β-淀粉樣蛋白（Aβ）是大腦在衰老過程中產生的神經毒性肽，Aβ過度沉積形成的細胞外老年斑是AD最重要的組織學特征之一，其誘導的神經元死亡在AD的發展機制中起關鍵作用。鐵死亡是一種重要的神經元死亡方式。其本質是由鐵超載產生的脂質自由基引起的脂質過氧化介導的細胞程序性死亡，典型特征包括細胞線粒體形態的特征性變化、脂質過氧化物和自由基的鐵依賴性積累、谷胱甘肽（GSH）的消耗和谷胱甘肽過氧化物酶4（GPX4）的失活。Aβ能通過誘導脂質過氧化促進神經元鐵死亡，導致AD癥狀的發生發展。因此，抑制神經元鐵死亡是防治AD的新靶點。

芝麻油是我國傳統健腦益智食品。芝麻酚是芝麻油中的一種木酚素，能夠穿過血腦屏障，具有良好的生物利用度，且具有較強的抗氧化活性。但芝麻酚對Aβ引起的神經毒性的抑制作用尚未研究透徹。因此，河南農業大學食品科學技術學院的趙培均、王田林、李天歌*等分別用鐵死亡特異性誘導劑Erastin、RSL-3及Aβ1-42建立大鼠神經細胞PC12細胞鐵死亡模型，探討芝麻酚對鐵死亡的抑制作用及機制，為芝麻功能食品的神經保護作用增加理論依據。

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芝麻酚對鐵死亡誘導的PC12細胞存活率的影響

大鼠腎上腺嗜鉻細胞瘤PC12細胞是常用于AD研究的神經細胞株。通過CCK-8實驗得出，芝麻酚在100 μmol/L以下對PC12細胞沒有毒性（圖1A）。Erastin與RSL-3是常用的鐵死亡特異性誘導劑，它們分別通過抑制SCL7A11和GPX4的表達而起作用。與對照組相比，1 μmol/L Erastin與0.25 μmol/L RSL-3分別將PC12細胞的存活率降低至54.8%和53.9%（圖1B），但芝麻酚的加入以劑量依賴的方式抑制了Erastin或RSL-3誘導的細胞鐵死亡，其中100 μmol/L芝麻酚將Erastin或RSL-3處理的細胞存活率分別提高至108.0%和114.7%（圖1C、D）。水溶性VE（Trolox）是一種常見的鐵死亡抑制劑，因此在本研究中被選為陽性對照。Trolox在100 μmol/L濃度下將Erastin或RSL-3處理的細胞存活率分別提高至117.1%和107.3%（圖1C、D），與100 μmol/L芝麻酚達到相似的效果。根據以上數據可知，芝麻酚具有顯著抑制鐵死亡的能力。之后，使用Aβ1-42建立PC12細胞損傷模型，檢測芝麻酚對Aβ1-42引起的鐵死亡的影響。20 μmol/L Aβ1-42將細胞存活率降低至54.9%（圖1E），后續選擇該濃度誘導PC12細胞建立鐵死亡模型。結果顯示，隨著芝麻酚處理濃度的增加，細胞存活率也相應增高，100 μmol/L芝麻酚將細胞存活率提高至96.5%（圖1F）。以上結果說明芝麻酚是一種鐵死亡抑制劑，并能夠抑制Aβ1-42誘導的細胞死亡。

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芝麻酚對PC12細胞脂質過氧化的影響

脂質過氧化水平增高是鐵死亡最關鍵的指標之一。多不飽和脂肪酸（PUFA）是神經元細胞膜中磷脂的重要成分，但易被氧化產生有毒的脂質過氧化物，如MDA、4-羥基壬烯醛、丙醛等，它們的水平能夠反映細胞鐵死亡發生程度。因此，研究芝麻酚對PC12細胞MDA水平的影響。如圖2A所示，Aβ1-42處理使PC12細胞的MDA濃度由（1.36±0.56）nmol/mL高度顯著提高至（8.40±0.67）nmol/mL，而芝麻酚以濃度依賴的方式降低了Aβ1-42處理細胞的MDA水平，100 μmol/L芝麻酚使MDA濃度高度顯著降低至（3.17±0.62）nmol/mL。

GSH 是細胞產生的重要抗氧化劑，在細胞抗氧化系統的酶反應中充當底物，對脂質過氧化物的降解是必需的。因此，GSH的耗竭是導致鐵死亡發生的重要原因。如圖2B所示，Aβ1-42使PC12細胞GSH含量從（30.73±1.50）μmol/mg高度顯著降低至（13.21±2.10）μmol/mg，不同濃度的芝麻酚（25、50、100 μmol/L）處理使GSH的含量呈劑量依賴的方式高度顯著增加。

Liperfluo是一種商業化的熒光探針，已經被用于檢測細胞內的脂質過氧化水平。圖2C、D反映流式細胞術檢測Liperfluo探針熒光強度的結果。Aβ1-42處理高度顯著提高了熒光強度，表明脂質過氧化水平顯著增加，這標志著鐵死亡的發生。而隨著芝麻酚濃度的提高，細胞內脂質過氧化水平最終恢復到正常。

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芝麻酚對PC12細胞線粒體形態及膜電位的影響

線粒體形態的改變是判斷鐵死亡發生的重要指標。如圖3A所示，從Aβ1-42處理組中觀察到線粒體發生了鐵死亡特征的明顯改變，而100 μmol/L的芝麻酚處理明顯阻止了這種變化，使線粒體形態恢復到正常狀態。

JC-1是最常用于檢測線粒體膜電位的熒光探針，它在正常線粒體中發出紅色熒光，在線粒體膜電位較低時顯示出綠色熒光。如圖3B所示，使用熒光顯微鏡觀察到對照組的JC-1探針顯示紅色熒光，而Aβ1-42處理使JC-1探針顯示出更多的綠色熒光。經ImageJ軟件對熒光圖片進行半定量分析（圖3C）可知，Aβ1-42組的紅/綠熒光強度比值下降至對照組的24.7%，表明Aβ1-42處理引起線粒體膜電位的劇烈下降。而不同濃度的芝麻酚使紅色熒光逐漸增強，尤其是100 μmol/L的芝麻酚將紅/綠熒光強度比值恢復至對照組的81.7%，表明隨著芝麻酚濃度的增加，被Aβ1-42降低的線粒體膜電位逐漸增高。以上結果表明芝麻酚能夠抵抗鐵死亡引起的線粒體結構改變，并維持線粒體功能正常。

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芝麻酚對PC12細胞鐵代謝的影響

鐵參與線粒體能量傳遞過程，腦鐵代謝的平衡受到鐵的輸入和輸出的嚴格調控。游離鐵具有高化學反應性，能通過芬頓反應導致脂質過氧化，從而誘導鐵死亡。Aβ由它的前體蛋白淀粉樣前體蛋白（APP）被β位APP裂解酶1（BACE-1）切割產生。Aβ的生成與鐵穩態失調之間存在惡性循環。鐵超載能夠增強APP的表達，促進BACE-1對APP的切割，增加Aβ的生成和聚集。反之，Aβ不但能直接誘導神經細胞的鐵代謝失調，增加游離鐵的水平，并且它與Fe3＋結合后使其更容易還原為Fe2＋，進一步增強脂質過氧化，加速神經細胞鐵死亡。如圖4所示，Aβ1-42高度顯著上調鐵轉入蛋白TFR1、DMT1及下調鐵轉出蛋白FPN的mRNA及蛋白表達，表明Aβ1-42引起細胞鐵代謝紊亂，而芝麻酚和Trolox均高度顯著逆轉了這些變化，并且芝麻酚的效果優于Trolox。因此，芝麻酚能夠改善Aβ1-42誘導的細胞鐵代謝紊亂。

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芝麻酚對PC12細胞ACSL4、SLC7A11及GPX4編碼基因與蛋白表達的影響

GPX4是調節鐵死亡的關鍵酶，能夠將有毒的脂質過氧化物（PUFA-OOH）直接還原為無毒的脂質醇（PUFA-OH），防止Fe2＋依賴的活性氧的生成，從而減少對膜功能的損害。GPX4活性降低會顯著降低脂質過氧化物的清除率。GSH是GPX4必需的合成底物，它的合成受到SLC7A11的調節，當SLC7A11受到抑制時，GSH的合成減少，導致GPX4失活，最終導致脂質過氧化和鐵死亡。Aβ能夠直接引起神經細胞GSH水平降低與GPX4的失活，導致細胞鐵死亡。因此，分別檢測GPX4和SLC7A11的mRNA與蛋白表達水平。如圖5A、B、D、E所示，Aβ1-42高度顯著下調GPX4和SLC7A11的mRNA與蛋白表達，表明在本實驗中Aβ1-42成功誘導鐵死亡模型，而100 μmol/L芝麻酚或100 μmol/L Trolox干預均高度顯著上調了Aβ1-42誘導的GPX4和SLC7A11的mRNA與蛋白表達的降低。這些結果表明芝麻酚能通過激活SLC7A11增強GPX4表達，抑制Aβ1-42誘導的PC12細胞鐵死亡。

為了進一步探討芝麻酚對Aβ1-42誘導的脂質過氧化的影響，檢測ACSL4的mRNA及蛋白表達水平。如圖5C～E所示，與對照組相比，Aβ1-42高度顯著上調了ACSL4的mRNA與蛋白表達，表明Aβ1-42增強了細胞脂質過氧化，而100 μmol/L芝麻酚與100 μmol/L Trolox處理組均高度顯著逆轉這一現象。

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結 論

綜上所述，芝麻酚能夠抑制由Erastin、RSL-3或Aβ1-42誘導的鐵死亡導致的PC12細胞存活率下降。其機制可能是芝麻酚一方面通過下調TFR1、DMT1，上調FPN的mRNA及蛋白表達，調節Aβ1-42引起的鐵代謝失衡；另一方面通過調節SLC7A11/GPX4/ACSL4軸，緩解鐵代謝失衡引起的細胞GSH含量降低，細胞MDA含量及脂質過氧化水平升高，保護線粒體形態及功能，從而有效地抵抗Aβ1-42誘導的PC12細胞鐵死亡。

通信作者：

李天歌，博士，河南農業大學副教授，碩士生導師。研究方向為食品營養與健康，主要聚焦食源活性成分對機體糖脂代謝的調控；益生元調控能量代謝的效果及機制等。主持和參與國家自然科學基金項目、國家重點研發計劃、河南省科技攻關等省部級科研項目10余項，近年以第一或通訊作者發表SCI、EI論文20余篇，授權專利4 項。

第一作者：

趙培均，博士，河南農業大學講師，碩士生導師。研究方向為食品營養與健康，長期研究食源活性成分的提取、功效評價及功能性產品開發。近年以第一或通信作者發表SCI、EI論文10余篇，授權專利1 項。

本文《芝麻酚通過調節SLC7A11/GPX4/ACSL4軸抑制Aβ1-42誘導的PC12細胞鐵死亡》來源于《食品科學》2025年46卷第10期139-146頁，作者：趙培均，王田林，謝珊珊，宋蓮軍，黃現青，李天歌。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20240715-150。點擊下方閱讀原文即可查看文章相關信息。

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實習編輯：李雄；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

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為貫徹落實《中共中央國務院關于全面推進美麗中國建設的意見》《關于建設美麗中國先行區的實施意見》和“健康中國2030”國家戰略，全面加強農業農村生態環境保護，推進美麗鄉村建設，加快農產品加工與儲運產業發展，實現食品產業在生產方式、技術創新、環境保護等方面的全面升級。由 中國工程院主辦， 中國工程院環境與輕紡工程學部、北京食品科學研究院、湖南省農業科學院、岳麓山工業創新中心承辦， 國際食品科技聯盟（IUFoST）、國際谷物科技協會（ICC）、湖南省食品科學技術學會、洞庭實驗室、湖南省農產品加工與質量安全研究所、中國食品雜志社、中國工程院Engineering編輯部、湖南大學、湖南農業大學、中南林業科技大學、長沙理工大學、湘潭大學、湖南中醫藥大學協辦的“ 2025年中國工程院工程科技學術研討會—推進美麗鄉村建設-加快農產品加工與儲運產業發展暨第十二屆食品科學國際年會”，將于2025年8月8-10日在中國 湖南 長沙召開。

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