TRPV1激动剂辣椒素增强背根神经节和雪旺细胞的氧化应激抗性与再生能力

《Cells》：TRPV1 Agonist Capsaicin Enhances Oxidative-Stress Resistance and Regeneration in Dorsal Root Ganglia and Schwann Cells

　　

神经退行性变和氧化应激是免疫介导性神经病变的核心驱动因素。辣椒素是辣椒的活性成分，也是瞬时受体电位香草酸亚型1（TRPV1）通道的直接激动剂，临床上用于治疗神经病理性疼痛。研究人员先前已在体内实验性自身免疫性神经炎（EAN）模型和体外雪旺细胞（SC）培养中证明了辣椒素的免疫调节和抗氧化作用。然而，辣椒素维持背根神经节（DRG）轴突完整性和雪旺细胞稳态的分子机制仍不清楚。本研究描述了在正常和S-亚硝基-N-乙酰-DL-青霉胺（SNAP）诱导的氧化应激条件下，辣椒素对体外培养的DRG和SC的影响。在正常DRG神经元中，辣椒素诱导了涉及核因子E2相关因子2（Nrf2）、血红素加氧酶-1（Ho-1）和NAD(P)H醌脱氢酶1（Nqo1）的抗氧化级联反应上调，并在预防性和治疗性处理下恢复了轴突生长。预防性处理增强了过氧化氢酶（Cat）的表达，而治疗后处理则增加了再生相关蛋白生长相关蛋白43（Gap43）和激活转录因子3（Atf3）的表达。使用辣椒平（Capsazepine）抑制TRPV1部分减弱了对轴突生长的保护作用，表明辣椒素的作用是TRPV1介导的神经保护。在雪旺细胞中，辣椒素增加了线粒体三磷酸腺苷（ATP）产量和备用呼吸能力，诱导了短暂的、Nrf2依赖的抗氧化反应。在基础条件下，辣椒素抑制了髓鞘形成标志物的表达，但在氧化应激下促进了髓鞘形成和修复相关标志物的表达。这些发现支持辣椒素作为神经元和雪旺细胞氧化应激适应的调节剂。

神经退行性变是导致周围神经系统（PNS）疾病慢性残疾的主要驱动因素，其机制包括原发性或继发性（如炎症背景下的）变性。氧化应激是所有PNS疾病的共同特征，与活性氧增加和内源性抗氧化水平降低相关。尽管有多种抗炎疗法可用于调节PNS炎症，但针对氧化应激或直接促进再生的治疗选择知之甚少。近年来，环境和营养因素对免疫介导性PNS疾病的影响受到广泛关注。流行病学研究表明，与中国和巴西等辣椒素消费量高的国家相比，欧洲和北美急性炎症性脱髓鞘性多发性神经病（吉兰-巴雷综合征，GBS）的发病率更高。辣椒素是辣椒的活性成分，其作用模式由瞬时受体电位香草酸亚型1（TRPV1）通道介导。该通道是一种非选择性钙渗透性阳离子通道，在神经系统和免疫系统中均有表达。研究团队先前已在PNS中证明了辣椒素的显著作用，包括在免疫介导性神经病（EAN）大鼠模型中，富含辣椒素的饮食具有免疫调节作用，以及在对雪旺细胞培养的直接抗炎和抗氧化作用。本研究聚焦于辣椒素对DRG和雪旺细胞的抗氧化和再生机制，并描述了其TRPV1介导的作用模式。论文发表在《Cells》期刊上。

为开展研究，研究人员主要采用了以下关键技术方法：使用Sprague-Dawley大鼠作为实验动物来源。建立了DRG外植体培养模型，用于评估轴突生长能力。建立了原代雪旺细胞培养和纯化体系。使用S-亚硝基-N-乙酰-DL-青霉胺（SNAP）在体外诱导氧化应激。利用免疫组织化学和图像分析（NeuronJ?插件）量化DRG神经突生长。通过实时定量聚合酶链式反应（qRT-PCR）分析相关基因的mRNA表达水平。使用Seahorse XF Pro分析仪进行线粒体压力测试和糖酵解压力测试，以评估雪旺细胞的线粒体呼吸和糖酵解功能。

研究结果部分通过一系列实验揭示了辣椒素的作用机制与效果：
1. **辣椒素通过过氧化氢酶表达增强DRG对氧化应激的抗性**：在SNAP诱导的氧化应激下，DRG轴突生长显著减少。使用辣椒素预处理24小时可增加氧化应激条件下的神经突生长，表明其神经保护潜力。使用TRPV1拮抗剂辣椒平预处理可部分减弱辣椒素的保护作用。mRNA表达分析显示，在正常条件下，辣椒素处理8小时后显著上调了Trpv1、Nrf2、Ho-1和Nqo1的表达；24小时后，Nrf2、Ho-1和Nqo1的调节改变持续但显著性降低，而Trpv1表达显著下调，过氧化氢酶（Cat）表达未受影响。在氧化应激条件下，辣椒素处理显著上调了Trpv1和Cat的表达，但未检测到Nrf2、Ho-1和Nqo1的进一步显著变化。
2. **辣椒素通过生长相关蛋白43和激活转录因子3诱导神经再生**：在SNAP诱导氧化应激后，应用辣椒素24小时可增加轴突生长，表明其促进了再生过程。mRNA表达分析显示，在正常条件下，Gap43在辣椒素处理8小时后显著上调，而Atf3在8小时后无变化，但在24小时后显著增加。在氧化应激条件下，Gap43和Atf3在8小时后均显著上调，但在24小时后无显著改变。
3. **辣椒素通过改变线粒体呼吸在雪旺细胞中诱导抗氧化反应**：在雪旺细胞中，辣椒素处理8小时导致Nrf2、Ho-1和Nqo1表达显著增加，而Cat表达不变。处理24小时则导致Nrf2、Ho-1和Cat表达下调，但Nqo1不变。在氧化应激下，辣椒素处理不影响这些抗氧化标志物的表达。线粒体功能分析显示，在正常条件下，辣椒素增强了雪旺细胞的生物能学，表现为ATP产量和备用呼吸能力增加。在SNAP诱导的氧化应激条件下也观察到相同趋势但未达显著水平。ATP产量的变化是通过非糖酵解过程介导的，因为非糖酵解细胞外酸化率显著增加，而糖酵解速率未受影响。
4. **辣椒素差异性地影响雪旺细胞在氧化应激反应中的表型**：在正常条件下，辣椒素处理24小时的雪旺细胞显示髓鞘形成相关标志物外周髓鞘蛋白22（Pmp22）、雷帕霉素机制靶蛋白（mTOR）和丝裂原活化蛋白激酶14（Mapk14）的表达降低。在氧化应激下，辣椒素处理诱导了髓鞘形成标志物早期生长反应蛋白2（Egr2）、Pmp22和mTOR的上调，以及特征性修复表型转录因子c-Jun和SRY盒转录因子2（Sox2）的表达增加。

讨论部分总结并阐释了上述发现的意义。研究表明辣椒素在DRG中发挥神经保护和再生作用，其抗氧化效应通过上调过氧化氢酶和激活Nrf2通路及其下游效应物Ho-1和Nqo1来实现。同时，辣椒素处理通过上调Gap43和Atf3诱导氧化应激后的神经再生。这些结果揭示了辣椒素作为PNS中受损神经的神经保护性和再生性物质，以及作为对抗氧化应激的保护因子的多重作用。研究还扩展了关于辣椒素在EAN模型中通过口服给药的免疫调节作用，及其对雪旺细胞的免疫调节和过氧化氢酶介导的抗氧化作用的认识。转录因子NRF2通过激活参与抗氧化防御的基因表达来介导神经元和胶质细胞的应激适应。辣椒素已被证实能在非神经元细胞中激活NRF2/抗氧化反应元件。辣椒素对DRG中Nrf2/Ho-1/Nqo1的持续效应是由Trpv1的时间转录调控介导的。在EAN模型中，辣椒素治疗增加了Trpv1 mRNA表达，改善了临床疾病严重程度。这些观察支持辣椒素作为神经保护、抗炎和再生调节剂的作用。氧化应激诱导改变了抗氧化反应，从正常条件下的Nrf2通路转向过氧化氢酶和Trpv1表达的适度增加。过氧化氢酶是核心抗氧化酶，其优先上调可能反映了对急性过氧化物负担的更直接反应。使用辣椒平部分消除了辣椒素对DRG神经元轴突生长的增强作用，表明存在TRPV1介导的机制。研究证明了SNAP处理后轴突生长的恢复，以及再生和可塑性标志物Gap43和Atf3的表达增加。在正常DRG神经元中，辣椒素处理早期（8小时）增加Gap43表达，随后（24小时）上调Atf3，表明在氧化应激暴露前神经元再生程序的时间协调激活。尽管流行病学研究报告了GBS发病率与辣椒素消费量的区域差异，但这种关联是间接的。补充对DRG的研究，研究人员描述了雪旺细胞对辣椒素处理的反应。研究证明了辣椒素影响下正常雪旺细胞线粒体功能的生物能学特征，表现为ATP产量和备用呼吸能力增加。观察到的能量产量增加是通过氧化磷酸化介导的。辣椒素不仅调节氧化防御系统和代谢，还以环境依赖的方式塑造雪旺细胞的发育状态。在正常条件下，辣椒素导致标志物Pmp22、mTOR和Mapk14的下调，这既不表明髓鞘形成也不表明修复表型。在氧化应激下，观察到mTOR、Egr2、Pmp22和Sox2的显著上调以及c-Jun和Mapk14水平增加的趋势。髓鞘形成诱导因子与典型修复雪旺细胞标志物的同时上调代表了雪旺细胞中不同、对立通路的复杂相互作用。辣椒素对雪旺细胞的这些理想效果高度相关，因为雪旺细胞在免疫介导的神经病中会失去可塑性。因此，辣椒素治疗可能有益于增强退行性和炎症性神经病中雪旺细胞的可塑性以促进恢复。尽管对TRPV1和下游标志物的蛋白质水平分析将加强其机制解释，但这些观察结果得到了功能学神经突生长测定变化与DRG神经元中抗氧化、再生相关基因以及雪旺细胞中髓鞘形成和修复相关基因mRNA变化的相关性支持。总体而言，研究结果支持了一个框架，即辣椒素通过TRPV1驱动DRG神经元对氧化应激的抗性和再生程序，而胶质细胞区室（雪旺细胞）则提供互补支持，其表型与局部环境和神经元需求相匹配。

研究结论部分指出，综合分析表明，辣椒素对DRG发挥抗氧化、神经保护和再生作用，并增强雪旺细胞的代谢特征和可塑性。必须通过进一步的研究来确定，增加辛辣食物的营养变化是否能够对人类多发性神经病产生保护和再生作用。此外，长期营养改变后，辣椒素可能调节免疫介导性多发性神经病患者的病程。为了阐明辣椒素对炎症性、自身免疫介导性和退行性神经病的全部影响，未来研究应考察TRPV1激活后在不同PNS细胞类型、不同炎症和变性阶段的替代细胞通路。