《Frontiers in Pharmacology》：Lurasidone ameliorates doxorubicin-induced chemobrain in male Wistar rats: involvement of the hippocampal and prefrontal cortex CREB/BDNF/Glt-1 axis and glutamate homeostasis
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摘要
引言：化疗诱导的认知障碍，通常被称为"化学脑"，是癌症治疗中一种常见且令人痛苦的并发症。多柔比星(DOX)作为一种广泛使用的化疗药物，部分通过涉及氧化应激、炎症级联反应和谷氨酸稳态破坏的机制导致这些缺陷，但遗憾的是，谷氨酸转运改变和神经营养信号的确切作用
摘要
引言：化疗诱导的认知障碍，通常被称为"化学脑"，是癌症治疗中一种常见且令人痛苦的并发症。多柔比星(DOX)作为一种广泛使用的化疗药物，部分通过涉及氧化应激、炎症级联反应和谷氨酸稳态破坏的机制导致这些缺陷，但遗憾的是，谷氨酸转运改变和神经营养信号的确切作用仍未得到充分研究。鲁拉西酮(LURA)作为一种非典型抗精神病药，具有强效的5-HT7受体拮抗作用和促认知特性，使其成为对抗这些缺陷的有力候选药物。然而，其在化学脑中恢复谷氨酸稳态和神经可塑性通路的潜力尚未被探索。本研究探讨了LURA是否通过恢复CREB/BDNF/Glt-1信号传导和重建海马及前额叶皮层中的谷氨酸稳态来对抗DOX诱导的化学脑。
方法：四十八只雄性Wistar大鼠被分为对照组、LURA组、DOX组和DOX/LURA组。使用旷场实验、新物体识别实验和Morris水迷宫实验评估行为表现。评估海马和前额叶组织的CREB/BDNF/Glt-1通路蛋白表达、谷氨酸和GABA水平、氧化应激指标以及神经退行性变、凋亡和星形胶质细胞活化的组织病理学和免疫组织化学标志物。
结果：DOX给药导致显著的认知衰退、氧化应激、神经炎症、神经元丢失以及CREB/BDNF/Glt-1信号传导的显著下调，伴随谷氨酸升高和GABA水平降低。LURA联合治疗显著改善了行为结果，恢复了CREB/BDNF/Glt-1表达，改善了谷氨酸/GABA平衡，并减少了神经退行性变、caspase-3活化和星形胶质细胞反应性。
讨论：本研究首次提供了鲁拉西酮减轻多柔比星诱导的化学脑的证据。这种神经保护作用与谷氨酸稳态的恢复以及海马和前额叶皮层CREB/BDNF/Glt-1信号传导的上调相关，凸显了鲁拉西酮作为化疗诱导认知障碍的一种有前景的治疗选择。
**研究背景与目的**
化疗诱导的认知障碍(CICI)，即"化学脑"，是癌症治疗中常见且严重影响患者生活质量的不良反应，在治疗期间患病率约75%，治疗结束后数月仍达35%，已成为重要的临床问题。多柔比星(DOX)作为广谱抗肿瘤药物，虽然难以透过血脑屏障(BBB)，但可通过诱导氧化应激和系统性炎症等间接机制引发显著的中枢神经毒性。已有研究表明，DOX介导的细胞因子过度产生（如肿瘤坏死因子-α）可激活星形胶质细胞，触发大量谷氨酸释放；同时DOX可降低星形胶质细胞谷氨酸转运蛋白的表达，导致突触间隙谷氨酸清除减少。谷氨酸持续升高可过度激活N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体，引发钙内流和下游级联反应，导致氧化损伤、线粒体功能障碍和凋亡性神经元丢失，即谷氨酸诱导的兴奋性毒性。星形胶质细胞通过兴奋性氨基酸转运体2(EAAT2)及其啮齿类同源物谷氨酸转运体-1(Glt-1)清除突触间隙超过90%的谷氨酸，发挥关键神经保护作用。cAMP反应元件结合蛋白(CREB)的磷酸化形式(p-CREB)是Glt-1表达的重要正性调节因子，其与脑源性神经营养因子(BDNF)通过反馈环路协同调控谷氨酸能神经传递和神经可塑性。鲁拉西酮(LURA)作为非典型抗精神病药，已被证明可增加海马和前额叶皮层BDNF和CREB表达，促进神经元可塑性，并可调节星形胶质细胞活性和谷氨酸膜转运体表达。然而，LURA对DOX诱导化学脑的保护作用及其对CREB/BDNF/Glt-1信号轴的调控机制此前尚未被探索。本研究旨在探讨LURA能否通过恢复海马和前额叶皮层CREB/BDNF/Glt-1信号传导和重建谷氨酸稳态来对抗DOX诱导的化学脑，相关成果发表于《Frontiers in Pharmacology》。
**研究概览**
研究人员将48只雄性Wistar大鼠随机分为对照组、LURA组、DOX组和DOX/LURA组，通过行为学测试评估认知功能，运用分子生物学、生物化学和组织病理学手段阐明潜在机制。结果显示，LURA联合治疗显著改善了DOX引起的学习记忆和识别记忆缺陷及焦虑样行为，恢复了CREB/BDNF/Glt-1信号通路表达，重塑了谷氨酸/GABA平衡，抑制了氧化应激、神经元凋亡和星形胶质细胞活化，证实LURA是一种有前景的化疗诱导认知障碍治疗药物。
**主要技术方法**
研究人员从埃及艾因夏姆斯大学药学院动物设施获取48只雄性Wistar大鼠，饲养于该校医学院临床药理学系，随机分为4组。采用旷场实验(OFT)、新物体识别实验(NORT)和Morris水迷宫(MWM)评估行为表现；运用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)检测Glt-1和BDNF基因表达；ELISA法测定CREB、p-CREB、BDNF、Glt-1、谷氨酸和GABA水平；比色法检测总抗氧化能力(TAC)、丙二醛(MDA)、还原型谷胱甘肽(GSH)和一氧化氮(NO)；通过H&E染色、甲苯胺蓝染色以及caspase-3和GFAP免疫组化评估神经病理学改变。
**研究结果**
**1. LURA减轻DOX诱导的体重下降**：重复测量方差分析显示DOX导致进行性体重减轻，LURA联合治疗在治疗第4周末显著缓解了DOX引起的体重下降。
**2. 行为学评估**
**2.1 LURA改善DOX诱导的焦虑样行为**：旷场实验中，DOX组中央区进入次数和停留时间显著减少，而一般运动活动未受损；LURA联合治疗显著增加了中央区进入频率，部分缓解了DOX诱导的探索驱动下降和焦虑样行为。
**2.2 LURA挽救DOX诱导的空间记忆保留缺陷**：Morris水迷宫训练阶段各组逃避潜伏期差异不大，但探针试验中DOX组目标象限停留时间百分比显著降低，LURA联合治疗显著恢复该指标，表明LURA主要改善空间记忆保留而非初始习得过程。
**2.3 LURA减轻DOX诱导的识别记忆损伤**：新物体识别实验中，DOX组识别指数显著降低，LURA联合治疗显著提高识别指数，恢复了动物对新奇物体的偏好。
**3. 生化结果**
**3.1 LURA逆转DOX诱导的Glt-1和BDNF基因表达下调**：RT-qPCR结果显示，DOX显著下调海马和前额叶皮层Glt-1和BDNF mRNA表达，LURA联合治疗显著逆转了上述改变。
**3.2 LURA恢复CREB/BDNF/Glt-1轴蛋白水平**：ELISA结果显示DOX显著降低两脑区p-CREB、Glt-1和BDNF蛋白水平，而总CREB水平未受影响；LURA联合治疗显著恢复了这些蛋白的表达。
**3.3 LURA恢复DOX破坏的GABA/谷氨酸平衡**：DOX显著升高谷氨酸浓度、降低GABA水平并升高谷氨酸/GABA比值，呈现兴奋性毒性偏移；LURA联合治疗显著降低谷氨酸、升高GABA并降低谷氨酸/GABA比值，恢复兴奋-抑制平衡。
**3.4 LURA抑制DOX诱导的氧化和硝化应激**：DOX显著降低总抗氧化能力(TAC)和还原型谷胱甘肽(GSH)，升高丙二醛(MDA)和一氧化氮(NO)；LURA联合治疗显著提高TAC和GSH，降低MDA和NO，发挥抗氧化保护作用。
**4. LURA保护神经结构完整性并减轻凋亡和星形胶质细胞增生**：H&E染色显示DOX组海马CA1、CA3区和前额叶皮层出现大量退化神经元，甲苯胺蓝染色显示尼氏体丢失；免疫组化显示caspase-3和GFAP免疫反应性显著增强。LURA联合治疗显著减少退化神经元数量、降低caspase-3和GFAP阳性面积百分比，基本恢复神经元正常形态。
**讨论与结论**
研究表明，DOX通过诱导氧化/硝化应激和胶质功能障碍，下调CREB/BDNF/Glt-1信号通路，引发谷氨酸/GABA失衡、神经退行性变和认知缺陷。LURA通过多靶点机制发挥神经保护作用：一方面上调Glt-1表达恢复星形胶质细胞谷氨酸清除能力，重建谷氨酸稳态；另一方面恢复p-CREB和BDNF表达，促进神经可塑性和神经元存活；同时改善氧化还原平衡并维持神经结构完整性。本研究首次提供了LURA减轻DOX诱导化学脑的证据，其神经保护作用与海马和前额叶皮层谷氨酸稳态的恢复及CREB/BDNF/Glt-1信号通路上调密切相关，为化疗诱导认知障碍的防治提供了新的治疗选择。
