Scutellarin 通过抑制 HIF-1α 介导的 Warburg 效应，从而抑制结核分枝杆菌在巨噬细胞中诱导的 pyroptosis（程序性细胞死亡）

《Redox Report》：Scutellarin suppresses Mycobacterium tuberculosis-induced pyroptosis in macrophages by inhibiting the HIF-1α-mediated Warburg effect

本研究探讨 Scutellarin (SCU) 通过抑制 HIF-1α 介导的瓦洛格效应，保护 Mtb 感染巨噬细胞免受炎症和吡罗尼特溶解的机制。体外实验表明 SCU 减少NLRP3炎症小体激活，降低IL-1β和IL-18分泌，同时通过调节DRP1磷酸化、MFN2表达及线粒体膜电位恢复，缓解线粒体功能障碍。体内实验证实SCU减轻LPS诱导急性肺损伤，显著降低血清IL-1β水平，并通过抑制HIF-1α相关基因表达调控代谢重编程。研究为宿主定向治疗结核提供新靶点。

　　### 对SCU在抗结核治疗中作用的科学解读

结核病（Tuberculosis, TB）是由结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis, Mtb）引起的全球性传染病，长期以来都是公共卫生领域的重要挑战。随着抗结核药物的耐药性问题日益严重，以及治疗周期过长，传统的治疗方式面临诸多限制。因此，研究新的治疗策略，特别是针对宿主的治疗手段（Host-Directed Therapy, HDT），成为解决这些问题的关键。HDT的核心在于调控宿主与病原体之间的相互作用，通过改善宿主的免疫反应和代谢状态，来抑制病原体的生长和传播，同时减少免疫系统的过度激活，从而减轻炎症反应和组织损伤。

在这一背景下，SCU（Scutellarin）作为一种从黄芩（Scutellaria baicalensis）中提取的黄酮类化合物，因其具有抗炎、抗氧化和抗凋亡等特性而受到关注。SCU不仅在心血管疾病中表现出显著的治疗潜力，还在调节免疫代谢方面展现出良好的前景。近年来，越来越多的研究发现，免疫细胞的代谢重编程在感染过程中扮演着至关重要的角色，尤其是在结核分枝杆菌感染中，宿主细胞如巨噬细胞表现出明显的代谢变化，如由有氧氧化向糖酵解的转变，即所谓的“瓦尔堡效应”（Warburg effect）。这种代谢重编程不仅影响细胞的能量供应，还与炎症反应的增强密切相关。

#### SCU对巨噬细胞功能的影响

本研究首先评估了SCU对THP-1和J774A.1两种巨噬细胞系的影响。通过MTT实验，研究发现SCU在较低浓度（10–40 μM）下对细胞活力无显著影响，而在较高浓度（80 μM）下可能会导致一定的细胞毒性。因此，后续实验选择20、40和80 μM作为SCU的处理浓度，以确保实验的安全性和有效性。这一结果表明，SCU在低剂量下对细胞无害，具有作为治疗药物的潜力。

进一步的研究显示，SCU能够显著抑制Mtb感染引起的糖酵解增强，从而恢复巨噬细胞的线粒体功能。通过检测细胞的氧消耗率（OCR）和糖酵解质子外排率（glycoPER），研究人员发现Mtb感染会促进巨噬细胞的糖酵解，而SCU则能够有效逆转这一现象。线粒体是细胞能量代谢的核心，其功能的正常维持对于细胞的生存和免疫反应至关重要。SCU通过调控线粒体的形态、膜电位和活性氧（ROS）水平，改善了线粒体的结构和功能。具体而言，SCU减少了线粒体的分裂，促进了线粒体的融合，从而恢复了线粒体的形态稳定性。此外，SCU还降低了线粒体ROS的水平，这有助于减轻氧化应激，从而保护细胞免受损伤。

#### SCU对炎症和细胞焦亡的调控作用

在炎症反应方面，SCU表现出显著的抑制作用。研究发现，SCU能够减少NLRP3炎性小体的激活，从而降低IL-1β和IL-18的分泌。这些细胞因子在炎症反应中起着关键作用，尤其是IL-1β，其释放会导致细胞膜破裂，引发细胞焦亡（Pyroptosis）。细胞焦亡是一种程序性细胞死亡形式，它不仅有助于清除病原体，但过度的焦亡会导致持续的炎症反应和组织损伤。SCU通过抑制NLRP3炎性小体的激活，有效降低了细胞焦亡的发生率，从而减轻了炎症反应。

此外，SCU还能够减少HMGB1（高迁移率族蛋白B1）的表达。HMGB1是一种重要的炎症因子，其释放会进一步加剧炎症反应。SCU通过抑制HMGB1的表达，为减轻炎症反应提供了新的分子靶点。这些结果表明，SCU不仅能够调控巨噬细胞的代谢，还能够通过抑制炎症因子的释放，减少炎症反应的强度。

#### HIF-1α在SCU作用机制中的角色

HIF-1α（缺氧诱导因子-1α）是调控细胞代谢和炎症反应的关键因子。在Mtb感染过程中，HIF-1α的表达会显著增加，从而促进糖酵解，导致线粒体功能受损和炎症反应加剧。SCU通过抑制HIF-1α的表达和其与PKM2（丙酮酸激酶M2）的相互作用，从而阻断了HIF-1α介导的代谢重编程。这种抑制作用不仅影响了HIF-1α的表达水平，还减少了其在细胞核内的积累，进而降低了其对糖酵解相关基因的调控能力。HIF-1α与PKM2的相互作用是代谢重编程的核心机制之一，通过这种相互作用，HIF-1α能够促进细胞的糖酵解，导致线粒体功能紊乱和炎症反应增强。SCU通过抑制这种相互作用，为调控宿主代谢提供了新的策略。

#### SCU在动物模型中的应用

为了验证SCU在体内的效果，研究者还建立了LPS（脂多糖）诱导的急性肺损伤（Acute Lung Injury, ALI）小鼠模型。LPS是一种常见的致炎因子，其作用机制与Mtb感染在某些方面相似，例如都会引发炎症反应和细胞焦亡。通过在LPS诱导后给予SCU治疗，研究发现SCU能够显著降低小鼠肺部的IL-1β水平，减少乳酸的积累，并改善肺部组织的病理损伤。这些结果进一步支持了SCU在抑制炎症反应和细胞焦亡方面的潜力。

此外，SCU在体内还表现出对HIF-1α和p-DRP1表达的抑制作用，同时促进MFN2的表达。这些变化有助于维持线粒体的动态平衡，减少线粒体的分裂，促进其融合，从而改善线粒体功能。免疫组化分析也显示，SCU能够有效减少肺部组织中HIF-1α和p-DRP1的表达，而增加MFN2的表达，这进一步证明了SCU在体内通过调控HIF-1α介导的代谢重编程，从而改善线粒体功能和减轻炎症反应。

#### SCU的潜在治疗价值

综上所述，SCU在体外和体内均表现出良好的抗炎和抗细胞焦亡效果。它通过抑制HIF-1α介导的糖酵解增强，改善线粒体功能，从而减轻由Mtb感染引起的炎症反应和组织损伤。这一发现不仅为抗结核治疗提供了新的思路，还拓宽了SCU在免疫代谢调控中的应用前景。此外，SCU在LPS诱导的急性肺损伤模型中也显示出良好的保护作用，表明其在治疗其他炎症性疾病中同样具有潜力。

然而，本研究也存在一定的局限性。首先，实验中使用的Mtb H37Ra株是无毒株，相较于更具致病性的H37Rv株，其诱导的细胞焦亡和炎症反应可能较弱。因此，未来的研究可以考虑使用更具代表性的Mtb株，以更准确地模拟结核病的病理特征。其次，尽管LPS模型在研究炎症相关代谢变化方面具有一定的合理性，但它并不能完全模拟Mtb感染的复杂性。因此，未来研究应结合真实的Mtb感染模型，以更深入地探索SCU的作用机制。

#### 未来研究方向

未来的研究可以进一步探讨SCU在不同Mtb株感染中的作用差异，以及其在不同免疫细胞类型中的作用机制。此外，研究者还可以探索SCU与其他抗炎药物的联合应用，以评估其协同效应。同时，SCU的分子作用机制仍需深入研究，特别是其与HIF-1α和PKM2之间的相互作用。进一步的分子生物学实验，如染色质免疫共沉淀（ChIP）和转录组分析，将有助于揭示SCU在调控基因表达中的具体作用。此外，SCU在人体中的应用前景也值得进一步探讨，尤其是在临床试验中验证其安全性和有效性。

综上所述，SCU作为一种天然产物，其在抗结核治疗中的作用机制涉及多个层面，包括抑制HIF-1α介导的代谢重编程、改善线粒体功能、减少炎症因子的释放以及抑制细胞焦亡。这些发现不仅为抗结核治疗提供了新的策略，还拓展了SCU在免疫代谢调控中的应用范围。未来的研究应进一步验证其在真实感染模型中的效果，并探索其在临床中的应用潜力。