β-羟基丁酸对大鼠N-甲基-D-天冬氨酸诱导的兴奋性视网膜损伤的保护作用

《European Journal of Pharmacology》：Protective effects of β-hydroxybutyrate against N-methyl-D-aspartic acid-induced excitotoxic retinal injury in rats

β-羟基丁酸通过抑制神经元凋亡和微胶质激活减轻NMDA诱导视网膜兴奋性毒性损伤，其机制与AMPK通路激活相关，而非通过单羧酸转运蛋白（MCTs）介导的细胞内转运。

　　

Kano Endo|Maiko Mitsufuji|Shizuka Uemura|Akane Morita|Toshihide Kashihara|Tsutomu Nakahara

日本东京都港区白金5-9-1 北里大学药学部分子药理学系，邮编108-8641

摘要

β-羟基丁酸作为一种代谢底物和信号分子，对包括视网膜疾病在内的多种神经退行性疾病具有神经保护作用。然而，这些神经保护作用的机制目前尚未完全阐明。在本研究中，我们探讨了β-羟基丁酸对大鼠N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）诱导的视网膜损伤的保护作用及其潜在机制。玻璃体内注射NMDA（200 nmol）会导致神经元数量减少、凋亡细胞增加以及小胶质细胞活化。同时注射β-羟基丁酸（50 nmol）和NMDA显著减轻了这些NMDA诱导的反应。β-羟基丁酸对NMDA诱导的视网膜损伤的保护作用可被Compound C（AMPK抑制剂）抑制，但不会被AR-C155858（单羧酸转运蛋白抑制剂）抑制。这些发现表明，β-羟基丁酸通过抑制神经元凋亡和小胶质细胞活化来发挥其对NMDA诱导的视网膜兴奋毒性的保护作用。β-羟基丁酸通过单羧酸转运蛋白穿过细胞膜；然而，与这些转运蛋白相关的机制不太可能参与其保护作用。相反，AMPK通路的激活可能有助于β-羟基丁酸介导的保护作用。

引言

谷氨酸诱导的兴奋毒性已被证实与中枢神经系统的多种神经退行性疾病有关，包括视网膜疾病（Evangelho等人，2019；Boccuni和Fairless，2022）。N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体的过度刺激在谷氨酸的神经毒性中起关键作用（Lam等人，1997；Nucci等人，2005；Y?ld?zhan和Naz?ro?lu，2023）。NMDA诱导的视网膜兴奋毒性参与了多种视网膜神经退行性疾病。因此，减缓或阻止NMDA诱导的神经退行性变对于改善患者生活质量具有临床意义。

NMDA诱导的视网膜神经毒性的机制涉及细胞内Ca²⁺水平的快速过度升高以及随后的Ca²⁺依赖性信号级联反应的激活，包括活性氧和氮物种的增加，最终导致细胞凋亡（Dvoriantchikova等人，2023）。此外，炎症反应的增加，如促炎细胞因子的产生、白细胞浸润和视网膜中胶质细胞的活化也参与了疾病的发生（Nakazawa等人，2007；Lebrun-Julien等人，2009；Takeda等人，2018）。因此，NMDA受体的过度刺激似乎通过直接和间接机制引起视网膜损伤。

酮体乙酰乙酸、β-羟基丁酸和丙酮是葡萄糖的重要替代能源；它们在葡萄糖缺乏的情况下由肝脏产生，并迅速被大脑和其他组织利用以替代葡萄糖。合成的酮体通过单羧酸转运蛋白（MCTs）穿过细胞膜（Felmlee等人，2020）；因此，在青光眼动物模型中恢复视网膜神经节细胞（RGCs）中的MCT2水平可以维持RGC的数量和功能，减少能量失衡，并提高线粒体功能（Harun-Or-Rashid等人，2020）。除了其代谢作用外，β-羟基丁酸和乙酰乙酸在包括谷氨酸诱导的视网膜兴奋毒性在内的神经退行性疾病中还具有神经保护作用（Thaler等人，2010；Yang等人，2019）。热量限制和系统性给予β-羟基丁酸可以减轻视网膜疾病动物模型中的视网膜退化（Guo等人，2016；Trotta等人，2019）。

β-羟基丁酸与多种与炎症、氧化应激和基因表达相关的分子靶点相互作用（Newman和Verdin，2017）。例如，β-羟基丁酸直接抑制组蛋白去乙酰化酶（HDAC）（Shimizu等人，2013），并且作为羟基羧酸受体2（HCA2，GPR109a）和游离脂肪酸受体3（FFAR3，GPR41）的内源性配体（Newman和Verdin，2017）。因此，β-羟基丁酸的有益作用可能涉及多种机制，其中与神经保护相关的机制需要进一步阐明。

我们之前已经证明，AMP激活的蛋白激酶（AMPK）激活剂可以保护神经元免受NMDA诱导的视网膜损伤（Watanabe等人，2021；Mori等人，2023）。β-羟基丁酸通过激活AMPK来减少氧化应激，从而减轻内质网应激和炎性小体（Bae等人，2016）。因此，β-羟基丁酸可能通过激活AMPK通路发挥其对NMDA诱导的视网膜损伤的保护作用。如上所述，β-羟基丁酸的机制可能是通过MCTs进入细胞或与其细胞表面受体结合而不进入细胞。因此，本研究旨在探讨β-羟基丁酸是否能够保护神经元免受NMDA诱导的兴奋毒性损伤，以及MCTs和AMPK在β-羟基丁酸介导的视网膜神经保护中的作用。

试剂

本研究使用了以下试剂：AR-C155858（目录号4960，Tocris Bioscience，美国密苏里州埃利斯维尔），β-羟基丁酸（目录号H0228，东京Kasei Kogyo，日本东京），Compound C（目录号3093，dorsomorphin二盐酸盐；Tocris Bioscience），以及NMDA（目录号22034-16，Nacalai Tesque，日本京都）。用于玻璃体内注射的化合物溶解在二甲基亚砜（DMSO）中，100% DMSO作为溶剂对照。β-羟基丁酸的剂量是根据……选择的

β-羟基丁酸对NMDA诱导的神经元细胞损伤的影响

用苏木精和伊红染色的视网膜横截面的形态测量研究表明，玻璃体内注射β-羟基丁酸（50 nmol）在7天后对视网膜结构没有显著影响（图1Aa、Ab和B）。相比之下，玻璃体内注射NMDA（200 nmol）导致GCL中的细胞数量减少，而使用溶剂或β-羟基丁酸注射的眼睛则没有这种变化（图1Aa-c和B）。NMDA引起的GCL细胞损失显著减少，但并未完全消失

讨论

本研究表明，β-羟基丁酸通过抑制神经元凋亡和炎症反应来保护视网膜免受NMDA诱导的兴奋毒性。β-羟基丁酸通过MCTs穿过细胞膜；然而，MCT抑制剂AR-C155858未能阻断其保护作用。因此，β-羟基丁酸不太可能通过MCTs进入细胞并在细胞内起保护作用。相反，AMPK抑制剂……

CRediT作者贡献声明

Kano Endo：撰写 – 审稿与编辑、方法学、研究、数据分析、数据管理。Shizuka Uemura：撰写 – 审稿与编辑、方法学、研究、数据分析、数据管理。Maiko Mitsufuji：撰写 – 审稿与编辑、方法学、研究、数据分析、数据管理。Toshihide Kashihara：撰写 – 审稿与编辑、验证、方法学。Akane Morita：撰写 – 审稿与编辑、可视化、验证、方法学、数据分析。Tsutomu Nakahara：

未引用参考文献

ARVO政策，2025；Kwong和Lam，2000；Shimazu等人，2013。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数据可用性

数据可根据要求提供。

资助

本工作得到了JSPS KAKENHI（资助编号：21K06604 [TN] 和 24K09849 [TN]）的支持

利益冲突声明

作者声明在本研究中没有利益冲突。