APSB | 高月院士團隊: 芍藥苷靶向MEK2調控ERK2-SGK1通路緩解低壓缺氧誘導的肺損傷

【背景&引言】

隨著高原旅行、登山探險及特殊環境作業日益頻繁，人體暴露于低壓缺氧環境所引發的急性肺損傷，已成為不容忽視的醫學挑戰。高原肺水腫（HAPE）發病急、進展快，嚴重時可危及生命，而目前臨床上仍缺乏特異性的防治藥物。芍藥苷（Paeoniflorin, Pae）是中藥芍藥的核心活性成分，既往研究已顯示其具有顯著的抗炎、抗氧化及器官保護活性。然而，芍藥苷是否能夠緩解高原缺氧引起的急性肺損傷，以及其具體機制并不明確。

2025年12月20日，北京市放射醫學研究所高月院士團隊在藥學權威期刊《Acta Pharmaceutical Sinica B》上發表了文章“Paeoniflorin alleviates hypobaric hypoxia-triggered lung injury through targeting MEK2 to modulate ERK2–SGK1 signaling”，綜合運用體內外模型、蛋白質組學、計算生物學與基因編輯等技術，首次完整闡明了芍藥苷通過直接靶向MEK2蛋白，調控ERK2–SGK1信號軸，進而維持線粒體穩態、緩解肺損傷的分子機制。

主要研究策略：

1. 表型確認與機制初篩

2. 芍藥苷的作用機制分析

3. 直接靶點MEK2的發現與結合驗證

4. 靶點MEK2的功能驗證

5. 下游通路信號軸MEK2-ERK2-SGK1解析

6. 核心表型機制的閉環驗證

01

在模擬高原環境的低壓缺氧小鼠模型中，Pae能顯著減輕肺水腫、炎性細胞浸潤及肺泡結構損傷，并降低肺組織與血清中促炎因子（IL-1β,IL-6,TNF-α）水平。進一步的肺組織蛋白質組學分析顯示，Pae可逆轉缺氧引起的差異蛋白表達譜，這些蛋白主要富集于炎癥反應、活性氧代謝及細胞凋亡通路。關鍵蛋白如NCF1、MMP8、LCN2和MCL1的異常表達在Pae干預后得到糾正，提示其通過調控氧化應激與炎癥網絡發揮保護作用。

Figure 1 Pae ameliorates hypobaric hypoxia-induced lung injury.

圖1 芍藥苷改善低壓缺氧誘導的肺損傷。

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

圖2 蛋白質組學揭示芍藥苷抑制低壓缺氧誘導的肺組織活性氧生成與炎癥反應。

02

在CoCl?誘導的肺微血管內皮細胞（HPMEC）缺氧模型中，Pae處理顯著提升細胞活力，抑制凋亡。機制上，Pae能降低細胞內脂質過氧化水平與活性氧（ROS）積累，并逆轉鐵死亡相關標志物：降低總鐵與Fe2?含量，上調GPX4蛋白表達。同時，Pae有效改善線粒體超微結構損傷，提升線粒體膜電位（MMP）與氧消耗率（OCR），并調控線粒體動力學相關蛋白（如DRP1↓,MFN2↑,OPA1↑）的表達，表明其通過維護線粒體結構與功能完整性抵抗缺氧損傷。

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

圖3 芍藥苷在體外抑制缺氧誘導的氧化應激、炎癥反應及鐵死亡。

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

圖4 芍藥苷在體外改善線粒體功能并抑制缺氧誘導的線粒體結構損傷與功能障礙。

03

為闡明Pae的直接作用靶點，研究采用限制性蛋白酶解-質譜（LiP-MS）進行篩選，發現MEK2蛋白與Pae結合顯著。并進一步通過CETSA、DARTS、分子對接、分子動力學模擬(MDS)、SPR和MST進行了驗證。CETSA和DARTS結果表明，Pae可以緩解MEK2的熱降解和蛋白酶介導的非特異性降解。通過分子對接與動力學模擬，精確定位Pae結合于MEK2的三個關鍵氨基酸殘基：Lys101、Asp156和Ser198。表面等離子共振（SPR）與微量熱泳動（MST）實驗證實兩者具有高親和力。隨后研究人員將上述位點突變后，Pae與MEK2的結合能力大幅下降，確證了這些位點是Pae與MEK2直接互作的結構基礎。

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

圖5 化學蛋白質組學揭示MEK2蛋白是芍藥苷的作用靶點。

0

4

為驗證Pae的效應是否依賴于MEK2，研究使用MEK2抑制劑U0126或在細胞中敲低MEK2表達。結果顯示，抑制MEK2活性可完全拮抗Pae的細胞保護作用：Pae對線粒體膜電位（MMP）的提升、對谷胱甘肽（GSH）水平的恢復、以及對線粒體通透性轉換孔（mPTP）異常開放的抑制作用均被取消。同時，MEK2敲低顯著削弱了Pae對下游ERK2磷酸化及SGK1蛋白表達的促進作用，并加劇了脂質過氧化與炎癥因子表達，證明MEK2是Pae發揮效應的必要靶點。

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

圖6 U0126在體外導致線粒體損傷、mPTP開放、脂質過氧化及鐵死亡。

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

圖7 在人肺微血管內皮細胞中敲低MEK2導致線粒體損傷、誘導mPTP開放并加劇脂質過氧化。

05

進一步探究下游機制發現，Pae通過促進MEK2與ERK2的蛋白互作，增強ERK2磷酸化。活化的ERK2進而上調SGK1的表達。使用SGK1抑制劑（EMD683638）可阻斷Pae及ERK2激動劑（LM22B）對氧化應激、mPTP開放及細胞凋亡的改善作用，證實SGK1是該通路的關鍵下游效應分子。另一方面，在細胞中過表達MEK2可模擬Pae的保護效果，并增強ERK2-SGK1信號，進一步支持該軸的核心地位。

Figure S6Inhibition of SGK1 in HPMEC cells induces oxidative stress, promotes mPTP opening, apoptosis and inflammatory responses.
圖S6 在人肺微血管內皮細胞中抑制SGK1可誘導氧化應激、促進mPTP開放、細胞凋亡及炎癥反應。

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

圖8 MEK2過表達抑制脂質過氧化和mPTP開放，并改善線粒體生物合成。

06

最后，在整體動物水平進行驗證。給予MEK2抑制劑U0126可加劇缺氧小鼠的肺組織炎癥、氧化損傷與鐵死亡，并抵消Pae的保護作用。更為關鍵的是，利用腺相關病毒（AAV）構建肺血管內皮細胞特異性MEK2敲除小鼠，發現在MEK2缺失的情況下，Pae無法改善缺氧引起的肺病理損傷、脂質過氧化、鐵蓄積及線粒體功能障礙。這最終在體內證明，Pae的肺保護作用完全依賴于內皮細胞中的MEK2，并通過激活ERK2-SGK1信號通路實現。

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

圖9 芍藥苷在體內激活MEK2–ERK2–SGK1軸以改善線粒體功能障礙并緩解低壓缺氧肺損傷。

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

圖10 在肺血管內皮細胞中敲低MEK2取消了芍藥苷的肺損傷保護作用。

【小結】

文章中研究人員利用多學科技術方法，最終闡明了芍藥苷緩解低壓缺氧肺損傷的完整信號通路：Pae→結合MEK2→促進MEK2-ERK2互作→激活ERK2磷酸化→上調SGK1→維持線粒體穩態→抑制氧化應激/炎癥/鐵死亡。在藥靶分析策略上，首先通過LiP-MS在非標記、近生理條件下篩選出MEK2為潛在靶點；進而借助分子對接與動力學模擬精確定位其結合殘基（K101、D156、S198）；在此基礎上，運用CETSA、DARTS、SPR、MS證實Pae與MEK2的高親和力互作；最后通過點突變構建、基因敲降/過表達及藥理學抑制等功能實驗，在細胞與動物模型中確認MEK2是Pae發揮肺保護作用的必要靶點。這一完整的“從組學篩選到功能驗證”靶點鑒定策略，不僅清晰揭示了Pae的直接作用靶點與信號通路，也為天然產物的機制研究提供了方法學參考。

<參考文獻> DOI:10.1016/j.apsb.2025.12.024