《Journal of Future Foods》：Isorhamnetin Confers Radioprotection by Activating the Nrf2 Antioxidant Pathway and Restoring Metabolic Homeostasis
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膳食类黄酮异鼠李素（isorhamnetin, ISO）可保护细胞免受??Coγ射线诱导的细胞毒性和氧化损伤。在机制上，ISO激活Nrf2/Keap1/HO-1通路轴，增强以超氧化物歧化酶（SOD）和还原型谷胱甘肽（GSH）为代表的细胞抗氧化能力，并降低以丙二
膳食类黄酮异鼠李素（isorhamnetin, ISO）可保护细胞免受??Coγ射线诱导的细胞毒性和氧化损伤。在机制上，ISO激活Nrf2/Keap1/HO-1通路轴，增强以超氧化物歧化酶（SOD）和还原型谷胱甘肽（GSH）为代表的细胞抗氧化能力，并降低以丙二醛（MDA）为标志的脂质过氧化水平。血清代谢组学分析进一步揭示，ISO通过回补二十二碳六烯酸（DHA）和α-亚麻酸（ALA）等关键多不饱和脂肪酸，恢复辐射暴露后的代谢稳态。
异鼠李素（isorhamnetin, ISO）是一种存在于沙棘和银杏等植物中的O-甲基化黄酮醇类天然化合物，因其多酚羟基结构而具备广泛的生物学活性。随着核技术应用日益广泛，人类面临的电离辐射（ionizing radiation, IR）暴露风险不断上升。IR可直接造成DNA单链或双链断裂，也可通过电离细胞内水分子产生过量活性氧（reactive oxygen species, ROS），引发氧化应激，进而损伤DNA、脂质和蛋白质等关键细胞组分，最终导致细胞死亡、组织损伤、基因突变乃至肿瘤形成。同时，IR还会抑制超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）等抗氧化酶的活性，并耗竭还原型谷胱甘肽（GSH）等非酶抗氧化物质，进一步加剧胞内氧化还原失衡。更为关键的是，重度氧化应激可导致以转录因子Nrf2为核心的细胞抗氧化调控网络功能崩溃，使下游抗氧化酶无法有效表达，从而削弱细胞防御能力。目前临床常用的化学辐射防护剂多为合成化合物，存在副作用强、作用时间短和价格高等局限，而天然来源的多糖和多酚类辐射防护剂因低毒、廉价和不良反应少而日益受到关注。已有研究表明，木犀草素等天然黄酮类化合物可通过上调Nrf2及其下游靶蛋白HO-1来减轻辐射后氧化应激。然而，ISO自身的辐射防护作用及其潜在机制此前尚未得到系统研究。
研究人员系统评价了ISO在体内外的辐射防护效应及作用机制。体外层面，首先测定了ISO清除DPPH和ABTS?自由基的能力及总还原力，随后以??Coγ诱导的HL-7702细胞损伤模型评估其辐射防护作用。体内层面，采用??Coγ诱导的氧化损伤小鼠模型评价ISO的辐射防护活性，并通过Western blot分析Nrf2/Keap1/HO-1信号通路蛋白表达，结合血清非靶向代谢组学技术探索其潜在机制。该研究为将ISO开发为新型辐射防护化合物和功能性食品配料提供了系统理论依据。
针对机制研究，研究人员主要运用了以下关键技术方法：体外抗氧化活性测定采用DPPH和ABTS?自由基清除实验及总还原力测定（Fe3?还原为Fe2?的能力）。体外辐射防护评价采用6 Gy或10 Gy的??Coγ射线照射HL-7702人正常肝细胞，以CCK-8法检测细胞活力，以DCFH-DA荧光探针结合流式细胞术检测胞内ROS水平。体内实验选用48只雄性昆明小鼠（体重20±2.0 g，6–8周龄，购自郑州大学动物实验中心），随机分为6组，经30天灌胃干预后接受6 Gy??Coγ全身照射，测定骨髓DNA含量、血清及肝脏生化指标，并采用Western blot检测肝脏Nrf2、Keap1和HO-1蛋白表达。代谢组学分析采用UHPLC-Triple TOF 6600高分辨质谱系统对NC、IR和ISO-H三组小鼠血清进行非靶向代谢组学检测，结合主成分分析（PCA）、正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）及KEGG通路富集筛选差异代谢物。
### ISO的体外抗氧化活性
DPPH和ABTS?自由基清除实验及总还原力测定结果显示，ISO的DPPH自由基清除活性随浓度升高从27.05%±7.10%增强至67.24%±3.31%，ABTS?自由基清除活性从19.16%±0.40%增强至59.53%±1.54%，OD???值从0.53±0.01升至1.33±0.02，均呈剂量依赖性。在浓度低于0.08 mg/mL时，ISO的ABTS?自由基清除活性和总还原力优于阳性对照维生素C，表明ISO具有优异的体外抗氧化活性。这一活性可能与其B环邻二羟基结构和C环双键有关。
### ISO的体外辐射防护作用
在??Coγ诱导损伤的HL-7702细胞模型中，IR组细胞活力显著降至77.77%（P<0.001），而ISO预处理组细胞活力显著回升至88.45%、88.98%和86.67%（P<0.01、P<0.001、P<0.001）。流式细胞术结果显示，IR组DCFH-DA平均荧光强度（MFI）为153.66，ISO-H组显著降至137.33（P<0.05），表明ISO可有效抑制IR诱导的ROS积累并恢复氧化还原平衡。
### ISO对体重和骨髓DNA含量的影响
小鼠体重在各组间均呈渐进性增长且无显著差异，表明ISO不影响小鼠正常生长。IR组骨髓DNA含量为0.27±0.03 mg，较NC组（0.55±0.11 mg）显著下降50.90%（P<0.001），而ISO-L组骨髓DNA含量（0.39±0.07 mg）较IR组增加40.74%（P<0.05），提示ISO可减轻IR诱导的DNA损伤。
### ISO对肝脏损伤的影响
IR组血清AST和ALT水平较NC组显著升高，表明IR诱发小鼠肝脏损伤。ISO-H组AST水平（33.36 U/L）与NC组（40.26 U/L）几乎相当。H&E染色显示，IR组肝索排列紊乱并伴有局部肝细胞坏死和弥漫性空泡变性，而ISO治疗组肝组织结构的放射状排列得到恢复，点状坏死消失，其中ISO-H组改善最为显著，表明ISO不仅调节生化指标，还能维持辐射损伤后肝组织的结构完整性。
### ISO对抗氧化状态的影响
IR组血清GSH水平降低1.65倍、肝脏GSH降低1.84倍，血清SOD活性降低2.36倍、肝脏SOD降低1.39倍，差异均具有统计学意义。ISO-H组血清GSH和SOD活性分别恢复至IR组的1.42倍和1.45倍，肝脏SOD达到IR组的1.50倍。IR组血清和肝脏MDA含量较NC组分别升高32.73%和42.86%，而ISO-H组血清和肝脏MDA含量较IR组分别降低46.00%和35.70%，表明ISO可有效激活内源性抗氧化防御系统并抑制脂质过氧化。
### ISO对Nrf2/Keap1/HO-1信号通路关键蛋白表达的影响
Western blot结果显示，IR暴露导致Nrf2核蛋白水平降低、Keap1蛋白表达显著升高（P<0.01）、HO-1蛋白表达显著降低（P<0.01）。ISO干预后，Nrf2和HO-1蛋白表达显著上调（P<0.05），Keap1表达下调。这一结果提示ISO通过促进Nrf2核转位、解除Keap1对Nrf2的抑制并增强HO-1表达来缓解辐射诱导的氧化应激，与槲皮素和姜黄素等天然活性物质通过激活Nrf2通路发挥辐射防护作用的报道一致。
### ISO对辐射损伤小鼠代谢紊乱的影响
非靶向代谢组学共鉴定2998个代谢物（负离子模式1514个，正离子模式1484个）。PCA和OPLS-DA分析显示IR组与NC组、ISO-H组与IR组之间存在显著分离。以VIP>1且P<0.05为筛选标准，IR组与NC组间鉴定出323个差异代谢物，ISO-H组与IR组间鉴定出186个。Venn分析显示三组共同显著变化的代谢物有35个，其中30个经ISO处理后显著回复至接近NC组水平。KEGG通路富集分析表明这些代谢物涉及不饱和脂肪酸生物合成、α-亚麻酸（ALA）和亚油酸（LA）代谢、维生素消化吸收以及ABC转运体等20条代谢通路。定量分析显示，IR组LA、ALA和DHA相对水平较NC组显著下降，而ISO组中LA、ALA和DHA水平显著恢复，且LA/ALA比值恢复至正常对照水平，有利于内源性DHA合成。ISO可能通过直接清除自由基和激活Nrf2/Keap1/HO-1通路增强内源性防御的双重抗氧化机制，保护DHA免受过氧化降解，同时通过优化LA与ALA的底物平衡促进DHA合成。
综合讨论，ISO通过改善IR诱导的氧化应激和恢复代谢紊乱两条途径协同发挥辐射防护作用。在氧化应激层面，ISO激活Nrf2/Keap1/HO-1信号轴，增强SOD和GSH等内源性抗氧化物质水平，降低MDA含量；在代谢层面，ISO逆转辐射引起的DHA、ALA和LA等关键多不饱和脂肪酸的耗竭，修复全身代谢稳态。该研究首次系统阐明了ISO通过Nrf2通路与代谢重编程偶联的辐射防护机制，为ISO作为功能性食品和膳食补充剂中的辐射防护成分开发提供了理论基础。研究结论为：ISO通过改善IR诱导的氧化应激和恢复代谢紊乱发挥辐射防护作用，这些发现为将ISO开发为功能性食品和膳食补充剂中的辐射防护成分提供了合理依据。
