《Naunyn-Schmiedeberg's Archives of Pharmacology》：β-Hydroxy-β-methylbutyrate attenuates sepsis-associated lung injury by regulating NF-κB p65-mediated inflammation, ER stress and mitochondrial apoptosis in a rat model
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本研究针对脓毒症诱发急性肺损伤（ALI）这一重症监护中高死亡率并发症，探究了必需氨基酸代谢物β-羟基-β-甲基butyrate（HMB）的潜在保护作用。研究人员利用大鼠盲肠结扎穿孔（CLP）模型，发现HMB预处理能显著改善肺组织病理损伤，并通过抑制NF-κB p65介导的炎症、减轻内质网应激（ER stress）及线粒体凋亡途径，同时激活NRF2/GPX4抗氧化防御系统，从而发挥多通路协同保护效应。该成果发表于药理学权威期刊，为开发脓毒症相关性肺损伤的辅助治疗策略提供了新的实验依据和潜在药物靶点。
脓毒症是一种危及生命的综合征，是机体对感染的反应失调所致，常常导致多器官功能障碍和全球范围内的高死亡率。在众多受累器官中，肺部因丰富的血管网络和暴露于循环炎症介质之下而显得尤为脆弱，极易发展为急性肺损伤（ALI）和急性呼吸窘迫综合征（ARDS），延长机械通气时间并增加患者死亡率。尽管在重症监护领域取得了一定进展，但脓毒症相关性肺损伤的临床治疗选择仍然有限，死亡率居高不下。因此，寻找能够有效减轻脓毒症相关肺组织损伤的新型治疗药物或辅助手段，具有重要的临床意义。
脓毒症引发的肺部损伤病理生理机制复杂，涉及炎症风暴、细胞凋亡、氧化应激和内质网应激等多个相互交织的分子通路。其中，核因子κB（NF-κB）通路的过度激活会驱动大量促炎细胞因子（如TNF-α、IL-1β、IL-6）的释放，加剧组织损伤。与此同时，细胞凋亡的执行者caspase 3（Cas-3）、调控线粒体膜通透性的Bcl-2家族蛋白（如促凋亡的Bax和抗凋亡的Bcl-2）以及细胞色素C（Cyt-C）的释放，共同构成了线粒体凋亡途径。另一方面，内质网应激标志物C/EBP同源蛋白（CHOP）、葡萄糖调节蛋白78（GRP78）和caspase 12（Cas-12）的上调，也提示了内质网功能紊乱及其引发的凋亡信号。此外，氧化应激的失衡，尤其是核因子E2相关因子2（NRF2）及其下游抗氧化酶如谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的表达抑制，进一步放大了组织损害。这些通路并非独立运作，而是形成了一个复杂的网络，共同推动脓毒症肺损伤的进展。因此，能够多靶点干预这些通路的药物可能更具治疗潜力。
β-羟基-β-甲基丁酸（HMB）是必需氨基酸亮氨酸的代谢产物，在重症监护和运动/应激模型中已被证明具有免疫调节、抗炎、抗凋亡和抗氧化特性。例如，它已被证实可以减轻炎症和氧化应激，抑制蛋白质分解代谢。然而，HMB在脓毒症相关性肺损伤中的具体作用及其分子机制尚不明确。为填补这一知识空白，研究人员在《Naunyn-Schmiedeberg's Archives of Pharmacology》上发表了一项研究，旨在评估HMB在大鼠CLP诱导的脓毒症模型中对肺组织的保护作用，并深入探讨其对NF-κB炎症、内质网应激、线粒体凋亡以及NRF2/GPX4抗氧化通路的影响。
研究采用的主要技术方法包括：
本研究使用32只雄性Wistar Albino大鼠，随机分为四组：假手术组（Sham）、HMB单独处理组、CLP脓毒症模型组以及CLP+HMB联合处理组。HMB通过口服灌胃给予，剂量为300 mg/kg，连续7天，第7天进行CLP或假手术。24小时后处死动物，采集肺组织样本。关键技术包括：1. 组织病理学评估（H&E染色）：对肺组织切片进行染色，半定量评估上皮增厚、脱落和充血等损伤。2. 免疫组织化学（IHC）分析：检测NF-κB p65和Cas-3蛋白在肺组织中的表达与定位。3. 实时逆转录聚合酶链反应（RT-qPCR）：定量测定与内质网应激（CHOP、GRP78、Cas-12）、线粒体凋亡（BAX、BCL-2、Cyt-C）和氧化应激（NRF2、GPX4）相关的基因的mRNA表达水平。数据通过GraphPad Prism进行统计分析。
研究结果
组织病理学发现
在对照组和单独HMB处理组中，肺组织保持了正常的组织学结构。与之形成鲜明对比的是，CLP诱导的脓毒症组大鼠肺组织出现了显著的支气管上皮剥离和变性、上皮增厚、间质水肿和充血，这表明肺泡屏障完整性遭到破坏，导致了液体失衡和组织损伤。然而，在CLP+HMB联合处理组中，这些病变显著减轻，支气管结构和肺泡空间基本恢复正常。半定量评分分析证实，与对照组相比，CLP组的上皮增厚、上皮脱落和充血程度显著更高（p<0.001），而HMB治疗则显著改善了这些参数（p<0.001）。
免疫组织化学发现
免疫组化分析显示，对照组和HMB组中NF-κB p65的表达较弱。在CLP组中，肺泡和支气管上皮中NF-κB p65的表达显著增加（p<0.001）。而在CLP+HMB组中，NF-κB p65的表达被显著抑制（p<0.001），这表明HMB抑制了脓毒症引发的炎症反应。同样，作为细胞凋亡的关键执行者，caspase 3（Cas-3）在对照组和HMB组中表达水平较低。CLP组在肺泡和支气管区域检测到强烈的Cas-3染色（p<0.001），而CLP+HMB组则显著降低了Cas-3的表达（p<0.001），证明HMB抑制了细胞凋亡过程。
遗传学发现
对内质网应激标志物的评估显示，与对照组相比，CLP组的CHOP、GRP78和Cas-12的mRNA水平显著升高（p<0.001），表明内质网应激和内质网介导的细胞凋亡被激活。在CLP+HMB组中，这些基因的表达与CLP组相比显著降低（p<0.001），证明HMB减轻了内质网应激相关的损伤。
对线粒体应激和凋亡通路的分析显示，与对照组相比，CLP组中促凋亡标志物BAX和Cyt-C的表达显著增加（p<0.001），而抗凋亡蛋白BCL-2的表达则显著降低（p<0.001），这表明在脓毒症模型中线粒体凋亡被激活。在CLP+HMB组中，与CLP组相比，BAX和Cyt-C的表达水平显著降低，而BCL-2的表达则增加（p<0.001），表明HMB抑制了线粒体依赖性凋亡。
关于氧化应激标志物，CLP组显示出关键抗氧化酶GPX4的表达降低（p<0.001）。在CLP+HMB组中，GPX4的表达显著增加（p<0.001），这支持了HMB的抗氧化作用。抗氧化反应的关键调节转录因子NRF2在CLP组中检测到低水平表达（p<0.001）。与CLP组相比，CLP+HMB组观察到NRF2表达的显著恢复（p<0.001）。
结论与讨论
本研究系统地评估了HMB在CLP诱导的脓毒症大鼠模型中对肺损伤的保护作用及其分子机制。研究结论表明，HMB能显著减轻脓毒症引发的肺组织病理损伤。在分子层面，HMB的保护作用是通过多通路协同实现的：首先，它抑制了NF-κB p65介导的炎症反应；其次，它减轻了内质网应激，表现为CHOP、GRP78和Cas-12表达的下降；第三，它调控了线粒体凋亡途径，降低了促凋亡蛋白BAX和Cyt-C的表达，同时提升了抗凋亡蛋白BCL-2的水平；最后，它增强了抗氧化防御，通过上调NRF2及其下游靶点GPX4的表达来对抗氧化应激。
讨论部分进一步阐释了这些发现的潜在机制和意义。HMB可能通过抑制IκBα的磷酸化和降解，从而阻止NF-κB p65的核转位来发挥抗炎作用。在内质网应激方面，HMB可能作为化学伴侣或增强未折叠蛋白反应（UPR）的适应性分支，通过稳定GRP78来抑制CHOP和Caspase-12这一致死性通路的过度激活。此外，HMB对线粒体凋亡和氧化应激的调控，与其已知的稳定线粒体功能和调节脂质代谢的作用相符。特别值得注意的是，HMB对GPX4的上调作用提示其可能通过抑制铁死亡（ferroptosis）这一新型细胞死亡方式来提供保护。研究也指出了当前工作的局限性，例如使用了单一剂量（300 mg/kg）、观察时间较短（24小时）以及缺乏蛋白质水平的验证（如Western blot）和通路抑制剂的因果验证。然而，组织病理学改善与关键应激标志物转录下调的一致性，为HMB在脓毒症肺损伤中的治疗潜力提供了强有力的初步证据。
综上所述，这项研究证实了β-羟基-β-methylbutyrate（HMB）在实验性脓毒症肺损伤模型中具有明确的保护作用，其机制涉及抑制炎症、缓解内质网和线粒体应激、以及增强抗氧化防御等多重通路。这些发现不仅拓展了我们对HMB药理作用的认识，将其保护效应从骨骼肌延伸至肺组织，更重要的是为开发针对脓毒症诱导的急性肺损伤（ALI）的安全、有效的辅助治疗策略提供了新的实验依据和潜在的药物作用靶点，值得进一步的实验研究和临床转化探索。
