四氢姜黄素通过抑制铁死亡来改善脑缺血-再灌注损伤，并恢复血脑屏障功能障碍

《CNS Neuroscience & Therapeutics》：Tetrahydrocurcumin Ameliorates Cerebral Ischemia–Reperfusion Injury and Restores Blood–Brain Barrier Dysfunction by Inhibiting Ferroptosis

　　缺血性脑卒中后脑缺血再灌注损伤导致血脑屏障破坏、神经炎症和神经元死亡，天然化合物四氢姜黄素（THC）可能通过抗氧化机制发挥神经保护作用。本研究首次揭示THC通过抑制铁死亡相关通路（GPX4/xCT/FTH1）和激活Keap1/Nrf2抗氧化信号通路，显著改善脑水肿、血脑屏障功能及神经行为学评分，其机制涉及铁代谢调控和脂质过氧化抑制。

　　脑缺血再灌注（I/R）损伤是缺血性卒中的主要并发症之一，通常会导致血脑屏障（BBB）破坏、神经炎症以及神经元死亡。近年来，研究表明四氢姜黄素（THC）这种天然化合物可能具有神经保护作用。然而，其作用机制尚未完全明确。本研究旨在探讨THC在脑缺血再灌注损伤中的神经保护作用，并深入分析其潜在的作用机制。

缺血性卒中是全球范围内导致死亡和残疾的主要原因之一，约占所有卒中的80%。它在老龄化社会中尤为常见，随着人口结构的变化，其发病率持续上升，给公共卫生和经济带来巨大负担。尽管现代医学提供了诸如静脉溶栓（tPA）和机械取栓等治疗方法，但这些疗法存在严格的时间窗限制，并且有较高的出血风险。此外，再灌注过程本身也可能引发额外的损伤，包括氧化应激和炎症反应，这些反应会导致抗氧化系统失衡，进而引发脂质过氧化和DNA损伤。由于神经元的高代谢和高氧耗特性，同时其抗氧化酶活性较低，因此它们比其他细胞类型更容易受到脂质过氧化的损害。

近年来，一种名为铁死亡（ferroptosis）的新类型细胞死亡逐渐受到关注。铁死亡通常伴随着铁积累和脂质过氧化的增加，其诱导因素包括干扰谷胱甘肽（GSH）合成、抑制谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）活性，以及导致脂质活性氧（ROS）的积累，从而引发氧化应激和抗氧化系统失衡，最终导致细胞死亡。铁死亡的形态学特征包括细胞膜完整性丧失、线粒体肿胀、嵴减少以及外膜破裂等。研究表明，铁死亡在多种神经系统疾病的发生过程中起着关键作用，提示其可能成为治疗脑缺血性损伤的新靶点。

THC是姜黄素的主要代谢产物之一，以其良好的水溶性和高生物利用度而受到广泛关注。它主要通过清除自由基、抑制脂质过氧化和增强内源性抗氧化系统，如提高超氧化物歧化酶（SOD）和GSH水平，从而发挥神经保护作用。THC在多种神经系统疾病中已被证实可以减轻氧化应激和炎症介导的损伤。近年来，THC在缺血性脑损伤中的潜在作用逐渐受到重视，研究表明THC可以减少脑水肿、改善脑血流并修复血脑屏障。铁死亡已被证明是卒中后血脑屏障破坏的关键驱动因素，而GPX4/xCT通路的下调则会加剧内皮细胞损伤。尽管THC的抗氧化特性与铁死亡的核心病理特征——脂质过氧化——密切相关，但THC是否通过调控铁死亡通路发挥其神经保护作用仍需进一步验证。目前，大多数关于THC神经保护作用的研究主要集中在抗氧化机制上，而其在调控铁死亡中的潜在作用尚未得到系统研究。这一知识空白限制了我们对THC如何在脑缺血性损伤中发挥保护作用的全面理解。

因此，本研究旨在探讨THC在脑缺血再灌注损伤中的保护作用，并特别关注其抑制铁死亡和修复血脑屏障功能的潜力。研究结果有望填补THC与铁死亡之间机制联系的知识空白，并为THC在缺血性卒中的治疗潜力提供新的实验依据。

在实验设计方面，本研究采用了中动脉阻塞（MCAO）模型来诱导小鼠的缺血再灌注损伤。通过生物信息学分析，我们识别了与铁死亡相关的关键基因。THC的作用效果通过评估梗死体积、血脑屏障通透性和铁死亡相关标志物（如GPX4、xCT和FTH1）来评估。为了探索其分子机制，我们使用了Nrf2特异性抑制剂（ML385）以及分子对接分析。

研究结果显示，THC治疗显著降低了梗死体积，缓解了血脑屏障的破坏，并改善了神经功能。它通过上调GPX4、xCT和FTH1的表达，抑制了铁死亡，同时减少了脂质过氧化和铁积累。THC促进了Nrf2的核转位，从而激活下游的抗氧化通路。分子对接分析表明，THC与Keap1结合，促进Nrf2从Keap1上解离并转位至细胞核。ML385的加入逆转了THC的保护作用，进一步验证了Keap1/Nrf2信号通路在THC作用中的关键地位。

THC的神经保护作用主要通过调控铁死亡相关通路来实现。在本研究中，我们观察到THC能够显著增强与铁死亡相关的蛋白表达，如xCT、GPX4和FTH1，同时下调ACSL4的表达，从而抑制铁死亡的发生。此外，THC还提高了GSH和SOD的水平，降低了MDA和铁含量，这些变化进一步支持其抗氧化能力。通过与铁死亡抑制剂Fer-1和凋亡抑制剂Z-VAD的比较，我们发现THC与Fer-1具有相似的保护效果，并且在保持细胞活力方面比Z-VAD更为有效。THC对GPX4的上调作用表明，其对血脑屏障的保护作用主要依赖于铁死亡的抑制。

在机制层面，我们发现THC通过干扰Keap1与Nrf2的结合，促进Nrf2的核转位，并增强其下游靶基因的表达，如SLC7A11和GPX4。这一机制不仅解释了THC如何减少脑组织中的铁积累和脂质过氧化，还与其增强抗氧化能力的表现相吻合。值得注意的是，Nrf2抑制剂ML385显著逆转了THC的保护作用，进一步验证了这一通路在THC作用机制中的核心地位。

此外，研究还揭示了THC在调控血脑屏障功能中的作用。通过生物信息学分析，我们发现铁死亡在脑微血管内皮细胞的病理损伤中起着重要作用。THC的干预显著逆转了这些病理改变，提高了抗氧化能力，改善了线粒体结构，并减少了铁过载，这些结果均表明THC对血脑屏障的保护作用可能与其抑制铁死亡密切相关。

在本研究中，我们还探讨了THC对脑水肿和神经功能的影响。THC治疗显著降低了脑水肿的程度，并改善了神经功能评分。通过TTC染色，我们观察到THC治疗组的梗死体积明显减少，这与血脑屏障功能的改善相一致。此外，THC在血脑屏障完整性方面的改善也得到了EB染色和免疫荧光分析的支持。

本研究的局限性在于，尽管THC可能通过与Keap1结合发挥其作用，但其具体的分子靶点仍需进一步验证。此外，尽管THC相比姜黄素具有更好的稳定性和抗氧化能力，但其临床转化仍面临挑战，包括口服生物利用度较低、药代动力学特性不明确以及缺乏长期安全数据。初步的毒理学研究显示，在高剂量下THC在啮齿动物中未表现出显著毒性，提示其具有良好的安全潜力。然而，系统性的长期毒理学评估仍需进行。未来的研究应关注THC在人体中的药代动力学特性，探索先进的递送策略（如脂质体或纳米颗粒）以提高其生物利用度，并推动早期临床试验以评估其疗效和安全性。此外，联合治疗策略可能进一步增强THC的治疗效果，拓展其临床应用范围。

综上所述，本研究揭示了THC在脑缺血再灌注损伤中的神经保护机制。研究结果首次表明，THC通过激活Keap1/Nrf2信号通路抑制铁死亡，从而显著改善血脑屏障功能并缓解缺血再灌注后的神经功能障碍。这些发现不仅支持THC作为缺血性卒中治疗药物的潜力，也为其实现临床转化和更广泛的应用奠定了基础。