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一氧化碳（CO）中毒问题严峻，缺乏有效生物标志物和疗法。研究人员以大鼠为模型，探究 CO 对线粒体功能影响、血红细胞作生物标志物的能力及 NV354 的疗效。结果显示 CO 影响线粒体功能，血红细胞比 COHb 更具相关性，NV354 无治疗效果，为后续研究提供方向。
在日常生活中，我们可能很少会想到，一种无色无味的气体，竟能悄无声息地对人体造成严重伤害，它就是一氧化碳（CO）。在美国，CO 中毒是一个不容忽视的公共卫生问题，每年约有 15000 起故意中毒事件，导致 400 - 500 人死亡，超过 50000 人因 CO 中毒前往急诊科就诊，其中一半以上需要住院治疗，每年造成的医疗费用和收入损失超过 10 亿美元。更严重的是，即使患者在中毒后幸存下来，也可能面临神经系统方面的并发症，如迟发性神经后遗症（DNS），发生率高达 50%。
目前，CO 中毒的诊断主要依赖病史和碳氧血红蛋白（COHb）水平，但 COHb 水平与中毒严重程度的相关性较差，并不能反映器官功能障碍的程度，这往往会导致诊断和治疗的延误。同时，现有的治疗方法，如高压氧（HBO）治疗，虽然能缓解症状、降低死亡率，但患者在急性症状消退后，仍有认知和运动功能障碍的风险。因此，寻找可靠的生物标志物来评估 CO 中毒的严重程度，以及开发更有效的治疗方法，成为了医学领域亟待解决的问题。
为了解决这些问题，来自德雷塞尔大学（Drexel University）、宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院（Perelman School of Medicine, University of Pennsylvania）等机构的研究人员开展了一项关于急性 CO 中毒的研究。他们的研究成果发表在《Journal of Medical Toxicology》杂志上，为我们深入了解 CO 中毒的机制和治疗提供了新的视角。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，建立了非存活啮齿动物急性 CO 中毒模型，选用体重约 300g 的 Sprague - Dawley 大鼠，将其随机分为对照组（Sham）、CO - 400（400ppm）、CO - 1000（1000ppm）和 CO - 2000（2000ppm）组，另外每组还设置了 5 只给予琥珀酸前药（NV354）治疗的动物。实验过程中，通过气管切开术让大鼠暴露于不同浓度的 CO 中 120 分钟，随后在室内空气中再氧合 30 分钟。实验结束后，采集大鼠的大脑组织和全血。其次，运用差速离心和密度梯度离心等技术分离提取大脑线粒体和外周血单个核细胞（PBMCs）。然后，利用 Oroboros O2k - FluoRespirometers 多通道呼吸测定仪和底物 - 解偶联剂 - 抑制剂滴定（SUIT）协议，测定线粒体呼吸功能；采用 Western blotting 技术检测大脑皮质组织中柠檬酸合酶（CS）的蛋白表达水平。
实验结果
- 动物存活情况：Sham、CO - 400 和 CO - 1000 组的所有动物在暴露期结束时均存活，而 CO - 2000 组无动物存活，因此该组未纳入最终分析。
- 线粒体呼吸功能
- 大脑线粒体：随着 CO 浓度增加，线粒体呼吸功能呈剂量依赖性下降。Sham 组与 CO - 400 组相比，除细胞色素 c 氧化酶（CIV）相关呼吸外，其他呼吸状态无显著差异；Sham 组与 CO - 1000 组相比，Sham 组所有呼吸状态的值均显著更高；CO - 400 组与 CO - 1000 组相比，除 CIV 相关呼吸外，CO - 400 组其他呼吸状态的值均显著更高1。
- PBMCs：不同组之间在通过 CIl 的非磷酸化呼吸（ETSCH）状态下无差异，但在 CIV 相关呼吸状态下，各组之间均存在差异。此外，Sham 组在氧化磷酸化（OXPHOS）的CI+CII连接呼吸（OXPHOSCI+CII?linked）和电子传递系统（ETS）的CI+CII呼吸（ETSCI+CII）等状态下，呼吸值显著高于 CO - 400 组；Sham 组在 OXPHOS、OXPHOSCI?linked、OXPHOSCl+CII?linked和ETSCl?CH呼吸状态下，呼吸值显著高于 CO - 1000 组；CO - 400 组在 OXPHOS 和OXPHOSCl?linked呼吸状态下，呼吸值显著高于 CO - 1000 组12。
- 生物标志物评估：PBMCs 的 CIV 呼吸与分离的大脑线粒体 CIV 呼吸的相关性（r=0.66）高于 COHb（r=0.45），表明 PBMCs 作为评估大脑线粒体功能的生物标志物，可能比 COHb 更具优势3。
- 琥珀酸前药（NV354）的疗效：给予 NV354 治疗的动物在暴露期结束时均存活，但与未治疗的动物相比，经 NV354 治疗的动物的大脑线粒体呼吸在所有关键呼吸状态下均无显著差异，说明 NV354 在本研究设定的剂量和实验条件下，对改善急性 CO 中毒引起的线粒体功能障碍没有明显效果4。
- Western blot 结果：CO - 400 组和 CO - 1000 组之间大脑皮质组织中 CS 的相对密度存在显著差异，CO - 1000 组的 CS 表达显著低于 CO - 400 组，这可能是导致 CO - 1000 组线粒体呼吸下降的原因之一5。
研究结论与讨论
本研究通过建立先进的啮齿动物 CO 中毒模型，深入探究了不同剂量 CO 暴露对线粒体功能的影响，评估了 PBMCs 作为生物标志物的潜力，并测试了 NV354 作为治疗急性 CO 中毒药物的疗效。研究发现，CO 暴露会导致大脑线粒体功能呈剂量依赖性下降，PBMCs 呼吸与大脑线粒体呼吸的相关性比 COHb 更高，有望成为更有效的生物标志物。然而，NV354 在本研究中未能显示出对线粒体呼吸的治疗效果，可能与药物剂量、作用时间或动物模型的差异有关，这为后续研究指明了方向。
该研究成果具有重要意义。一方面，为 CO 中毒的诊断提供了新的潜在生物标志物，有助于更准确地评估中毒严重程度和患者预后；另一方面，虽然 NV354 的治疗效果不佳，但为开发新型治疗方法提供了宝贵经验，推动了 CO 中毒治疗领域的研究进展。未来，研究人员可以进一步优化实验设计，探索更有效的治疗策略，为 CO 中毒患者带来更多希望。
