APSB | 高月院士团队: 芍药苷靶向MEK2调控ERK2-SGK1通路缓解低压缺氧诱导的肺损伤

【背景&引言】

随着高原旅行、登山探险及特殊环境作业日益频繁，人体暴露于低压缺氧环境所引发的急性肺损伤，已成为不容忽视的医学挑战。高原肺水肿（HAPE）发病急、进展快，严重时可危及生命，而目前临床上仍缺乏特异性的防治药物。芍药苷（Paeoniflorin, Pae）是中药芍药的核心活性成分，既往研究已显示其具有显著的抗炎、抗氧化及器官保护活性。然而，芍药苷是否能够缓解高原缺氧引起的急性肺损伤，以及其具体机制并不明确。

2025年12月20日，北京市放射医学研究所高月院士团队在药学权威期刊《Acta Pharmaceutical Sinica B》上发表了文章“Paeoniflorin alleviates hypobaric hypoxia-triggered lung injury through targeting MEK2 to modulate ERK2–SGK1 signaling”，综合运用体内外模型、蛋白质组学、计算生物学与基因编辑等技术，首次完整阐明了芍药苷通过直接靶向MEK2蛋白，调控ERK2–SGK1信号轴，进而维持线粒体稳态、缓解肺损伤的分子机制。

主要研究策略：

1. 表型确认与机制初筛

2. 芍药苷的作用机制分析

3. 直接靶点MEK2的发现与结合验证

4. 靶点MEK2的功能验证

5. 下游通路信号轴MEK2-ERK2-SGK1解析

6. 核心表型机制的闭环验证

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在模拟高原环境的低压缺氧小鼠模型中，Pae能显著减轻肺水肿、炎性细胞浸润及肺泡结构损伤，并降低肺组织与血清中促炎因子（IL-1β,IL-6,TNF-α）水平。进一步的肺组织蛋白质组学分析显示，Pae可逆转缺氧引起的差异蛋白表达谱，这些蛋白主要富集于炎症反应、活性氧代谢及细胞凋亡通路。关键蛋白如NCF1、MMP8、LCN2和MCL1的异常表达在Pae干预后得到纠正，提示其通过调控氧化应激与炎症网络发挥保护作用。

Figure 1 Pae ameliorates hypobaric hypoxia-induced lung injury.

图1 芍药苷改善低压缺氧诱导的肺损伤。

Figure 2 Proteomics reveals that Pae inhibits hypobaric hypoxia-induced reactive oxygen species generation and inflammatory response in lung tissue.

图2 蛋白质组学揭示芍药苷抑制低压缺氧诱导的肺组织活性氧生成与炎症反应。

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在CoCl₂诱导的肺微血管内皮细胞（HPMEC）缺氧模型中，Pae处理显著提升细胞活力，抑制凋亡。机制上，Pae能降低细胞内脂质过氧化水平与活性氧（ROS）积累，并逆转铁死亡相关标志物：降低总铁与Fe²⁺含量，上调GPX4蛋白表达。同时，Pae有效改善线粒体超微结构损伤，提升线粒体膜电位（MMP）与氧消耗率（OCR），并调控线粒体动力学相关蛋白（如DRP1↓,MFN2↑,OPA1↑）的表达，表明其通过维护线粒体结构与功能完整性抵抗缺氧损伤。

Figure 3 Pae inhibits hypoxia-induced oxidative stress, inflammatory response, and ferroptosis in vitro.

图3 芍药苷在体外抑制缺氧诱导的氧化应激、炎症反应及铁死亡。

Figure 4 Pae improves mitochondrial function and inhibits hypoxia-induced structural damage and dysfunction of mitochondria in vitro.

图4 芍药苷在体外改善线粒体功能并抑制缺氧诱导的线粒体结构损伤与功能障碍。

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为阐明Pae的直接作用靶点，研究采用限制性蛋白酶解-质谱（LiP-MS）进行筛选，发现MEK2蛋白与Pae结合显著。并进一步通过CETSA、DARTS、分子对接、分子动力学模拟(MDS)、SPR和MST进行了验证。CETSA和DARTS结果表明，Pae可以缓解MEK2的热降解和蛋白酶介导的非特异性降解。通过分子对接与动力学模拟，精确定位Pae结合于MEK2的三个关键氨基酸残基：Lys101、Asp156和Ser198。表面等离子共振（SPR）与微量热泳动（MST）实验证实两者具有高亲和力。随后研究人员将上述位点突变后，Pae与MEK2的结合能力大幅下降，确证了这些位点是Pae与MEK2直接互作的结构基础。

Figure 5 Chemical proteome reveals MEK2 protein as a target of Pae.

图5 化学蛋白质组学揭示MEK2蛋白是芍药苷的作用靶点。

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为验证Pae的效应是否依赖于MEK2，研究使用MEK2抑制剂U0126或在细胞中敲低MEK2表达。结果显示，抑制MEK2活性可完全拮抗Pae的细胞保护作用：Pae对线粒体膜电位（MMP）的提升、对谷胱甘肽（GSH）水平的恢复、以及对线粒体通透性转换孔（mPTP）异常开放的抑制作用均被取消。同时，MEK2敲低显著削弱了Pae对下游ERK2磷酸化及SGK1蛋白表达的促进作用，并加剧了脂质过氧化与炎症因子表达，证明MEK2是Pae发挥效应的必要靶点。

Figure 6 U0126 causes mitochondrial damage, mPTP opening, lipid peroxidation, and ferroptosis in vitro.

图6 U0126在体外导致线粒体损伤、mPTP开放、脂质过氧化及铁死亡。

Figure 7 Knockdown of MEK2 in HPMEC cells causes mitochondrial damage, induces mPTP opening and aggravates lipid peroxidation.

图7 在人肺微血管内皮细胞中敲低MEK2导致线粒体损伤、诱导mPTP开放并加剧脂质过氧化。

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进一步探究下游机制发现，Pae通过促进MEK2与ERK2的蛋白互作，增强ERK2磷酸化。活化的ERK2进而上调SGK1的表达。使用SGK1抑制剂（EMD683638）可阻断Pae及ERK2激动剂（LM22B）对氧化应激、mPTP开放及细胞凋亡的改善作用，证实SGK1是该通路的关键下游效应分子。另一方面，在细胞中过表达MEK2可模拟Pae的保护效果，并增强ERK2-SGK1信号，进一步支持该轴的核心地位。

Figure S6Inhibition of SGK1 in HPMEC cells induces oxidative stress, promotes mPTP opening, apoptosis and inflammatory responses.
图S6 在人肺微血管内皮细胞中抑制SGK1可诱导氧化应激、促进mPTP开放、细胞凋亡及炎症反应。

Figure 8 MEK2 overexpression suppresses lipid peroxidation and mPTP opening, and improves mitochondrial biogenesis.

图8 MEK2过表达抑制脂质过氧化和mPTP开放，并改善线粒体生物合成。

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最后，在整体动物水平进行验证。给予MEK2抑制剂U0126可加剧缺氧小鼠的肺组织炎症、氧化损伤与铁死亡，并抵消Pae的保护作用。更为关键的是，利用腺相关病毒（AAV）构建肺血管内皮细胞特异性MEK2敲除小鼠，发现在MEK2缺失的情况下，Pae无法改善缺氧引起的肺病理损伤、脂质过氧化、铁蓄积及线粒体功能障碍。这最终在体内证明，Pae的肺保护作用完全依赖于内皮细胞中的MEK2，并通过激活ERK2-SGK1信号通路实现。

Figure 9 Pae activates the MEK2–ERK2–SGK1 axis in vivo to ameliorate mitochondrial dysfunction and alleviate hypobaric hypoxic lung injury.

图9 芍药苷在体内激活MEK2–ERK2–SGK1轴以改善线粒体功能障碍并缓解低压缺氧肺损伤。

Figure 10 Knockdown of MEK2 in pulmonary vascular endothelial cells abolished the lung injury protective effect of Pae.

图10 在肺血管内皮细胞中敲低MEK2取消了芍药苷的肺损伤保护作用。

【小结】

文章中研究人员利用多学科技术方法，最终阐明了芍药苷缓解低压缺氧肺损伤的完整信号通路：Pae→结合MEK2→促进MEK2-ERK2互作→激活ERK2磷酸化→上调SGK1→维持线粒体稳态→抑制氧化应激/炎症/铁死亡。在药靶分析策略上，首先通过LiP-MS在非标记、近生理条件下筛选出MEK2为潜在靶点；进而借助分子对接与动力学模拟精确定位其结合残基（K101、D156、S198）；在此基础上，运用CETSA、DARTS、SPR、MS证实Pae与MEK2的高亲和力互作；最后通过点突变构建、基因敲降/过表达及药理学抑制等功能实验，在细胞与动物模型中确认MEK2是Pae发挥肺保护作用的必要靶点。这一完整的“从组学筛选到功能验证”靶点鉴定策略，不仅清晰揭示了Pae的直接作用靶点与信号通路，也为天然产物的机制研究提供了方法学参考。

<参考文献> DOI:10.1016/j.apsb.2025.12.024