基于质谱成像的铜负荷大鼠神经递质代谢谱解析及肝豆灵干预效应研究

本研究针对肝豆状核变性(HLD)中铜蓄积诱发认知障碍的临床问题，通过质谱成像技术揭示不同脑区神经递质代谢紊乱的空间特征。研究人员发现铜负荷大鼠皮质区谷氨酰胺(Gln)、腺苷等物质升高，γ-氨基丁酸(GABA)、次黄嘌呤等降低，表明Gln-Glu/GABA循环失衡。肝豆灵(GDL)干预不仅能改善水迷宫认知表现并降低脑铜水平，更通过重塑神经递质平衡发挥神经保护作用，为HLD认知障碍的机制研究与治疗策略提供了重要依据。

　　

在神经退行性疾病研究领域，肝豆状核变性(Hepatolenticular Degeneration, HLD)作为一种常染色体隐性遗传的铜代谢障碍疾病，其神经系统并发症尤其是认知功能障碍日益受到关注。患者由于ATP7B基因突变导致铜离子在肝脏和大脑基底节等部位异常沉积，引发震颤、肌强直等运动症状以及学习记忆能力下降等认知损害。尽管驱铜治疗能部分改善症状，但铜毒性引发的神经分子机制尚未明确，特别是铜离子如何干扰不同脑区神经递质代谢网络，进而导致认知功能障碍，成为临床治疗面临的重大挑战。

近日发表在《Experimental Neurology》的研究通过创新性地应用解吸电喷雾电离质谱成像(DESI-MS)技术，首次从空间代谢组学角度揭示了铜负荷大鼠脑内神经递质代谢谱的紊乱特征，并验证了中药复方肝豆灵(Gandouling, GDL)的干预效应。该研究不仅证实铜蓄积会破坏谷氨酰胺(Gln)-谷氨酸(Glu)/γ-氨基丁酸(GABA)循环平衡，更发现皮质区是代谢紊乱最显著的脑区，为HLD相关认知障碍的靶向治疗提供了新的理论依据。

研究采用铜负荷大鼠模型模拟HLD的病理过程，通过水迷宫行为学测试评估认知功能，结合DESI-MS技术对9个脑区进行空间代谢物检测，并采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定脑组织铜含量。关键实验技术还包括免疫组化验证、代谢通路分析及统计学建模。

研究结果显示：

1. 1.

   行为学测试表明铜负荷组大鼠逃避潜伏期显著延长，目标象限停留时间缩短，而GDL干预后认知功能明显改善

2. 2.

   脑铜含量检测显示铜负荷组基底节区铜离子浓度升高3.2倍，GDL治疗组较模型组下降41.6%

3. 3.

   DESI-MS成像发现皮质区出现最显著的代谢物变化：谷氨酰胺(Gln)、腺苷、牛磺酸等兴奋性神经递质升高；γ-氨基丁酸(GABA)、次黄嘌呤等抑制性神经递质降低

4. 4.

   小脑和海马区分别发现磷脂代谢紊乱和能量代谢障碍特征

5. 5.

   代谢通路分析显示Gln-Glu/GABA循环、嘌呤代谢和氨基酸代谢通路是铜毒性的主要作用靶点

结论部分明确指出，铜离子通过破坏神经递质平衡特别是Gln-Glu/GABA循环的稳态，导致兴奋性/抑制性神经传递失调，进而诱发认知功能障碍。值得注意的是，GDL干预不仅能有效降低脑铜负荷，更重要的是通过调节多脑区神经递质代谢网络，恢复GABA能神经传递功能，这为中药复方治疗金属代谢障碍性疾病提供了分子水平的证据。该研究首次构建了铜毒性-脑区特异性代谢紊乱-认知功能障碍的因果链条，提出的空间代谢组学研究策略为神经退行性疾病的机制研究提供了新范式。