芝麻通过抑制氧化应激、细胞凋亡和自噬，对敌草快引起的急性肾损伤具有保护作用：SIRT5/FOXO3a信号通路在此过程中发挥关键作用

《Pesticide Biochemistry and Physiology》：Sesamin exerts protective effects against diquat-induced acute kidney injury by inhibiting oxidative stress, apoptosis and autophagy: A key role for the SIRT5/FOXO3a signaling pathway

　　Sesamin通过激活SIRT5/FOXO3a信号通路减轻二氯乙酸中毒诱导的急性肾损伤，机制涉及抑制氧化应激、细胞凋亡及自噬。

　　

韩思颖|蒲毅|刘振宁

中国医科大学盛京医院重症医学科，中国辽宁省沈阳市和平区三好街36号，邮编110004

摘要

敌草快中毒会导致急性肾损伤（AKI），且死亡率较高。芝麻素具有抗氧化、抗炎和抗凋亡的特性。然而，芝麻素是否能够预防敌草快引起的AKI仍不清楚。本研究旨在探讨芝麻素是否对敌草快引起的AKI具有保护作用及其潜在的分子机制。敌草快可诱导人类近端肾小管细胞（HK-2细胞）产生活性氧（ROS）、线粒体损伤、细胞凋亡和自噬。NAD?依赖性组蛋白去乙酰化酶家族成员SIRT5在敌草快处理的HK-2细胞中表达略有增加。此外，敌草快还上调了FOXO3a蛋白的表达，同时降低了acetyl-FOXO3a的水平并增强了FOXO3a在细胞核内的转位。SIRT5敲低会进一步加剧敌草快在HK-2细胞中的毒性作用，而SIRT5过表达则可缓解这种毒性。分子对接和细胞热位移实验表明，芝麻素能与SIRT5结合，其中PHE70可能是其关键结合位点。芝麻素通过激活SIRT5/FOXO3a通路，减轻了敌草快引起的ROS生成、线粒体损伤、细胞凋亡和自噬。同时，芝麻素通过抑制氧化应激、细胞凋亡和自噬，显著减轻了小鼠中的敌草快诱导的AKI。综上所述，氧化应激、细胞凋亡和自噬参与了敌草快引起的急性肾损伤过程；SIRT5/FOXO3a信号通路在敌草快对肾小管上皮细胞的细胞毒性中起作用。芝麻素对小鼠中的敌草快诱导的急性肾损伤具有保护作用。

引言

急性农药中毒是一个亟需立即处理的重要问题（Boedeker等人，2020年）。敌草快是一种非选择性且作用迅速的除草剂，常被用作百草枯的替代品。急性敌草快中毒可导致急性肾衰竭（Xia等人，2023年）、呼吸衰竭、循环衰竭和急性中枢神经系统损伤（Zhou和Lu，2022年）。敌草快可导致活性氧（ROS）过量生成，进而破坏线粒体功能并引发细胞死亡（Magalhaes等人，2018年）。敌草快引起的急性肾损伤（AKI）的分子机制尚未完全明了。

Sirtuins是一类广泛存在于真核生物中的组蛋白去乙酰化酶（Wu等人，2022a）。Sirtuins在调节多种生物过程中起着关键作用，如减轻氧化应激、抑制炎症、抑制细胞凋亡以及维持线粒体功能和代谢平衡（Zeng和Chen，2022年）。SIRT家族包含七个成员（SIRT1-SIRT7），其中只有SIRT3、SIRT4和SIRT5定位于线粒体内（George和Ahmad，2016年）。FOXO3a属于Forkhead box O（FoxO）家族，是多个Sirtuin成员的底物（Tseng等人，2014年）。FOXO3a在调节细胞稳态、应激反应和细胞寿命方面发挥重要作用（Farhan等人，2017年）。FOXO3a受到传统的翻译后修饰，包括泛素化、磷酸化和乙酰化（Orea-Soufi等人，2022年）。FOXO3a还与高草酸尿症引起的肾损伤有关（Gao等人，2022年）。因此，尚不清楚Sirtuins和FOXO3a是否参与了敌草快诱导的AKI的分子机制。

芝麻素（SSM）主要存在于芝麻籽中，具有多种生物活性，包括抗炎（Majdalawieh等人，2022年）、抗氧化（Chang等人，2023年）和抗凋亡作用（Ren等人，2022年）。芝麻素通过调节氧化还原平衡，减轻高脂血症引起的肾损伤（Zhang等人，2016年）。此外，芝麻素通过抑制线粒体凋亡和细胞色素c的释放，对氟化物引起的肾损伤具有抗凋亡作用（Cao等人，2015年）。然而，芝麻素是否对敌草快引起的AKI具有保护作用及其潜在的分子机制仍不明确。

试剂

芝麻素（CAS编号607–80-7，目录编号HY-N012，HPLC纯度≥99.7%）和敌草快（CAS编号6385-62-2，目录编号HY-136372，HPLC纯度≥99.92%）购自Med Chem Express（MCE）生物技术公司。CCK-8检测试剂盒（GK10001）购自GLPBIO（美国）。SIRT5（15122–1-AP）、FOXO3a（10849–1-AP）、Bcl2（12789–1-AP）、Bax（50599–2-Ig）、LC3B（14600–1-AP）和p62（18420–1-AP）的多克隆抗体购自Proteintech（武汉，中国）。Ac-FOXO3a多克隆抗体购自Bioss。

SIRT5参与敌草快诱导的HK-2细胞凋亡和自噬

为了建立敌草快诱导的细胞损伤模型，使用CCK8检测方法评估了不同浓度敌草快（0、100、200、300、400、500 μM）处理后的HK-2细胞的存活情况，时间跨度为24小时。如图1A所示，敌草快以剂量依赖的方式抑制细胞存活。选择300 μM的敌草快浓度进一步研究其细胞毒性，结果发现细胞存活率降低了60%。接下来探讨Sirtuin家族在敌草快诱导的细胞

讨论

敌草快以产生活性氧（如过氧化氢H?O?、超氧阴离子O??及其相应自由基羟基·OH和超氧阴离子O??）而闻名（Elgamouz等人，2020年；Wu等人，2012年）。敌草快引起的氧化应激可通过多种机制导致细胞损伤和组织损伤，包括炎症、细胞凋亡和自噬等（Tang等人，2021年；Yang等人，2023年）。在急性敌草快中毒的文昌鸡和大鼠中，观察到组织病理学损伤

结论

综上所述，氧化应激、细胞凋亡和自噬参与了敌草快引起的急性肾损伤。敌草快可轻微上调HK-2细胞中的SIRT5和FOXO3a水平，从而增强细胞防御机制，并促进FOXO33的去乙酰化和核内转位。芝麻素能与SIRT5结合，其中SIRT5的PHE70可能是其关键结合位点。芝麻素通过进一步激活SIRT5/FOXO3a通路，减轻敌草快引起的ROS生成、线粒体损伤、细胞凋亡和自噬。

CRediT作者贡献声明

韩思颖：撰写初稿、方法学设计、数据分析。蒲毅：软件操作、实验设计。刘振宁：撰写修订稿、项目管理和资金申请。

伦理声明

动物护理和实验程序遵循机构指南，并获得了盛京医院伦理委员会的批准（批准编号2024PS470K）。实验动物处理遵循美国国立卫生研究院的《实验室动物护理和使用指南》。

资金支持

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号82472242）和盛京医院345人才项目的资助。

利益冲突声明

作者未报告任何利益冲突。