《European Journal of Pharmacology》：Nicotinamide adenine dinucleotide attenuates neuronal apoptosis in spinal cord ischemia-reperfusion injury via the activation of PI3K/AKT pathway
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脊髓缺血再灌注损伤（SCIRI）的神经保护机制及PI3K/AKT通路作用研究。通过在体（鼠类SCIRI模型，75 mg/kg腹腔给药）和体外（OGD/R模型，32 μM）实验，证实外源性NAD+可改善运动功能，减轻氧化应激（SOD/MDA/ROS）和凋亡（TUNEL/Bcl-2/Bax/caspase-3），其机制与激活PI3K/AKT通路相关，并经LY294002抑制实验验证。网络药理学分析显示AKT1为关键靶点，72个重叠基因提示多靶点作用。首次揭示NAD+通过PI3K/AKT通路抑制SCIRI损伤的分子机制。
宋雪|余昂格|尹张|强张|司飞宇|谢磊|余亮
上海交通大学医学院瑞金医院骨科，中国上海市瑞金二路197号，邮编200025
摘要
脊髓缺血-再灌注损伤（SCIRI）主要由于氧化应激和细胞凋亡导致急性神经功能缺损。外源性烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）的急性神经保护作用及其潜在机制尚不完全清楚。网络药理学分析表明PI3K/AKT信号通路可能是NAD+效应的介导者。为此，我们在体内（啮齿动物SCIRI模型；75 mg/kg，再灌注时腹腔注射）和体外（氧-葡萄糖剥夺/再灌注，OGD/R；32 μM）条件下评估了NAD+的作用。通过BBB运动评分量表评估功能恢复情况，同时分析组织病理变化、凋亡（通过TUNEL染色）、氧化应激标志物（SOD、MDA、ROS）和关键凋亡蛋白（Bcl-2/Bax、切割的caspase-3）以及PI3K/AKT通路的激活情况。使用LY294002进行药理学抑制以验证通路的参与。结果表明，NAD+显著改善了运动功能恢复，减轻了组织损伤，并减少了SCIRI后的凋亡和氧化应激。在OGD/R模型中，32 μM NAD+也表现出一致的细胞保护作用。机制上，NAD+恢复了PI3K和AKT的磷酸化水平，并有利地调节了凋亡相关因子——这些效应部分被LY294002逆转，证实了PI3K/AKT轴的关键作用。这些发现提供了证据，证明外源性NAD+通过激活PI3K/AKT通路并随后抑制氧化应激和凋亡，在早期再灌注阶段发挥急性神经保护作用。
引言
脊髓缺血-再灌注损伤（SCIRI）是胸腹主动脉瘤手术和脊髓减压术中常见的并发症之一（Xie等人，2025年）。血流恢复到缺血组织后导致的不可逆神经元损伤常引发严重并发症，包括运动功能障碍、感觉障碍、截瘫甚至危及生命的结果，给患者、家庭和社会带来巨大负担。SCIRI引起的截瘫发生率约为2.4%至40%（Karatas等人，2019年）。目前尚无特定的药物可用于预防或治疗SCIRI，现有药物如地塞米松和甲基泼尼松龙的效果有限（Anjum等人，2020年）。
NAD+普遍存在于生物体内，参与多种酶促反应。在这些过程中，NAD+作为电子载体，在其氧化形式（NAD+）和还原形式（NADH）之间的氧化还原转换中起关键作用（Arenas-Jal等人，2020年）。越来越多的证据表明，NAD+通过抗氧化和抗炎机制减轻缺血性脑损伤（Zheng等人，2012年）。鉴于SCIRI和缺血性脑损伤都属于中枢神经系统损伤，本研究首次尝试探讨NAD+在SCIRI模型中的治疗潜力及其机制。
网络药理学（Nogales等人，2022年）将传统药理学原理与现代生物信息学工具结合，以识别潜在的药物靶点和相关信号通路。本研究创新性地利用网络药理学确定AKT1为NAD+治疗SCIRI的关键靶点。这一发现通过分子对接（Agu等人，2023年）和分子动力学模拟（Wu等人，2022年）得到了进一步验证。KEGG通路富集分析显示，凋亡在NAD+对SCIRI的治疗效果中起重要作用。尽管SCIRI的完整病理生理机制尚未完全明了，但大量研究表明，再灌注会释放活性氧（ROS）和炎症细胞因子，导致氧化应激引起的炎症和凋亡，从而加剧脊髓神经元损伤。因此，针对氧化应激和凋亡通路可能是有前景的神经保护策略。
总之，本研究表明氧化应激诱导的凋亡是SCIRI病理机制的关键组成部分，并首次提出NAD+可能通过激活PI3K/AKT信号通路发挥神经保护作用。
网络药理学
NAD+的化学结构式从PubChem（Kim等人，2016年）下载并保存为SD格式。通过与比较毒理学数据库（CTD）（Davis等人，2023年）、相似性集合方法（SEA）和瑞士靶点预测（Daina等人，2019年）的信息整合，获得了与NAD+相关的潜在治疗靶点。从GeneCards（Safran等人，2010年）、CTD和OMIM三个数据库中获取了与SCIRI相关的疾病靶点
网络药理学
NAD+的结构（PubChem CID：329818699）从PubChem获取（图1A）。通过CTD、SEA和SwissTarget数据库鉴定了所有与NAD+相关的145个靶基因。此外，使用GeneCards、OMIM和CTD数据库筛选出1784个与SCIRI相关的靶基因。通过交叉比较和分析这两个数据集，确定了72个重叠基因，并在文氏图（图1B）中可视化。这些72个基因可能作为潜在的治疗靶点
讨论
SCIRI可导致严重的运动和感觉功能障碍，对患者构成重大威胁（Rong等人，2022年）。在继发性损伤阶段，其病理生理机制尤为复杂。目前临床治疗选择有限，亟需进一步研究以改善预后。
NAD+在神经系统疾病中表现出显著的药理活性（Chini等人，2024年；Covarrubias等人，2021年；Zapata-Pérez等人，2021年）
结论
网络药理学分析结果表明，NAD+在治疗SCIRI方面具有巨大潜力。NAD+通过调节AKT1介导的凋亡可能为其治疗机制提供基础。随后的体内和体外实验进一步验证了NAD+通过刺激PI3K/AKT通路抑制氧化应激诱导的凋亡，从而提供针对SCIRI引起的神经损伤的神经保护。
CRediT作者贡献声明
尹张：数据可视化、项目管理、正式分析。强张：验证、监督、数据管理。司飞宇：软件使用、研究设计、概念构思。谢磊：数据可视化、验证、监督。余亮：撰写-审稿与编辑、资源获取、方法学设计、正式分析。宋雪：撰写-初稿撰写、监督、软件使用、项目管理、数据管理、概念构思。余昂格：监督、研究设计、正式分析
利益冲突
作者声明没有竞争利益。
数据可用性声明
如需，可从通讯作者处获取支持本研究结果的数据。
利益冲突声明
? 作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
我们感谢上海市科学技术委员会（项目编号19ZR1448100）的财政支持。
