1區(qū)top：甘肅中醫(yī)藥大學揭示清肺通絡方通過恢復花生四烯酸代謝平衡減輕慢性阻塞性肺疾病相關(guān)性鐵死亡

【寫在前面】：本期推薦的是由甘肅中醫(yī)藥大學敦煌醫(yī)學教育部重點實驗室、甘肅大學分子醫(yī)學與中醫(yī)藥重大疾病防治重點實驗室-甘肅中醫(yī)藥大學、敦煌醫(yī)學甘肅基礎學科研究中心、甘肅中醫(yī)藥大學藥學院等研究團隊合作近期發(fā)表于Phytomedicine(IF8.3）的一篇文章，揭示清清肺通絡方通過前列腺素內(nèi)過氧化物合酶2和可溶性環(huán)氧化物水解酶2的雙重抑制恢復花生四烯酸代謝平衡，減輕慢性阻塞性肺疾病相關(guān)性鐵死亡。

【期刊簡介】

【題目及作者信息】

Qingfei Tongluo Formula attenuates COPD-associated ferroptosis by restoring arachidonic acid metabolic balance via dual inhibition of prostaglandin-endoperoxide synthase 2 and soluble epoxide hydrolase 2

背景

由于缺乏改變其疾病進展的療法，慢性阻塞性肺疾病（COPD）仍然是一項重大的全球健康挑戰(zhàn)。清肺通絡方QFTLF是一種經(jīng)典的中藥方劑，對慢性阻塞性肺疾病有療效。然而，其具體的分子機制和活性化合物仍未明確。

目的

本研究旨在破譯QFTLF抗COPD的多靶點機制，并系統(tǒng)鑒定其關(guān)鍵的生物活性血清化合物。

方法

基于COPD大鼠模型的藥效學評估和基于UPLC-MS/MS的QFTLF原型血清化合物的鑒定，我們進行了綜合多模式分析，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組學、蛋白質(zhì)組學、基于PS-V2N的復雜網(wǎng)絡和單細胞RNA測序，以確定原型血清化合物調(diào)節(jié)的核心靶點、途徑和細胞類型。關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)通過體內(nèi)和體外實驗得到了進一步驗證。為了識別關(guān)鍵的生物活性血清化合物，我們采用了計算機輔助藥物設計（CADD）管道，包括誘導配合對接、分子動力學模擬和結(jié)合自由能計算，隨后通過表面等離子體共振（SPR）進行實驗確認。

結(jié)果

藥效學評價表明，QFTLF顯著改善了COPD大鼠的肺功能、肺組織病理學和全身炎癥，療效與經(jīng)典療法氨茶堿相當。UPLC-MS/MS分析鑒定出58種原型血清化合物。多模態(tài)分析和驗證表明，QFTLF在COPD大鼠肺組織和CSE誘導的MLE-12細胞中下調(diào)前列腺素內(nèi)過氧化物合酶2（PTGS2）和可溶性環(huán)氧化物水解酶2（EPHX2），同時上調(diào)CYP2J2。該調(diào)節(jié)恢復了花生四烯酸代謝平衡，增加了抗炎和抗氧化代謝產(chǎn)物11,12-EET，減少了促炎和促氧化代謝產(chǎn)物11,22-DHET。因此，QFTLF抑制了下游的致病指標，包括促炎細胞因子水平（TNF-α、IL-1β、IL-6）、脂質(zhì)過氧化指標（GSH和T-SOD降低，MDA升高）和鐵中毒指標（Fe2? 積累、HMGB1釋放和GPX4下調(diào)）。這種作用是通過抑制PTGS2-PPARγ-CYP2J2和EPHX2介導的途徑介導的。值得注意的是，在CSE誘導的MLE-12細胞中，特異性PTGS2和EPHX2抑制劑的保護作用與QFTLF的保護作用非常相似，為這些靶點的參與提供了進一步的支持。此外，CADD和SPR鑒定并驗證了7種具有高結(jié)合親和力的關(guān)鍵血清化合物：4種用于PTGS2（牡丹皮苷C、黃芩苷、牡荊苷、蘆薈素-8-O-β-d-吡喃葡萄糖苷），5種用于EPHX2（金縷梅單寧、Choerospondin、牡荊素、Nepitrin、蘆薈素8-O-β-d-葡萄糖苷）。

結(jié)論

我們的研究結(jié)果表明，QFTLF是PTGS2/EPHX2的一種新型天然雙重抑制劑，它通過恢復花生四烯酸代謝平衡來減輕肺上皮細胞（COPD損傷的主要部位）中與COPD相關(guān)的鐵下垂，從而通過將QFTLF及其關(guān)鍵化合物定位為有希望的疾病修飾候選者來解決COPD中尚未滿足的關(guān)鍵臨床需求。

圖文摘要

【前言】

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是一種進行性肺部疾病，其特征是持續(xù)的氣流限制和呼吸道癥狀。在全球范圍內(nèi)，與慢性阻塞性肺病相關(guān)的殘疾率和死亡率都在繼續(xù)上升，隨著人口老齡化，其患病率預計將進一步增加，給公共衛(wèi)生帶來越來越大的負擔。主要病因涉及接觸有害氣體和顆粒物，特別是香煙煙霧（CS），這會導致漸進性炎癥、肺泡損傷（肺氣腫）和小氣道阻塞性變化，如粘液堵塞，最終導致不可逆的氣流阻塞、氣道阻力升高和肺功能受損。環(huán)境因素，包括極端溫度和聚氯乙烯（PVC）產(chǎn)品中的鄰苯二甲酸酯（PAE），也被認為是導致癥狀惡化和疾病進展的因素。這種復雜的發(fā)病機制，再加上慢性阻塞性肺病的臨床異質(zhì)性，對開發(fā)廣泛有效的療法提出了重大挑戰(zhàn)。目前的治療依賴于長效支氣管擴張劑（LABA/LAMAs）和吸入性糖皮質(zhì)激素（ICSs），它們可以緩解癥狀，但不能阻止疾病進展或逆轉(zhuǎn)潛在損傷。因此，迫切需要針對驅(qū)動慢性阻塞性肺病的核心分子機制的創(chuàng)新治療方法。

許多研究證實，花生四烯酸（AA）代謝失調(diào)導致炎癥、脂質(zhì)過氧化和鐵下垂，與慢性阻塞性肺病的發(fā)病機制密切相關(guān)。在AA代謝途徑中，AA可以通過多種酶途徑代謝，包括環(huán)氧化酶（COX）、脂氧合酶（LOX）和細胞色素P450（CYP），以產(chǎn)生各種二十烷類化合物。最近的研究進一步闡明了關(guān)鍵酶在這一途徑中的作用。除了其經(jīng)典的促炎功能外，前列腺素內(nèi)過氧化物合酶2（PTGS2/COX-2）現(xiàn)在被認為是鐵中毒的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，通過特定的信號軸（如PTGS2-PGE2、NF-κB-PTGS2和PTGS2-AKR1C3-GPX4）積極促進脂質(zhì)過氧化。12/15-LOX也被報道為脂質(zhì)過氧化和鐵中毒的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。值得注意的是，來源于CYP介導的AA代謝（例如，通過CYP2J2）的抗炎和抗氧化環(huán)氧二十碳三烯酸（EET）可以被可溶性環(huán)氧化物水解酶（EPHX2/sEH）快速代謝為相應的促炎和促氧化二羥基二十碳三烯酸（DHET），從而加劇脂質(zhì)過氧化并促進鐵死亡信號傳導。這些關(guān)鍵酶（PTGS2、12/15-LOX、CYP2J2和EPHX2）已被確定為COPD的有前景的治療靶點。

然而，目前針對慢性阻塞性肺病的植物藥物研究主要集中在PTGS2和12/15-LOX的雙重抑制上，補肺活血膠囊和桑葉提取物的療效證明了這一點。相比之下，目前還沒有同時靶向PTGS2和EPHX2的植物藥物。針對PTGS2和EPHX2的合成雙抑制劑，如PTUPB，在肺部疾病中顯示出有希望的結(jié)果。例如，據(jù)報道，PTUPB可以抑制巨噬細胞活化并下調(diào)炎癥相關(guān)基因，從而減輕急性肺損傷和COPD進展。此外，PTGS2和EPHX2的雙重抑制顯著降低了博萊霉素誘導的肺泡上皮細胞（AECs）中衰老相關(guān)分子的表達。然而，單一合成化合物的副作用風險和潛在的藥代動力學局限性不容忽視。此外，尚不清楚這種雙靶點抑制策略是否在肺上皮細胞中具有類似的保護作用，肺上皮細胞是慢性阻塞性肺病的主要損傷部位。

中醫(yī)藥的多成分、多靶點方法為慢性阻塞性肺病等復雜呼吸道疾病提供了一種有前景的治療策略。清肺通絡方（QFTLF）來源于麻杏石甘湯，這是一種治療呼吸道感染的經(jīng)典中草藥配方。最近，QFTLF因其對呼吸系統(tǒng)的顯著療效而被用于治療COPD。此外，臨床研究表明，QFTLF顯著緩解了嚴重急性呼吸系統(tǒng)綜合征冠狀病毒2型感染患者的咳嗽和咳痰等癥狀，緩解率約為89%。這些發(fā)現(xiàn)強調(diào)了QFTLF作為COPD患者治療選擇的潛力。然而，QFTLF對COPD發(fā)揮治療作用的多靶點機制和生物活性成分，特別是其在調(diào)節(jié)PTGS2和EPHX2中的作用，尚未得到探索，從而阻礙了對其治療潛力的深入了解。

因此，為了闡明QFTLF的分子機制和生物活性成分，特別是其對PTGS2/EPHX2的雙重調(diào)節(jié)，并研究這種雙靶點抑制策略在緩解COPD相關(guān)炎癥和鐵下垂方面是否比單靶點干預更有效，我們采用了一種綜合方法。這包括基于UPLC-MS/MS的血清藥物化學、多模式數(shù)據(jù)整合分析（轉(zhuǎn)錄組學、蛋白質(zhì)組學、基于PS-V2N的復雜網(wǎng)絡和單細胞RNA測序）、CADD（誘導適配對接和MD模擬等）、SPR和體內(nèi)/體外實驗驗證。我們的研究結(jié)果闡明，PTGS2/EPHX2的雙重抑制對COPD肺上皮細胞具有保護作用。此外，QFTLF是一種新型的天然PTGS2/EPHX2雙重抑制劑，在恢復花生四烯酸代謝平衡方面表現(xiàn)出卓越的多組分和多靶點療效，從而減輕慢性阻塞性肺病相關(guān)的鐵中毒、炎癥和脂質(zhì)過氧化。值得注意的是，七種血清化合物構(gòu)成了這一活性的關(guān)鍵物質(zhì)基礎，Vitexin和Aloe-modin-8-O-β-d-吡喃葡萄糖苷顯示出作為PTGS2/EPHX2雙重抑制劑的特定潛力。總的來說，這些發(fā)現(xiàn)為開發(fā)同時靶向PTGS2/EPHX2的植物藥物或藥物組合提供了戰(zhàn)略基礎，并促進了QFTLF在COPD中的臨床應用，這將是對GOLD指南的有益補充。

【結(jié)果部分】

1.通過UPLC-MS/MS對清肺通絡方進行化學表征、質(zhì)量標志物含量測定。

2.QFTLF減輕了脂多糖（LPS）和香煙煙霧（CS）誘導的大鼠COPD相關(guān)病理變化。

3.QFTLF衍生的原型血清化合物的鑒定。

4.轉(zhuǎn)錄組學和蛋白質(zhì)組學分析揭示了QFTLF抗COPD的潛在機制。

5.多模態(tài)數(shù)據(jù)整合揭示了與QFTLF原型血清化合物相關(guān)的核心途徑和靶點。

6.單細胞RNA測序（scRNA-seq）分析驗證了人類慢性阻塞性肺病的核心途徑和靶點，并確定了關(guān)鍵細胞類型。

7.QFTLF對COPD保護作用的花生四烯酸代謝相關(guān)機制的體內(nèi)驗證。

8.不同細胞類型中香煙煙霧提取物（CSE）和QFTLF血清最佳暴露條件的確定。

9.QFTLF血清對CSE暴露的MLE-12細胞花生四烯酸代謝調(diào)節(jié)作用的體外驗證。

10.QFTLF血清和PTGS2/EPHX2抑制劑對CSE暴露的MLE-12細胞鐵死亡、脂質(zhì)過氧化和炎癥的影響。

11.關(guān)鍵PTGS2/EPHX2靶向化合物的計算鑒定和驗證。

12.關(guān)鍵PTGS2和EPHX2靶向化合物的實驗驗證和機理分析。

13.QFTLF及其PTGS2/EPHX2靶向抗COPD活性化合物的示意圖。

【結(jié)論與討論】

總的來說，通過整合多模式數(shù)據(jù)，本研究創(chuàng)新性地證明了QFTLF是PTGS2和EPHX2的天然雙重抑制劑，通過恢復花生四烯酸代謝平衡來減輕肺上皮細胞中與COPD相關(guān)的鐵死亡。這些發(fā)現(xiàn)為系統(tǒng)地破譯復雜草藥配方的物質(zhì)基礎和機制建立了一個方法框架，同時也為開發(fā)新型雙靶點藥物提供了基礎。最終，通過將QFTLF及其關(guān)鍵化合物定位為疾病修飾候選物，這項工作為GOPD指南提供了有益的補充。

注：本文原創(chuàng)表明為原創(chuàng)編譯，非聲張版權(quán)，侵刪！

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