申领百竹粉通过肠-脑轴机制改善饮食诱导的肥胖小鼠的认知功能障碍

《Phytomedicine》：Shenling Baizhu Powder attenuates cognitive impairment via the gut–brain axis in diet-induced obese mice

　　铁死亡抑制剂ликочанконA通过SP1/DNA-PKcs轴增强DNA非同源末端连接修复抑制脂质过氧化。

　　
铁依赖性细胞死亡（ferroptosis）作为近年来备受关注的新型细胞死亡形式，其与神经退行性疾病、癌症及缺血再灌注损伤等重大病理过程密切相关。针对现有铁螯合剂（如dexrazoxane）和脂质抗氧化剂（如ferrostatin-1）存在生物利用度低、毒副作用明显等瓶颈问题，科研团队从传统药用植物中筛选出关键活性成分——甘草酸（Glycyrrhizic acid）衍生物二氢查尔酮（Licochalcone A, LA）。该研究首次系统揭示了LA通过调控DNA损伤修复通路的新型铁依赖性细胞死亡抑制机制，为开发安全有效的抗 ferroptosis 药物提供了全新思路。

在机制解析方面，研究团队创新性地整合了多组学分析和功能验证策略。通过RNA测序发现LA处理显著改变了细胞内基因表达谱，其中DNA-PKcs催化亚基（PRKDC基因产物）的异常激活成为关键线索。进一步通过基因编辑技术构建PRKDC敲除细胞模型，证实该基因在LA介导的细胞保护中具有不可替代的作用。值得注意的是，研究首次建立转录因子SP1与DNA损伤修复通路之间的直接关联：LA通过激活SP1转录因子，促进PRKDC基因的上调表达，进而增强DNA非同源末端连接（NHEJ）修复能力。这种表观遗传调控机制不仅解释了LA抑制脂质过氧化的分子基础，更揭示了DNA损伤修复系统与铁依赖性细胞死亡的深层关联。

在功能验证层面，研究创新性地构建了肝缺血再灌注（I/R）小鼠模型进行体内转化。数据显示，LA在5mg/kg剂量下可显著降低肝组织MDA含量（下降达68.2%），同时通过免疫组化证实其有效抑制H2AX阳性DNA损伤位点（降幅达42.7%）。特别值得关注的是，该保护作用具有时空特异性——在再灌注损伤高峰期（120分钟）用药，可观察到肝细胞线粒体膜电位保留率提升至对照组的1.8倍，而脂质过氧化产物4-HNE的积累量降低57.3%。

研究突破性地提出"代谢-表观遗传-损伤修复"三级调控假说：LA首先通过调控铁稳态相关代谢通路，间接激活SP1转录因子。SP1作为转录开关蛋白，通过双重调控机制影响PRKDC表达——既增强启动子区域染色质可及性，又通过抑制miR-34a等负向调控元件的表达，实现PRKDC基因的上调。这种表观遗传调控网络的形成，使得DNA-PKcs复合体在NHEJ通路中发挥双重作用：既作为DNA双链断裂的直接修复酶，又通过磷酸化修饰激活下游脂质修复相关蛋白（如GPX4、VDR等），从而形成"修复酶-抗氧化酶-脂质代谢酶"协同作用体系。

临床转化方面，研究团队构建了包含剂量-毒性-效应三参数的优化模型。体外实验表明，LA在10μM浓度下对HT1080细胞活力影响<5%，而在此浓度下可产生较典型铁螯合剂2倍的脂质过氧化抑制效果。体内药代动力学研究显示，LA的半衰期（t1/2）达4.2小时，组织分布中肝、肺、肾三脏器药物浓度达峰值值的68%、53%、41%，与其药效呈现正相关。这种特性使得LA在临床应用中展现出独特的优势——既能实现靶向肝脏组织的精准治疗，又具备较长的体内作用时间。

研究还首次揭示了DNA损伤修复与铁依赖性细胞死亡的动态平衡机制。通过建立双荧光素酶报告基因系统，证实SP1可通过直接激活PRKDC基因启动子区域，使NHEJ相关蛋白表达量在48小时内提升2.3倍。这种时空特异性调控使得DNA-PKcs在损伤修复过程中既能直接参与核苷酸连接反应，又能通过磷酸化修饰激活线粒体膜电位维持蛋白（如MT-TPX2），从而阻断铁依赖性脂质过氧化链式反应。

在药物开发路径上，研究团队提出了"先导化合物优化-结构生物学解析-多靶点协同"的三阶段策略。基于LA的查尔酮骨架，设计出具有N-羟基取代基的衍生物（分子式C18H16N2O7），其脂溶性提升1.8倍的同时，通过计算机辅助药物设计（CADD）预测其SP1结合位点较母体化合物扩展了12%的表面积。这种结构优化使得新化合物在PRKDC基因敲除细胞中的保护效力提升至89.7%，显著优于LA的78.2%。

值得注意的是，研究团队通过建立"损伤修复能力-细胞存活率"量化模型，发现DNA-PKcs活性与细胞存活率呈显著正相关（R2=0.87, p<0.001）。这一发现为开发新型抗 ferroptosis 药物提供了关键生物标志物——在临床前模型中，当DNA-PKcs活性达到基线值的120%时，肝细胞存活率可恢复至对照水平的92.3%。这种剂量-效应关系的明确建立，为后续临床实验的剂量确定提供了科学依据。

在应用前景方面，研究团队首次将抗 ferroptosis 策略拓展至器官移植领域。通过建立心脏缺血再灌注模型，证实LA预处理可显著降低移植后心肌纤维化指数（下降41.2%），同时通过炎症小体（NLRP3）抑制和mTOR通路调节实现多靶点保护。这种器官保护特性提示LA可能具有跨领域应用潜力，特别是在心脏术后并发症防治方面。

研究还揭示了传统认知中的局限性。通过构建"铁-脂质-DNA"三元作用模型，证实DNA损伤修复能力是调控铁依赖性细胞死亡的关键枢纽。实验数据显示，当DNA-PKcs活性被抑制时，即使补充铁螯合剂，脂质过氧化水平仍可升高至对照组的1.7倍。这种"基因-蛋白-代谢"的级联调控网络，解释了为何单一靶点药物难以实现理想疗效。

在安全性评估方面，研究团队建立了"多器官毒性监测-代谢组学分析-表观遗传调控"三位一体的安全性评价体系。通过LC-MS/MS检测发现，LA在治疗剂量下主要代谢产物为4'-羟基查尔酮，其肝毒性指数（HTI）仅为0.08，显著低于传统铁螯合剂（HTI=0.32）。这种代谢特性使得LA在临床应用中展现出良好的安全性窗口。

最后，研究团队提出了"时空精准治疗"新理念。基于肝缺血再灌注损伤的病理特点，设计出脉冲给药方案：在缺血期（0-60分钟）给予3倍剂量，再灌注早期（120分钟）给予维持剂量，这种给药模式可使肝细胞存活率提升至93.8%，同时将药物代谢负担降低至对照组的1.3倍。这种创新性给药策略为临床转化提供了新的技术路径。

该研究的重要启示在于：铁依赖性细胞死亡调控网络并非简单的线性通路，而是涉及表观遗传调控、DNA损伤修复、线粒体质量控制等多维度交互作用网络。未来研究可重点关注SP1转录因子与其他修复通路（如PARP1/APOBEC核苷酸切除修复）的交叉调控机制，以及不同组织类型中该通路的特异性表达模式，这将有助于开发更精准的靶向治疗药物。