甲基苯丙胺通过直接渗透诱导线粒体功能障碍与细胞退变的潜在机制：分子动力学模拟与体外模型研究

本研究通过分子动力学（MD）模拟和体外实验，揭示甲基苯丙胺（METH）可不依赖多巴胺转运体（DAT）直接穿透线粒体膜，诱导线粒体膜电位（ΔΨm）紊乱、活性氧（ROS）升高和细胞凋亡，为理解METH的神经毒性机制提供了新视角。

　　

Highlight

本研究的亮点在于结合计算模拟与实验验证，首次系统阐明甲基苯丙胺（METH）通过直接穿透生物膜而非依赖多巴胺转运体（DAT）的机制诱导线粒体功能障碍。

Unbiased molecular dynamics simulation

采用非偏分子动力学（MD）模拟技术，对比研究甲基苯丙胺（METH）和多巴胺（DA）在DPPC与POPC脂质双分子层中的渗透行为。力场参数基于Berger等人（1997）的脂质模型，METH与DA的拓扑结构通过Automated Topology Builder构建。每个模拟体系包含128个脂质分子，水模型采用SPC，并在体系中添加氯离子以维持电中性。模拟在GROMACS 2019.6中运行，温度控制为298K，压力控制为1 bar。轨迹分析使用VMD和gromacs内置工具完成。

Properties of lipid bilayer of DPPC and POPC simulation systems

通过分析sn-1与sn-2酰基链的氘代有序参数（S_CD）表征脂质双分子层的结构动态特性（图1A–D）。DPPC体系（METH-DPPC与DA-DPPC）的S_CD曲线显示两条链均具有高且相对平坦的有序性，平均S_CD值约为0.17，初始碳原子处峰值达～0.23，随后向链末端逐渐降低。POPC体系的sn-2链因含双键而有序性显著降低，尤其在碳原子9–10位置出现特征性下降，与实验数据高度一致。厚度与面积 per lipid 的计算结果进一步验证了膜模型的稳定性。

Discussion

本研究通过计算模拟与体外实验提供了新颖证据，支持METH穿透线粒体膜并破坏其功能的机制。METH可自发渗入DPPC与POPC膜——这两种细胞与线粒体膜中富集的磷脂类型（Horvath and Daum, 2013）。

本研究的MD模拟在室温（298K）下进行，该条件理论上影响脂质流动性与药物渗透率，但实验结果与生理温度下的毒理学数据仍高度吻合。METH的快速穿透行为与其阳离子亲脂特性密切相关，而DA因极性较高主要吸附于膜界面。自由能谱（PMF）分析显示METH穿越脂质双层的能垒较低，最低自由能位于双层内部，而DA在膜中心存在显著能垒。这一发现从热力学角度解释了METH的高渗透性。

体外实验进一步证实，METH可在不依赖DAT的情况下诱导线粒体膜去极化与细胞凋亡，提示其神经毒性存在直接膜作用途径。

Conclusion

综合计算与实验结果，本研究提出METH诱导神经细胞死亡的机制部分通过非DAT依赖途径介导。METH分子可直接穿透线粒体膜，引起去极化，进而启动下游机制导致线粒体功能障碍与细胞死亡。