引言
头孢地科尔是一种新型的铁载体头孢菌素，用于治疗由多重耐药革兰氏阴性细菌引起的严重败血症感染。其化学结构包含一个β-内酰胺环、一个增强对β-内酰胺酶稳定性的吡咯里啶基团，以及C-7侧链上的一个羧基丙氧基亚胺基团，这有助于其穿过细菌外膜[1]。头孢地科尔结构的一个独特特征是C-3侧链上的氯儿茶酚结构，该结构能够螯合铁离子（Fe3?），促进其进入革兰氏阴性细菌[2, 3]。一项体外研究表明，头孢地科尔可以减少脂多糖（LPS）在人脐静脉细胞中引发的炎症反应[4]。然而，头孢地科尔在治疗LPS诱导的急性肺损伤（ALI）中的作用尚不明确。因此，本研究旨在探讨头孢地科尔在LPS诱导的ALI小鼠模型中的免疫调节作用，以评估其在减轻与败血症相关的炎症和肺损伤方面的治疗潜力。
所有动物均生活在无特定病原体的环境中。36只小鼠被随机分为六组（每组6只）。第1组（对照组）接受0.9%的氯化钠（NaCl）腹腔注射。第2组（头孢地科尔组）接受单次腹腔注射头孢地科尔（80 mg/kg）。第3组（LPS组）接受10 mg/kg的铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）LPS腹腔注射[5]。第4组（LPS + 头孢地科尔组）先接受头孢地科尔（80 mg/kg）治疗，2小时后再次接受LPS注射。第5组（LPS + ferrostatin-1 [Fer-1]组）在LPS暴露前接受铁死亡抑制剂ferrostatin-1（1 mg/kg）治疗。第6组（LPS + 头孢吡肟组）在LPS注射前接受头孢吡肟（100 mg/kg）治疗。
对于第3至6组，LPS暴露后12小时由盲法观察者评估小鼠败血症评分（MSS）。随后对小鼠实施安乐死并采集肺组织。第1组和第2组的小鼠在NaCl或头孢地科尔注射后12小时也被实施安乐死。通过苏木精和伊红染色评估肺损伤，并测量炎症细胞因子及铁死亡相关标志物（包括亚铁离子浓度、活性氧物种（ROS）、丙二醛（MDA）和谷胱甘肽（GSH）的信使RNA（mRNA）表达水平。实验设计见a>图S1。
与对照组和仅接受头孢地科尔治疗的组相比[图1A和B]，LPS处理的小鼠表现出明显的肺损伤，包括肺泡损伤、炎症细胞浸润、出血和肺泡隔增厚[图1C]。同时给予头孢地科尔或Fer-1显著减少了LPS引起的组织损伤[图1D和E]，而头孢吡肟仅具有部分效果[图1F]。LPS还显著增加了小鼠肺组织中白细胞介素（IL）-1β、IL-6和肿瘤坏死因子-α的mRNA和蛋白质水平，这些指标被头孢地科尔抑制[图1G至I]。LPS也提高了MSS，而头孢地科尔治疗则降低了MSS[图S2A]。所有组的肺损伤评分见图S2B。流式细胞术显示LPS增加了肺组织中的亚铁离子和ROS水平，这些效应部分被头孢地科尔减弱[图S3A和B]。这些发现表明头孢地科尔可以减轻LPS诱导的小鼠肺损伤和败血症的严重程度。
图1 头孢地科尔显著缓解了LPS诱导的急性肺损伤[体内]。（A–F）肺组织的H&E染色代表性图像。使用光学显微镜观察形态：A对照组；B头孢地科尔组；CLPS组；DLPS+头孢地科尔组；ELPS+ Fer-1组；FLPS+头孢吡肟组。（G–I）小鼠肺组织中IL-1β、IL-6和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）mRNA的相对水平。数据以平均值±标准差表示。*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001。LPS诱导的肺损伤表现为急性炎症、脂质过氧化和抗氧化防御功能受损。MDA是脂质过氧化过程中产生的最主要的醛类代谢物[6]。此外，氧化应激引起的ALI会导致GSH过度消耗[7]。MDA和GSH水平是ALI的公认指标[5]。我们的研究发现LPS可以显著升高小鼠肺组织中的MDA水平并降低GSH水平。然而，这些变化被头孢地科尔治疗逆转了[图S3C和D]。
最近的研究表明，LPS通过产生炎症介质和ROS来诱导宿主组织的氧化损伤，从而破坏铁的稳态[8, 9]。我们的结果显示，头孢地科尔部分减轻了LPS诱导的ALI和组织炎症，并显著抑制了铁死亡。这些效果与使用铁死亡抑制剂Fer-1的类似研究结果相当[10]。相比之下，尽管结构相似，头孢吡肟对LPS引起的肺损伤没有显著效果。
头孢地科尔是一种新型抗生素，对多重耐药的革兰氏阴性细菌有效，包括难以治疗的铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）、碳青霉烯类耐药的鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）和碳青霉烯类耐药的肠杆菌科细菌[11, 12]。美国FDA于2020年批准头孢地科尔用于医院获得性和呼吸机相关性细菌性肺炎的治疗。头孢地科尔作为一种铁螯合剂，通过阻止铁向氧化物的电子转移并减少ROS的产生来抑制铁死亡。我们的结果证实了头孢地科尔在LPS诱导的ALI中的免疫保护作用。相反，头孢吡肟在治疗ALI方面没有效果。然而，传统的铁螯合剂（如去铁胺和去铁酮）由于不稳定、患者依从性差和不良反应而受到限制[13]。相比之下，头孢地科尔已获得FDA批准，耐受性良好，可能为治疗与铁代谢失调相关的败血症提供更安全、更方便的选择。
我们的研究存在一些局限性需要承认。我们使用的是腹腔注射LPS而非结肠穿刺，这可能无法完全模拟败血症的病理生理过程。ALI涉及多种细胞类型的损伤，包括上皮细胞、内皮细胞和免疫细胞[14, 15]。不同的细胞死亡方式（包括凋亡、焦亡和铁死亡）相互关联，一种途径的激活往往会影响其他途径。这种相互作用会加剧细胞损伤和炎症，从而进一步促进ALI的发展和进展[16, 17]。我们没有研究LPS诱导的ALI中的其他细胞类型或替代的细胞死亡途径。此外，我们的发现基于动物模型，需要进一步的临床研究来确认头孢地科尔在败血症相关并发症中的疗效。
总体而言，头孢地科尔显著减轻了组织病理学改变和细胞因子的产生，从而减少了LPS介导的ALI在小鼠中的影响。头孢地科尔还提高了肺组织中的抗氧化剂水平，同时减少了LPS诱导的铁死亡。头孢地科尔可能在LPS诱导的ALI病例中提供额外的免疫保护作用。然而，需要进一步的临床研究来证实这些发现。
