人参皂苷Rb1通过抑制星形胶质细胞活化并促进其线粒体向神经元转移对抗缺血性脑卒中
第一作者及单位
本研究的共同第一作者为Xue-chun Ni和Hong-fei Wang，通讯作者为Feng-qing Huang（中国药科大学）和Jia Li（南京中医药大学）。研究团队来自中国药科大学天然药物国家重点实验室、南京中医药大学中西医结合学院等机构。论文于2022年6月发表于Redox Biology（影响因子：高分区期刊），标题为《Ginsenoside Rb1 inhibits astrocyte activation and promotes transfer of astrocytic mitochondria to neurons against ischemic stroke》。
学术背景
研究领域：本研究属于神经保护与缺血性脑卒中治疗的交叉领域，聚焦于星形胶质细胞（astrocyte）与神经元（neuron）的代谢偶联机制。
研究动机：传统“神经元中心”的脑卒中治疗策略在临床转化中效果有限，而星形胶质细胞作为脑内最丰富的胶质细胞，可通过代谢支持、抗氧化防御和线粒体转移等途径保护神经元。然而，缺血后星形胶质细胞的活化（reactivity）会导致线粒体功能障碍，加剧神经损伤。人参皂苷Rb1（ginsenoside Rb1, Rb1）是中药人参的主要活性成分，具有抗氧化和抗炎作用，但其是否通过调控星形胶质细胞功能发挥神经保护作用尚不明确。
科学问题：Rb1能否通过抑制星形胶质细胞活化并促进其功能性线粒体向神经元转移，从而缓解缺血性脑损伤？
研究流程与方法
1. 体外模型构建与机制验证
- 细胞模型：
- 星形胶质细胞：从新生SD大鼠大脑皮层分离原代星形胶质细胞，经GFAP免疫荧光鉴定纯度。
- 神经元：同样从新生SD大鼠皮层分离，通过微管相关蛋白2（MAP2）标记鉴定。
- 缺血模拟：采用氧糖剥夺/再灌注（oxygen-glucose deprivation/reperfusion, OGD/R）模型（4小时缺氧+1小时复氧）。
- 关键实验：
- 线粒体功能检测：通过TMRE（膜电位探针）和MitoTracker（线粒体质量标记）评估线粒体完整性；流式细胞术定量细胞外线粒体转移。
- ROS与钙离子检测：DCFH-DA（胞质ROS）和MitoSOX（线粒体ROS）探针结合Fura-2 AM（钙离子荧光标记）。
- 分子机制：通过转染酵母NADH脱氢酶（NDI1）基因验证Rb1对复合体I的抑制作用是否可逆。
2. 体内动物实验
- 模型：C57BL/6J雄性小鼠通过光化学血栓法诱导局灶性脑缺血，侧脑室注射CD38 siRNA（已知介导线粒体转移的蛋白）以验证机制。
- 干预：Rb1（100 mg/kg）在缺血前30分钟及术后连续5天腹腔注射。
- 评估指标：
- 脑梗死面积：TTC染色。
- 星形胶质细胞活化：GFAP免疫荧光。
- 线粒体转移：共聚焦显微镜观察神经元内源性（绿色）与外源性（红色）线粒体信号。
3. 数据分析
- 统计方法：GraphPad Prism 6.0进行单因素ANOVA和Bonferroni多重检验，数据以均值±标准差表示。
主要结果
Rb1抑制星形胶质细胞活化：
- OGD/R导致星形胶质细胞GFAP表达上调（活化标志），ROS和钙离子超载，而Rb1通过抑制复合体I反向电子传递（reverse electron transfer, RET）减少ROS生成，且该作用可被NDI1过表达逆转（图3）。
- 类似地，抗氧化剂NAC和钙螯合剂BAPTA-AM也能抑制活化，证实ROS和钙信号是关键调控靶点。
Rb1促进功能性线粒体转移：
- 在OGD/R损伤的星形胶质细胞中，Rb1维持线粒体膜电位和ATP生成（图5d-e），并通过CD38依赖的途径增加神经元内源性线粒体信号（图7）。
- 若用0.2 μm滤膜去除条件培养基中的线粒体，Rb1的神经保护作用消失（图6a），直接证明线粒体转移的必要性。
体内验证：
- Rb1减少小鼠脑梗死面积和GFAP阳性细胞数，且该效应在CD38敲低后减弱（图7b-c），表明星形胶质细胞-神经元线粒体转移是Rb1发挥保护作用的核心机制。
结论与意义
科学价值：
1. 揭示了Rb1通过可逆性抑制复合体I-RET通路减少ROS，从而维持星形胶质细胞线粒体功能并促进其向神经元转移。
2. 提出“星形胶质细胞靶向”的脑卒中治疗新策略，突破传统神经中心疗法的局限性。
应用前景：Rb1或其衍生物可能成为通过调控神经胶质代谢偶联治疗缺血性脑卒中的候选药物。
研究亮点
- 机制创新：首次阐明Rb1通过调控星形胶质细胞线粒体转移发挥神经保护作用。
- 方法学：结合原代细胞共培养、条件培养基过滤和CD38基因干预，多维度验证线粒体转移的功能必要性。
- 转化意义：为开发靶向胶质细胞的脑保护剂提供理论依据。
其他价值
研究还发现Rb1可上调星形胶质细胞的谷氨酰胺合成酶（GS）和抗氧化基因（如GCLC），进一步通过“谷氨酸-谷氨酰胺循环”缓解兴奋毒性，提示其多靶点作用特征。