MFN2

点击“蓝字”关注我们 编者按 代谢相关脂肪性肝病（MAFLD）作为一种与肥胖和代谢综合征紧密相关的肝脏疾病，在全球范围内的患病率不断攀升，已成为公共卫生领域的一大挑战。MAFLD不仅与胰岛素抵抗和遗传因素密切相关，还可能进一步发展为代谢性脂肪肝炎、肝纤维化，最终导致肝硬化和肝细胞癌，严重威胁患者的健康和生活质量。面对MAFLD的高发病率和严重后果，寻找更有效的治疗方法已成为全球医学研究的紧迫任务。 近期，由北京大学人民医院内分泌科蔡晓凌教授团队开展的一项研究[1]深入探讨了桑枝总生物碱（SZ-A）对MAFLD的潜在治疗效果及其作用机制。研究成果已于2024年9月发表于国际SCI期刊Pharmaceuticals，北京大学人民医院内分泌科硕士生张梦清、博士生郭成成为共同第一作者，蔡晓凌教授和纪立农教授为共同通讯作者。研究揭示了SZ-A通过调节PGC1α/PPARα和KEAP1/NRF2途径，在调节脂质代谢、抑制氧化应激和延缓肝纤维化方面发挥重要作用。本文整理核心内容，并邀请蔡晓凌教授予以精彩点评。 研究要点一览 研究方法 研究团队通过给C57Bl/6J小鼠喂食高脂饮食（HFD）或普通饮食12周，建立了饮食诱导的肥胖（DIO）和正常小鼠模型。DIO小鼠在12周的高脂饮食喂养后，进一步分为3个治疗组：低剂量SZ-A组（400 mg/kg/d）、高剂量SZ-A组（800 mg/kg/d）和达格列净组（1 mg/kg/d），以及对照组（生理盐水），治疗8周。 研究结果 01 高剂量SZ-A治疗显著抑制HFD诱导的体重增加，改善胰岛素耐量：在HFD小鼠中，与安慰剂组相比，高剂量SZ-A治疗显著抑制HFD诱导的体重增加，并改善HFD小鼠的胰岛素耐量。 02 高剂量SZ-A治疗显著降低肝酶，改善血脂谱：在HFD小鼠中，与安慰剂相比，高剂量SZ-A治疗显著降低血清丙氨酸氨基转移酶（ALT）、天门冬氨酸氨基转移酶（AST）、碱性磷酸酶（ALP）、总胆固醇（TC）和甘油三酯（TG）水平。 03 SZ-A改善HFD诱导的肝脏脂肪变性：在肝脏病理变化方面，高剂量SZ-A治疗有效改善脂肪变性。与低剂量SZ-A治疗组（HFD + SZA-L）相比，高剂量SZ-A治疗组（HFD + SZA-H）非脂肪变性区域面积显著更大，提示SZ-A改善脂肪变性具有剂量依赖性效应，并独立于降糖作用（图1）。 图1. 肝脏组织变化 04 SZ-A改善肝纤维化并影响氧化应激的表达：高剂量SZ-A治疗有效减少肝纤维化标志物KEAP1和α-SMA的蛋白水平，并增加NRF2及其下游抗氧化酶SCD1、GPX6、SOD1和SOD2的蛋白表达水平。 05 SZ-A调节脂质代谢相关基因表达：在HFD组中，与脂质合成相关的基因PPARG和PCSK9的mRNA水平相较于正常饮食（CTRL）组显著上调，而与脂质分解和抗氧化防御相关的基因SCAD、SOD1和LXRA的mRNA水平显著下调。在HFD小鼠中，与安慰剂相比，高剂量SZ-A治疗组中PPARg mRNA水平显著下降，而SCAD、SOD1和LXRA mRNA水平显著上调。 06 SZ-A调节脂质代谢相关蛋白质表达水平：与CTRL相比的情况下，HFD组中与脂质合成相关的蛋白FASN和ACC水平显著升高，而与脂质分解相关的蛋白PGC1α、PPARα、MFN2和TOM20水平显著降低。在HFD小鼠中，相较于安慰剂组，高剂量SZ-A治疗组中FASN和ACC蛋白水平显著下降，而PGC1α、PPARα、MFN2和TOM20蛋白水平显著上升。 结论 这些发现揭示了SZ-A通过调节PGC1α/PPARα和KEAP1/NRF2途径，在调节脂质代谢、抑制氧化应激和延缓肝纤维化方面发挥重要作用（图2）。 图2. 桑枝生物碱对代谢性脂肪性肝病的疗效与作用机制 专家点评 蔡晓凌 教授 北京大学人民医院 代谢相关脂肪性肝病（MAFLD）由非酒精性脂肪肝（NAFLD）更名而来，是一种与胰岛素抵抗和遗传易感密切相关的代谢应激性肝损伤，目前关于NAFLD的更名全球并未统一。据统计，MAFLD全球患病率高达25%[2]，累及全球1/4以上的人口[3]，已成为公共卫生领域的一大挑战。我国成人MAFLD患病率已高达29.2%，MAFLD现已成为我国第一大慢性肝病[4]，且发病率呈逐年上升的趋势，严重危害居民健康并对社会造成巨大的经济负担[5]，因此采取相应的干预措施刻不容缓。 由于MAFLD的进展与糖脂代谢紊乱（主要是血脂异常）和炎症密切相关，由HFD引起的MAFLD不仅会诱发简单的肝脂肪变性，还会导致肝细胞的氧化应激和肝纤维化，这些因素相互促进MAFLD本身的进展，最终导致肝硬化和肝细胞癌。通过生活方式干预针对性管理肥胖仍是MAFLD治疗的基石。此外，改善MAFLD的药物也被认为是治疗方法的重要组成部分。越来越多的研究正在进行，以寻找通过多种机制缓解MAFLD的有效药物。 SZ-A是从桑枝中提出的天然成分，已于2020年3月获得国家食品药品监督管理总局（NMPA）批准用于2型糖尿病的治疗，其Ⅲ期临床研究[6]发表在糖尿病领域顶级期刊Diabetes Care上。结果显示，单独服用SZ-A可降低T2DM患者糖化血红蛋白（HbA1c）1.0%，联合二甲双胍可降低HbA1c 0.9%。现有证据表明，SZ-A具有多重药理作用，不仅对肠道ɑ-糖苷酶具有高度选择性和精确的抑制作用，实现降糖效果，还能通过阻断p38丝裂原活化蛋白激酶（p38 MAPK）、细胞外信号调节激酶（ERK）和应激激活蛋白激酶信号通路的激活，在一定程度上减少炎症反应。在脂质代谢方面，既往的研究表明SZ-A可以通过多种机制降低血清脂质，包括减轻体重、改善整体能量代谢和增强肝细胞中的脂质消耗。 本团队通过DIO小鼠实验证明高剂量SZ-A治疗在MAFLD模型小鼠中具有显著降低体重、减少血清脂质、改善胰岛素耐量的效应，同时可以显著改善MAFLD模型小鼠的肝脂肪变性和纤维化，且SZ-A减少肝细胞中脂质含量的作用不依赖其降糖效应。后续的分子通路研究还发现SZ-A能够显著增加与脂质代谢和抗氧化应激相关的蛋白表达（如PGC1α、PPARα、MFN2和TOM20），这些蛋白在脂质代谢和抗氧化防御中起着关键作用。这些结果提示SZ-A通过调节PGC1α/PPARα和KEAP1/NRF2途径，在调节脂质代谢、抑制氧化应激和延缓肝纤维化方面发挥重要作用，拓展了天然植物提取物在代谢性疾病领域的应用范畴。 上述的研究发现不仅为MAFLD的治疗提供了新的视角和潜在的治疗策略，还增进了我们对MAFLD病理生理机制的理解。未来还需要更多的研究进一步验证SZ-A治疗MAFLD的临床疗效和安全性，为临床有效管理MAFLD患者添砖加瓦。值得一提的是，SZ-A作为一款天然的降糖药物获批上市，受到了专家学者的广泛关注，目前已有多项研究探索其在糖尿病肾病、多囊卵巢综合征等疾病中的应用价值，让我们拭目以待。 作者介绍 张梦清 北京大学硕士研究生在读 郭成成 北京大学人民医院2020级科研型博士，主要研究方向为脂代谢、白色脂肪棕色化，近两年以第一作者或共同第一作者在Cell and Bioscience、Frontiers in Nutrition期刊发表2篇SCI文章。 蔡晓凌 北京大学人民医院内分泌科主任医师、博士研究生导师。在糖尿病药物治疗学、糖尿病与炎症、糖尿病并发症等领域开展了一系列研究，其研究成果发表在Frontiers in Endocrinology、BMC Medicine、Cardiovascular Diabetology等高质量SCI期刊。兼任中华医学会糖尿病学分会青年委员、中华医学会糖尿病学分会教育学组委员、中国女医师协会糖尿病专委会委员、北京医学会糖尿病分会委员。 纪立农 北京大学人民医院内分泌科主任，北京大学糖尿病中心主任，博士生导师。带领的团队作为“卫生部临床重点专科”和“北京市糖尿病领域临床研究中心”获多项国家自然科学基金支持，并担任国家重大科研项目包括863、重点研发项目及北京市科委重大课题的首席科学家。在国内外一流专业杂志（包括在New England Journal of Medicine、Lancet、British Medical Journal、Lancet Diabetes & Metabolism、Diabetes Care、Nat Rev Endocrinol、Genetic Medicine、Diabetes、Cardiovascular Diabetology等）上发表论文400余篇，2020~2023连续4年入选Elsevier高被引学者。 参考文献 （上下滑动可查看） 1. Zhang M, et al. Pharmaceuticals (Basel). 2024 Sep 27; 17(10): 1287. 2. Makri E, et al. Arch Med Res. 2021; 52(1):  25-37. 3. Ye Q, et al. Lancet Gastroenterol Hepatol. 2020; 5(8): 739-752. 4. 范建高. 代谢相关脂肪性肝病现已成为我国第一大慢性肝病[J]. 中华医学信息导报. 2021; 36(6): 6. 5. Younossi Z, et al. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2018; 15(1): 11-20. 6. Qu L，et al. Diabetes Care. 2021; 44: 1324-1333. 声明：本文仅供医疗卫生专业人士了解最新医药资讯参考使用，不代表本平台观点。该等信息不能以任何方式取代专业的医疗指导，也不应被视为诊疗建议，如果该信息被用于资讯以外的目的，本站及作者不承担相关责任。 最新《国际糖尿病》读者专属微信交流群建好了，快快加入吧！扫描左边《国际糖尿病》小助手二维码（微信号：guojitnb），回复“国际糖尿病读者”，ta会尽快拉您入群滴！ （来源：《国际糖尿病》编辑部） 版权声明 版权属《国际糖尿病》所有。欢迎个人转发分享。其他任何媒体、网站未经授权，禁止转载。

世界人口正在日益老龄化，全球生育率的下降和预期寿命的显著增加，使与年龄相关的退行性疾病已成为社会关注的前沿。脑老化是指从亚细胞到组织器官水平的一系列形态、结构的退行性变化，包括大脑体积减少、皮质变薄、白质退化等形态学特征和神经元细胞萎缩、树突变性、脱髓鞘等病理生理特征，最终伴随记忆丧失等认知缺陷和精神行为异常，成为推动神经退行性疾病的重要因素，也是社会老龄化负担的主要原因，因此，对脑老化的深入研究十分迫切。 动物模型是探索疾病的重要手段，其中脑老化相关的人工加速衰老模型因耗时短、易重复等优点在研究中更为常用。快速老化SAMP８ 系小鼠表现为记忆减退、淀粉样β前体蛋白 （ APP）代谢异常、神经元退化等，其饲养周期短，但价格昂贵，繁殖力弱来源较少；单侧／双侧海马区注射β淀粉样蛋白 （Ａβ）片段模型表现为学习困难、Ａβ 斑块周围星形胶质细胞增生、神经炎症等，造模周期短且成功率高，但诱发因素单一，对脑组织具有穿透性损伤；APP／PS１ 双转基因模型表现为认知障碍、早期淀粉样斑块和突触损失等，但基因表达不稳定，造价高，未能完全观察到 Tau 蛋白过度磷酸化。Ｄ-半乳糖诱导模型是国内外应用较广泛的模型之一，能观察到认知记忆缺陷的行为学表现和胆碱能神经元减少、Ａβ 免疫反应物聚集等病理特征，肿瘤坏死因子-α（TNF⁃α）和白细胞介素-１β（IL⁃1β）等炎症因子、自由基和8-羟基脱氧鸟苷（８⁃hydroxyguanosine） 等衰老标志物水平的增高，是行之有效的脑老化模型。D-半乳糖诱导脑衰模型具有广泛性和多样性，且构建简便易行，价格低廉，性价比高，具有极大研究开发的潜能。过量D-半乳糖能降低脑组织的氧化酶活性，形成更 多 损 害 神 经 细 胞 的 活 性 氧 （ROS），其氧化应激效应已成为公认的主要机制，此外线粒体功能障碍、自噬、神经炎症和凋亡等也被证实与D-半乳糖的作用相关。D-半乳糖诱发脑老化的机制是构建和研究模型的基础，目前已有大量关于其造模机制的研究，但结果繁杂，各机制之间的关系不甚明确，散乱且不成体系的机制理论也给模型使用者带来混淆和困扰。本文梳理了以往对D-半乳糖致脑老化模型的研究，对D-半乳糖在体内的正常和异常代谢及其脑老化模型的构建机制进行总结，并讨论机制间的连接关系，以期为该模型今后的发展运用和脑老化相关疾病的研究奠定基础。 1.D-半乳糖的代谢和损害 Ｄ-半乳糖是一种还原的小分子醛己糖，和 Ｄ-葡萄糖互为同分异构体，存在于许多食物中，主要来源是哺乳动物乳汁中的乳糖。半乳糖推荐的正常最大日摄入量为50ｇ，其中大部分在摄入后约8ｈ内从体内代谢排出，血液中 Ｄ-半乳糖的正常浓度低于 10ｍｇ/dL。摄入的D-半乳糖被钠依赖性葡萄糖共转运蛋白1型（SGLT⁃１）运输到细胞中，再通过葡萄糖转运蛋白2型-（GLUT-2）进入血液，被半乳糖激酶和1-磷酸半乳糖尿苷转移酶代谢成葡萄糖，并进入糖酵解途径或作为糖原储存在肝、肌肉和脂肪组织中，也 可 通 过 葡 萄 糖 转 运 蛋 白1型（ GLUT⁃1） 穿 过 血 脑 屏 障 摄 取 到 大脑中。D-1半乳糖过量时，会被醛糖还原酶催化成不易被细胞分解的半乳糖醇，影响正常渗透压，引起如细胞肿胀、代谢紊乱，消耗并破坏机体抗氧化防御系统。另外，大量堆积的半乳糖也可被半乳糖氧化酶 （GOA） 氧化成乙醛糖和过氧化氢（H2O2 ），生成多种活性氧自由基，导致细胞的线粒体功能障碍、氧化应激、炎症和凋亡。鉴于半乳糖的代谢特点，可通过注射大量D-半乳糖造成动物糖代谢异常，从而建立具有特殊研究目的的动物模型。 2.D-半乳糖诱导脑老化模型的机制 2.1 氧化应激损伤 D-半乳糖浓度升高时，GOA为将其氧化成H2O2 ，使 超 氧 化 物 歧 化 酶 （SOD）减少；增加的 H2O2与还原形式的 Fe 反应形成OH-，H2O2和OH－与其他ROS共同导致细胞膜脂质过氧化，损害氧化还原稳态。胺与D-半乳糖反应形成不稳定的席夫碱产物，几天内生成更稳定的Amadori  产物，并在数月或数年内不可逆地 转 化 为 晚 期 糖 基 化 终 末 产 物 （ AGEs）。AGEs与 其 受 体结 合， 增 加 烟 酰 胺 腺 嘌 呤 二 核 苷 酸 磷 酸（NADPH） 氧 化 酶 和ＲＯＳ，导致神经元损伤和认知功能障碍。同时，累积的半乳糖醇形成渗透应激，使线粒体的电子传递链（ ETC） 活 性 降 低， ROS增加。还有研究发现，苯二氮卓受体可能是控制线粒体呼吸以防 ROS损伤的一部分机制，D-半乳糖可以通过降低苯二氮卓受体影响大脑皮层线粒体抗 氧 化 能 力。激 活 核 因 子E2 相 关 因 子 ２（Nrf2）作为维持氧化稳态的主要调节因子，介导了Ⅱ期酶HO⁃1的表达，该酶提高了抗氧化和受保护细胞免受氧化损伤的能力，D－半乳糖可通过下调 Ｎrf2和ho⁃1 的表达水平来抑制其抗氧化功能。实验研究中常用氧化应激相关酶的活性作为测定指标，如SOD、GSH-Px、CAT、丙二醛（MDA）、谷胱甘 肽 （GSH）、氧 化型谷胱甘肽（GSSG） 和过氧化脂质 （ LPO） 以及谷胱甘肽巯基转移酶等。 2.2 线粒体功能障碍 Ｄ-半乳糖能诱发线粒体结构损伤，使海马神经元线粒体肿胀、破碎及嵴断裂和缩小，线粒体长度和面积减少。Ｄ-半乳糖产生的ROS导致线粒体Cａ+超载，线粒体膜电位下降，膜中基质的电子密度也大面积降低，部分膜溶解。Ｄ-半乳糖可降低线粒体ATP表达，使细胞能量代谢不足。Ｄ-半乳糖能降低 三 羧 酸 循 环 酶 水 平， 脑 线 粒 体DNA（mtDNA）突变积累也可被Ｄ-半乳糖诱发，可能是Ｄ-半乳糖通过减少DNA修复酶以及通过NOC依赖性途径进行的；Ｄ－半乳糖产生的ROS也可诱导mtDNA的突变，从而抑制mtDNA的转录和翻译。新的线粒体产生依赖于线粒体的生物发生，其中PGC⁃1α⁃NRF１⁃TFAM信号通路是调节线粒体生物发生的关键，而 D-半乳糖能降低海马组织中的过氧化物酶体增殖受体 γ 共激活因子 α（PGC⁃1α），进而阻碍线粒体的新生和稳态。Ｄ-半乳糖也可以影响线粒体动力学的两种代表性蛋白，提高促分裂的动力蛋白相关蛋白１ （DRP１）和促融合的线粒体融合蛋白２（MFN2） 在海马组织中的表达水平，使线粒体分裂融合增加。Ｄ－半乳糖诱导的线粒体生物发生和动力学异常，导致线粒体损伤和功能障碍。 2.3 细胞自噬抑制 D－半乳糖在海马组织中能诱导自噬抑制，使自噬体的形成减少，自噬标志物水平异常，其中自噬起始物微管相关蛋白１A／1B－轻链3（ LC3）及其衍生物LC3Ⅱ/Ⅰ、自噬相关蛋白 ATG３、ATG５、ATG７、BECN１含量降低，自噬降解底物ｐ62增加。沉默信息调节因子１（SIRT１）能调控自噬降解，哺乳动物雷帕霉素靶标（ｍTOR）则能抑制自噬信号通路，Ｄ-半乳糖可以诱导 SIRT１蛋白表达降低和SIRT１表达水平升高；D-半乳糖还能使在自噬调节中充当自噬主要抑制因子的ｐ53水平升高，从而抑制自噬功能。当自噬发生时，LC3a被酯化成LC3b，p62可以与LC3b结合并被泛素化的蛋白质降解。Ｄ－半乳糖诱导后LC3b/a和P62的表达随着溶酶体功能蛋白的降低而提高，表明大量错误折叠蛋白质和衰老线粒体启动自噬过的同时，由于溶酶体功能损害，p62不能及时被消化，次生溶酶体不能被分解而积累。D-半乳糖除了改变自噬指标， 还能降低溶酶体 功能蛋白转录因 EB（TFEB）和溶酶体相关膜蛋白２（ LAMB2）的表达， 通过影响溶 酶体功能进而阻滞自噬通量。 2.4 脑细胞衰老和凋亡     ｐ53、ｐ21 和P16ink4α蛋白是影响细胞周期的关键因素，激活p53 基因，可促进下游p21基因的表达，降低细胞周期蛋白依赖性激酶复合物的活性，阻断细 胞 周 期；p16ink4α 负 调 节 细 胞 周 期 蛋 白（ CDK4） 的 活 性， 阻 断DNA复制，导致细胞周期停滞。D-半乳糖的持续积累可以提高p53、p21和 p16ink4α水平，降低CDK４，进而诱导细胞衰老。Ｄ-半乳糖可诱导海马神经元的凋亡，并能导致细胞凋亡标志性蛋白的表达异常，如抗凋亡蛋白 Bcl-2表达水平下降及促凋亡蛋白Bax 和半胱天冬酶 -３ （ caspase⁃３） 的水平升高。Ｄ-半乳糖可通过内外两种途径致细胞凋亡：外在死亡受体途径通过 c⁃Jun 氨基末端激酶（JNK）直接激活效应半胱天冬酶，并与线粒体的内在凋亡途径汇合；内在激活ｐ⁃JNK并增强细胞色素 c （Cytc） 的水平，刺激caspase⁃3、caspase⁃9和裂解的聚ADP 核糖聚合酶（poly（ADP⁃ribose） polymerase,PARP⁃１）的活化，诱导细胞凋亡。miR-34anRNA在调节细胞衰老中至关重要，并在衰老大脑中表达激活，D-半乳糖也可以升高  miR-34a 水平，通过其介导的衰老负调节因子SIRT1 的下调诱导脑衰，也可以通过miR-34a的 重 要 靶 标 Bcl-2 的降低诱导细胞凋亡。 2.5 炎症信号激活 Ｄ-半乳糖可以通过Ras 和氧化还原敏感信号通路激活转录因子 NF⁃KB；Toll样受体4 （TLR4） 可促进NF⁃KB 释放，TLR４/ NF⁃κＢ通路被激活时，会促进炎症因子的大量释放，而核蛋白相关受体 １（Nurr1）通过置换核因子活化 NF⁃κＢ 从而抑制炎性因子的产生，D-半乳糖能降低脑部区 Nurr1 水平，激活TLR４/ＮＦ⁃κＢ信号通路导致炎症产生。髓系分化原发性应答基因88（MyD88）是 Toll 样和白细胞介素受体募集的衔接蛋白，以MyD88依赖性途径的形式能被所有Toll 样受体（ TLR） 激活，从而去活化NF⁃κＢ；组蛋白去乙酰化酶３（HDAC3） 是长期记忆形成的关键负调节因子，HDAC-3能通过脱乙酰影响 NF⁃κＢp65途径的激活。Ｄ－半乳糖能联合 ＡｌＣｌ３ ，显著提高 ＭｙＤ８８、ＴＲＡＦ６、 ＨＤＡＣ３、 ＮＦ⁃κＢ 的 表 达 及 其 诱 导 的 神 经炎症。 2.6 神经物质代谢异常与年龄相关的神经退行性疾病的学习和记忆缺陷 与胆碱能下降有关，Ｄ-半乳糖能使乙酰胆碱酯酶（AChE） 活性显着增加，乙酰胆碱 （ACh） 水 平 降 低；单 胺 氧 化 酶（MAO）可降解单胺类神经递质，减弱记忆能力，Ｄ-半乳糖可使被认为是脑老化标志的 MAO⁃B 水平升高。Ｄ-半乳糖能使去甲肾上腺素（NE）的代谢产物 ３-甲氨基-４-羟基苯乙 二醇（ ＭＨＰＧ）和５-羟色胺（５⁃HT） 的代谢产物５-羟基吲哚乙酸（５-HIAA）的水平明显下降，提示D-半乳糖可能影响单胺能系统功能。Ｄ-半乳糖可以使黑质内生成多巴胺（DA） 的限速酶酪氨酸羟化酶（TH）阳性细胞数量下降，减少多巴胺能神经元。脑 源 性 神 经 营 养 因 子 （ BDNF）是认知功能以及神经元生长和存活的重要因素，在 D－半乳糖处理的小鼠中被发现减少。突触后密度蛋白 ９５ 调控突触连接，在突触结构和信号传递以及突触可塑性中发挥重要作用，Ｄ-半乳糖能明显降低大鼠海马中突触后密度蛋白95的ｍRNA 和蛋白表达。Ｄ-半乳糖干预可造成海马CA1 区树突棘密度降低，突触数量减少，突触相关蛋白表达下降，Tau 蛋白过度磷酸化水平升高，Ａβ蛋白沉积。 2.7 机制间的联系张熙等发现  Ｄ-半乳糖大鼠的组织器官中存在过量ROS，最早提出自由基致衰老学说，认为D-半乳糖活性氧应激效应态是拟衰老和脑老化的启动因子，这一学说机制得到普遍公认。D-半乳糖诱导亚细胞水平的氧化应激时，脑线粒体是最容易被损伤的部位，大量ROS 导致蛋白质错误折叠，线粒体膜电位降低、呼吸链损伤、mtDNA突变积累，这些变化诱导更多的ROS 产生，从而形成ROS和线粒体损伤的恶性循环。ROS诱导的线粒体功能障碍被认为是加速大脑衰老的主要机制。自噬能及时清理损伤的线粒体以维持其动态平衡，Ｄ－半乳糖本身可作为自噬的抑制因子，也可通过降低溶酶体功能来削弱自噬，从而阻断线粒体稳态的恢复，进一步恶化线粒体障碍。Ｄ－半乳糖诱发的氧化应激和炎症之间存在许多信号分子和通路的连接，任一种机制的传播都可能导致另一种机制的恶化或激活，它们的自我强化循环会 使 脑 细 胞 内 外 环 境 失 衡， 进 一 步 加 速 衰老。氧化应激也可以激活细胞外死亡受体凋亡途径，或者让脂质过氧化产物进入线粒体介导的细胞凋亡途径，致线粒体损伤，释放 Ｃｙｔ ｃ 入胞质，形成凋亡体。Ｄ－半乳糖可以破坏脑组织细胞的结构，也可通过诱发的其他认知障碍机制，如影响神经递质和神经因子以及特异性病理产物的水平，从而产生协同破坏作用，共同推动 Ｄ－半乳糖致脑老化的结果。 3. Ｄ－半乳糖诱导脑老化模型的运用和局限性 3.1 模型的应用与优势 Ｄ－半乳糖模型最早在国外应用于白内障研究，1985年我国学者徐黻本 首次在延缓衰老药物疗效实验中使用 Ｄ－半乳糖模型作为衰老模型。D－半乳糖可以诱导出记忆巩固与再现障碍、细胞退行病变、基因表达与调控功能异常、寿命缩短等全身衰老表现，而大脑因其高耗氧耗能导致的损伤敏感性，成为衰老的“重灾区”。Ｄ－半乳糖模型能在表观行为、脑组织病理和生化分子方面成功模拟出脑老化的状态，其致衰老的启动机制氧化应激易发生在能量代谢最活跃的脑部，累积的 ＲＯＳ 损伤线粒体，进一步可抑制自噬清除，使脑细胞亚生理活动首当其冲受到 Ｄ－半乳糖的影响，持续的氧化应激加重神经炎症，诱发凋亡衰老，破坏脑部形态功能。Ｄ－半乳糖对各种衰老机制都能产生作用，各机制间也并非独立运行，而是相互联系、协同加速衰老的进程，这种机制联合体现出神经退行性疾病多因素致病的特点，且在神经退行性疾病尤其是阿尔茨海默病的模型构建中，得到特别青睐。由于脑老化疾病的复杂性和多样性，近年来衍生出以D-半乳糖诱导的脑老化模型为基础，配合具有目标疾病神经毒性的药物共同制备的复合式造模法，如D-半乳糖联合Ａβ 类寡聚体、Ｄ-半乳糖联合 A1C13及D-半乳糖联合 NaNO2制备的 AD 模型。另外，除了体内的动物实验外，D－半乳糖还能用于体外细胞的加速衰老模型。重要的是，利用该模型探索的治疗方法或干预措施可以转化为临床应用。研究人员在D－半乳糖模型中观察到低水平激光治疗的效果后，发现该疗法可能会恢复ATP以延缓衰老人类的认知能力下降；在D-半乳糖模型中起抗衰老作用的花青素，也已被证实可以改善老年人的认知行为和大脑功能。此模型的大量研究和实践已充分说明其可行性，以及作为加速脑衰模型的优势和广阔前景。 3.2 模型的局限性 一些研究提出质疑，表示对1月龄的 Wistar大鼠腹膜内注射300ｍｇ/ kg的D－半乳糖 8 周没有发现影响焦虑水平、空间学习、记忆和神经发生。有的研究指出Ｄ-半乳糖诱导的衰老与啮齿动物中天然发生的衰老并不完全一致，建议 Ｄ-半乳糖更适合诱导多囊卵巢综合征（PCOS）而不是衰老；D－半乳糖模型鼠虽然某些指标接近自然衰老，但免疫、行为等方面存在较大差异，用于氧化损伤研究尚可，不能完全反映真实衰老情况。这与Ｄ-半乳糖模型的研究自发于各个领域的独立团队有关，各实验室在实验设置上存在差异，关于动物的品系、年龄以及注射剂量、方式和时间间隔尚未达成共识，造模过程缺乏标准化，研究结果质量也参差不齐，有些缺少降低偏移风险的报告。但D－半乳糖致衰老的公认机制是通过氧化应激的扳机产生机体损伤，而加速衰老是指衰老表型的表现早于实际年龄，并且是由累积的适应不良和以氧化应激和慢性炎症为特征的病理引起的，因此D-半乳糖用于模拟衰老早期反应是被认可且理想的。已有的大量结果证明，D-半乳糖是能够通过氧化损伤进一步导致后续老化病程的，各实验室造模得到的老化结果不一，并不能完全否认D-半乳糖致衰老的最终效果，至于这种继发或原发（尚未了解的D-半乳糖效应）于D-半乳糖诱导形成的全方位多因素衰老模型，要如何准确稳定的制备出来，则需要进一步的探索和完善。 ４.总结 综上，Ｄ-半乳糖的过量摄入可用作诱发脑老化的加速衰老模型，氧化应激作为D-半乳糖启动衰老的机制，可进一步通过ROS 加重线粒体障碍和抑制自噬，造成代谢紊乱，并继续协同脑细胞凋亡和炎症、神经功能障碍等模拟脑衰进展。Ｄ-半乳糖诱导早期脑老化的研究已得到广泛研究认可，其对后续衰老进程的影响则仍需深入探索。 来源：中国比较医学杂志 往期动物模型相关推文 ▶  PM2.5 对代谢相关脂肪性肝病模型小鼠 肝淋巴生成的影响 ▶  广州医科大学团队：甘露特钠或可阻断急性胰腺炎重症化 ▶  长爪沙鼠脑缺血和听觉障碍模型研究进展 ▶  吸烟害苦了周边人！王频/邹晓平/杭渤/毛建华团队发现三手烟暴露促进小鼠和人类胃肿瘤的发展 ▶  首次用猪模型进行的远程遥距磁控内窥镜手术完成 高创汇 高圣生物·模式动物·药效学评价项目 ▶ 转基因模式动物|条件性敲除鼠|纯合子筛选 ▶ 肿瘤原位模型|心梗模型|MCAO脑梗模型|脊髓/神经损伤模型|衰老模型等药效学建模 ▶ 类器官|药代动力学|体外药理学|分子病理学|动物影像学|行为学|毒理学研究

引言 细胞器之间通过膜接触位点进行信号转导和物质交换，在脂质合成、钙离子传递和细胞自噬等方面发挥重要作用。线粒体作为参与多种重要生物学过程的细胞器，其与内质网的膜接触点（Mitochondria-ER contact sites, MERCs）被广泛报道。早期研究指出，线粒体融合蛋白Mitofusin1/2（MFN1/2）通过和内质网上的MFN2形成二聚体，作为线粒体和内质网膜接触位点的物理连接发挥功能。然而支持MFN2定位于内质网的数据有限，野生型MFN2在过表达状态下，超分辨成像无法检测到其在内质网上的定位，因此，MFN2能够定位至内质网并作为桥接蛋白一直是个高度值得探讨的问题。最近的发现表明MFN2能特异将磷脂酰丝氨酸（PS）从内质网转运至线粒体，合成磷脂酰乙醇胺（PE）和磷脂酰胆碱（PC），进一步提示MFN2在线粒体和内质网膜接触点可能参与多个重要功能。这些功能是否均由MFN2-MFN2二聚体介导，是否存在其他未知的内质网蛋白和MFN2一起参与，领域内尚无定论。因此，找到内质网上和MFN2互作的新蛋白并解析其生物学功能，将帮助我们重新审视MFN2-MFN2同源二聚体介导线粒体-内质网膜接触参与多种生理功能的观点，为我们理解细胞器互作调控生命活动提供更多的视角。 2024年8月12日，浙江大学爱丁堡大学联合学院洪智实验室在JCB期刊上发表文章Dynamic interaction of REEP5-MFN1/2 enables mitochondrial hitchhiking on tubular ER。该研究首次揭示了内质网塑形蛋白REEP5，作为一个全新的MFN1/2互作蛋白，介导线粒体在管状内质网上的“搭便车（hitchhiking）”行为，最终实现线粒体在胞内的均匀分布，进而调控细胞的ROS稳态。 前人结果表明，内质网REEPs蛋白家族成员的敲降/敲除导致线粒体功能异常。因此，该研究首先做了REEPs蛋白家族的小规模筛选，发现REEP5能够特异结合MFN1/2。结合光漂白技术的活细胞成像，明确REEP5与MFN1/2富集于MERCs。利用GI-SIM超高分辨系统，观察到线粒体-内质网互作是个接触-解离-接触的动态过程，REEP5-MFN2互作促使线粒体搭载在管状内质网上被共同运输，这一运输方式被命名为“搭便车”。“搭便车”在溶酶体的运输中扮演着重要功能，而线粒体的搭便车行为尚属首次发现。 研究发现减弱REEP5-MFNs之间的互作导致细胞内均匀分布的线粒体网络坍塌至细胞核外周。有意思的是，当REEP5-MFNs互作被锁定时，搭载在管状内质网上的线粒体无法随机释放，持续附着于内质网上进而导致线粒体的过度融合（hyperfusion）。操控REEP5-MFNs互作，无论是减弱还是过度增强线粒体和内质网之间的接触，都会导致线粒体分布异常。 既往研究表明，线粒体的亚细胞定位和其ROS稳态密切相关。研究团队利用线粒体定位的ROS信号传感器roGFP2和HyPer7，在REEP5-MFN1/2不同的互作强度下特异检测线粒体ROS水平，明确REEP5-MFN2介导的线粒体-内质网互作参与调控线粒体ROS稳态。 模式图（Credit: J Cell Biol） 综上所述，本研究发现了REEP5-MFN1/2蛋白复合体促进线粒体在管状内质网上“搭便车”迁移的一种新模式，促进线粒体在胞内的均匀分布，进而调控细胞的 ROS 稳态。细胞器互作本质是个彼此接触继而解离的动态过程，本项目为解析这个动态过程提供了坚实的理论基础。 参考文献 http://doi.org.libproxy1.nus.edu.sg/10.1083/jcb.202304031 责编|探索君 排版|探索君 文章来源|“BioArt” End 往期精选 围观 一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版） 热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？ 热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术 热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望 热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述