乙酰乙酸通过调节TGF-β1/Smad2/3信号通路改善皮肤纤维化

《Journal of Bodywork and Movement Therapies》：Acetoacetate Ameliorates Skin Fibrosis by Modulating TGF-β1/Smad2/3 Signaling Pathway

皮肤纤维化与酮体代谢异常相关，补充乙酰乙酸（AcAc）可抑制TGF-β1/Smad2/3信号通路，减轻纤维化。通过基因表达分析和动物模型验证，发现OXCT1等酮体代谢关键基因在纤维化组织中下调，敲低OXCT1加剧纤维化，而AcAc补充逆转病理过程，抑制胶原沉积和炎症反应。

　　皮肤纤维化是一种与长期伤口愈合相关的病理过程，通常表现为皮肤中成纤维细胞的异常增殖以及细胞外基质（ECM）的过度沉积。这种疾病在多种皮肤纤维化病症中出现，例如系统性硬化症、肥厚性瘢痕（HS）和瘢痕疙瘩。皮肤纤维化不仅影响患者的外观，还可能对生活质量产生深远影响，如引起皮肤硬化、变形及功能障碍。尽管已有多种治疗方法用于缓解皮肤纤维化，但这些方法往往伴随显著的副作用，如皮肤萎缩、溃疡和色素沉着等。因此，探索更有效且副作用较少的治疗策略对于改善患者预后至关重要。

近年来，代谢过程与纤维化之间的关系逐渐受到关注，特别是酮体代谢对纤维化进程的影响。酮体是肝脏中脂肪酸β-氧化产生的乙酰辅酶A的衍生物，主要包括乙酰乙酸（AcAc）、β-羟基丁酸（β-OHB）和丙酮。其中，AcAc和β-OHB在β-羟基丁酸脱氢酶（BHD）的催化下可相互转化，随后被运输至非肝组织，如大脑、肌肉和心脏，作为替代能量来源。在非肝组织中，β-OHB通过BDH转化为AcAc，再经由SCOT转化为AcAc-CoA，最终通过ACAT1裂解为两个乙酰辅酶A分子，进入三羧酸循环（TCA cycle）以生成ATP。然而，关于酮体代谢对皮肤纤维化的影响仍缺乏深入研究。

本研究通过分析来自人类瘢痕疙瘩和小鼠博来霉素（BLM）诱导的皮肤纤维化组织的基因表达数据，发现酮体代谢在纤维化过程中受到显著抑制。具体表现为关键代谢调控基因如BDH1、OXCT1和ACAT1的表达水平下降。为了进一步验证这一发现，我们通过干扰OXCT1基因表达，观察到其对皮肤纤维化的促进作用。在OXCT1被敲低的条件下，正常皮肤出现了自发性纤维化现象，同时BLM诱导的皮肤纤维化程度显著加重。此外，OXCT1的缺失还导致成纤维细胞在TGF-β1刺激下更容易转化为肌成纤维细胞，这种转化是皮肤纤维化的重要特征之一。

进一步的机制研究表明，AcAc的补充可以显著抑制TGF-β1诱导的Smad2/3磷酸化，从而减少成纤维细胞的活化和纤维化相关蛋白的表达。通过实验观察发现，AcAc的局部给药能够有效改善BLM诱导的皮肤纤维化。具体表现为皮肤真皮层厚度的减少、皮下脂肪层萎缩的缓解以及胶原蛋白沉积的改善。这些结果表明，AcAc在调节皮肤纤维化方面具有潜在的治疗价值。

研究还发现，通过饮食诱导的酮症（KD）并未对BLM诱导的皮肤纤维化产生明显影响，这表明酮体代谢的调控可能更依赖于直接作用于成纤维细胞的机制，而非全身性的代谢改变。因此，通过局部补充AcAc，可以更有效地干预皮肤纤维化的进程。这一结论得到了体内实验的进一步支持，即在BLM诱导的纤维化皮肤中，OXCT1的敲低显著增强了Smad2/3的磷酸化水平，而AcAc的补充则有效抑制了这一过程。

此外，研究还探讨了酮体代谢紊乱如何影响TGF-β1/Smad2/3信号通路的激活。通过共免疫沉淀实验，我们发现AcAc能够削弱TGFβRI与TGFβRII以及p-Smad2和p-Smad3之间的相互作用，从而抑制该通路的激活。这一发现表明，AcAc可能通过阻断Smad2/3与TGFβRI的结合，减少其磷酸化，进而抑制成纤维细胞的活化和皮肤纤维化的进展。

研究中还涉及了多种实验方法，包括生物信息学分析、定量实时PCR（qRT-PCR）、Western blot和免疫荧光染色等。通过这些技术手段，我们能够系统地评估不同代谢调控基因在纤维化过程中的表达变化，并进一步探讨其在细胞行为调控中的作用。例如，通过免疫荧光染色，我们观察到在OXCT1被敲低的情况下，成纤维细胞中COL1A1和α-SMA的表达显著增加，表明其向肌成纤维细胞的转化被促进。而AcAc的补充则显著降低了这些蛋白的表达水平，进一步支持了其抗纤维化的作用。

本研究还发现，皮肤纤维化与代谢紊乱之间存在复杂的相互作用。例如，在糖尿病心肌病中，酮体作为替代能量来源，有助于改善心脏纤维化。同样地，在皮肤纤维化中，代谢调控的失衡可能导致成纤维细胞的异常增殖和胶原蛋白的过度沉积。这些发现提示我们，代谢调控在皮肤纤维化的发生和发展中扮演着重要角色，而AcAc可能作为一种新的治疗手段，通过恢复酮体代谢的平衡来干预纤维化进程。

在实验设计方面，本研究采用了多种动物模型和人类组织样本，以确保研究结果的可靠性和可推广性。例如，通过在小鼠中诱导皮肤纤维化，并结合AcAc的局部给药，我们能够观察到其对纤维化病理特征的改善作用。同时，我们还利用人类瘢痕疙瘩组织和正常皮肤组织进行基因表达分析，进一步验证了研究结果。这些实验方法的综合应用为理解酮体代谢在皮肤纤维化中的作用提供了坚实的实验基础。

研究结果表明，OXCT1的敲低不仅导致了酮体代谢的紊乱，还促进了TGF-β1/Smad2/3信号通路的激活，从而加剧了皮肤纤维化。相比之下，AcAc的补充则能够有效抑制这一信号通路的激活，减少成纤维细胞的活化和胶原蛋白的沉积。这一发现不仅揭示了酮体代谢在皮肤纤维化中的潜在调控作用，也为开发新的抗纤维化治疗策略提供了理论依据。

综上所述，本研究通过系统分析酮体代谢在皮肤纤维化中的作用，揭示了其与TGF-β1/Smad2/3信号通路之间的复杂关系。AcAc的补充能够显著改善皮肤纤维化，这一发现为未来治疗皮肤纤维化提供了新的思路。未来的研究可以进一步探讨酮体代谢调控的其他潜在机制，以及其在其他纤维化疾病中的应用前景。此外，开发具有细胞特异性靶向能力的治疗手段，将有助于提高治疗效果并减少不必要的副作用。