替米沙坦、厄托格列氟嗪和奥马维洛酮通过Nrf2/HO-1通路调节减轻脑缺血-再灌注诱导的神经毒性：体内和体外研究见解

《Toxicology Reports》：Attenuation of Cerebral Ischemia-Reperfusion Induced Neurotoxicity by Telmisartan, Ertugliflozin, and Omaveloxolone through Nrf2/HO-1 Pathway Modulation: In Vivo and In Silico Insights

　　本研究通过BCCAO/R大鼠模型，评估telmisartan、ertugliflozin和omaveloxolone对脑缺血再灌注损伤的神经保护作用，发现三者均通过激活Nrf2/HO-1通路减轻炎症反应和病理损伤，其中ertugliflozin的抑制效果更显著，分子机制验证了其与Nrf2负调控蛋白的结合。

　　### 人类脑缺血再灌注损伤及其病理机制

脑缺血再灌注（Ischemia-Reperfusion, IR）损伤是一种严重的病理过程，常在缺血性中风中出现。当脑血管阻塞导致脑组织缺氧和代谢紊乱后，恢复血流的再灌注过程反而可能引发更严重的神经毒性反应。这一现象主要由氧化应激和炎症反应驱动，这些因素在高血压和糖尿病等慢性疾病患者中尤为突出。这些疾病不仅增加了脑缺血性损伤的风险，还可能加剧再灌注后的神经损伤，导致不可逆的脑细胞死亡和功能障碍。

在缺血再灌注过程中，细胞内的能量供应中断，导致ATP耗竭和细胞膜的完整性受损。这种状态会引发细胞内钙离子的异常积累，从而激活一系列依赖于钙离子的酶，这些酶进一步导致细胞内的氧化应激。氧化应激不仅会破坏细胞内的脂质、蛋白质和DNA，还会引发炎症反应，促使炎症因子如NF-κB、TNF-α、IL-6和MMP-9的释放，这些因子在神经炎症和组织重塑中起着关键作用。此外，线粒体功能障碍会进一步加剧细胞损伤，导致细胞凋亡和坏死。

为了应对这些病理变化，研究者们开始关注Nrf2/HO-1信号通路，该通路在细胞对抗氧化应激和炎症反应中具有重要作用。Nrf2是一种重要的转录因子，能够调控多种抗氧化和抗炎基因的表达。当Nrf2被激活后，它会转移到细胞核中，并结合抗氧化反应元件（ARE），从而诱导heme oxygenase-1（HO-1）等关键抗氧化酶的表达。这些酶不仅有助于清除自由基，还能抑制炎症反应，减轻神经损伤。然而，Nrf2的活性受到多个负调控因子的限制，包括Keap1和GSK-3β，它们能够抑制Nrf2的核转位和其靶基因的表达。因此，寻找能够激活Nrf2并抑制这些负调控因子的药物成为当前研究的重点。

### 药物干预对Nrf2/HO-1信号通路的调节作用

本研究聚焦于三种药物——telmisartan、ertugliflozin和omaveloxolone，它们分别属于不同的药物类别，但在调节Nrf2/HO-1信号通路方面表现出相似的潜力。telmisartan是一种血管紧张素受体阻断剂（ARB），其主要作用是抑制血管紧张素II对血管平滑肌的收缩效应，从而降低血压。然而，近年来的研究发现，telmisartan还具有通过激活Nrf2信号通路发挥抗氧化和抗炎作用的潜力。ertugliflozin则是一种钠-葡萄糖协同转运蛋白2（SGLT2）抑制剂，主要用于治疗糖尿病，但其对炎症和氧化应激的调节作用也引起了广泛关注。omaveloxolone是一种新型的Nrf2激活剂，已在2023年获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于治疗弗里德赖希共济失调（Friedreich’s ataxia），并显示出在多种神经系统疾病中的神经保护作用。

通过实验研究，发现这三种药物在脑组织中显著提高了Nrf2的免疫反应性和HO-1基因的表达水平。这些变化表明，药物能够有效激活Nrf2信号通路，进而增强细胞的抗氧化和抗炎能力。同时，这些药物还显著降低了NF-κB、TNF-α、IL-6和MMP-9等炎症因子的表达水平，表明它们能够抑制炎症反应，减轻脑缺血再灌注后的神经损伤。进一步的分析显示，Nrf2的激活与炎症因子水平之间存在显著的负相关关系，说明Nrf2的表达水平越高，神经损伤的严重程度越低。

### 分子对接与分子动力学模拟揭示药物作用机制

为了深入理解这些药物如何调节Nrf2信号通路，研究者们采用了分子对接和分子动力学（MD）模拟技术。分子对接分析显示，telmisartan和ertugliflozin均能与Nrf2的负调控因子Keap1和GSK-3β结合，且其结合能为负值，表明这些药物具有较强的结合能力。其中，ertugliflozin对Keap1和GSK-3β的结合能分别为-8.4122 kcal/mol和-8.9163 kcal/mol，均优于telmisartan的结合能。这些结果表明，ertugliflozin可能在激活Nrf2方面更具优势。

分子动力学模拟进一步验证了这些药物与靶点蛋白之间的相互作用稳定性。模拟结果显示，所有药物与靶点蛋白的结合结构在100 ns的模拟时间内保持稳定，且药物分子的RMSD（均方根偏差）值较低，表明其在蛋白活性位点中的结合具有较高的稳定性。此外，通过分析RMSF（根均方偏差）和SSE（二级结构元素）的变化，研究者发现药物分子与蛋白之间的相互作用主要集中在某些保守的结构域，如α-螺旋和β-折叠区域，这些区域的稳定性有助于药物与靶点蛋白的长期结合。这些结果为药物通过Nrf2信号通路发挥神经保护作用提供了分子层面的证据。

### 史学病理分析与炎症指标的变化

为了评估药物对脑组织的保护作用，研究还进行了详细的组织病理学分析。结果显示，与假手术组（sham group）相比，缺血再灌注组（control group）的脑组织出现了明显的病理变化，包括神经元的核固缩、水肿、出血和坏死区域的形成。这些变化与炎症因子的升高密切相关，说明炎症反应在缺血再灌注损伤中起到了关键作用。然而，预处理药物的动物组表现出显著的病理改善，大多数样本的损伤评分仅为1，表明药物有效减轻了组织损伤。

同时，ELISA检测结果显示，药物显著降低了NF-κB、TNF-α、IL-6和MMP-9的表达水平。这些炎症因子的减少进一步支持了药物的抗炎作用。此外，Nrf2的免疫反应性与这些炎症因子之间存在显著的负相关关系，表明Nrf2的激活可能通过抑制NF-κB信号通路来减轻炎症反应，从而保护神经细胞免受损伤。

### 临床意义与未来研究方向

本研究的结果表明，telmisartan、ertugliflozin和omaveloxolone在脑缺血再灌注损伤模型中表现出显著的神经保护作用。这些药物通过激活Nrf2/HO-1信号通路，抑制炎症因子的表达，减轻组织损伤，从而为缺血性中风的治疗提供了新的思路。尤其是omaveloxolone，作为一种已经获批的Nrf2激活剂，其在神经保护方面的潜力已被广泛认可，而telmisartan和ertugliflozin则因其在心血管和代谢性疾病中的应用，显示出在神经保护方面的广阔前景。

然而，本研究也存在一定的局限性。首先，实验仅在雄性大鼠中进行，未能涵盖性别差异对缺血再灌注损伤的影响。其次，样本量较小（每组6只大鼠），可能影响研究结果的统计效力。此外，虽然动物模型为理解药物的作用机制提供了重要依据，但其与人类病理的复杂性仍存在差距，因此需要更多的临床研究来验证这些药物在人类中的疗效和安全性。

未来的研究可以进一步探索这些药物在不同性别和年龄群体中的作用差异，以及其在长期治疗中的安全性和有效性。此外，结合临床前和临床研究，可以更全面地评估这些药物在治疗缺血性中风中的潜力。随着对Nrf2信号通路的研究不断深入，更多具有神经保护作用的药物可能被开发出来，为改善患者预后提供新的治疗策略。