源自海洋真菌的丁内酯通过MAPK/NF-κB和NLRP3信号通路减轻肠道炎症

《Bioorganic Chemistry》：Marine fungal-derived butyrolactone attenuates intestinal inflammation through MAPK/NF-κB and NLRP3 signaling pathway

海洋天然产物MBL-1通过抑制MAPK/NF-κB和NLRP3信号通路显著减轻肠道炎症，体内实验证实其对抗溃疡性结肠炎的有效性。

　　

唐克双|林静飞|丁丽健|陈芬儿

浙江工业大学制药科学与技术研究所，长江三角洲地区绿色制药协同创新中心，绿色化学合成与转化国家重点实验室，杭州310000，中国

摘要

由于海洋天然产物的独特生化机制，其结构复杂性和强大的生物活性持续吸引着化学家和生物学家的关注。在本研究中，我们探讨了一种从海洋海绵中提取的化合物MBL-1对肠道炎症的保护作用。体外实验表明MBL-1有效减少了包括NO、ROS以及IL-1β和IL-18在内的关键促炎介质的生成。机制研究进一步揭示，这些抗炎作用是通过抑制MAPK/NF-κB和NLRP3信号通路实现的。与此一致，体内实验显示MBL-1显著减轻了组织损伤，并对DSS诱导的结肠炎提供了强有力的保护。总体而言，这些发现突显了MBL-1作为溃疡性结肠炎治疗候选物的潜力，其抗炎作用是通过系统调节MAPK/NF-κB和NLRP3信号级联反应来发挥的。

引言

溃疡性结肠炎（UC）是一种慢性、特发性的炎症性肠病（IBD），其特征是从直肠开始并向上延伸至整个结肠的持续性黏膜炎症。UC的发病机制源于遗传易感性、环境因素、免疫反应失调以及肠道微生物群变化的复杂相互作用[1]。多种炎症途径参与了疾病的发展，其中MAPK和NF-κB信号级联反应是黏膜免疫反应的关键上游调节因子[2]、[3]、[4]。NF-κB的激活不仅驱动促炎细胞因子的转录，还诱导了环氧化酶-2（COX-2）和NOD样受体家族3（NLRP3）炎性小体的表达，从而加剧了前列腺素驱动的炎症和炎性小体介导的炎症[5]、[6]。同时，MAPK通路（包括ERK、JNK和p38）调节NF-κB的活性并稳定炎症基因转录本，进一步放大了下游反应[7]。总体而言，NLRP3炎性小体的激活直接参与了UC的发病机制，并导致持续的黏膜损伤[8]、[9]。新兴证据表明，NLRP3在结肠炎中是关键效应分子，且受MAPK/NF-κB信号通路调控[10]、[11]、[12]、[13]。总之，MAPK/NF-κB介导的NLRP3炎性小体激活是溃疡性结肠炎发病机制中的关键信号轴，促进了炎症反应的放大。

天然存在的丁内酯衍生物因其多样的生物活性而受到广泛关注，尤其是在调节炎症和细胞周期方面[14]。1983年，Nitta Kazuo及其同事首次从Aspergillus terreus IFO 8835和4100的次级代谢产物中分离出了三种丁内酯衍生物[15]。其中，丁内酯-I（BTL-1）被广泛研究，并被鉴定为一种ATP竞争性cyclin依赖性激酶（CDK1）抑制剂。后续研究进一步证明BTL-1可以抑制cyclin依赖性激酶2、Bax、NF-κB和活性氧（ROS）的生成，同时调节PERK/CHOP信号通路[16]、[17]、[18]、[19]。越来越多的证据表明BTL-1具有广泛的药理活性，包括抑制Aβ聚集、抑制葡萄糖苷酶、通过FcγRIIB介导的食物过敏保护、抗菌活性、调节脂质代谢、减轻认知缺陷以及在炎症条件下维持肠道微生物群稳态[20]、[21]、[22]、[23]、[24]、[25]。最近的研究表明，BTL-1通过调节TLR4/NF-κB和MAPK通路来缓解肠道上皮炎症。这种抗炎作用还伴随着对肠道微生物群的调节；具体来说，BTL-1促进了Lactobacillus johnsonii的增殖，从而增加了丁酸水平并增强了连接蛋白的表达[26]、[27]。

尽管BTL-1具有有前景的药理活性，但其体内应用受到不利药代动力学特性的限制，包括较低的口服生物利用度、广泛的首过代谢和快速的全身清除[28]。代谢分析发现BTL-1存在多个不稳定位点；水解、氧化和葡萄糖醛酸化是大鼠体内的主要代谢途径，其中葡萄糖醛酸化代谢物是主要的胆汁排泄途径[29]。2015年，MBL-1首次从一种珊瑚虫来源的Aspergillus sp.的发酵液中分离出来[30]。这种C-2烷基化修饰掩盖了BTL-1的酚羟基，该修饰已被报道为UDP-葡萄糖醛基转移酶介导的主要代谢位点。因此，这种修饰可能显著提高分子的代谢稳定性（图1）。然而，目前关于这类丁内酯衍生物的生物活性和分子机制的知识仍然有限。

在本研究中，我们从化合物库中选取了商业上可获得的BTL-1作为先导骨架，其NMR谱图见图S1–S2。通过针对性的结构修饰，根据先前报道的程序[29]，将BTL-1转化为其C-2甲基化类似物MBL-1。在药理评估之前，对MBL-1的结构进行了全面表征（图S3-S5）。我们研究了MBL-1的抗炎潜力，并评估了其对MAPK和NF-κB信号通路以及下游效应分子COX-2和NLRP3炎性小体的抑制作用。结果表明，MBL-1通过抑制MAPK/NF-κB和NLRP3信号通路发挥治疗效果，为溃疡性结肠炎的治疗提供了有希望的策略。

部分摘录

MBL-1在RAW 264.7细胞中的细胞毒性

在鼠巨噬细胞系RAW 264.7和J774A.1以及人类乳腺癌细胞系MCF-7中，评估了MBL-1在六种不同浓度下的细胞毒性（图2）。在所有测试的细胞系中，浓度低于50?μM时均未观察到细胞毒性效应，证实了MBL-1的低内在毒性。

MBL-1抑制LPS刺激的RAW264.7细胞中的炎症介质生成

诱导型一氧化氮合酶（iNOS）和COX-2是在脂多糖（LPS）作用下介导促炎介质合成的关键酶

结论与讨论

总之，我们的研究发现MBL-1通过抑制MAPK/NF-κB信号通路有效缓解肠道炎症，进而导致COX-2表达和NLRP3炎性小体活性的协同下调。这种抑制作用显著减少了关键促炎介质的生成。这些结果为丁内酯衍生物的分子机制提供了新的见解，并突显了其治疗潜力

MBL-1

将BTL-1（424.0?mg，1?mmol）和碳酸钾（760.1?mg，5.5?mmol）溶解在15?mL的乙腈中，置于50?mL圆底烧瓶中。室温下搅拌1?小时后，加入甲基碘化物（266.8?mg，1.88?mmol），继续搅拌1?小时。反应结束后用饱和氯化铵溶液淬灭，并用乙酸乙酯提取。合并的有机层用盐水洗涤，用无水MgSO₄干燥，然后浓缩

CRediT作者贡献声明

唐克双：撰写——原始草稿、资源准备、方法学设计、实验实施、数据分析。林静飞：撰写——原始草稿、资源准备、数据分析。丁丽健：数据分析、实验监督、验证、审稿与编辑。陈芬儿：审稿与编辑、撰写——原始草稿、实验监督、项目管理、方法学设计、实验实施、概念构思。

未引用参考文献

[34]

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

无申请人。