基于网络药理学的研究阐明了Cornus officinalis（山茱萸）通过恢复多巴胺能和GABA能信号通路来保护神经元免受百草枯诱导的神经毒性的作用机制

《Pesticide Biochemistry and Physiology》：Network-pharmacology-guided elucidation of Cornus officinalis-mediated protection against paraquat-induced neurotoxicity via restoration of dopaminergic and GABAergic signaling pathways

　　

阿纳斯·尤素夫（Anas Yusuf）|穆尔塔拉·宾达瓦·伊萨（Murtala Bindawa Isah）|温婷·李（Wenting Li）|杨小周（Xiaozhou Yang）|陈晨（Chen Chen）|阿尔贝托·C.P. 迪亚斯（Alberto C.P. Dias）|肖颖·张（Xiaoying Zhang）

中德天然产物联合研究所，陕西国际合作示范基地，陕西工业大学，汉中723000，陕西，中国

摘要

百草枯（PQ；1,1′-二甲基-4,4′-联吡啶二氯化物）是一种广泛使用的除草剂和环境污染物，它通过氧化应激和细胞凋亡破坏神经稳态，导致多巴胺能和GABA能功能障碍，从而引起神经递质失衡和类似帕金森病的表型。在本研究中，我们结合了植物化学分析、网络药理学、分子对接和斑马鱼实验，阐明了Cornus officinalis乙醇提取物（COE）的神经保护机制。UHPLC–MS和HPLC–DAD分析确定morroniside（133.50 mg/g干提取物）和loganin（62.90 mg/g干提取物）是COE的主要成分。综合生物信息学和转录组分析确定了八个核心靶基因（th、slc6a3、hspa8、syn2、gap43、gad1、sncb和drd2），这些基因在多巴胺能和GABA能突触通路中显著富集。分子对接进一步预测p-羟基肉桂酸与酪氨酸羟化酶之间的高结合亲和力（?10.4 kcal mol^?1）。体内实验表明，PQ暴露（100 μM）会在斑马鱼幼体中诱导活性氧（ROS）积累、细胞凋亡以及神经标志物的转录下调，导致可测量的运动缺陷。相反，COE联合处理（5–20 μg/mL）可以减轻ROS产生和细胞凋亡。这些效应伴随着nrf2和bcl-2的上调，以及th和slc6a3表达的恢复。Tg(HuC:GFP和Tg(Hb9:GFP转基因系的成像证实COE能够保护神经元完整性，行为测试验证了运动能力和光/暗反应性的恢复。总体而言，这些发现表明COE通过调节氧化应激、抑制细胞凋亡和稳定多巴胺能/GABA能神经传递来发挥神经保护作用。本研究将C. officinalis定位为一种有潜力的治疗候选物，可用于缓解农药引起的神经退行性病变，并为其网络级作用提供了全面的机制框架。

引言

环境污染物，包括生物制剂和合成农用化学品，越来越多地被认为是神经退行性疾病（NDs）病因的重要因素（Flores-Gutierrez等人，2023年）。越来越多的流行病学和实验证据表明，长期接触农药与帕金森病（PD）和其他NDs的风险增加有强烈关联（Baltazar等人，2014年）。在这些农用化学品中，百草枯（PQ；1,1′-二甲基-4,4′-联吡啶二氯化物）是一种在农业中广泛使用的非选择性除草剂，已被反复认为是PD的主要环境风险因素（Sharma和Mittal，2024年）。从机制上看，PQ通过多种途径发挥其神经毒性作用，包括诱导氧化应激（Alizadeh等人，2022年）、激活细胞凋亡级联反应（Chung See等人，2024年）和刺激炎症信号通路（Ghasemi等人，2023年），最终导致神经元逐渐退化（Zhang等人，2016年）。值得注意的是，PQ可以穿过血脑屏障并直接靶向黑质纹状体通路中的多巴胺能神经元（Darweesh等人，2024年；Liu等人，2024年；Sharma和Mittal，2024年）。一旦被吸收，PQ会代谢为其单价阳离子（PQ⁺），后者成为多巴胺转运蛋白（DAT）的底物。这促进了其在多巴胺能神经元中的选择性积累，在那里PQ⁺经历连续的氧化还原循环，产生超氧阴离子和其他活性氧。由此产生的氧化损伤最终导致神经元损伤和退化（Rappold等人，2011年）。这种选择性脆弱性导致神经传递紊乱，多巴胺能和GABA能通路的显著失调成为大脑功能下降的关键机制驱动因素（B?aszczyk，2016年；Davis等人，2023a）。这些神经递质系统的改变与几种主要神经退行性疾病（包括PD（Mironova等人，2018年；Zhang等人，2019年）和阿尔茨海默病（AD（Bukke等人，2020年；Madeira等人，2018年））的运动、认知和行为缺陷密切相关。γ-氨基丁酸（GABA）是中枢神经系统中的主要抑制性神经递质，在维持正常的神经回路功能所需的兴奋-抑制（E/I）平衡中起着关键作用。GABA能信号通路的失调不仅与神经发育障碍有关，也与神经退行性病理的进展有关（B?aszczyk，2016年；Ramamoorthi和Lin，2011年）。人类研究和动物模型的一致发现表明，PQ作为一种环境污染物，对神经退行性病理的发展具有重要影响，突显了迫切需要治疗干预。

Cornus officinalis Sieb. et Zucc（C. officinalis）是一种传统中药，已在多种实验模型中显示出神经保护和神经营养作用（Guo等人，2025年；Tian等人，2019年）。C. officinalis的这种治疗潜力归因于其丰富的生物活性化合物组成，包括熊果酸、morroniside和各种槲皮素衍生物（Yang等人，2023年）。值得注意的是，熊果酸和奥莱酸（五环三萜类化合物）具有神经保护作用，并已知会影响神经传递和神经发育（Chen等人，2023年），而morroniside（一种鸢尾苷）通过抑制氧化应激和铁死亡、防止神经元凋亡以及支持线粒体功能显示出显著的神经保护能力（Li等人，2023年）。这些化合物共同影响突触功能，促进神经元生长，并激活与神经元存活和可塑性相关的关键信号通路，从而有助于神经元再生和修复（Guo等人，2024年；Sánchez-Alegría等人，2018年）。尽管C. officinalis及其代谢物在多种神经学背景下显示出有希望的药理特性，但其对PQ引起的神经递质失调、神经发育障碍及相关行为缺陷的具体影响仍有待进一步研究。

斑马鱼因其与人类的较高遗传同源性以及能够在体内监测病理进展的能力，已成为研究环境污染物和神经毒素毒理效应的宝贵模型（Jiang等人，2025年）。它们在早期发育阶段的身体透明性允许实时观察神经元生长和退化，而对水溶性化合物的通透性使它们特别适合于高通量药物筛选（Cassar等人，2020年）。利用这些优势，本研究旨在系统评估C. officinalis乙醇提取物在PQ暴露的野生型和转基因斑马鱼模型中的神经保护潜力。具体来说，我们研究了其恢复多巴胺能和GABA能信号、促进神经元发育以及改善行为缺陷的能力。通过将功能性和行为测试与荧光成像和基因表达分析相结合，本研究旨在确立C. officinalis作为缓解PQ引起的神经毒性的候选治疗剂，并推进神经保护和再生策略的发展。

章节片段

化学物质

除非另有说明，本研究中使用的所有化学标准品均为HPLC级别，纯度≥98%。绿原酸（Energy Chemicals）；熊果酸、奥莱酸、loganin、没食子酸、morroniside、cornuside、rutin和槲皮素来自中国上海宇源生物科技有限公司。UHPLC-UV级别的乙腈（Fisher Chemicals）、磷酸（85%；DmReagents）和PQ（上海阿拉丁生物化学科技有限公司，中国）。

C. officinalis乙醇提取物的制备

C. officinalis的浆果来自

COE的植物化学分析

在负离子和正离子电喷雾模式下进行的非靶向UHPLC分析（图S2）显示COE中包含多种植物化学物质，包括鸢尾苷、黄酮类和酚酸，这些物质是根据其质量电荷比鉴定出来的（表S2）。通过HPLC-DAD将特征UV–Vis光谱和保留时间与纯标准品进行比较来确认结构（图S3）。鉴定出的主要成分包括loganin

讨论

PQ中毒在全球范围内仍然是一个重大的公共卫生问题，不同人群中的报告不断增加（Sabzghabaee等人，2010年；Barma等人，2025年；Chandra等人，2021年；Kanchan等人，2015年；Sriram等人，2024年）。值得注意的是，PQ暴露与NDs的发生和发展密切相关，尤其是PD（Berry等人，2010年；Sharma和Mittal，2024年）。其神经毒性主要通过诱导氧化应激和线粒体

结论

本研究表明，COE在斑马鱼的分子、细胞和行为层面提供了对PQ引起的神经毒性的剂量依赖性保护。从机制上看，COE保护幼体免受氧化应激和细胞凋亡的影响，恢复多巴胺能和GABA能通路基因的转录变化，并适度缓解与突触核蛋白相关的囊泡应激。此外，COE促进轴突再生，恢复神经元身份和分化的标志物

CRediT作者贡献声明

阿纳斯·尤素夫（Anas Yusuf）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始草稿，可视化，研究，数据管理。穆尔塔拉·宾达瓦·伊萨（Murtala Bindawa Isah）：撰写 – 审稿与编辑，监督。温婷·李（Wenting Li）：可视化，研究，数据管理。杨小周（Xiaozhou Yang）：撰写 – 审稿与编辑。陈晨（Chen Chen）：撰写 – 审稿与编辑。阿尔贝托·C.P. 迪亚斯（Alberto C.P. Dias）：撰写 – 审稿与编辑，监督，概念化。肖颖·张（Xiaoying Zhang）：撰写 – 审稿与编辑，监督，资金获取，概念化。

未引用参考文献

da Silva等人，2024年

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了陕西国际合作基地（2022GHJD-06）、人才创新项目（X20240142）和科学研究与能力建设专项（X20240022）在陕西工业大学的支持。