脑缺血再灌注（I/R）损伤是缺血性脑卒中治疗过程中可能出现的病理状态，具体指在血液循环恢复后发生的急性神经功能缺损。在此过程中，产生的超氧化物会延缓线粒体融合和裂变发育，并与创伤性线粒体吞噬共同作用，导致系列功能障碍。为了对抗神经元的I/R损伤，我们可以调节Mul1的活性和表达，这有助于调整线粒体动力学和线粒体吞噬，从而增强线粒体生物能量。

中药人参中的主要活性代谢物之一——人参皂苷化合物K（CK），在临床试验中表现出卓越的安全性和生物利用度。尤其在对抗神经退行性疾病和脑缺血性卒中方面，具有显著的神经保护作用。然而，关于人参皂苷CK如何调控线粒体功能和生物能量产生，进而对抗I/R损伤的具体机制，仍有待进一步的研究和揭示。

日前，一篇名为“Ginsenoside compound K protects against cerebral ischemia/ reperfusion injury via Mul1/Mfn2-mediated mitochondrial dynamics and bioenergy”的研究旨在通过Mul1/Mfn2介导的线粒体动力学和生物能量等研究，探讨人参皂苷CK抗脑I/R损伤的相关机制。

 

图1 论文首页

 

Mfn2失活下的人参皂苷CK对OGD/R诱导的线粒体功能障碍的挽救作用

 

该研究探讨了人参皂苷CK是否通过调节Mfn2来恢复线粒体功能。首先，采用发光法评估了人参皂苷CK对ATP含量的剂量依赖性影响。结果表明，人参皂苷CK主要促进了线粒体来源的ATP生成，而对糖酵解产生的ATP无显著影响（图2A）。为了进一步验证人参皂苷CK介导的ATP增加来源，通过添加不同的呼吸调节剂，实时监测OCR，测量线粒体功能的关键参数。结果符合预期，人参皂苷CK在OGD/R诱导的损伤中增强了呼吸能力，但对ECAR无显著影响（图2B、C）。

为评估人参皂苷CK对电子传递链（ETC）的影响，研究检测了线粒体复合物I-V的表达水平和活性，以及线粒体DNA的复制数目。如图2D-F所示，与OGD/R组相比，人参皂苷CK对复合物I-V的表达和线粒体DNA/核DNA比值无显著影响，但明显促进了线粒体复合物I（NADH-CoQ还原酶）和III（CoQ-细胞色素C还原酶）的活性。值得注意的是，研究者发现人参皂苷CK预处理对OGD/R诱导的PC12细胞线粒体耗氧量的促进作用在Mfn2被敲除后完全消失（图2G）。这些结果表明，人参皂苷CK改善了OGD/R诱导的线粒体功能障碍，可能依赖于Mfn2信号通路介导。

 

图2 人参皂苷CK对抗神经元生物能量失衡的作用由OGD/R损伤模型中Mfn2失活驱动

 

人参皂苷CK通过Mfn2依赖机制在OGD/R诱导的PC12模型中调控线粒体动力学与线粒体吞噬的平衡

研究表明下调Mfn2确实阻断了人参皂苷CK对OGD/R损伤的PC12细胞线粒体裂变的抑制作用，这与预期相吻合（图3A）。进一步的研究表明，p62蛋白与LC3II之间存在相互作用，而LC3II在自噬溶酶体中被降解。通过免疫印迹分析，研究发现人参皂苷CK预处理提高了OGD/R损伤中p62的水平，同时降低了LC3II与LC3I之间的比值（图3B）。

此外，研究者还观察到，在OGD/R孵育前给予人参皂苷CK后，自噬溶酶体（mcherry阳性/GFP阳性；黄点）的数量显著下降（图3C）。同时，人参皂苷CK显著逆转了OGD/R诱导的Parkin到线粒体的易位，而下调Mfn2则明显削弱了人参皂苷CK在线粒体吞噬方面的缓解作用（图3D）。同样地，敲除Mfn2使得人参皂苷CK减少线粒体和溶酶体共定位的作用消失（图3E）。

综上所述，在OGD/R诱导的PC12细胞模型中，人参皂苷CK对线粒体动力学和线粒体吞噬的影响是由Mfn2信号通路所介导的。

 

图3 人参皂苷CK在OGD/R诱导的PC12损伤模型中通过Mfn2增强线粒体融合并抑制线粒体自噬

 

人参皂苷CK可抑制I/R诱导的大鼠神经损伤和线粒体功能障碍

研究者还评估了人参皂苷CK对脑缺血再灌注（I/R）损伤的治疗效果。通过对大鼠模型梗死体积、神经功能缺损评分及脑含水量的细致分析，研究发现人参皂苷CK展现出显著的保护作用。TTC染色结果表明，经过人参皂苷CK预处理的大鼠，其梗死体积明显小于I/R损伤组（图4A、B）。

同时，神经功能缺损评分显示，预处理后的大鼠在24小时内的神经功能评分较I/R组明显降低（图4C），表明人参皂苷CK能够有效改善神经功能。此外，研究者还观察到人参皂苷CK预处理能够缓解I/R损伤引发的脑水肿症状（图4D）。

通过HE和Nissl染色，研究发现I/R损伤组大鼠的皮质、CA1、CA3、纹状体、脑回等区域神经元排列松散，细胞体收缩，部分核碎裂、核固缩、核仁模糊，甚至出现退行性变。相比之下，人参皂苷CK预处理组的大鼠在这些区域的神经元损伤得到了显著恢复（图4E）。免疫荧光染色检测神经元标记物MAP2的结果也进一步证实了人参皂苷CK预处理的神经保护作用（图4F和G）。

为深入探究人参皂苷CK对I/R诱导的线粒体功能障碍的抑制作用，研究者从新鲜脑组织中提取线粒体，测定了耗氧量和线粒体复合物酶活性。结果显示，人参皂苷CK预处理恢复了I/R诱导的最大呼吸能力的降低（对基础呼吸无影响）及复合物I和III的活性（图4H、I）。

因此，人参皂苷CK在体内I/R模型中能够有效抑制神经元损伤和生物能量失衡，为临床应用提供了有力的科学依据。

 

图4 人参皂苷CK可减少I/R大鼠模型的神经元损伤和线粒体损伤

 

人参皂苷CK调控Mul1抑制Mfn2泛素化与DRP1易位：I/R大鼠模型研究

经过免疫印迹分析，研究发现人参皂苷CK预处理显著抑制了I/R诱导的Mul1表达增加和DRP1易位，并降低了Mfn2的表达（图5A）。共聚焦成像进一步揭示，人参皂苷CK预处理能够抑制I/R诱导的皮质和CA1区Mfn2表达降低（图5B）。而人参皂苷CK预处理不仅增强了Mfn2的表达，且在I/R处理后，泛素化蛋白的表达也显著降低（图5C）。

为验证人参皂苷CK预处理是否直接抑制了Mul1介导的Mfn2泛素化作用，研究者进行了co-IP实验以分析Mul1和Mfn2之间的相互作用。当Mfn2被免疫沉淀时，研究者发现人参皂苷CK预处理能够抑制Mfn2与Mul1的结合。同样的，与I/R组相比，CK组的Mfn2泛素化受到明显抑制（图5D）。

综上所述，人参皂苷CK预处理通过降低Mul1和Mfn2的结合亲和力，抑制Mfn2的泛素化和降解，从而提高Mfn2蛋白水平。此外，该预处理还能降低DRP1对I/R损伤的线粒体易位。并且在I/R期间，人参皂苷CK使得皮质组织中Mul1与Mfn2的结合减弱（图5D）。

 

图5  人参皂苷CK可抑制I/ R大鼠模型中Mul1的活性和Mfn2的泛素化

 

结论

 

总之，人参皂苷CK可能是一种很有前途的治疗药物，通过Mul1/Mfn2介导的线粒体动力学和生物能量来治疗脑I/R损伤。

 

 

参考文献：

Huang Q, Li J, Chen J, Zhang Z, Xu P, Qi H, Chen Z, Liu J, Lu J, Shi M, Zhang Y, Ma Y, Zhao D, Li X. Ginsenoside compound K protects against cerebral ischemia/reperfusion injury via Mul1/Mfn2-mediated mitochondrial dynamics and bioenergy. J Ginseng Res. 2023 May;47(3):408-419. doi: 10.1016/j.jgr.2022.10.004.