天麻素通过激活AMPK-OPA1信号通路促进线粒体融合减轻脑缺血再灌注损伤的机制研究

本研究揭示了天麻素（Gas）通过激活AMPK-OPA1信号通路调控线粒体动态平衡，从而缓解脑缺血再灌注（I/R）损伤的创新机制。通过体外OGD/R模型和体内MCAO/R模型，证实Gas能显著抑制炎症反应、恢复线粒体膜电位、促进ATP生成，并通过增强线粒体融合蛋白（OPA1/Mfn1/Mfn2）表达改善神经元存活。该研究为卒中治疗提供了以线粒体为靶点的新策略。

　　

引言

卒中作为全球第二大死亡原因，其缺血性类型占比达87%，核心病理是脑血流中断导致的能量代谢紊乱。神经元高度依赖线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）供能，而缺血再灌注（I/R）会触发线粒体过度分裂（fission），导致膜电位崩溃和细胞凋亡。天麻素（Gastrodin, Gas）是传统中药天麻的主要活性成分，既往研究证实其具有抗炎、抗氧化等多重神经保护作用，但对其调控线粒体动态平衡的机制尚未阐明。

材料与方法

研究采用SH-SY5Y细胞的氧糖剥夺/复氧（OGD/R）模型和SD大鼠大脑中动脉闭塞/再灌注（MCAO/R）模型。通过JC-1探针检测线粒体膜电位，WB和RT-PCR分析AMPK-OPA1通路关键蛋白（如p-AMPK、OPA1、Mfn1/2），结合分子对接和细胞热转移实验（CETSA）验证Gas与AMPK的直接结合。

结果

3.1 AMPK-OPA1通路抑制加剧线粒体碎片化

沉默AMPK后，OGD/R处理的细胞线粒体呈现"甜甜圈"状碎片化，膜电位显著降低（JC-1红绿荧光比下降50%），且OPA1表达减少60%。

3.2 Gas抑制炎症与钙超载

Gas（10-40 μM）剂量依赖性地降低TNF-α、IL-6等炎症因子表达（p<0.01），并通过Fluo-4AM检测发现细胞内Ca²⁺浓度恢复至正常水平80%。

3.3 改善能量代谢障碍

Gas处理使OGD/R细胞的ATP产量提升2.1倍，NAD⁺/NADH比值从0.5恢复至1.2（p<0.001），线粒体网络长度增加3倍（Tom20染色）。

3.4 激活AMPK-OPA1通路

分子对接显示Gas通过HIS150/ALA226等残基结合AMPK，CETSA证实其使AMPK热稳定性提高10°C。沉默AMPK后，Gas促融合效应完全消失。

3.5-3.7 体内神经保护

MCAO/R大鼠经Gas治疗后：

• 梗死体积减少47%（TTC染色）

• 海马CA1区神经元密度增加80%（Nissl染色）

• GFAP阳性星形胶质细胞活化抑制40%

• 脑组织OPA1 mRNA表达上调2.3倍

讨论

研究首次揭示Gas通过"AMPK→OPA1→线粒体融合"轴发挥神经保护作用。线粒体超融合（hyperfusion）可整合损伤线粒体，维持OXPHOS效率，这为解释传统中药"息风通络"功效提供了现代科学依据。局限性在于未使用OPA1条件敲除动物，且未探讨其他脑细胞（如小胶质细胞）的贡献。

结论

Gas作为AMPK-OPA1通路的天然激活剂，通过重构线粒体网络稳态，为缺血性卒中提供了多靶点干预策略。该研究不仅拓展了中药活性成分的机制认知，也为开发靶向线粒体动态平衡的神经保护剂奠定基础。