细胞生物学与拉曼光谱技术共同揭示了人参皂苷在过氧化物诱导应激下的双重抗氧化机制

《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：Cell biology and Raman spectroscopy jointly reveal the dual antioxidative mechanisms of ginsenosides under peroxide-induced stress

　　

温硕仁|龙江天|雷岩高|益林浩|婷张|宇高|孟磊徐|景波刘

吉林省营养与功能性食品重点实验室/吉林大学食品科学与工程学院，长春130062，中国

摘要

氧化应激由氧化大分子损伤和氧化还原信号传导紊乱引起，是多种亚健康状态的核心病理因素。尽管人参皂苷的抗氧化特性已被广泛证实，但其膜水平生物相互作用与细胞内信号通路调节之间的耦合机制仍不明确。本研究通过细胞生物学和表面增强拉曼光谱技术，揭示了两种代表性人参皂苷（Ro和Rg1）保护PC12细胞免受有机和无机过氧化物氧化损伤的双重机制：（1）Nrf2/GPx4轴激活：这两种皂苷作为GPx4催化循环的辅底物，上调Nrf2/GPx4信号通路，从而减轻线粒体膜去极化、减少细胞内ROS和MDA积累，并增强SOD和GR等内源性抗氧化酶的活性；（2）结构依赖的膜相互作用：相对疏水的人参皂苷Ro优先分布到富含胆固醇的有序膜区域（脂质筏）中，进入富含ROS的细胞内区室，有效抑制自由基链传播和脂质过氧化。相比之下，亲水性皂苷Rg1主要滞留在膜-水界面，主要通过内体途径清除，因此其抗氧化效果较弱。这些发现为人参皂苷的膳食和治疗应用提供了膜-转录调控的基础，并为皂苷的细胞生物活性提供了新的见解。

引言

氧化应激是一系列神经系统疾病发生和进展的关键病理过程，主要表现为活性氧（ROS）的过度生成，引发膜脂质氧化[1][2]。ROS及脂质过氧化产生的反应产物（如丙二醛MDA）可直接损害线粒体和膜蛋白，触发细胞死亡途径，包括凋亡、坏死和铁死亡[3]。这些过程与中枢神经系统疾病的病理进展密切相关[4][5][6][7][8]。转录因子Nrf2（核因子红细胞2相关因子2）作为细胞抗氧化反应的主要调控者，通过诱导II期抗氧化基因（如血红素加氧酶-1（HO-1）[9]、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶4（GPx4）[10][11]的表达，发挥重要的内在防御作用。其中，GPx4作为关键的脂质过氧化抑制剂，在维持膜脂质稳定性和保护神经元细胞存活方面起关键作用[12][13]。目前，利用天然活性化合物通过膳食干预开发具有高生物利用度和安全性的抗氧化剂，被视为减轻氧化应激和预防或辅助治疗相关慢性疾病的有希望策略[14]。

作为一种典型的药食同源物质，人参因其主要活性成分人参皂苷而受到广泛关注，这些皂苷具有抗氧化、抗炎和神经保护等多种生理活性，使其成为兼具传统药用价值和现代食品开发潜力的代表性物质[15][16][17]。研究表明，不同类型的人参皂苷（如Ro、Rg1和Rb1）在神经保护、促进突触可塑性以及抗炎和抗氧化过程中展现出显著作用。然而，它们的具体分子靶点、与膜结构的相互作用以及各皂苷之间的机制差异尚未完全阐明。特别是由于其结构差异，Ro和Rg1可能与脂质双层及膜蛋白的局部微环境产生截然不同的相互作用方式，从而影响其在细胞信号传导和抗氧化防御中的表现[18][19][20]。此外，关于皂苷-膜相互作用如何调节抗氧化通路（如Nrf2-GPx4通路）以及这种膜水平调控在细胞保护中的分子基础，系统性的实验证据仍然不足，这限制了人参活性成分的深入加工及其在精准营养领域的应用。

部分摘录

化学品

人参皂苷Ro购自上海源晔生物科技有限公司（中国上海），Rg1购自Macklin Reagent有限公司，纯度均≥98%。过氧化氢（H?O?，30%）和叔丁基过氧化氢（TBHP，70%）购自Aladdin生化科技有限公司（中国上海）。Dulbecco's Modified Eagle Medium（DMEM）、胎牛血清（FBS）和青霉素/链霉素购自Gibco（美国纽约州格兰德岛）。二甲基亚砜（DMSO）亦购自...

人参皂苷缓解H?O?和TBHP引起的PC12细胞结构损伤及凋亡

目前，研究主要集中在H?O?引起的细胞氧化损伤的预防和修复上，而关于有机过氧化物引起的氧化应激及其药理调控机制的研究相对较少[27][28][29]。因此，除了H?O?外，还添加了TBHP作为对比处理以诱导PC12细胞的氧化应激。TEM观察显示，与对照组相比，这两种处理均引起了典型的...

结论

本研究建立了H?O?和TBHP诱导的氧化损伤的PC12细胞模型，并系统评估了人参皂苷Ro和Rg1对细胞氧化损伤的保护作用。结果表明，Ro和Rg1均能减轻氧化损伤并保持细胞和细胞器的形态，其中疏水性的Ro具有比Rg1更强的保护效果。从机制上看，我们的发现支持了一种双重调控框架...

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到国家自然科学基金（项目编号32201935）和中国农业部和农村事务部农产品加工与贮藏关键技术实验室、农产品贮藏运输过程中质量控制关键技术实验室的支持。作者衷心感谢Scientific Compass团队的宝贵帮助（www.shiyaniia.com）。