甜菜碱通过Nrf2信号通路相关的铁死亡机制，缓解谷氨酸损伤的SH-SY5Y神经母细胞瘤细胞中的神经元损伤

《Journal of Neuroimmunology》：Betaine alleviates neuronal impairment in glutamate-injured SH-SY5Y neuroblastoma cells via Nrf2 signaling pathway related ferroptosis

本研究探讨甘氨酸对谷氨酸损伤的SH-SY5Y神经瘤细胞保护作用，发现甘氨酸通过抑制铁死亡、减少氧化损伤标志物并激活Nrf2通路逆转细胞损伤，为AD治疗提供新思路。

　　

吴桂华|王福伟|陈子豪|郑楠|周琼|谢丽华|杨新宇|宋大波|孙强|林建涛|李莉

中国长治市长治医学院附属和平医院

摘要

阿尔茨海默病（AD）是一种毁灭性的神经退行性疾病，目前尚缺乏有效的治疗手段。已有大量研究表明，铁死亡（ferroptosis）在AD的进展和发病机制中起着重要作用。甜菜碱（betaine）是哺乳动物健康所需的关键营养素，据报道具有神经保护作用。本研究的目的是探讨甜菜碱是否可以通过抑制谷氨酸（glutamate）损伤的SH-SY5Y神经母细胞瘤细胞中的铁死亡来减轻神经元损伤。结果表明，甜菜碱提高了谷氨酸损伤的SH-SY5Y细胞的存活率，并逆转了其形态变化。此外，甜菜碱减少了由谷氨酸诱导的细胞内Fe²⁺、丙二醛（MDA）、脂质过氧化物质（ROS）和乳酸脱氢酶（LDH）的释放。同时，甜菜碱的使用还恢复了谷胱甘肽（GSH）含量的下降，并上调了铁死亡抑制剂谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的表达。此外，甜菜碱还促进了由谷氨酸诱导的SH-SY5Y细胞中核因子红细胞2相关因子2（Nrf2）从细胞质向细胞核的转移。分子对接实验验证了甜菜碱与Nrf2之间的高亲和力结合。总体而言，甜菜碱通过激活Nrf2通路发挥神经保护作用，有望成为针对AD中由铁死亡驱动的神经退行性变的潜在治疗候选物。

引言

阿尔茨海默病（AD）是一种逐渐进展的神经退行性疾病，临床上表现为认知衰退和记忆丧失，对全球老年人群体造成了巨大负担（Nasb等人，2024年）。其病理特征包括细胞外β-淀粉样蛋白（Aβ）斑块的积累、由tau蛋白过度磷酸化引起的细胞内神经纤维缠结（NFTs），以及海马细胞死亡导致的选择性神经元丢失（Morsy和Trippier，2019年）。目前的治疗方法主要集中在对症治疗上。

铁死亡是一种依赖铁的非凋亡性细胞死亡，其特征是细胞内脂质过氧化和铁负荷过重，最初由Dixon在2012年提出（Dixon等人，2012年）。过去十年间，大量证据表明铁死亡会促进AD的进展，而抑制铁死亡可以改善体内（Bao等人，2021年）和体外（Yong等人，2024a）的神经元死亡和认知障碍。因此，针对铁死亡可能是治疗AD的一种有前景的治疗策略（Ma等人，2022年）。

甜菜碱，又称三甲基甘氨酸（TMG），是哺乳动物体内胆碱的天然代谢产物（图1.A&B）。它广泛存在于甜菜、鱼类、全谷物、海产品和蔬菜中（Zhao等人，2018年）。研究表明，甜菜碱具有抗氧化（Yang等人，2025年）和抗炎（Kim等人，2014年）作用。它无毒，并已被证明对多种人类疾病有益。有研究显示，甜菜碱可以改善MCD引起的非酒精性脂肪肝病（NAFLD），通过减少肝脏氧化应激、炎症和凋亡，以及增强细胞保护性Akt/mTOR信号通路和自噬作用（Veskovic等人，2019年）。甜菜碱还能通过增加DU-145人类前列腺癌细胞系中的氧化应激介导的凋亡和炎症来抑制细胞增殖（Kar等人，2019年）。临床应用表明，甜菜碱在治疗脂肪肝、冠状动脉粥样硬化和高脂血症方面取得了成功（Kharbanda等人，2012年；Arumugam等人，2021年；Abdelmalek等人，2001年）。最近的研究发现，甜菜碱在体内（Nie等人，2016年）和体外（Alipourfard等人，2023年）通过抗氧化（Ibi等人，2021年）、抗炎（Zhang & Jia，2023年）和基因表达调控机制发挥神经保护作用。先前的临床研究还表明，甜菜碱可以将AD患者的同型半胱氨酸水平恢复到正常范围，从而改善记忆缺陷（Sun等人，2017年）。持续摄入甜菜碱可能通过防止3xTg小鼠海马区PSD95和Cacng2表达的下降来恢复突触连接/功能的缺陷（Ibi等人，2021年）。甜菜碱在Aβ_1–42处理的大鼠突触体中具有预保护作用（Hacioglu等人，2024年）。然而，甜菜碱是否能够通过调节铁死亡有效缓解AD，以及其确切的分子机制仍有待证实。

SH-SY5Y神经母细胞瘤细胞因其具有类似神经元的特性（包括神经标志物的表达、对兴奋毒性的敏感性以及与铁死亡介导的神经元损伤的相关性）而被广泛用于神经退行性疾病研究——这些特征与AD相关的神经退行性变高度吻合。鉴于谷氨酸兴奋毒性和铁死亡是驱动AD中神经元丢失的关键途径，本研究利用谷氨酸损伤的SH-SY5Y细胞作为模型，探讨甜菜碱对谷氨酸诱导的铁死亡的保护作用及其潜在机制。研究结果可能为甜菜碱在AD辅助治疗中的应用提供有价值的见解。在本研究中，我们首次阐明了甜菜碱在谷氨酸诱导的SH-SY5Y细胞中显著减轻神经毒性的作用。

实验方法

细胞培养

SH-SY5Y神经母细胞瘤细胞由广东医科大学崔莉莉教授提供，培养于Dulbecco改良的Eagle培养基（DMEM）（Gibco，美国Grand Island，目录号11965092）中，培养基中添加了1%的青霉素-链霉素（Solarbio，北京，目录号P1400）和10%的胎牛血清（浙江天航生物科技有限公司，浙江，目录号TH-FBS-500）。细胞在5% CO₂、37°C条件下培养，当细胞密度达到70–80%时进行传代。

甜菜碱在谷氨酸诱导的SH-SY5Y细胞中表现出神经保护作用

使用CCK-8试剂检测谷氨酸或甜菜碱对SH-SY5Y细胞存活率的影响。如图1C所示，甜菜碱（1–150 μM）未对SH-SY5Y细胞产生明显的细胞毒性作用（图1C）。随后，将SH-SY5Y细胞暴露于不同浓度的谷氨酸中，并在不同时间点进行观察。结果显示，细胞存活率随谷氨酸浓度的增加而显著下降（图1D）。

讨论

AD是一种慢性神经退行性疾病，主要影响老年人，表现为进行性的认知和记忆衰退，是全球范围内重要的健康问题（Nasb等人，2024年）。现有的AD治疗方法效果不佳。因此，有必要进一步研究AD的发病机制，以确定潜在的治疗靶点（Ahmad等人，

结论

本研究首次证明了甜菜碱在谷氨酸诱导的SH-SY5Y细胞中的神经保护作用。机制上，甜菜碱通过促进Nrf2向细胞核的转移来减轻氧化应激并抑制铁死亡。这些发现表明甜菜碱作为减少AD中神经元铁死亡的潜在治疗候选物具有巨大潜力。未来需要进一步的动物实验来全面阐明其保护作用。

作者贡献声明

吴桂华：概念构思。王福伟：数据整理。陈子豪：数据分析。郑楠：资金筹集。周琼：实验设计及资金筹集。谢丽华：实验方法。杨新宇：项目管理。宋大波：数据可视化。孙强：论文撰写及审稿。林建涛：论文撰写及审稿。李莉：初稿撰写。

伦理声明

本研究中未涉及任何作者对人类或动物的实验。

资助

本研究得到了广东医科大学学生创新创业培训计划（S202510571053、GDMUCX2024190、GDMUCX2024049）以及广东医科大学本科生创新创业教育基地项目（JDXM2024061、JDXM2024081、JDXM2024175、JDXM2025081、JDXM2025156）的支持。

未引用参考文献

Hiramatsu, 2021
Ibi等人，2023
Lee等人，2010
Meyer和Shea，2017

利益冲突声明

作者声明无利益冲突。