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镉为一种常见的重金属污染物,具有神经毒性,线粒体为镉毒性作用的重要靶细胞器。研究发现,Sirt1/PGC-1α通路通过影响线粒体参与神经疾病的发展。本课题组前期研究表明,镉可以通过影响线粒体质量损伤神经细胞,但Sirt1/PGC-1α通路在镉致神经细胞线粒体损伤中的作用尚不清楚。葛根素具有神经保护作用,并且可以维持线粒体稳态。本课题组前期研究发现,葛根素可以通过促进镉排泄、抗氧化和抗凋亡减轻镉致神经细胞损伤,但葛根素能否缓解镉致大鼠神经细胞Sirt1/PGC-1α通路介导的线粒体损伤尚未有研究。本研究用大鼠建立体内试验模型,用大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤细胞（PC12细胞系）和原代大鼠大脑皮质神经元建立体外试验模型,体内外试验相结合探究葛根素在镉致大鼠神经细胞Sirt1/PGC-1α通路介导的线粒体损伤中的保护作用。一、体内试验将24只6周龄的SD大鼠预饲1周后按下述方式分组和处理:对照组（Con）、葛根素组（Pur）、镉组（Cd）、镉与葛根素共处理组（Cd+Pur）。Pur组、Cd+Pur组大鼠每天以每千克体重200 mg葛根素（羧甲基纤维素钠溶解）剂量灌胃,Con组、Cd组大鼠每天用相同剂量羧甲基纤维素钠灌胃,持续7周。从第4周开始,Cd组、Cd+Pur组大鼠在灌胃的同时自由饮用75mg/L镉水溶液,持续4周。试验结束后,剖杀采集大鼠大脑皮质进行后续试验。火焰原子吸收光谱法检测镉含量,透射电子显微镜观察线粒体超微结构,化学发光法检测ATP水平,比色法检测NAD+/NADH比率、MnSOD活性和H2O2水平,荧光定量PCR法检测线粒体氧化应激相关基因转录水平,免疫印迹法检测线粒体损伤相关蛋白表达量。结果表明:①与Con组相比,Cd组大脑皮质镉含量显著上升（P＜0.05）;与Cd组相比,Cd+Pur组大脑皮质镉含量显著下降（P＜0.05）。②与Con组相比,Cd组线粒体嵴断裂、模糊,基质内出现空泡;与Cd组相比,Cd+Pur组线粒体嵴排列较规则,基质内空泡化程度低。③与Con组相比,Cd组ATP水平、NAD+/NADH比率显著下降（P＜0.05）;与Cd组相比,Cd+Pur组ATP水平、NAD+/NADH比率上升但无显著性差异（P＞0.05）。④与Con组相比,Cd组 MnSOD 活性显著下降（P＜0.05）,H2O2 水平,UCP1、UCP2、UCP3、GST、CAT和Gpx基因转录水平显著上升（P＜0.05）;与Cd组相比,Cd+Pur组MnSOD活性显著上升（P＜0.05）,H2O2水平,GST、CAT和Gpx基因转录水平显著下降（P＜0.05）。⑤与Con组相比,Cd组Sirt1和PGC-1α蛋白表达量显著下降（P＜0.05）;与Cd组相比,Cd+Pur组Sirt1和PGC-1α蛋白表达量显著上升（P＜0.05）。⑥与Con组相比,Cd组Drp1蛋白表达量显著上升（P＜0.05）,Mfn2蛋白表达量显著下降（P＜0.05）;与Cd组相比,Cd+Pur组Drp1蛋白表达量显著下降（P＜0.05）,Mfn2蛋白表达量显著上升（P＜0.05）。⑦与Con组相比,Cd组线粒体内Pink1、Parkin和LC3II蛋白表达量显著上升（P＜0.05）;与Cd组相比,Cd+Pur组线粒体内Pink1、Parkin和LC3II蛋白表达量显著下降（P＜0.05）。以上结果说明:葛根素通过缓解线粒体结构损伤、线粒体功能障碍、线粒体氧化应激、Sirt1/PGC-1α通路抑制、线粒体动力学蛋白表达异常和Pink1/Parkin介导的线粒体自噬减轻了镉致大鼠大脑皮质线粒体损伤。二、体外试验以大鼠神经细胞（PC12细胞和大鼠大脑皮质神经元）为模型,用不同浓度（0 μM、2.5 μM、5μM、10μM 和 20μM）氯化镉处理 6h 或 12h,10μM 氯化镉处理不同时间（0h、3h、6h、9h、12h和24h）,不同浓度（50μM、100μM和200μM）葛根素单独或与10 μM氯化镉共处理12 h,10 μM氯化镉与100 μM葛根素、不同浓度（0.05μM、0.5 μM、1 μM、3 μM和5μM）Srt1720共处理12 h,进行如下试验:CCK-8法检测细胞活力,透射电子显微镜观察线粒体超微结构,化学发光法检测ATP水平,比色法检测MnSOD活性,流式细胞术检测MitoSOX水平,荧光显微镜观察MitoSOX荧光聚点,荧光定量PCR法检测线粒体氧化应激相关基因转录水平,免疫印迹法检测线粒体损伤相关蛋白表达量。结果表明:①与对照组相比,10、20 μM镉处理PC12细胞6h及5、10、20 μM镉处理PC12细胞12h细胞活力显著下降（P＜0.05）;与镉组相比,镉与100 μM葛根素共处理组PC12细胞活力显著上升（P＜0.05）。②与对照组相比,镉组大鼠神经细胞线粒体嵴断裂、模糊,线粒体基质内出现空泡;与镉组相比,镉与葛根素共处理组大鼠神经细胞线粒体嵴排列较规则,基质内空泡化情况减轻。③与对照组相比,10μM镉处理12h和24h组大鼠神经细胞Sirt1、大鼠大脑皮质神经元PGC-1α蛋白表达量显著下降（P＜0.05）,10 μM镉处理9、12、24 h组PC12细胞PGC-1α蛋白表达量显著下降（P＜0.05）;10、20 μM镉处理12 h大鼠神经细胞PGC-1α大鼠大脑皮质神经元Sirt1蛋白表达量显著下降（P＜0.05）,5、10、20μM镉处理PC12细胞12h Sirt1蛋白表达量显著下降（P＜0.05）。④与对照组相比,镉组PC12细胞Sirt1和PGC-1α、大鼠大脑皮质神经元Sirt1蛋白表达量显著下降（P＜0.05）;与镉组相比,1、3、5μMSrt1720与镉共处理组大鼠神经细胞Sirt1和PC12细胞PGC-1α蛋白表达量显著上升（P＜0.05）,3、5μMSrt1720与镉共处理组大鼠大脑皮质神经元PGC-1α蛋白表达量显著上升（P＜0.05）。⑤与对照组相比,镉组大鼠神经细胞活力显著下降（P＜0.05）;与镉组相比,1、3、5μMSrt1720与镉共处理组大鼠神经细胞活力显著上升（P＜0.05）。⑥与对照组相比,镉处理组大鼠神经细胞Sirt1和PGC-1α蛋白表达量显著下降（P＜0.05）;与镉组相比,镉与葛根素共处理组大鼠神经细胞Sirt1和PGC-1α蛋白表达量显著上升（P＜0.05）。⑦与对照组相比,镉组大鼠神经细胞ATP水平显著下降（P＜0.05）;与镉组相比,3、5 μM Srt1720与镉共处理组PC12细胞和5μM Srt1720与镉共处理组大鼠大脑皮质神经元ATP水平显著上升（P＜0.05）。⑧与对照组相比,镉组大鼠神经细胞ATP水平显著下降（P＜0.05）;与镉组相比,镉与葛根素共处理组大鼠神经细胞ATP水平显著上升（P＜0.05）。⑨与对照组相比,镉组大鼠神经细胞MnSOD活性和MitoSOX水平显著上升（P＜0.05）;与镉组相比,3、5 μM Srt1 720与镉共处理组大鼠神经细胞MnSOD活性和MitoSOX水平显著下降（P＜0.05）。⑩与对照组相比,镉组大鼠神经细胞MnSOD活性与MitoSOX水平,PC12细胞UCP1、UCP2、UCP3、GST和CAT基因转录水平显著上升（P＜0.05）;与镉组相比,镉与葛根素共处理组大鼠神经细胞MnSOD活性与MitoSOX水平,PC12细胞UCP3、GST和CAT基因转录水平显著下降（P＜0.05）。11与对照组相比,镉组PC12细胞Drp1蛋白总表达量和大鼠神经细胞线粒体内Drp1蛋白表达量显著上升（P＜0.05）,大鼠神经细胞Mfn2蛋白总表达量显著下降（P＜0.05）;与镉组相比,镉与葛根素共处理组大鼠神经细胞线粒体内Drp1蛋白表达量显著下降（P＜0.05）。12与对照组相比,镉组大鼠神经细胞线粒体内Pink1、Parkin和LC3II蛋白表达量显著上升（P＜0.05）;与镉组相比,镉与葛根素共处理组大鼠神经细胞线粒体内Pink1和Parkin蛋白、大鼠大脑皮质神经元线粒体内LC3Ⅱ蛋白表达量显著下降（P＜0.05）。以上结果说明,Sirt1/PGC-1α通路抑制在镉致大鼠神经细胞线粒体损伤中具有重要作用,葛根素缓解了镉致大鼠神经细胞Sirt1/PGC-1α通路抑制和线粒体损伤,葛根素可能通过Sirt1/PGC-1α通路缓解了镉致大鼠神经细胞线粒体损伤。综上所述,本研究发现Sirt1/PGC-1α通路抑制在镉致大鼠神经细胞线粒体损伤中具有重要作用,葛根素缓解了镉致大鼠神经细胞Sirt1/PGC-1α通路介导的线粒体损伤。