Adv Sci-IF14.1 | 中藥丹參中丹酚酸B鎂靶向GPX4破壞GPX4-FUNDC1相互作用減輕膿毒癥相關(guān)肺損傷

丹酚酸B鎂 (MLB) 是丹參水提取物中最豐富的生物活性成分，表現(xiàn)出強大的抗氧化、線粒體保護和抗炎特性。以往的研究已經(jīng)強調(diào)了MLB在炎癥和缺血再灌注引起的器官損傷中的保護效果。此外，MLB因其顯著的內(nèi)皮保護作用而被認可。然而，MLB在SALI中的治療潛力及其潛在機制尚未明確。

2026年1月30日，哈爾濱醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院麻醉科張兵教授團隊在Adv Sci（IF 14.1）發(fā)表題為“Targeting the GPX4–FUNDC1 Interaction with Magnesium Lithospermate B Attenuates Sepsis-Associated Lung Injury”的文章。在本研究中，我們首先篩選了一個針對 GPX4 的小分子化合物庫，并確定了 MLB 是一種有效的 GPX4 降解抑制劑，從而緩解了鐵死亡現(xiàn)象。我們的研究結(jié)果表明，MLB 直接與 GPX4 相互作用，增強了其酶活性，并阻止了由 FUNDC1 介導的依賴于線粒體自噬的 GPX4 降解。此外，破壞 GPX4 - FUNDC1 的相互作用可恢復 FUNDC1 依賴性線粒體自噬效率。值得注意的是，MLB 與臨床試驗化合物 MitoQ 的聯(lián)合療法增強了對 SALI 的保護作用。為了進一步增強靶向肺部的輸送效果，我們設計了用 P-選擇素結(jié)合肽（PBP）修飾的脂肪源性干細胞外泌體（ADSC-EV）系統(tǒng)，該系統(tǒng)裝載了 MLB（MLB@PBP-ADSC-EVs），顯著提高了肺部的分布和治療效果。此外，通過使用合成的 Ag@CIT 底物進行表面增強拉曼光譜（SERS），我們成功地在體內(nèi)捕獲了 MLB 的拉曼信號，驗證了 MLB@PBP-ADSC-EVs 在肺部的有效靶向性。總的來說，本研究確定了 MLB 為一種有前景的小分子藥物候選物，它通過靶向 GPX4-FUNDC1 交互作用來維持 SALI 中的內(nèi)皮細胞完整性，并結(jié)合靶向給藥和先進檢測技術(shù)，建立了具有轉(zhuǎn)化意義的治療途徑。

摘要

膿毒癥相關(guān)肺損傷（SALI）仍然是一個嚴峻的臨床難題，部分原因是鐵死亡引起的內(nèi)皮功能障礙。含 FUN14 結(jié)構(gòu)域蛋白 1（FUNDC1）與谷胱甘肽過氧化物酶 4（GPX4）之間的病理相互作用促進了鐵死亡并破壞了線粒體自噬流。從丹參中提取的活性化合物丹參酸 B 鎂（MLB）具有抗炎和抗氧化特性，并具有血管保護潛力。在此研究中，證明了 MLB 通過抑制鐵死亡和恢復線粒體穩(wěn)態(tài)來減輕膿毒癥相關(guān)的肺血管損傷。從機制上講，MLB 在甘氨酸 79 位點直接與 GPX4 結(jié)合，從而破壞了 GPX4 - FUNDC1 的相互作用，穩(wěn)定了 GPX4 的酶活性，并防止其通過 FUNDC1 介導的線粒體自噬降解。為了增強肺部靶向性，構(gòu)建了 P-選擇素結(jié)合肽改造的脂肪源性干細胞外泌體，以傳遞 MLB，顯著提高了其在 SALI 中的治療效果。此外，還開發(fā)了一種基于銀-檸檬酸納米結(jié)構(gòu)的表面增強拉曼光譜平臺，能夠以納克級的靈敏度精確識別 MLB 的拉曼指紋光譜，并實現(xiàn)體內(nèi)時間分辨的生物分布分析。綜合來看，這些發(fā)現(xiàn)揭示了 MLB 在 SALI 中的新型治療機制和療效，突顯了一種將靶向藥物遞送與分子檢測相結(jié)合的有前景的轉(zhuǎn)化策略，有望在臨床上得到應用。

該示意圖展示了 MLB 的內(nèi)皮細胞保護機制及其在靶向遞送和體內(nèi)檢測方面的應用潛力。MLB 與 GPX4 結(jié)合，以阻止其與 FUNDC1 的結(jié)合，從而通過線粒體自噬途徑抑制 GPX4 的降解。這種解離使 FUNDC1 能夠招募 LC3 并恢復線粒體自噬流，減少內(nèi)皮細胞中的活性氧積累。氧化應激的減輕緩解了由 ROS 引起的 GPX4 轉(zhuǎn)錄抑制，從而增加了 GPX4 的表達，并減輕了鐵死亡。對于靶向遞送，MLB 被封裝到 ADSC-EVs 中，并進一步用 Cy5.5 標記的 DPP 進行功能化，生成 MLB@PBP-ADSC-EVs，從而能夠在膿毒癥肺中實現(xiàn)內(nèi)皮細胞特異性遞送。同時，基于 Ag@CIT 納米結(jié)構(gòu)的 SERS 底物被開發(fā)出來，用于在生物體液和組織中以高靈敏度檢測 MLB。這些發(fā)現(xiàn)共同強調(diào)了 MLB 在 SALI 中的治療機制，并支持通過靶向遞送和無標記分子檢測來實現(xiàn)其轉(zhuǎn)化應用。

MLB直接與GPX4結(jié)合，增強其酶活性，減輕內(nèi)皮細胞脂質(zhì)過氧化

鑒于 GPX4 在抑制鐵死亡和維持氧化還原平衡方面起著關(guān)鍵作用，我們對天然產(chǎn)物庫進行了計算機模擬篩選，以尋找可能作用于 GPX4 的化合物。該多步驟虛擬篩選流程包括 HTVS、SP/XP 結(jié)合以及 MM-GBSA 重新評分，最終篩選出了 19 個候選化合物（圖 2A）。根據(jù)結(jié)合親和力和已知的生物活性特征，選擇了丹參酸B鎂（MLB）進行進一步評估（圖 2B）。為了評估 MLB 在膿毒癥期間對鐵死亡的作用影響，我們將 HPMECs 暴露于由 LPS 刺激的巨噬細胞產(chǎn)生的條件培養(yǎng)基（CM）中。C11-BODIPY 染色顯示，CM 處理的細胞中脂質(zhì)過氧化水平升高，而 MLB 處理后這一現(xiàn)象顯著減輕（圖 2C），表明其具有抗氧化潛力。為了確定 MLB 是否能直接對抗由 GPX4 抑制引起的鐵死亡，我們用 RSL3 處理 HPMECs。MLB 顯著減少了 RSL3 引起的細胞死亡和脂質(zhì)過氧化（圖 2D–G），進一步證實了其作為鐵死亡抑制劑的作用。功能上，MLB 以劑量依賴的方式增強了 GPX4 的酶活性，并部分緩解了 RSL3 對其的抑制作用（圖 2H）。為了在原子層面探究潛在的相互作用機制，我們利用密度泛函理論（DFT）進行了靜電勢（ESP）分析。球棍模型和 ESP 映射顯示，MLB 位于 Sec46 中含硒側(cè)鏈的附近（圖 2I）。值得注意的是，MLB 上的負電位區(qū)域與親電硒中心相對應，這表明可能存在弱的軌道相互作用，可能有助于 GPX4 活性在構(gòu)象上的調(diào)節(jié)。

接下來，我們進一步探究了 MLB 是否直接調(diào)控 GPX4。分子對接結(jié)果顯示，存在一個穩(wěn)定的 MLB - GPX4 復合物，其預測的結(jié)合自由能為 -8.89 千卡/摩爾（圖 2J）。同樣地，分子動力學模擬證實了穩(wěn)定的結(jié)合，顯示在約 10 納秒時達到收斂，并且在整個 100 納秒內(nèi)保持持續(xù)的相對原子平動標準偏差穩(wěn)定性（圖 2K）。根均方波動（RMSF）分析進一步表明，在關(guān)鍵結(jié)合區(qū)域（特別是 GPX4 的第 75 和 135 個殘基附近）原子波動較低（圖 2L）。為了驗證在細胞中的靶點結(jié)合情況，我們進行了細胞熱遷移分析（CETSA）。溫度遷移分析表明，MLB 預處理增加了內(nèi)源性 GPX4 的熱穩(wěn)定性（圖 2M）。在 52°C 的單溫度 CETSA 中，進一步顯示了在 12.5 - 200 μm 的 MLB 范圍內(nèi)，穩(wěn)定化的 GPX4 的劑量依賴性增加（圖 2N）。表面等離子體共振（SPR）進一步驗證了 MLB 與重組 GPX4 之間的直接相互作用，解離常數(shù)為 25.94 μm（圖 2O）。總的來說，這些結(jié)果表明，MLB 能直接與 GPX4 結(jié)合，增強其酶活性，并減輕內(nèi)皮細胞中的脂質(zhì)過氧化反應，這支持了其作為針對 GPX4 的鐵死亡調(diào)節(jié)劑的潛力。

MLB破壞GPX4- fundc1相互作用并通過線粒體自噬減輕GPX4降解

先前的研究表明，F(xiàn)UNDC1 與 GPX4 相互作用，這種相互作用不僅會妨礙 FUNDC1 與 LC3B 的結(jié)合，從而降低線粒體自噬效率，還會促進 GPX4 的線粒體轉(zhuǎn)移，從而通過線粒體自噬途徑促進其降解。我們的初步數(shù)據(jù)表明，MLB 同時增強了線粒體自噬活性，并通過抑制溶酶體依賴性降解提高了 GPX4 蛋白水平，從而引發(fā)了這樣的假設：MLB 可能通過破壞 GPX4 - FUNDC1 的相互作用來發(fā)揮其保護作用。為了驗證這一假設，我們進行了蛋白質(zhì) - 蛋白質(zhì)對接和分子動力學模擬，以評估 GPX4 - FUNDC1 復合物的穩(wěn)定性。GPX4 和 FUNDC1 之間的結(jié)合界面涉及多種靜電和氫鍵相互作用（圖 6A）。RMSD 結(jié)果顯示，GPX4 - FUNDC1 復合物在約 10 納秒后達到了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性（圖 6B）。RMSF 分析進一步揭示了 GPX4 中第 75 個殘基周圍區(qū)域的柔韌性降低（圖 6C）。先前的研究表明，GPX4 與 FUNDC1 之間的相互作用主要由 FUNDC1 的 96 - 133 個氨基酸片段介導。這些結(jié)果支持了 GPX4 與 FUNDC1 之間存在穩(wěn)定的相互作用。

共免疫沉淀實驗進一步證實，CM處理增強了GPX4-FUNDC1復合物的形成，而MLB顯著破壞了這種相互作用，同時促進了FUNDC1-LC3B的結(jié)合（圖6D）。共聚焦免疫熒光成像顯示，隨著時間的推移，CM促進了GPX4- lc3b的共定位，而MLB治療逆轉(zhuǎn)了這一趨勢，反而增強了LC3B-MitoTracker的共定位，這與線粒體自噬增加和GPX4線粒體降解減少相一致（圖6E）。這些結(jié)果表明，MLB破壞GPX4- fundc1復合物，從而促進fundc1介導的有絲分裂，減輕GPX4的有絲分裂降解。

結(jié)論

總之，我們的研究結(jié)果表明，天然小分子 MLB 是一種新型的 GPX4 調(diào)節(jié)劑，能夠破壞其與 FUNDC1 的相互作用，從而阻止依賴于線粒體自噬的 GPX4 降解，從而恢復 FUNDC1 介導的線粒體自噬流，并在膿毒癥期間減輕內(nèi)皮鐵死亡。此外，通過工程 MLB@PBP-ADSC-EVs，我們實現(xiàn)了將 MLB 針對性地遞送至發(fā)炎的內(nèi)皮細胞，顯著提高了其在 SALI 中的治療效果。此外，我們還應用了基于 SERS 的分子檢測技術(shù)，能夠?qū)w內(nèi) MLB 的分布進行定量監(jiān)測。這些發(fā)現(xiàn)不僅闡明了 MLB 在 SALI 中的保護機制，還建立了一種靶向遞送和檢測策略，有助于其臨床轉(zhuǎn)化。

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202516488

中醫(yī)藥基礎科研技術(shù)服務及加群交流：

相關(guān)咨詢，加微信：1278317307。

【福利時刻】科研服務（點擊查看）：、、、、、。咨詢加微信：1278317307。