人参皂苷Rg1通过Nrf2/GPx4通路抑制铁死亡（ferroptosis），从而减轻PM2.5引起的神经毒性

《Journal of Ethnopharmacology》：Ginsenoside Rg1 attenuates PM 2.5-induced neurotoxicity by suppressing ferroptosis via the Nrf2/GPx4 axis

本研究探讨人参皂苷Rg1通过Nrf2/GPx4通路缓解PM2.5诱导的神经毒性，为传统医学中人参用于改善认知的功能提供实验依据。

　　

卢浩宇|李学珍|刘金泽|张维宁|何忠梅|赵燕|耿建安|周佳|陈伟佳|杜瑞

吉林农业大学中药材料学院，长春，130118，中国

摘要

民族药理学相关性

人参（Panax ginseng）C.A. Mey.（五加科）在传统中医中被用于治疗与认知相关的疾病（如“益智”）以及记忆力减退等症状。鉴于人们对细颗粒物（PM_2.5）引起的神经行为损伤日益关注，我们研究了人参皂苷Rg1是否能够抵御PM_2.5的神经毒性，从而为这种传统用途提供实验依据。

研究目的

本研究旨在探讨铁死亡（ferroptosis）是否参与了PM_2.5诱导的神经毒性，并确定人参皂苷Rg1是否通过Nrf2依赖的GPx4抗氧化防御机制来对抗这种损伤。

材料与方法

C57BL/6小鼠和HT22海马神经元细胞被暴露于PM_2.5环境中，并分别给予或不给予Rg1处理。研究评估了行为表现、线粒体超微结构、铁死亡相关指标（Fe²⁺积累和脂质过氧化情况，以及Nrf2/GPx4抗氧化通路。使用Ferrostatin-1作为铁死亡抑制剂，同时利用ML385和Nrf2 siRNA来评估Nrf2在Rg1保护作用中的角色。

结果

PM_2.5暴露导致了认知功能障碍、线粒体凝聚/收缩和铁依赖性脂质过氧化，伴随Nrf2活性下降及GPx4表达抑制。Rg1显著缓解了这些变化，其保护效果与Ferrostatin-1相当。然而，通过药物抑制或基因敲低Nrf2会大大削弱Rg1的保护作用。

结论

PM_2.5可引发铁死亡相关的神经毒性，而Rg1至少部分通过Nrf2依赖的GPx4抗氧化防御机制发挥保护作用。

引言

人参（Panax ginseng）C.A. Mey.（五加科）在传统中医中广泛用于增强认知功能（如“益智”）和治疗记忆力减退（Ong等人，2018年）。在现代环境健康背景下，环境中的细颗粒物（PM_2.5）已成为主要的公共卫生问题，除了对心肺系统的危害外，还与神经系统疾病有关（Health Effects Institute，2024年；IQAir，2024年）。由于PM_2.5颗粒体积小且含有活性化学成分，它们可能逃避肺部清除，进入血液循环，并通过嗅觉途径或受损的血脑屏障进入中枢神经系统（Qi等人，2022年；Shou等人，2020年）。流行病学研究表明，长期暴露于PM_2.5与认知功能障碍及阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病的发病风险增加有关（?str?m等人，2021年；Murata等人，2022年；Ni等人，2024年）。然而，PM_2.5引起的神经毒性的具体调控机制尚未完全阐明。 铁死亡是一种由铁依赖性脂质过氧化驱动的调控性细胞死亡形式，在脑部氧化还原失调和金属稳态失衡的情况下尤为显著（Dixon等人，2012年；Nycz和Krysta，2024年）。在分子水平上，谷胱甘肽（GSH）依赖的谷胱甘肽过氧化物酶4（GPx4）通路受损会导致脂质过氧化物无法被有效清除，进而引发致命的脂质自由基积累和神经元死亡（Lin等人，2022年；Ma等人，2022年）。PM_2.5颗粒具有复杂的化学结构，含有氧化还原活性的过渡金属、多环芳烃和醌类物质（Guo等人，2022a；Xiong等人，2022年）。这些成分与神经元组织相互作用时，可通过芬顿反应（Fenton reaction）生成羟基自由基，同时消耗内源性谷胱甘肽。这种理化特性符合铁死亡的典型特征，表明铁死亡可能是颗粒物暴露与神经退行性病变之间的重要关联途径。 鉴于氧化损伤在铁死亡信号传导中的核心作用，增强内源性抗氧化防御机制是减轻PM_2.5相关神经毒性的合理策略。常用的铁死亡抑制剂Ferrostatin-1常被用作研究脂质过氧化依赖性铁死亡过程的工具化合物。因此，能够恢复氧化还原平衡和限制脂质过氧化的干预措施对于应对PM_2.5相关神经毒性具有重要意义。 人参皂苷Rg1是人参中的主要生物活性成分，具有抗氧化和细胞保护作用（Zhang等人，2025年）。先前的研究表明，Rg1可激活Nrf2信号通路并增强下游抗氧化酶的表达（Chen等人，2019年；Chu等人，2018年；Gao等人，2019年；Liu等人，2023年）。最新研究还表明，Rg1可以调节Nrf2/GPx4通路，抑制脂质过氧化并减轻铁死亡相关的细胞死亡（Deng等人，2024年；Guo等人，2022b年）。这些发现使Rg1成为潜在的机制调节剂，可用于对抗污染物引起的神经元损伤；然而，其对抗PM_2.5引发的认知功能障碍和铁死亡相关神经毒性的效果及其所需的Nrf2通路机制仍有待验证。 本研究结合体内和体外实验，探讨了长期反复暴露于PM_2.5是否会导致铁死亡相关的神经元损伤，以及Rg1是否通过调节Nrf2/GPx4通路发挥神经保护作用。使用C57BL/6小鼠和HT22海马神经元细胞评估行为表现、线粒体超微结构、铁稳态、脂质过氧化及相关通路标志物的分子变化。通过Ferrostatin-1、Nrf2抑制剂ML385和Nrf2 siRNA进一步阐明了铁死亡和Nrf2信号通路在PM_2.5诱导的神经毒性中的作用，为人参在增强认知和改善记忆方面的传统用途提供了药理学依据。

PM_2.5的收集与表征

PM_2.5样本采集自中国吉林省长春市吉林农业大学中药材料学院的屋顶。使用CF-3200高容量采样器（流速100 L/min）在90 mm PTFE过滤器上采集样品，每天采集22小时。采集后的过滤器立即密封并储存在4°C环境中。随后用超纯水提取PM_2.5，经过3小时超声处理后，在-50°C下冷冻干燥24小时，以便后续实验使用。

PM_2.5的多形态结构与成分分析

透射电子显微镜（TEM）分析显示，PM_2.5主要由纳米级聚集体组成，形成表面不规则的网状或紧凑的簇（图1A）。扫描电子显微镜（SEM）观察到颗粒主要为圆形或多边形，边缘光滑，这种形态特征与多种来源的颗粒相符（如矿物/土壤颗粒和燃烧产物颗粒）（图1B）。这种形态多样性表明存在多种颗粒排放源，影响了颗粒的表面反应性。

讨论

环境中的细颗粒物（PM_2.5是全球性的环境和公共卫生挑战，在工业化地区及供暖季节浓度急剧上升（Li等人，2016年）。除了对心肺系统的危害外，越来越多的证据表明PM_2.5暴露与认知能力下降和神经退行性疾病风险增加有关（Yang等人，2025年）。我们的行为和神经病理学数据也支持这一观点，表明PM_2.5可引发氧化还原相关的神经毒性反应。

结论

综上所述，我们的研究结果表明铁死亡相关机制在PM_2.5诱导的神经毒性中起重要作用，表现为铁稳态失衡、脂质过氧化加剧以及Nrf2/GPx4抗氧化防御系统的受损。研究还发现人参皂苷Rg1能够激活Nrf2信号通路并减轻铁死亡相关的损伤，其保护效果与Ferrostatin-1相当。此外，药物抑制和基因沉默实验表明Rg1在保护机制中起关键作用。

CRediT作者贡献声明

卢浩宇：概念设计。 李学珍：方法学研究。 刘金泽：实验实施。 张维宁：数据分析。 何忠梅：项目监督。 赵燕：项目管理。 耿建安：资源协调。 周佳：数据分析。 陈伟佳：项目管理和资金申请。 杜瑞：项目监督和概念设计。

资助

本研究得到了吉林省科技发展计划和吉林省自然科学基金——自由探索项目（YDZJ202501ZYTS706）的支持。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的财务利益或个人关系。文中提到的商业试剂仅用于研究目的。