5-羟甲基糠醛通过调控GluR2改善线粒体功能并促进血管新生干预缺血性脑卒中的机制研究

本研究针对缺血性脑卒中治疗瓶颈，揭示天然产物5-HMF通过上调GluR2表达，降低Ca2+内流，改善线粒体膜电位(JC-1)和动力学蛋白(p-DRP1/MFN2)，促进HBMECs血管新生（CD31/α-SMA），为卒中神经保护提供新靶点。

　　

缺血性脑卒中作为全球第五大死亡原因，其高致残率给社会医疗体系带来沉重负担。尽管现有治疗手段如溶栓和抗凝疗法有一定效果，但治疗时间窗狭窄和副作用等问题限制了临床应用。更棘手的是，患者常遗留肢体功能障碍和情绪障碍，严重影响生活质量。在这一背景下，寻找安全有效的神经保护剂成为研究热点。传统中药因其悠久历史和丰富经验，为现代药物研发提供了宝贵资源。

河南中医药大学Yan Zhang团队在《Biochemistry and Biophysics Reports》发表的研究，聚焦于天然小分子5-羟甲基糠醛(5-HMF)的脑保护机制。这种存在于中药熟地黄中的呋喃化合物(C₆H₆O₃)，此前已被发现具有改善血流变、抗氧化和抗心肌缺血等活性，但其对抗缺血性脑卒中的具体机制尚不明确。

研究采用MCAO(大脑中动脉闭塞)大鼠模型和OGD-R(氧糖剥夺再灌注)诱导的人脑微血管内皮细胞(HBMECs)模型，结合行为学测试、超声血流检测、流式细胞术(检测凋亡/ROS/JC-1/Ca²⁺)和免疫荧光等高通量技术，系统评估了5-HMF的干预效果。通过构建GluR2基因沉默序列(Si-GluR2)，深入探讨了AMPAR(α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体)关键亚基GluR2在其中的调控作用。

3.1 行为学改善

5-HMF(10/20 mg/kg)显著增加MCAO大鼠自主活动次数、运动时间和距离，降低平衡木评分(P<0.01)，延长转棒停留时间，提示其可改善运动协调功能。

3.2 神经功能保护

治疗组大鼠脑梗死体积缩小，脑系数降低，HE和尼氏染色显示皮层及海马神经元损伤减轻。超声检测证实5-HMF能提升大脑中动脉血流速度(P<0.01)，神经功能评分显著改善。

3.4 线粒体功能调控

流式检测发现5-HMF使MCAO大鼠脑细胞凋亡率降低42%，ROS和Ca²⁺水平下降，线粒体膜电位(JC-1聚合物)提升1.8倍。Western blot显示缺血脑组织GluR2蛋白表达量恢复至正常组85%。

3.6 细胞机制解析

在OGD-R模型中，5-HMF(5 μmol/L)通过上调GluR2，使HBMECs内Ca²⁺浓度降低35%，线粒体分裂蛋白MFF表达下调，同时促进融合蛋白MFN2和磷酸化DRP1(S637)表达。高内涵成像显示血管新生标志物CD31和α-SMA荧光强度增加2.1倍，划痕实验显示细胞迁移能力提升68%。

3.7 血管新生促进

Matrigel成管实验证实5-HMF增强HBMECs管腔形成能力，这种效应在Si-GluR2转染后被显著逆转(P<0.01)，表明其促血管生成依赖GluR2调控。

这项研究首次阐明5-HMF通过"GluR2-Ca²⁺-线粒体动力学-血管新生"轴发挥脑保护作用的分子机制。其创新性在于：发现GluR2是连接兴奋性氨基酸毒性与线粒体功能障碍的关键节点；证实5-HMF通过维持DRP1(S637)磷酸化平衡线粒体分裂/融合，为卒中治疗提供了新靶点。临床转化方面，5-HMF作为天然产物具有安全性优势，其双重作用机制(神经保护+血管重建)尤其适合缺血半暗带抢救，为开发多靶点抗卒中药物奠定了理论基础。未来研究可进一步探索5-HMF与其他神经保护剂的协同效应，以及在不同卒中亚型中的差异化响应。