《Chemico-Biological Interactions》：Cytochrome P450-Mediated Detoxification and NF-κB/NLRP3 Pathway-Driven Hepatotoxicity of Emodin: Multiomics and laboratory evidence
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本研究系统探究Emodin肝毒性的代谢与分子机制，发现CYP酶代谢产生的羟基Emodin是毒性关键，其通过激活NF-κB/NLRP3通路及干扰LPS、鞘脂、胆固醇代谢导致肝损伤。
吴莉莉|陈思雨|杨启源|李星|刘凌燕|纪胜军|唐帅元|张思慧|王艳|陈润志|詹志坤
中国佛山市第一人民医院（南方科技大学附属医院）药学系，南方科技大学医学院，佛山528000
摘要
埃莫丁（Emodin）是一种广泛存在于中药中的生物活性化合物，具有广泛的治疗潜力，但由于关于其肝毒性的相互矛盾的报告而引发了安全性担忧。本研究探讨了埃莫丁诱导肝脏损伤的毒理学机制。埃莫丁（25-100 μM）在HepG2细胞中表现出剂量依赖性的细胞毒性，细胞色素P450（CYP）酶CYP1A2和CYP3A4被确定为将埃莫丁代谢为羟基化产物（M1-M3）的主要酶。对埃莫丁及其代谢物在HepG2细胞中的细胞毒性进行比较实验表明，CYP介导的代谢是一个关键的解毒途径。此外，使用1-氨基苯并三唑（ABT，500 μM）抑制CYP显著增强了埃莫丁（12.5-100 μM）在HepG2细胞中的细胞毒性。同样，ABT（50 mg/kg）在连续三周联合给药后显著加剧了埃莫丁（400 mg/kg）在小鼠中引起的肝毒性。转录组分析及验证实验表明，NF-κB/NLRP3信号通路的激活促进了埃莫丁诱导的肝脏损伤。代谢组分析进一步揭示了关键通路的紊乱，包括脂多糖（LPS）生物合成、鞘脂代谢和胆固醇代谢。综合多组学分析发现这些代谢物（LPS、鞘氨醇、胆固醇）与NF-κB/NLRP3通路基因之间存在显著的正相关关系。这些发现表明，埃莫丁通过上调LPS、鞘氨醇和胆固醇激活了NF-κB/NLRP3通路，从而引发肝脏损伤。总体而言，本研究阐明了埃莫丁的代谢解毒途径，并对其肝毒性机制提供了深入理解。
引言
中医因其悠久的历史和多样的健康促进作用而广受认可。然而，最近有人担心某些中药成分可能具有肝毒性[1]，[2]。埃莫丁是一种天然蒽醌多酚，主要存在于大黄（Rhubarb）、多花蓼（Polygonum multiflorum）和尖叶蓼（Polygonum cuspidatum）等草药中[3]。它在中医中被广泛用于泻下、抗炎和抗癌[4]，[5]，[6]。然而，有证据表明，埃莫丁及其含埃莫丁的草药制剂在高剂量或长期使用时可能对人类和实验动物产生肝毒性[7]，[8]，[9]。这些发现凸显了阐明埃莫丁诱导肝毒性机制的紧迫性。
药物在代谢转化后其极性和生物活性会发生变化。代谢酶催化药物的生物转化，因此对于解毒或从有毒化合物生成活性代谢物至关重要。因此，了解埃莫丁等药物的代谢过程对于阐明其毒性特征至关重要。先前的研究表明，埃莫丁通过细胞色素P450酶（CYPs）进行氧化代谢，以及通过UDP-葡萄糖醛酸转移酶（UGTs）进行葡萄糖醛酸化代谢[10]，[11]。我们的先前研究已证明，UGT2B7介导的葡萄糖醛酸化可以减轻埃莫丁引起的肝毒性[12]。此外，研究显示埃莫丁在肝脏中通过CYPs被广泛代谢为多种羟基化代谢物，包括2-、4-、5-、7-和ω-羟基埃莫丁[8]，[13]。然而，关于氧化在埃莫丁毒性中的作用的信息相对较少。因此，本研究旨在阐明氧化在埃莫丁诱导肝毒性中的作用。
近年来，多组学方法与系统生物学的结合使得能够全面分析各种组学数据集，从而有助于识别生物标志物、治疗靶点和毒理学机制。例如，赵等人通过整合转录组和代谢组分析，确定了酰基肉碱作为三萜类化合物诱导的肝脏损伤的潜在生物标志物[14]。同样，岳等人通过转录组和代谢组分析发现了511个差异表达基因（DEGs）和78个改变的代谢物，表明脂质代谢和花生四烯酸代谢可能是海洛因诱导肝毒性的潜在治疗靶点[15]。最近的一项研究表明，杜鹃花（Rhododendron molle Flos）诱导的肝毒性可能是由于氧化应激导致类固醇激素生物合成、丙酮酸代谢和脂肪酸代谢紊乱[16]。这些发现表明，整合多组学方法可能是探索埃莫丁诱导肝毒性机制的强大工具。
在本研究中，使用重组CYP酶系统地研究了埃莫丁的主要代谢酶及相关代谢物，并通过一系列体外模型全面评估了埃莫丁衍生物的毒理学特性。为了进一步验证这些发现，在小鼠模型中进行了体内实验。此外，通过整合转录组和代谢组分析阐明了埃莫丁诱导肝毒性的潜在分子机制。总体而言，本研究不仅揭示了埃莫丁的代谢解毒途径，还明确了其毒理学机制，为其合理临床应用奠定了坚实基础。
化学物质和试剂
埃莫丁、α-萘黄酮、β-萘黄酮、酮康唑、利福平和1-氨基苯并三唑（ABT）购自Aladdin（上海，中国）。ω-羟基埃莫丁（M1）、2-羟基埃莫丁（M2）和5-羟基埃莫丁（M3）购自Desite Biologic Technology（成都，中国）。人肝微粒体（HLMs）、重组人CYP酶和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）再生系统购自BD Sciences（美国沃本）。小鼠胆固醇...
埃莫丁在HepG2细胞中诱导细胞毒性和肝脏损伤
与对照组相比，埃莫丁暴露显著降低了细胞活力并增加了肝脏损伤生物标志物（ALT、AST和LDH）的水平（图1）。剂量-反应分析显示，埃莫丁浓度为50 μM和100 μM时细胞毒性最为明显。基于这些结果，选择50 μM作为进一步实验的最佳浓度。
埃莫丁的CYP介导的代谢解毒
为了确定负责埃莫丁代谢的主要CYP亚型，使用了九种重组人CYP...
讨论
大多数临床使用的药用植物尚未经过肝毒性评估，通常被认为是“安全的”。然而，新的证据表明，埃莫丁（主要来自大黄（Rheum spp.）和多花蓼（Polygonum multiflorum (Thunb.)）的生物活性成分）具有潜在的肝毒性[1]。本研究旨在通过阐明埃莫丁诱导肝毒性的机制，为研究人员和临床医生提供必要的信息...
结论
总体而言，本研究建立了理解埃莫丁诱导肝毒性的全面毒理学框架，表明炎症反应和代谢紊乱起着核心作用。通过整合多组学分析和严格的实验室验证，我们确定了NF-κB/NLRP3信号通路的激活以及LPS生物合成、鞘脂代谢和胆固醇代谢的紊乱是埃莫丁诱导肝毒性的关键介质...
CRediT作者贡献声明
吴莉莉：撰写——初稿、验证、方法学、资金获取、数据管理。陈思雨：撰写——初稿、方法学、研究、正式分析、数据管理。陈润志：撰写——审阅与编辑、验证、监督、概念化。詹志坤：撰写——审阅与编辑、监督、项目管理、资金获取、概念化。张思慧：数据管理。王艳：撰写——审阅与编辑、验证、监督。纪胜军：资金来源
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：82304604、32400037）、广东省基础与应用基础研究基金-区域联合青年基金项目（项目编号：2023A1515110577）、广东省中医药局项目（项目编号：20241299）以及福建省卫生健康科技项目（项目编号：2022GGB002）的支持。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
