论文标题：810-nm Photobiomodulation Evokes Glutamate Release in Normal and Rotenone-Dysfunctional Cortical Nerve Terminals by Modulating Mitochondrial Energy Metabolism

论文链接：https://doi.org/10.3390/cells14020067

期刊名： Cells

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/cells

一、导读

线粒体是细胞的“能量工厂”，其功能障碍与大脑衰老、阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）等神经退行性疾病密切相关。光生物调节（PBM）疗法利用可见光或近红外光调节细胞活性，已在临床研究中显示出改善认知的潜力，但其影响神经递质释放的分子机制尚不完全清楚。

2025年，来自意大利热那亚大学等多个研究机构的Chiara Cervetto教授和Andrea Amaroli教授在 Cells 期刊发表题为“810-nm Photobiomodulation Evokes Glutamate Release in Normal and Rotenone-Dysfunctional Cortical Nerve Terminals by Modulating Mitochondrial Energy Metabolism”的研究论文。他们发现810 nm近红外激光能够通过调控线粒体氧化磷酸化（OxPhos）活性，以功率依赖方式诱导皮质神经末梢（突触体）释放谷氨酸。在线粒体复合体I被鱼藤酮抑制的功能障碍模型中，PBM能部分恢复谷氨酸释放至近生理水平，为光生物调节在神经退行性疾病中的应用提供了全新机制解释。

图1. 810 nm PBM通过增强线粒体能量代谢诱导谷氨酸释放，并在鱼藤酮诱导的线粒体功能障碍中恢复谷氨酸释放至近生理水平。

二、研究过程与结果

1.PBM以功率依赖方式增强线粒体OxPhos活性，但不影响其效率

研究团队将小鼠皮质突触体分别以810 nm-1 W（高功率）和810 nm-0.1 W（低功率）照射60秒，检测OxPhos的两项核心指标——ATP合成速率和耗氧率（OCR）。如图2所示，两种功率的激光处理均显著提升ATP合成和OCR，且1 W组提升幅度（约46%）明显高于0.1 W组（约15%），呈现明确功率依赖性。PBM处理后P/O比值始终维持在正常参考值附近，表明线粒体能量转换效率未受损。如图3所示，脂质过氧化标志物MDA浓度未升高，说明PBM增强能量代谢的同时未引起氧化损伤积累。

图2. PBM对皮质突触体OxPhos活性的影响。

图3. PBM后皮质突触体中脂质过氧化积累。显示了作为脂质过氧化标志的细胞内MDA浓度。

2. 复合体I和III抑制剂验证：PBM效应依赖OxPhos通路

为确认上述效应源于OxPhos，研究人员分别加入鱼藤酮（复合体I抑制剂）和抗霉素A（复合体III抑制剂）（如图2）。以丙酮酸+苹果酸为底物时，两种抑制剂几乎完全消除ATP合成和OCR；以琥珀酸为底物时，仅抗霉素A能阻断能量产生，鱼藤酮无效——符合复合体II不受鱼藤酮抑制的特性。这证实PBM对能量代谢的增强完全依赖完整的电子传递链。

3. PBM诱导谷氨酸释放，且在鱼藤酮存在下仍部分有效

谷氨酸是大脑最主要的兴奋性神经递质，其释放需要ATP供能。超融合实验中，0.1 W的PBM能显著诱发突触体释放谷氨酸。如图4所示，加入鱼藤酮后，PBM诱发的谷氨酸释放显著减少，进一步说明该效应依赖于线粒体ATP产生。

图4. 在不存在或存在鱼藤酮的情况下，皮质突触体释放谷氨酸：光子在基础和生理刺激下的效应。

4. PBM“纠正”鱼藤酮所致的谷氨酸过度释放，恢复至近生理水平

如图4所示，以4-AP（模拟生理性去极化）刺激突触体时，谷氨酸释放显著增加；鱼藤酮存在下，4-AP诱发的谷氨酸释放进一步大幅上升，呈现典型“兴奋毒性”失调状态。此时若同时施加0.1 W的PBM，谷氨酸过度释放被显著抑制，恢复至接近生理水平。这表明尽管复合体I被抑制导致ATP大幅减少，PBM仍能通过复合体II驱动的OxPhos提供额外ATP，部分“挽救”神经递质的正常释放调控。

三、研究总结

该研究首次系统揭示了810 nm PBM调控谷氨酸释放的线粒体能量代谢机制：PBM以功率依赖性增强突触体OxPhos活性，提高ATP合成和耗氧率，且不损害能量转换效率或诱发氧化损伤。通过抑制剂实验证实，PBM诱导的谷氨酸释放严格依赖线粒体电子传递链完整性。最关键的是，在鱼藤酮所致功能障碍模型中，PBM能将去极化引起的谷氨酸过度释放恢复至近生理水平，这得益于复合体II通路提供的额外ATP。

该研究为PBM治疗神经退行性疾病提供了关键机制证据：通过"赋能"线粒体弥补能量短缺，PBM可能帮助维持谷氨酸能传递稳态，对抗兴奋毒性损伤。此外，PD中神经元死亡往往始于神经末梢，突触体模型恰好适合模拟疾病早期阶段，这为PBM在PD早期干预中的应用提供了理论依据。

Ravera, S.; Farsetti, E.; Maura, G.; Marcoli, M.; Bozzo, M.; Cervetto, C.; Amaroli, A. 810-nm Photobiomodulation Evokes Glutamate Release in Normal and Rotenone-Dysfunctional Cortical Nerve Terminals by Modulating Mitochondrial Energy Metabolism. Cells 2025,14, 67.

期刊介绍

主编：Prof. Dr. Cord Brakebusch, The University of Copenhagen, Denmark;

Dr. Alexander E. Kalyuzhny, University of Minnesota, USA

Cells (ISSN 2073-4409) 是MDPI 细胞生物学领域的国际开放期刊，自2012年创刊以来，始终聚焦细胞生物学，生物物理学与分子生物学领域的原创研究与前沿进展，期刊的目标是鼓励学者们尽可能详细地发表他们的前沿的实验和理论结果。

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