人参皂苷Rg1通过NRF2/GPX4通路抑制铁死亡促进椎间盘修复的实验研究

《Journal of Translational Medicine》：Does ginsenoside Rg1 promote intervertebral disc repair? An experimental study insights into ferroptosis mechanism

本研究针对椎间盘退行性变（IVDD）缺乏有效治疗药物的临床难题，通过多组学分析和实验验证首次揭示人参皂苷Rg1可通过激活NRF2/GPX4信号通路抑制髓核细胞铁死亡，显著改善大鼠IVDD模型病理进程，为开发新型椎间盘修复疗法提供了重要的理论依据和实验证据。

　　

椎间盘退行性变：一场悄无声息的"脊柱危机"

当你被突如其来的腰痛困扰时，可能正是椎间盘退行性变（IVDD）在作祟。这种疾病影响着全球超过5亿人，不仅是下腰痛和神经痛的主要元凶，更因其高复发率和高致残率，给公共卫生和全球经济带来了沉重负担。椎间盘作为连接椎骨的重要结构，由外层的纤维环、中央的髓核（NP）和上下软骨终板组成。其中髓核细胞负责维持细胞外基质（ECM）的稳定，而IVDD的发生正是由于ECM代谢失衡和椎间盘微环境改变所致。

目前临床治疗主要聚焦于疼痛缓解和神经保护，缺乏能够逆转病理过程的有效药物。这促使科学家们不断探索新的治疗靶点，而近年来备受关注的铁死亡（一种铁依赖性的程序性细胞死亡方式）为IVDD治疗提供了新思路。与传统细胞死亡方式不同，铁死亡主要通过细胞膜上不饱和脂肪酸在二价铁或酯氧酶催化下发生脂质过氧化，导致细胞死亡。在IVDD进程中，活性氧（ROS）积累和铁代谢紊乱可能共同促成了髓核细胞的铁死亡。

创新疗法：中药活性成分的现代医学价值

人参作为传统中药的代表，其活性成分人参皂苷Rg1已被证明具有广泛的药理作用。既往研究表明，Rg1能够抑制髓核细胞凋亡并促进ECM合成，但其具体作用机制尚不明确。尤其值得注意的是，Rg1在神经元和肾小管上皮细胞中已显示出抑制铁死亡的作用，这为探索其在IVDD治疗中的应用提供了理论依据。

多技术融合的研究策略

本研究采用了多层次的研究方法：首先通过临床样本分析验证铁死亡在人类IVDD中的存在；接着建立大鼠针刺诱导的IVDD模型，采用组织病理学、磁共振成像（MRI）和X射线等技术评估Rg1的疗效；运用网络药理学和转录组学筛选关键靶点，并通过分子对接验证结合能力；最后利用过氧化氢（H₂O₂）诱导的髓核细胞退化模型，通过脂质ROS检测、酶联免疫吸附测定（ELISA）、FerroOrange染色和透射电镜等技术在体外验证Rg1的作用机制。特别值得一提的是，研究还使用了NRF2抑制剂ML385进行反向验证，进一步确认了信号通路的特异性。临床样本来自9例接受手术治疗的IVDD患者，均经过伦理委员会批准并获取知情同意。

铁死亡在人类退变髓核组织中的证据

研究团队首先分析了9例不同Pfirrmann分级患者的髓核组织。结果显示，随着退变程度加重，铁死亡关键蛋白GPX4、FTL1和SLC7A11的表达水平呈现进行性下降趋势，这表明铁死亡在人类IVDD进程中发挥着重要作用。

人参皂苷Rg1有效缓解大鼠IVDD并促进椎间盘修复

通过建立大鼠尾椎针刺模型，研究人员发现Rg1治疗能显著降低IVDD大鼠的丙二醛（MDA）水平，恢复超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性。影像学检查显示，Rg1处理组椎间盘高度指数（DHI）得到明显改善，MRI信号强度恢复，组织学分析证实Rg1能维持髓核组织完整性，上调胶原蛋白II表达并下调基质金属蛋白酶3（MMP3）。

网络药理学与转录组学揭示作用靶点

整合分析识别出107个潜在Rg1靶点，其中24个靶点与IVDD和铁死亡相关。蛋白互作网络分析筛选出14个核心靶点，包括NRF2。转录组测序进一步证实了铁死亡相关基因（NRF2、GPX4、SLC7A11、FTL1）的差异表达。分子对接显示Rg1与这些靶点具有良好的结合能力。

通过抑制铁死亡缓解IVDD

Western blot和免疫组化结果显示，Rg1能显著上调NRF2表达，并恢复其下游铁死亡相关蛋白GPX4、FTL1和SLC7A11的水平。FerroOrange检测证实Rg1可减少Fe²⁺积累，表明其通过激活NRF2通路发挥抗铁死亡作用。

缓解H₂O₂诱导的髓核细胞退变

在细胞实验中，200μM Rg1能有效逆转H₂O₂引起的脂质ROS升高，降低MDA含量，恢复SOD和GSH-Px活性。同时，Rg1处理能上调胶原蛋白II表达，下调MMP3水平，维持细胞外基质稳态。

通过激活NRF2/GPX4信号通路改善细胞活性

使用NRF2抑制剂ML385进行的研究显示，抑制NRF2会显著削弱Rg1的保护作用，降低细胞活力，增加脂质ROS积累，逆转Rg1对ECM代谢的调节作用。这表明Rg1的作用依赖于NRF2通路的激活。

通过激活NRF2抑制铁死亡改善细胞活性

进一步机制研究表明，ML385处理能降低NRF2核蛋白水平，下调GPX4、FTL1和SLC7A11表达，增加细胞内铁含量。染色质免疫沉淀（ChIP）实验证实Rg1能增强NRF2与GPX4和FTL1启动子的结合。透射电镜观察发现Rg1能挽救H₂O₂引起的线粒体损伤，而这一作用也被ML385所逆转。

研究意义与展望

这项发表于《Journal of Translational Medicine》的研究首次系统阐述了人参皂苷Rg1通过NRF2/GPX4通路抑制髓核细胞铁死亡，从而缓解IVDD的作用机制。研究不仅证实了铁死亡在IVDD进程中的关键作用，还为开发针对铁死亡的新型治疗策略提供了实验依据。

值得注意的是，该研究采用了多层次的研究策略，从临床样本分析到动物模型验证，再到细胞分子机制探讨，形成了完整的证据链。特别是网络药理学与转录组学的结合应用，为中药活性成分的作用机制研究提供了范例。

然而，研究也存在一些局限性，如人类样本量较小，动物模型与临床实际的转化仍需进一步验证。未来研究可扩大样本规模，探索不同疾病阶段Rg1的治疗效果，并进一步阐明NRF2通路与其他细胞死亡方式的交互作用。

总的来说，这项研究为IVDD的治疗提供了新思路，人参皂苷Rg1有望成为治疗椎间盘退行性变的潜在药物，为数百万受腰痛困扰的患者带来希望。同时，该研究也展示了传统中药活性成分在现代医学研究中的巨大价值，为中药现代化研究提供了重要参考。