1区if14+: 广东药科大学\吉林大学揭示洋川芎内酯I靶向VDAC1寡聚抑制巨噬细胞中的mtDNA-cGAS-STING信号减轻溃疡性结肠炎

【写在前面】：本期推荐的是由广东药科大学药物研发中心、吉林大学病理生物学教育部重点实验室等研究团队合作近期发表于Advanced Science(IF14.1）的一篇文章，揭示洋川芎内酯I通过靶向VDAC1寡聚抑制巨噬细胞中的mtDNA cGAS STING信号传导以减轻溃疡性结肠炎。

【期刊简介】

【题目及作者信息】

Senkyunolide I Inhibits mtDNA-cGAS-STING Signaling in Macrophages via Targeting VDAC1 Oligomerization to Attenuate Ulcerative Colitis

溃疡性结肠炎（UC）是一种慢性炎症性肠病，治疗选择有限。由细胞质线粒体DNA（mtDNA）激活的环GMP-AMP合酶（cGAS）-干扰素基因刺激物（STING）通路与UC的关系越来越密切。通过蛋白质组学和人工智能建模，本研究首次鉴定出川芎中的一种主要生物活性成分洋川芎内酯I（SEI）。SEI通过cGAS STING途径抑制实验性结肠炎，并在肠组织和培养的巨噬细胞中进行了机制验证。突变、基于活性的蛋白质分析和微尺度热泳表明，SEI在残基K12处直接结合电压依赖性阴离子通道1（VDAC1），以抑制其应激诱导的寡聚化。这种阻断阻止mtDNA释放到细胞质中，从而抑制cGAS STING级联反应和随后的M1巨噬细胞极化，以及巨噬细胞和结肠组织中下游NLRP3炎性小体激活、焦亡和铁下垂。VDAC1-WT和VDAC1-K12A在小鼠中的过表达证实了这一机制。临床上，UC患者的VDAC1表达与cGAS STING激活和疾病严重程度呈正相关。总的来说，SEI通过靶向VDAC1寡聚化来抑制巨噬细胞中的cGAS STING通路，从而缓解结肠炎，将VDAC1-cGAS STING轴确立为治疗UC的有前景的治疗策略。

【前言】

环GMP-AMP合酶（cGAS）-干扰素基因刺激物（STING）通路是一种进化上保守的DNA传感机制。它通过检测病原体或受损细胞器的细胞质双链DNA（dsDNA）来协调先天免疫反应。STING与cGAS合成的第二信使环GMP-AMP（cGAMP）结合后，发生寡聚化，从内质网转移到高尔基体。在高尔基体中，它招募TANK结合激酶1（TBK1）和干扰素调节因子3（IRF3），启动I型干扰素（IFN-I）和促炎细胞因子的产生。这一途径对于抗病毒防御至关重要。然而，异常STING激活越来越被认为是自身免疫性疾病慢性炎症的驱动因素，包括系统性红斑狼疮、Aicardi-Goutières综合征和炎症性肠病（IBD）。在严重的IBD亚型溃疡性结肠炎（UC）中，持续性粘膜炎是由先天免疫信号失调引起的。然而，STING失调驱动UC肠道炎症的具体分子机制，特别是其上游触发因素，仍然知之甚少。

从药用植物中提取的天然化合物越来越被认为是药物发现的宝贵资源。川芎是一种著名的中药，具有强效的抗炎、抗氧化和抗血栓形成作用。作为一种核心草药，川芎被广泛纳入多种经典中药方剂中，如祛瘀生心方和人参百毒散，这两种方剂在中国治疗UC方面都显示出了临床疗效。川芎的主要生物活性成分包括富含酞的挥发油、生物碱和酚酸。洋川芎内酯ISenkyunolide I（SEI）是一种主要的酞衍生物，因其异常丰富、化学稳定性、良好的药代动力学特征和强效的抗炎功效而成为特别有前景的候选者。作为干川芎根茎的特征标记成分，SEI的浓度约为10mg/g，与藁本内酯和senkyunolide a并列为三种最丰富的酞类化合物。与在环境条件下容易发生顺反异构化和氧化降解的藁本内酯形成鲜明对比的是，SEI表现出卓越的化学稳定性[25]。此外，SEI具有良好的两亲性，使其能够快速进入循环并有效地穿透生物膜[24]。重要的是，其口服生物利用度达到37.25%，比senkyunolide A的8%生物利用度高出近五倍，静脉注射后具有高效的胃肠吸收和快速清除。越来越多的临床前研究表明，SEI对肝脏缺血再灌注损伤、胸主动脉瘤和夹层、肝脂肪变性、盲肠结扎和穿刺诱导的肺损伤以及过敏性鼻炎具有显著的保护作用，这些有益作用是通过抑制细胞凋亡、减轻氧化损伤和抑制关键的促炎信号通路介导的。这些药理作用与UC的发病机制高度相关，UC是一种以免疫反应失调、上皮屏障破坏和过度粘膜氧化应激为特征的疾病。尽管最近的证据表明SEI对功能性便秘具有保护作用，但其在UC中的特定治疗潜力和作用机制需要进一步探索。

在这项研究中，我们整合了多组学分析、人工智能（AI）预测和正交实验验证，以研究SEI在溃疡性结肠炎中的治疗潜力和机制。我们证明SEI通过直接靶向VDAC1有效地改善了实验性结肠炎。具体而言，SEI与VDAC1的K12残基结合，抑制其应激诱导的寡聚化，从而阻断线粒体DNA胞浆逃逸和随后cGAS-STING-NLRP3炎症轴的激活。此外，SEI可以缓解氧化应激，抑制相关的焦亡和铁死亡。我们的工作不仅将SEI确定为一种新型的VDAC1抑制剂，对UC具有治疗前景，而且还将VDAC1 cGAS STING信号轴确立为治疗这种疾病的可药物途径。

【结果部分】

1.SEI缓解DSS诱导的结肠炎小鼠的疾病症状。

2.SEI可缓解结肠炎小鼠的肠道屏障损伤。

3.SEI可抑制DSS诱导的结肠炎症，并抑制巨噬细胞的M1极化。

4.SEI可抑制mtDNA-cGAS-sting炎症信号通路的激活。

5.ABPP蛋白质组学分析证实VDAC1是SEI的靶蛋白。

6.SEI 直接与VDAC1相互作用，从而抑制其寡聚化。

7.SEI直接结合于VDAC1上的K12。

8.SEI可减轻线粒体损伤诱导的氧化应激，并减少UC小鼠结肠组织中的肠细胞焦亡和铁死亡。

9.VDAC1 K12位点是SEI在UC小鼠中发挥保护作用所必需的。

10.VDAC1 的表达在活动性UC和静止期UC中均有所增加，且与疾病严重程度呈正相关。

【结论与讨论】

总之，我们确定SEI是VDAC1寡聚化的新型抑制剂，其靶向VDAC1-mtDNA-cGAS-STING轴，通过巨噬细胞中的多管齐下机制缓解结肠炎：保持线粒体完整性，阻止炎症信号传导启动，减轻氧化应激和相关细胞死亡。这些发现不仅突显了SEI作为UC治疗的有前景的候选者，而且确立了VDAC1 cGAS STING通路作为慢性炎症和自身免疫性疾病的创新治疗靶点。然而，应该指出这项研究的几个局限性：大多数机制研究都是在DSS诱导的急性结肠炎模型中进行的，该模型不能完全复制临床慢性UC的复杂病理特征；此外，鉴于结肠巨噬细胞的异质性和多种来源，以及缺乏同时区分和分离结肠组织中不同巨噬细胞亚群的成熟方案，我们无法验证SEI的亚群特异性调节作用。这些局限性并不影响这项工作的核心结论，但为未来的研究指明了重要方向，其中将应用更先进的实验方法来进一步阐明SEI对UC的细胞特异性调控机制。

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