槲皮素与人类烟碱型乙酰胆碱受体相互作用的分子机制

《Neuropharmacology》：Molecular mechanism of the interaction between kaempferol and human nicotinic acetylcholine receptors

　　## 摘要- 山奈酚与烟碱型乙酰胆碱受体相互作用的分子机制。- 山奈酚以亚型特异性方式抑制烟碱型乙酰胆碱受体。- 该抑制作用被证明是可逆的、浓度依赖性的和非竞争性的。- 山奈酚与α3（W55）或β4（R151）亚基相互作用。## 引言山奈酚是一种天然存在的黄酮类化合物，广泛存在于各种水果、蔬菜和药用植物中。它以其广泛的药理特性而闻名，包括抗氧化、抗炎、抗癌和神经保护作用（Pan等，2020；Silva Dos Santos等，2020）。其神经保护作用部分被认为源于其调节关键细胞内信号通路的能力，以及其抑制某些神经递质（如血清素和去甲肾上腺素）再摄取的能力，从而可能增加其突触浓度（Behl等，2023；Chaubey和Singh，2025）。这些机制提示山奈酚在调节情绪和认知功能方面可能发挥作用，尽管目前尚未被批准用于精神疾病的临床治疗。虽然山奈酚在动物模型中显示出低毒性，但在某些实验条件下，高浓度可能引起胃肠道紊乱或肝毒性（Wang等，2015）。烟碱型乙酰胆碱受体（nAChRs）是对激动剂乙酰胆碱和尼古丁起反应的离子型受体。配体结合后，这些受体形成阳离子通透性离子通道，促进钠离子和钙离子的内流，导致细胞去极化和激活（García-Colunga和Miledi，1999；Bertrand等，1993）。结构上，nAChRs由五个亚基围绕中央孔对称排列组成。α亚基和β亚基的具体组成决定了受体的药理学和生理学特性。nAChRs存在于神经肌肉接头处，在那里它们在运动神经元释放乙酰胆碱后介导肌肉收缩（Gil等，2010）。在自主神经系统中，它们传递自主神经节内的信号；在中枢神经系统（CNS）中，它们参与各种认知过程，包括学习、记忆和注意力（Haam和Yakel，2017；Hogg等，2003）。nAChRs也与成瘾机制有关，因为尼古丁与这些受体结合并促进神经递质（如多巴胺）的释放（Skok，2002）。nAChRs被归类为配体门控离子通道，在中枢神经系统和周围神经系统中介导快速的突触传递。其五聚体结构允许基于亚基组成的相当大的亚型多样性。其中，α7亚型因其在认知功能、学习和记忆中的作用而被充分表征，并在海马和前额叶皮层中显著表达（Dineley等，2015；Gotti等，2006）。α7受体以高钙通透性和其参与突触可塑性和神经保护而著称（Albuquerque等，2009）。此外，α7受体通过其在CNS免疫细胞上的表达调节神经炎症反应（Wang等，2003）。虽然研究较少，但α3β2受体已被证明能影响认知和感觉处理，并调节大脑各个区域多巴胺和去甲肾上腺素的释放（Gotti和Clementi，2004）。α3β4亚型在尼古丁依赖和奖赏相关行为中发挥关键作用，并参与上丘缰核的情绪调节和厌恶过程（Fowler等，2011）。α4β2受体在皮层和海马中高表达，并与认知功能和突触可塑性密切相关（Levin和Rezvani，2002；Mansvelder和McGehee，2000）。它还在调节奖赏通路内的多巴胺释放方面发挥关键作用（Picciotto等，2000）。同时，α4β4受体与运动协调和感觉处理有关，主要表达在丘脑和小脑（Mineur和Picciotto，2008）。先前的计算机模拟和体外研究表明，山奈酚可能与单胺类转运体相互作用，包括血清素、去甲肾上腺素和多巴胺转运体，表明其具有调节突触处神经递质可用性的潜力（Li等，2016；Wang等，2012）。此外，据报道山奈酚能影响GABA能和谷氨酸能信号传导——两者对情绪调节和应激反应都很关键（Park等，2011）。它还影响细胞内信号通路，如PI3K/Akt和MAPK，这些通路已知支持神经元存活和突触可塑性（Park等，2011；Yu等，2013；Zhao等，2013）。通过其抗氧化和抗炎作用，山奈酚可能有助于减轻神经炎症和氧化应激，这两者是抑郁症和焦虑症病理生理学的主要贡献因素（Li等，2016）。这些综合机制表明，山奈酚可能增强神经认知功能和情绪韧性；然而，其治疗情绪和焦虑障碍的临床疗效仍有待通过大规模人类试验来确定。在本研究中，我们证明山奈酚与nAChRs的相互作用是非竞争性的和电压不依赖的，并具有明显的亚型选择性。值得注意的是，山奈酚被证明能调节α3β4 nAChR亚型，该亚型在自主神经调节以及中枢神经系统功能（如情绪、认知和奖赏处理）中至关重要。这种相互作用提示了一种新的机制，可能使山奈酚的治疗潜力超出其先前已知的对单胺类转运体的影响。双重作用机制——既作为血清素-去甲肾上腺素再摄取调节剂，又作为特定nAChR亚型的变构抑制剂——表明了一个多面的药理学特征，可能影响情绪调节、认知功能，并可能影响成瘾通路。进一步研究山奈酚对nAChRs的调节作用可能为其神经调节作用提供新的见解，并支持其作为情绪和焦虑障碍靶向治疗药物的开发潜力。为了表征山奈酚对nAChRs的亚型特异性抑制作用，我们在非洲爪蟾卵母细胞中采用双电极电压钳技术。电生理记录显示，山奈酚对乙酰胆碱激活的nAChR电流产生可逆的、浓度依赖性的、电压不依赖性的和非竞争性的抑制作用。这些发现表明，山奈酚通过变构机制调节nAChRs，并可能对涉及胆碱能信号传导失调的神经精神疾病具有治疗潜力。## 材料编码人nAChR亚基α7、α3、α4、β2和β4的互补DNA（cDNA）购自OriGene Technologies公司（美国马里兰州罗克维尔）。山奈酚（PubChem CID：5280863）以二甲基亚砜（DMSO）配制成100 mM储备液，随后在浴液中进行稀释以达到所需的工作浓度。最终DMSO浓度保持在0.05%以下，该水平已被证明不会显著影响激动剂诱导的电流。山奈酚和其他所有...## 山奈酚对各nAChR亚型的抑制作用将乙酰胆碱施加到浴液中，在注射了α7、α3β2、α3β4、α4β2或α4β4烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR）亚型的卵母细胞中诱发了显著的向内电流，证实了这些受体的功能表达。选择这五种亚型（α7、α3β2、α3β4、α4β2和α4β4）是因为它们共同代表了介导中枢认知功能（α7、α4β2、α4β4）和自主神经/奖赏相关信号传导（α3β2、α3β4）的主要神经元nAChR亚型，使我们能够...## 讨论山奈酚已被证明能发挥显著的神经药理学作用，特别是通过调节与情绪调节和认知功能有关的神经递质系统和细胞内信号通路（Rahul和Siddique，2021；Wang等，2020）。山奈酚最显著的机制之一是其对nAChRs的选择性拮抗作用，特别是对α3β4亚型的拮抗作用。该受体在调节自主神经系统功能、情绪处理以及...## 结论总之，我们的研究表明，山奈酚对α3β2和α3β4 nAChRs的I_ACh产生可逆的、非竞争性的和电压不依赖性的抑制作用，对α3β4亚型的效果尤为显著。这种抑制作用并未延伸至α4β2、α4β4或α7受体，表明具有亚型选择性。通过分子建模和突变分析，我们确定了W55（α3亚基）和R151（β4亚基）为介导山奈酚抑制活性的关键残基。电生理数据...## 伦理批准与参与同意动物实验经动物伦理与福利委员会批准（批准号：CNU IACUC-YB-2016-07）。## 数据可用性声明本研究期间产生或分析的所有数据均包含在本发表的论文中。## 利益冲突声明作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Gihyun Lee报告获得了韩国国家研究基金会的财政支持。如果有其他作者，他们声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。## 致谢本工作得到韩国国家研究基金会（NRF）的支持，由韩国政府（MSIT）资助（编号：2022R1A5A2029546）。## CRediT作者贡献声明**Jaehui Yang：** 验证、软件、方法学、调查、形式分析、数据管理。**Myungmi Moon：** 软件、资源、方法学、调查、形式分析、数据管理。**Jeongyeon Yun：** 方法学、形式分析、数据管理、概念化。**Hye Duck Yeom：** 写作——审阅与编辑、写作——初稿、方法学、数据管理、概念化。**Virginia Njoki Kamau：** 方法学、数据管理、概念化。**Mee-Hyun Lee：** 写作——审阅与编辑...Jaehui Yang | Myungmi Moon | Jeongyeon Yun | Hye Duck Yeom | Virginia Njoki Kamau | Mee-Hyun Lee | Gihyun Lee | Junho H. Lee