《Biomimetic Intelligence and Robotics》：Ampelopsin preserves glutamate homeostasis against cerebral ischemia
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本研究针对脑缺血后谷氨酸（Glu）兴奋性神经毒性这一关键病理环节，探讨了天然黄酮类化合物蛇葡萄素（Amp）的神经保护作用。研究人员通过构建小鼠大脑中动脉闭塞/再灌注（MCAO/R）模型，发现Amp能有效改善神经功能缺损、减小脑梗死体积、减轻脑水肿。机制上，Amp通过上调星形胶质细胞中谷氨酰胺合成酶（GS）活性和谷氨酸转运体-1（GLT-1）表达促进Glu摄取与转化，同时抑制神经元中谷氨酰胺酶（GLS）表达减少Glu生成，并降低N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDAR）活性，从而恢复Glu-谷氨酰胺（Gln）代谢循环稳态。该研究为开发多靶点脑缺血治疗药物提供了新思路。
脑卒中，尤其是缺血性脑卒中，是导致成年人死亡和残疾的主要原因之一，其病理过程复杂，其中由谷氨酸（Glutamate, Glu）介导的兴奋性神经毒性被认为是核心损伤机制。当脑缺血发生时，能量代谢衰竭会导致神经元和星形胶质细胞释放大量Glu到细胞外间隙。过量的Glu会过度激活神经元表面的N-甲基-D-天冬氨酸受体（N-methyl-D-aspartate receptor, NMDAR），引发钙离子（Ca2+）内流“雪崩”，最终触发一系列导致神经元死亡的级联反应。因此，如何有效清除细胞外过多的Glu，维持大脑内部的“谷氨酸稳态”，成为了脑缺血治疗研究的一个关键科学问题。
在我们的中枢神经系统中，存在一个精巧的“Glu-Gln循环”来动态平衡Glu水平。这个循环主要在神经元和星形胶质细胞之间进行。简单来说，神经元释放的Glu会被邻近的星形胶质细胞通过其表面的谷氨酸转运体-1（Glutamate transporter-1, GLT-1）迅速摄取进去。在星形胶质细胞内，一种关键酶——谷氨酰胺合成酶（Glutamine synthetase, GS）会将Glu转化为谷氨酰胺（Glutamine, Gln）。随后，Gln被释放到细胞外，再被神经元摄取。在神经元内，另一种关键酶——谷氨酰胺酶（Glutaminase, GLS）会将Gln水解，重新生成Glu，供下一次神经信号传递使用。然而，在脑缺血状态下，这个精密的循环被打乱了：星形胶质细胞功能受损，GS活性和GLT-1表达下降，导致Glu摄取和转化能力减弱；与此同时，神经元内的GLS表达却可能异常增加，产生更多的Glu。这一减一增，共同导致了细胞外Glu的严重堆积，加剧兴奋性神经毒性。
目前，针对Glu兴奋性毒性的治疗策略较为单一。例如，CB-839是一种高效的、选择性的GLS抑制剂，通过抑制GLS来减少Glu的生成，在肿瘤研究和一些脑缺血模型中显示出潜力。然而，单一靶点抑制策略可能存在疗效局限性和副作用，如胃肠道反应、肝功能异常等。因此，寻找能够多靶点、协同调控Glu稳态，且安全性更高的药物，是当前领域内的重要需求。
天然产物因其多靶点作用和较好的安全性备受关注。蛇葡萄素（Ampelopsin, Amp），又称二氢杨梅素，是从显齿蛇葡萄（Nekemias grossedentata）中提取的一种黄酮类化合物，已知具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤等多种药理活性。前期蛋白质组学分析提示，Amp可能调控与GLS活性相关的蛋白质，但它是否能够穿越血脑屏障，在中枢神经系统内通过协调调控整个“Glu-Gln循环”（包括GLS、GS、GLT-1和NMDAR）来对抗脑缺血损伤，其具体机制和效果尚不清楚。
为了回答这些问题，来自兰州大学的研究团队在《Biomimetic Intelligence and Robotics》上发表了一项研究，系统地探讨了Amp在脑缺血模型中的神经保护作用及其对Glu稳态的调控机制。研究人员将C57BL/6J小鼠随机分为假手术组、模型组、Amp治疗组和CB-839治疗组。通过经典的大脑中动脉闭塞/再灌注（Middle cerebral artery occlusion/reperfusion, MCAO/R）手术构建局灶性脑缺血模型。Amp（300 mg/kg）在缺血前30分钟通过口服灌胃给予一次，而CB-839（200 mg/kg）则在缺血前2小时和6小时给予两次以维持有效血药浓度。
在再灌注24小时后，研究人员评估了小鼠的神经功能缺损评分、脑梗死体积和脑组织含水量。结果发现，与模型组相比，Amp和CB-839治疗均能显著改善小鼠的神经功能，表现为肢体瘫痪症状减轻；TTC染色显示脑梗死体积明显缩小；同时，脑水肿程度也得到有效缓解。组织病理学检查（苏木精-伊红染色和尼氏染色）进一步证实，Amp和CB-839治疗能显著减少缺血侧纹状体区域的神经元坏死和尼氏体溶解，保护了神经元的结构完整性。
为了深入揭示其作用机制，研究团队将焦点对准了Glu-Gln代谢循环。他们检测了缺血半球脑组织中Glu和Gln的含量，以及GLS和GS的酶活性。结果显示，脑缺血导致Glu含量显著升高，而Gln含量下降，表明Glu-Gln循环失衡。给予Amp或CB-839治疗后，Glu水平降低，Gln水平回升。特别有趣的是，在酶活性方面，模型组小鼠脑内的GLS和GS总活性均较假手术组下降。然而，经过Amp或CB-839治疗后，这两种酶的活性反而得到了恢复或提高。这一看似矛盾的现象（GLS蛋白表达增加但活性降低）可能源于缺血导致部分细胞死亡，使得组织匀浆中包含了失活酶，而药物通过保护神经元存活，提高了存活细胞中功能性GLS的比例，从而在总体匀浆中测得的活性升高。
为了在细胞水平上明确调控靶点，研究人员采用了免疫荧光双标和蛋白质印迹技术。免疫荧光结果显示，在模型组小鼠缺血侧大脑皮层S1区，神经元标志物NeuN的荧光强度和阳性细胞数减少，表明神经元受损；同时，神经元内GLS的荧光强度却显著增强，这可能会加剧Gln向Glu的水解。而在Amp或CB-839治疗组，NeuN阳性神经元数量回升，神经元内GLS的荧光强度则被显著抑制。在缺血侧海马CA1区，星形胶质细胞标志物GFAP的荧光强度和阳性细胞数在模型组增加，表现为反应性星形胶质细胞增生；而星形胶质细胞内GS的荧光强度却明显减弱，意味着其清除Glu的能力下降。Amp或CB-839治疗减少了反应性星形胶质细胞增生，并显著增强了星形胶质细胞内GS的荧光强度。蛋白质印迹结果与免疫荧光观察一致：Amp和CB-839能下调缺血脑组织中GLS的蛋白表达，上调GS和GLT-1的蛋白表达。此外，两者还能降低NMDAR的蛋白表达水平。
综上所述，本研究揭示了蛇葡萄素（Amp）通过多靶点作用协调调控脑缺血后谷氨酸稳态的新机制。它不仅能够抑制神经元中的GLS表达，从源头上减少Glu的生成，还能增强星形胶质细胞的功能，通过上调GLT-1促进Glu的摄取，并通过提高GS活性加速Glu向Gln的转化，同时降低NMDAR的过度激活。这种对“Glu-Gln循环”的双向调节作用，有效地清除了过多的兴奋性毒素Glu，从而发挥了显著的神经保护作用。该研究不仅深化了对天然产物Amp神经保护机制的认识，也为开发针对脑缺血等神经系统疾病的多靶点治疗策略提供了重要的实验依据和候选药物。
