《Brain, Behavior, and Immunity》：HCA2 activation confers neuroprotection in Parkinson’s disease models by suppressing oxidative stress and ferroptosis via the Nrf2/MGST1/GPX4 pathway
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HCA2通过抑制氧化应激和铁死亡保护帕金森病神经元，其机制涉及Nrf2/MGST1/GPX4通路。HCA2缺陷小鼠对MPTP诱导的神经退行性病变更敏感，激活HCA2可显著改善运动功能并上调MGST1表达，证实其在神经保护中的双重作用。
何德伟|陈瑶|刘胜奇|高喜宇|闫阿涵|薛苗|刘聚雄|刘电锋|傅绍鹏
吉林大学动物医学院，教育部重点实验室（严重人畜共患病诊断与治疗），人畜共患病研究重点实验室，长春市
摘要
越来越多的证据表明，氧化应激和铁死亡是帕金森病（PD）进展的关键因素。虽然烟酸受体HCA2已被证实具有抗氧化作用，但其调节神经元氧化损伤和铁死亡的具体机制仍需进一步研究。本研究重点探讨HCA2在抑制神经元氧化损伤和减轻铁死亡方面的作用。结果表明，HCA2缺陷小鼠对MPTP诱导的PD病理过程更为敏感。机制上，HCA2通过Nrf2/MGST1/GPX4途径减少活性氧（ROS）和线粒体损伤来发挥抗氧化作用。体内实验显示，HCA2在多巴胺能神经元中的激活可通过上调MGST1显著缓解MPTP诱导的神经退行性和运动功能障碍，从而支持其治疗潜力。总之，本研究表明HCA2通过同时抑制氧化应激和铁死亡在PD模型中具有神经保护作用，为治疗神经退行性疾病提供了新的靶点。
引言
帕金森病（PD）是仅次于阿尔茨海默病（AD）的第二大常见神经退行性疾病，大多数病例为散发性。该病特征是α-突触核蛋白（α-syn）异常聚集形成路易小体，并导致中脑黑质（SN）中的多巴胺能神经元退化（Ascherio和Schwarzschild，2016；Baiano等人，2020）。这种神经元损伤会破坏基底节回路，降低纹状体多巴胺水平，引发运动症状，如动作迟缓、肌肉僵硬、姿势不稳和震颤（Kalia和Lang，2015；Morris等人，2024）。多巴胺能神经元损伤的具体机制尚不清楚，目前尚无有效治愈方法。PD通常根据临床病史、症状和体格检查进行诊断，但往往在50%的神经元受损后才能确诊，因此早期干预较为困难。因此，迫切需要进一步研究PD的发病机制和更有效的治疗方法。
越来越多的研究表明，氧化应激和线粒体功能障碍是PD病理生理的关键因素。临床统计显示，无论遗传倾向如何，PD患者大脑中普遍存在氧化应激（Alqahtani等人，2023；Trist等人，2019）。多种PD动物模型中观察到线粒体功能障碍，表现为线粒体电子传递链损伤、线粒体形态改变和功能受损。线粒体对细胞能量产生至关重要，其损伤会导致ATP生成减少、活性氧（ROS）生成增加和细胞损伤。ROS水平升高是PD中神经元退化的重要原因（Dionisio等人，2021；Robea等人，2020；Zou等人，2025）。散发性PD患者的尸检显示黑质线粒体复合物I活性或蛋白水平降低，进一步证实了线粒体功能障碍与PD病理之间的关联（Brooker等人，2024；Moradi Vastegani等人，2023）。这些发现表明，针对线粒体损伤和减轻氧化应激可能有助于缓解PD症状并延缓疾病进展。
羟基羧酸受体2（HCA2），也称为GPR109A，是一种七次跨膜G蛋白偶联受体（GPCR），2003年在研究烟酸对脂肪细胞的抗脂解作用时被发现（Tunaru等人，2003）。随着研究的深入，HCA2的生理功能和作用机制逐渐受到关注。研究表明，HCA2不仅存在于白色和棕色脂肪组织中，还表达于巨噬细胞、树突状细胞和中性粒细胞等免疫细胞，以及肠上皮细胞和角质形成细胞等上皮细胞中（Feingold等人，2014；Ni等人，2023；Wu等人，2020）。HCA2在体内发挥多种生理作用，包括激素调节、抗脂解、进食调节、抗炎和抗癌活性，已成为GPCR研究领域的重点（Hanson等人，2012；Yang等人，2023；Zandi-Nejad等人，2013）。我们之前的研究表明，HCA2激活可调节小胶质细胞极化并抑制神经炎症，从而发挥神经保护作用（He等人，2023）。
先前的研究表明，HCA2除了在脂肪细胞中抑制炎症和脂解外，还可能参与调节氧化应激。例如，丁酸钠可改善原代培养的人类结肠细胞的氧化还原状态并增强抗氧化酶的活性，而HCA2作为丁酸钠的主要受体，可能在此过程中发挥作用（Hu等人，2020；Zhang等人，2022）。Guo等人发现，丁酸可通过HCA2调节Nrf2的核积累和H3K9/14的乙酰化，从而减轻乳腺上皮细胞和乳腺组织的氧化应激（Guo等人，2020）。另一项研究表明，丁酸可通过激活HCA2介导的AMPK-Nrf2信号通路减轻轮状病毒引起的氧化应激并保护肠黏膜（Dong等人，2023）。此外，研究还发现，HCA2在免疫细胞中的激活可响应配体烟酸而增加细胞内Ca2+水平，进而抑制氧化应激（Rezq和Abdel-Rahman，2016）。这些发现强调了HCA2在调节多种外周组织疾病氧化应激中的有益作用。Walaa Wadie等人发现，烟酸在DSS诱导的抑郁样行为模型中的神经保护作用部分通过HCA2实现，该作用涉及Sirt-1/Nrf-2/HO-1信号通路调节神经元氧化应激和炎症（Wadie等人，2023）。Wu等人发现，β-羟基丁酸（BHBA）可显著改善AD小鼠的认知功能障碍，体外研究表明这可能与BHBA对海马神经元氧化还原过程和线粒体功能的调节有关（Wu等人，2020）。这些研究表明，HCA2在神经疾病中的氧化应激调节作用具有潜力。然而，其在PD中的具体作用仍需进一步阐明。
鉴于氧化应激是PD中多巴胺能神经元损伤的关键因素，而HCA2具有调节氧化应激的作用，因此需要进一步研究其在PD治疗中的调控机制。本研究旨在探讨HCA2对氧化应激的影响及其在PD中的潜在治疗作用，以寻找新的治疗靶点。
试剂
MPTP（纯度≥98%）和二甲基亚砜（DMSO）购自Sigma-Aldrich（密苏里州路易斯）。BHBA（纯度≥98%）购自上海源业生物科技有限公司。青霉素-链霉素和0.25%胰蛋白酶购自Thermo Fisher Scientific（上海）。Dulbecco培养基和改良Eagle培养基（DMEM）及Opti MEM购自Invitrogen（美国加利福尼亚州卡尔斯巴德）。胎牛血清（FBS）购自Hyclone（美国犹他州洛根）。Nrf2抑制剂RA购自Apex Bio
HCA2缺陷会增加小鼠暴露于MPTP时的运动障碍风险
临床研究表明，PD患者大脑中的HCA2表达水平高于健康个体（Wakade等人，2014）。为进一步明确HCA2与PD之间的关联，我们使用MPTP和罗丹明（ROT）建立了PD小鼠模型（图S1A）。首先，我们评估了两种小鼠模型的运动行为变化，结果显示MPTP和ROT均导致小鼠运动行为受损（图S1B–K）。随后，我们进一步研究了……
讨论
G蛋白偶联受体（GPCRs）是数量最多的细胞表面受体类别，广泛参与激素和神经递质的调节，已成为药物开发的重要靶点。近年来，HCA2作为G蛋白偶联受体在神经退行性疾病中的作用受到关注（Guo等人，2020；Yan和Li，2024）。先前的研究表明，激活小胶质细胞中的HCA2可抑制神经炎症。
结论
本研究系统探讨了HCA2在MPTP诱导的PD小鼠模型中的治疗效果和分子机制，揭示了HCA2的神经保护作用。研究发现，HCA2通过双重调节机制发挥神经保护作用：首先，HCA2激活Nrf2/HO-1信号通路，有效减少氧化应激；其次，HCA2上调MGST1/GPX4轴，抑制铁死亡。
伦理声明
本研究未涉及人类受试者。实验方法符合现行伦理规范。实验方案已获得吉林大学动物护理和使用委员会（中国长春）的批准（方案编号SY202302007）。
作者贡献声明
何德伟：撰写初稿、数据可视化、方法设计、实验设计、数据分析。陈瑶：数据可视化、方法设计、实验设计、数据分析。刘胜奇：方法设计、实验设计、数据分析。高喜宇：方法设计、实验设计、数据分析。闫阿涵：数据可视化、方法设计、实验设计。薛苗：数据可视化、方法设计、实验设计。刘聚雄：方法设计、实验设计。刘电锋：方法设计、实验设计。傅绍鹏：撰写
资助
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：32370570）、吉林省科技发展计划项目（项目编号：20240404020ZP）和本科生创新研究项目（项目编号：202510183374）的资助。
致谢
何德伟完成了大部分实验、数据分析及手稿撰写。傅绍鹏设计了本研究。陈瑶、刘胜奇、高喜宇、闫阿涵、薛苗、刘聚雄和刘电锋参与了实验。所有作者均审阅并批准了最终稿件。
