制神经元凋亡。

综合讨论部分，本研究首次系统阐明了THSG通过多靶点机制对抗镉神经毒性的作用模式。与传统抗氧化剂相比，THSG不仅具有更强的自由基清除能力，还能特异性调节BDNF/TrkB这一重要的神经营养信号通路，从而同时发挥抗氧化、抗炎和抗凋亡的多重保护效应。值得注意的是，THSG的保护作用不仅限于神经系统，还能缓解镉引起的肝、肾、睾丸等多器官损伤，这为其临床应用提供了更广阔的前景。

该研究的创新性在于将传统中药活性成分与现代神经毒理学研究相结合，不仅为重金属中毒的防治提供了新的候选药物，也为理解天然产物的多靶点作用机制提供了重要线索。未来研究可进一步优化THSG的给药方案和剂型，探索其与其他解毒剂的协同效应，推动其向临床应用转化。总之，这项研究为开发针对环境重金属污染相关疾病的有效干预策略奠定了坚实基础，具有重要的理论意义和潜在的应用价值。