《Molecular Psychiatry》：Sulforaphane protects developing neural networks from VPA-induced synaptic alterations
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为探究能否通过激活细胞抗氧化机制预防化学诱导的自闭症谱系障碍（ASD）相关神经发育改变，研究人员以丙戊酸（VPA）构建化学诱导 ASD 模型，研究萝卜硫素（SFN）对发育中神经网络的保护作用。结果发现 SFN 可激活 NRF2，预防 VPA 诱导的突触改变，这为防治相关疾病提供了新方向。
在大脑发育的奇妙旅程中，胎儿的大脑就像一颗娇嫩的种子，对周围环境极为敏感。近年来，越来越多的研究揭示，环境中的危险因素，如某些药物、化学污染物等，与神经发育障碍尤其是自闭症谱系障碍（ASD）的发生密切相关。这些危险因素往往会增加细胞内的氧化应激反应，就像往平静的湖面投入巨石，打破细胞内活性氧（ROS）与抗氧化防御机制之间的微妙平衡。过多的 ROS 会对细胞造成损伤，影响神经发育，而现有的研究虽然对 SFN 的有益特性有所探索，但大多集中在青少年和成人，对于其能否保护极易受外界侵害的胎儿大脑，仍知之甚少。
为了填补这一空白，来自美国东卡罗来纳大学布罗迪医学院等机构的研究人员开展了一项极具意义的研究，相关成果发表在《Molecular Psychiatry》杂志上。
研究人员为了深入探究萝卜硫素（SFN）对发育中神经网络的保护作用，采用了一系列先进的技术方法。在细胞模型构建方面，利用人诱导多能干细胞（iPSC）分化培养出人类神经祖细胞（hNPCs）和人类皮质球状体（hCSs），同时还培养了小鼠原代皮质神经元，这些细胞模型模拟了不同阶段的神经发育过程。在基因分析技术上，运用 RNA 测序（RNA-seq）来全面分析基因表达变化，深入挖掘潜在的分子机制。此外，通过免疫染色和共聚焦显微镜技术，对细胞内的蛋白表达和定位进行精确观察和定量分析；借助微电极阵列（MEA）分析，评估神经元的功能活动变化 。
研究结果如下：
- 萝卜硫素促进 NRF2 抗氧化活性：研究人员首先筛选了不同浓度的 SFN 对 hNPCs 中 NRF2 核招募的影响，发现 0.1 μM 的 SFN 能显著增加核 pNRF2 的表达，且不改变 NRF2 总蛋白水平，表明其通过翻译后修饰发挥作用。同时，确定 500 μM 的 VPA 可显著上调细胞氧化应激水平。进一步实验表明，0.1 μM 的 SFN 能有效降低 VPA 诱导的 ROS 产生，维持细胞内 ROS 水平接近正常。
- 萝卜硫素的神经保护特征：通过对 hNPCs 进行 RNA 测序和生物信息学分析，研究人员发现 VPA 处理导致与神经发育相关的基因表达发生显著变化，而添加 SFN 后，能显著上调与突触结构和功能相关的基因转录，同时增加线粒体呼吸相关基因的表达。此外，VPA + SFN 联合处理还上调了 NRF2 - ARE 介导的抗氧化酶转录，增强了细胞的抗氧化能力。
- 低剂量萝卜硫素在人类皮质球状体中强烈激活 NRF2：在更复杂的 hCSs 模型中，研究人员验证了 SFN 对 NRF2 的激活作用。结果显示，VPA 处理后 pNRF2 阳性细胞核数量略有增加，但不显著，而 SFN 单独或与 VPA 联合处理能显著增加 pNRF2 阳性细胞核数量，且主要是增加了 75 - 100% pNRF2 积累的细胞核比例，表明 SFN 能在更接近生理状态的模型中有效激活 NRF2。
- 萝卜硫素防止 VPA 诱导的谷氨酸能突触改变：RNA 测序结果提示 SFN 可能对突触有保护作用，研究人员进一步通过免疫染色和共聚焦显微镜观察 hCSs 和小鼠原代皮质神经元中的谷氨酸能突触形成。结果发现，VPA 显著减少了 hCSs 和小鼠原代皮质神经元中谷氨酸能突触的形成，而 SFN 能有效防止这种减少，且主要是通过恢复突触后 PSD - 95 的面积来实现的，表明 SFN 对不同物种的皮质神经元突触均有保护作用。
- 萝卜硫素挽救 VPA 诱导的发育中神经网络突触活动变化：为了探究 SFN 对神经元功能的影响，研究人员利用 MEA 分析评估 hCSs 和小鼠原代皮质神经元的自发动作电位形成。结果显示，在更成熟的小鼠原代皮质神经元电路中，VPA 显著降低了神经活动，而 SFN 能在 6 小时后恢复神经活动，且在 24 小时洗脱期和一周后，各处理组之间无显著差异，表明急性 VPA 暴露对神经活动的影响不是永久性的，同时也揭示了 SFN 在保护神经电路活动方面的重要作用。
研究结论和讨论部分指出，该研究首次证明了 SFN 能够保护发育中的神经网络免受 VPA 诱导的氧化应激和突触改变，为预防环境因素导致的神经发育障碍提供了新的思路和潜在的干预策略。此外，研究还验证了 VPA 在人类神经发育模型中模拟化学诱导 ASD 的有效性，为后续研究提供了可靠的模型基础。然而，目前的研究仍存在一些局限性，如未探讨慢性处理条件下 SFN 的长期安全性和有效性，且在 hCSs 模型中由于神经元活力问题无法评估 VPA 诱导的突触改变对神经活动的长期影响。未来需要更多的研究来深入探索 SFN 的神经保护机制，以及其在对抗其他环境和化学损伤方面的潜力，为保障大脑发育健康提供更有力的支持。
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