中科院1区: 南京中医药大学揭示黄芩提取物通过调节结肠炎脂质过氧化和GPX4/ACL4限制肠上皮细胞铁死亡

【写在前面】：本期推荐的是由南京中医药大学药学院、南京中医药大学附属徐州中心医院等研究团队合作近期发表于Phytomedicine(IF6.7）的一篇文章，揭示黄芩提取物通过调节结肠炎中的脂质过氧化和GPX4/ACL4来限制肠上皮细胞铁凋亡。

【期刊简介】

【题目及作者信息】

Scutellaria baicalensis

背景

结肠上皮细胞铁死亡与溃疡性结肠炎（UC）的发展和随之而来的肠漏有关。黄芩（Scu）是一种广泛用于缓解UC的草药。

目的

我们的目的是阐明Scu通过抑制肠上皮细胞铁凋亡对UC的治疗作用，并探讨其对脂质过氧化和GPX4/ACL4通路的调节机制。

方法

采用UPLC-Q-TOF/MS分析中草药提取物中的化学物质和Scu治疗小鼠原型的结肠暴露情况。此外，使用HPLC-UV对主要化合物进行了定量。在通过喂食右旋糖酐硫酸钠（DSS）建立的UC小鼠模型中全面探索了Scu的改善作用。基于HPLC-MS的代谢组学研究旨在鉴定Scu或载体治疗的UC小鼠结肠组织中的差异代谢物。网络药理学用于靶点预测和潜在通路分析。结合这些生物信息学分析，我们进行了RT-qPCR、免疫荧光、免疫组织化学和免疫印迹，以阐明Scu在体内和体外模型中对铁死亡相关途径的调节机制。

结果

对Scu中的78种化学成分进行了表征，其中42种在Scu治疗小鼠的结肠组织中检测到。Scu可以缓解小鼠UC相关症状，包括结肠长度增加和病理评分降低。此外，Scu抑制了促炎细胞因子和介质，同时通过在mRNA和蛋白质水平上增加ZO-1和Occludin的表达来改善肠道屏障功能。基于代谢组学研究，共有71种差异代谢物在服用Scu后表现出逆转趋势。这些发现，结合网络药理学的结果，表明花生四烯酸（AA）代谢和铁死亡可能是Scu干预UC的潜在途径。进一步的实验表明，Scu对铁下垂的改善作用部分归因于其对脂质过氧化的调节及其对GPX4/ASCL4轴的调节作用，从而改善UC。当AA与Scu同时给药时，Scu对铁死亡、GPX4/ASCL4轴的调节作用及其对UC的保护作用显著降低。此外，当我们在体外敲除GPX4或过表达的ACSL4时，Scu对铁死亡的抑制作用减弱。

结论

Scu对UC的改善作用与调节脂质过氧化和GPX4/ASCL4介导的肠上皮铁死亡密切相关。

图文摘要

【前言】

溃疡性结肠炎（UC）是一种常见的慢性炎症性疾病，主要影响结肠黏膜。其特征是反复出现结肠溃疡、腹部不适、持续腹泻和血便。目前治疗UC的方法主要是缓解炎症反应和恢复结肠粘膜屏障的功能。相比之下，铁死亡是Dixon最近提出的一种依赖于铁并涉及脂质氧化的程序性细胞死亡形式。这种现象通常与脂质过氧化物聚集和多不饱和脂肪酸（PUFA）代谢紊乱有关。肠上皮细胞的死亡显著促进了疾病的进展，铁死亡在这一进展中起着至关重要的作用。因此，靶向和抑制铁下垂可能是缓解UC的一种有前景的策略。

黄芩（Scu）是一种中草药，富含天然黄酮类化合物，具有多种药理作用，包括抗癌、抗病毒、抗菌和抗炎功效。因此，Scu提取物或其主要成分，如黄芩苷、汉黄芩素和黄芩素，用于治疗多种疾病，包括心血管损伤、癌症、胃肠道细菌感染和各种炎症过程。例如，黄芩素可以通过激活ILC3s中的芳基烃受体/白细胞介素-22轴来维持肠道稳态和屏障功能。黄芩素通过抑制脂质活性氧（ROS）和调节AMPK/Nrf2/HO-1来调节软骨细胞铁下垂，从而改善骨关节炎。此外，黄芩素可以通过减少ALOX12的表达和抑制肾小管上皮细胞的铁死亡来改善急性肾损伤。然而，Scu通过调节铁死亡来改善UC的机制尚未得到很好的研究，因此我们旨在验证Scu治疗UC的有效性并揭示相关机制。

【结果部分】

1.Scu提取物的化学成分及主要成分含量。

2.DSS诱导小鼠结肠炎的Scu改善。

3.Scu拯救了UC小鼠的结肠炎症。

4.Scu修复UC小鼠上皮损伤。

5.小鼠结肠组织的代谢组学分析。

6.Scu化合物在结肠组织中分布的网络药理学分析。

7.Scu减轻DSS诱导的结肠炎小鼠结肠上皮细胞铁死亡，调节GPX4/ACSL4轴。

8.脂质过氧化物的增加减弱了Scu的治疗效果，加重了UC小鼠的铁死亡。

9.Scu调节GPX4/ACSL4轴介导的铁死亡在Erastin处理的HT-29细胞中的作用。

10.Scu对抗UC的机制图。

【结论与讨论】

本研究综合分析了Scu的成分，并证实其对DSS诱导的结肠炎具有治疗效果。通过代谢组学与网络药理学的联合分析，我们推测其潜在机制可能涉及PUFAs代谢调控及GPX4/ACSL4轴的抑制作用，通过减轻肠道上皮细胞脂质过氧化而阻止铁死亡的发生，从而改善UC。

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