琥珀酸对肾细胞的保护作用强于星形胶质细胞：能量代谢效率是关键

《Biochemistry (Moscow)》：Succinate Confers Stronger Cytoprotection in Kidney Cells than in Astrocytes Due to Its More Efficient Involvement in Energy Metabolism

本研究针对脑肾等高代谢器官在缺血等病理状态下能量危机引发的细胞死亡问题，通过对比研究外源琥珀酸对星形胶质细胞和肾上皮细胞在血清剥夺损伤模型中的保护效应。结果发现，琥珀酸能显著提升两种细胞的存活率，但对肾细胞的保护作用更优，其机制与肾细胞线粒体膜电位维持更好、呼吸控制能力更强、质子漏更低以及琥珀酸利用效率更高密切相关。该研究揭示了琥珀酸细胞保护作用的组织特异性，为开发针对急性肾损伤等疾病的代谢疗法提供了重要依据。

　　

大脑和肾脏是我们身体里最“忙碌”的器官之一，它们无时无刻不需要消耗巨大的能量来维持正常功能。这些能量主要来自于细胞内的“能量工厂”——线粒体所进行的氧化磷酸化过程。然而，当遭遇急性心肌梗死、缺血性脑卒中、严重感染或失血性休克等危重疾病时，器官会因血流灌注急剧减少而陷入“能源危机”。能量底物的匮乏会触发一系列致命的连锁反应，导致线粒体功能失调、活性氧（ROS）爆发、最终走向细胞死亡，造成器官功能难以逆转的损伤。因此，如何为这些“饥饿”的细胞及时补充能量，纠正代谢紊乱，成为了挽救生命的关键科学问题。

在这种背景下，补充三羧酸循环（TCA循环）的中间代谢产物，被认为是一种有前景的治疗策略。其中，琥珀酸（succinate）的盐类（如琥珀酸二钠）早已在临床实践中应用，但不同器官的细胞如何利用外源琥珀酸？其保护效果是否存在差异？背后的分子机制是什么？这些问题尚未被系统阐明。为了回答这些问题，来自莫斯科国立大学的研究团队在《Biochemistry (Moscow)》上发表了一项研究，精细地比较了琥珀酸对大脑中的星形胶质细胞和肾脏上皮细胞的保护作用及其线粒体机制。

为了开展这项研究，研究人员主要运用了几项关键技术：他们使用了从新生大鼠脑中分离的原代星形胶质细胞和正常大鼠肾上皮细胞系（NRK-52E）作为研究对象。通过血清剥夺（移除培养基中的胎牛血清）48小时来模拟细胞损伤模型。细胞存活率通过MTT法进行评估；细胞死亡通过碘化丙啶（PI）和钙黄绿素AM（Calcein AM）荧光染色进行区分和定量；线粒体膜电位使用TMRE荧光探针进行标记和测量；而细胞耗氧率（OCR）这一核心的线粒体功能指标，则通过Seahorse XFp能量代谢分析系统进行实时监测，该系统可以依次加入琥珀酸、氧化磷酸化抑制剂（如寡霉素、FCCP、鱼藤酮/抗霉素A等）来解析基础呼吸、ATP合成相关的呼吸、质子漏等关键参数。

琥珀酸促进肾上皮细胞和星形胶质细胞在生理及血清剥夺条件下的存活

研究人员首先评估了不同浓度琥珀酸对细胞活力的影响。在正常条件下，琥珀酸能显著提高两种细胞的存活率，但对肾上皮细胞的效果尤为惊人，50 mM的琥珀酸使其活力增加了一倍以上。在血清剥夺的应激条件下，肾上皮细胞的活力下降了71%，而50 mM的琥珀酸处理几乎能使其活力恢复到正常水平。相比之下，琥珀酸对星形胶质细胞也有保护作用，但程度弱于肾细胞。值得注意的是，高浓度（100 mM）的琥珀酸在血清剥夺的肾细胞中表现出毒性，而在正常条件下却仍有积极作用，提示最佳剂量需要根据病理状态精细调整。

琥珀酸处理减少肾上皮细胞死亡，但对星形胶质细胞无效

为了确认细胞活力的变化是否源于死亡率的改变，研究团队进行了荧光染色实验。结果清晰地显示，血清剥夺显著增加了肾上皮细胞中PI阳性的死细胞比例，而琥珀酸处理能有效降低这一比例。然而，在星形胶质细胞中，琥珀酸并未能减少血清剥夺引起的细胞死亡。这进一步证实了琥珀酸对肾细胞的保护优势，并表明这种保护主要体现在抑制细胞坏死上。

琥珀酸在生理和血清剥夺条件下均能提高肾上皮细胞的线粒体膜电位

线粒体膜电位是维持线粒体功能和ATP合成的关键驱动力。研究发现，琥珀酸处理能显著提高肾上皮细胞的TMRE荧光强度，即提升了其线粒体膜电位，无论处于正常还是应激状态。然而，在星形胶质细胞中，琥珀酸未能引起膜电位的显著变化。血清剥夺本身导致两种细胞的膜电位均下降，但琥珀酸仅能帮助肾细胞部分恢复这一关键参数。

肾上皮细胞和星形胶质细胞对琥珀酸处理的呼吸应答差异

为了揭示上述差异的根源，研究人员深入比较了两种细胞的呼吸功能。尽管星形胶质细胞的基础呼吸速率更高，但进一步分析发现，这可能是由于其线粒体质子漏更大，即呼吸链产生的能量更多以热能形式散失，而非用于合成ATP。肾上皮细胞则表现出更低的质子漏和更高的呼吸控制比，说明其氧化磷酸化耦合效率更佳。当通过鱼藤酮抑制复合物I（CI）的功能，迫使细胞只能通过琥珀酸经复合物II（CII）进行呼吸时，两种细胞的耗氧率均迅速增加，证明外源琥珀酸能被有效利用。但肾细胞对琥珀酸的响应更快，且琥珀酸依赖性呼吸占总耗氧的比例也显著高于星形胶质细胞。这表明肾上皮细胞的线粒体能够更高效地利用琥珀酸作为呼吸底物。

综合以上结果，本研究得出结论：外源琥珀酸二钠对高代谢器官的细胞，特别是肾上皮细胞，具有显著的细胞保护潜力。其保护效果存在细胞类型依赖性，肾细胞优于星形胶质细胞。这种差异的根源在于肾细胞的线粒体能够更高效地利用琥珀酸，表现为更好的呼吸控制、更低的质子漏以及对琥珀酸更迅速的代谢响应，从而能更有效地维持线粒体膜电位和能量供应。除了直接参与能量代谢，琥珀酸还可能通过激活其特异性受体SUCNR1（GPR91）或抑制脯氨酰羟化酶（PHDs）来稳定缺氧诱导因子-1α（HIF-1α），从而激活细胞适应缺氧和应激的基因程序。这些发现强调了在开发以代谢干预为基础的疗法时，必须考虑器官特异的生物能量学特征。尽管琥珀酸制剂已用于临床，但确定其针对不同器官损伤的最佳剂量和给药方案，以及开发更安全、生物利用度更高的衍生物（如避免酯类衍生物水解产生毒性醇类），仍是未来转化研究的重要方向。该研究为琥珀酸在急性肾损伤等能量代谢障碍性疾病中的精准应用提供了坚实的实验依据。