Mdivi-1通过抑制DRP1介导的线粒体分裂与NRF2/HO-1/GPX4通路调控的铁死亡改善血管性认知障碍

《Molecular Neurobiology》：Inhibition of DRP1-mediated Mitochondrial Fission and NRF2/HO-1/GPX4-mediated Ferroptosis by Mdivi-1 Protects Against Vascular Cognitive Impairment

　　本研究针对血管性认知障碍（VCI）中神经元死亡的分子机制，探讨了Mdivi-1通过抑制DRP1介导的线粒体分裂和激活NRF2/HO-1/GPX4信号通路，减轻氧化应激和铁死亡，从而改善慢性脑缺血引起的认知功能损伤。该研究为VCI的临床干预提供了新的潜在靶点和理论依据。

　　

随着人口老龄化进程加速，血管性认知障碍（Vascular Cognitive Impairment, VCI）作为脑血管疾病的重要并发症，正逐渐成为严峻的公共卫生挑战。这种由慢性脑缺血（Chronic Cerebral Ischemia, CCI）引发的认知功能障碍，起病隐匿，诊断困难，其背后的分子机制尚未完全阐明。近年来，一种新型细胞死亡方式——铁死亡（ferroptosis）引起了科学家的广泛关注。这种铁依赖性的脂质过氧化介导的细胞死亡形式，与线粒体功能密切相关，已在多种神经系统疾病中被证实参与病理过程。然而，铁死亡在VCI发生发展中的具体作用机制，特别是其与线粒体动力学之间的调控关系，仍有待深入探索。

在这一背景下，来自上海交通大学医学院附属同仁医院的研究团队在《Molecular Neurobiology》上发表了最新研究成果。该研究创新性地探讨了Mdivi-1（一种DRP1抑制剂）通过调控线粒体分裂和铁死亡，对VCI发挥保护作用的分子机制。研究人员首先通过RNA测序技术发现，氧糖剥夺（Oxygen-Glucose Deprivation, OGD）处理的HT22海马神经元中，铁死亡相关通路显著富集。体外实验表明，Mdivi-1和铁死亡抑制剂Ferrostatin-1（Fer-1）均能显著降低OGD诱导的神经元凋亡和活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）积累，而NRF2抑制剂ML385则加重了这些损伤。

在动物实验中，研究人员采用双侧颈总动脉结扎（Bilateral Common Carotid Artery Occlusion, BCCAO）法建立VCI大鼠模型，通过莫里斯水迷宫（Morris Water Maze）行为学测试发现，Mdivi-1治疗显著改善了模型动物的空间学习和记忆能力。组织学分析显示，Mdivi-1有效减轻了海马和皮质区的神经元损伤和凋亡。进一步机制研究表明，Mdivi-1通过抑制DRP1介导的过度线粒体分裂，促进线粒体融合蛋白MFN1/2的表达，改善线粒体超微结构，增加ATP合成，降低ROS水平。

尤为重要的是，该研究首次发现Mdivi-1能够直接激活NRF2/HO-1/GPX4信号通路。免疫荧光和Western blot结果显示，Mdivi-1处理显著提高了磷酸化NRF2（p-NRF2）、血红素加氧酶-1（Heme Oxygenase-1, HO-1）和谷胱甘肽过氧化物酶4（Glutathione Peroxidase 4, GPX4）的表达水平，降低丙二醛（Malondialdehyde, MDA）含量，抑制铁死亡关键标志物PTGS2的mRNA表达。分子对接实验证实Mdivi-1与NRF2蛋白之间存在直接相互作用，结合能低至-7.756 kcal/mol，这为Mdivi-1通过NRF2通路发挥作用的机制提供了结构生物学证据。

研究人员采用的主要技术方法包括：通过双侧颈总动脉结扎建立VCI大鼠模型，使用莫里斯水迷宫进行认知功能评估，采用免疫荧光、Western blot和透射电镜分析线粒体形态和功能，通过TUNEL染色检测细胞凋亡，利用分子对接技术研究药物与靶蛋白相互作用，并运用RNA测序进行全转录组分析。

Mdivi-1和铁死亡抑制剂Fer-1减轻OGD诱导的神经元凋亡和ROS含量

RNA测序分析显示，OGD处理的HT22细胞中有1374个差异表达基因，其中702个上调，672个下调。KEGG通路富集分析发现铁死亡信号通路显著激活。体外实验证实，Mdivi-1和Fer-1处理均能显著降低OGD诱导的caspase-3表达和ROS积累，而ML385则加重了这些损伤。

Mdivi-1改善CCI诱导的血管认知功能障碍

行为学实验表明，Mdivi-1治疗显著缩短了VCI大鼠的逃避潜伏期，增加了平台穿越次数和目标象限停留时间，而ML385共处理逆转了这种改善效果，证明Mdivi-1的认知保护作用依赖于NRF2信号通路。

Mdivi-1减轻CCI诱导的神经元损伤

H&E染色显示Mdivi-1有效缓解了海马和皮质区神经元萎缩和核固缩。TUNEL染色进一步证实Mdivi-1显著降低海马CA1区神经元凋亡，而ML385共处理取消了这一保护作用。

Mdivi-1抑制DRP1介导的线粒体分裂并促进线粒体融合

免疫荧光和Western blot结果显示，Mdivi-1处理显著降低DRP1蛋白表达，提高MFN1/2水平，表明其通过调节线粒体动力学平衡发挥保护作用。

Mdivi-1改善CCI诱导的线粒体ROS积累、超微结构损伤和ATP缺乏

透射电镜观察显示Mdivi-1有效缓解线粒体肿胀、嵴断裂等超微结构损伤。同时，Mdivi-1处理显著降低ROS水平，提高ATP含量，改善线粒体功能。

Mdivi-1通过NRF2/HO-1/GPX4通路减轻CCI诱导的铁死亡

研究证实Mdivi-1通过激活NRF2信号通路，上调HO-1和GPX4表达，降低MDA水平和PTGS2 mRNA表达，抑制铁死亡。分子对接显示Mdivi-1与NRF2具有高亲和力结合。

该研究的讨论部分深入分析了铁死亡与线粒体动力学在VCI中的相互作用机制。研究表明，慢性脑缺血导致的线粒体分裂失调会加剧ROS产生和能量代谢障碍，进而触发铁死亡级联反应。Mdivi-1通过双重作用机制发挥神经保护功能：一方面直接抑制DRP1介导的过度线粒体分裂，维持线粒体网络完整性；另一方面激活NRF2抗氧化通路，增强细胞对氧化应激的抵抗能力。值得注意的是，Mdivi-1对NRF2的激活作用不完全依赖于DRP1抑制，提示存在更为复杂的调控网络。

这项研究的重要意义在于首次阐明了Mdivi-1通过协调调控线粒体动力学和铁死亡通路改善VCI的新机制，为临床治疗提供了新的潜在靶点。虽然研究存在未检测铁离子浓度等局限性，但其创新性地揭示了线粒体-铁死亡轴在VCI发病中的关键作用，为开发针对脑血管性认知障碍的联合治疗策略奠定了重要理论基础。