《Redox Biology》：SIRT3-mediated deacetylation of FoxM1 prevents pulmonary fibrosis via modulating the activation of pulmonary fibroblasts
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本研究聚焦于致命性间质性肺病——特发性肺纤维化（IPF）的发病机制，针对其核心病理特征“肺成纤维细胞异常活化”这一临床难题展开探索。研究人员深入探究了转录因子FoxM1在纤维化进程中的关键作用及其上游调控机制，首次揭示了SIRT3介导的FoxM1去乙酰化修饰是调控肺成纤维细胞活化的关键分子开关。研究发现，激活SIRT3或其激动剂烟酰胺核苷（NR）可有效抑制肺成纤维细胞活化，从而减轻博来霉素（BLM）诱导的小鼠肺纤维化。此项工作不仅阐明了SIRT3/FoxM1轴在肺纤维化中的核心调控作用，更为开发靶向该通路的新型抗纤维化疗法提供了重要的理论依据和极具前景的药物候选策略。
想象一下，人体内最精密的“换气扇”——肺部，其内部结构正在被一种无名的“水泥”逐渐侵占、硬化，导致呼吸变得越来越困难。这就是特发性肺纤维化（Idiopathic Pulmonary Fibrosis, IPF），一种病因不明、进行性发展且致命的间质性肺病。它的核心病理特征在于肺成纤维细胞的异常活化和增殖，这些本应参与组织修复的细胞一旦“失控”，就会大量分泌细胞外基质，像疤痕一样永久性地重塑肺组织，最终导致呼吸衰竭。目前，除了肺移植，临床上缺乏能有效逆转或显著延缓疾病进展的治疗手段，患者预后极差。因此，深入揭示肺成纤维细胞异常活化的分子机制，寻找可干预的关键靶点，是攻克IPF这一医学难题的核心所在。
在此背景下，研究人员将目光投向了一个在肿瘤领域已被广泛研究，但在纤维化中作用尚不完全清晰的转录因子——叉头框蛋白M1（Forkhead Box M1, FoxM1）。已有线索表明FoxM1可能与肺纤维化相关，但其在肺成纤维细胞中的具体功能、表达调控机制及其能否成为治疗靶点，仍是一片亟待探索的迷雾。为了拨开迷雾，南京大学医学院附属鼓楼医院胸外科董健、王璐璐、魏爱等人的研究团队开展了一项深入的研究，相关成果发表在《Redox Biology》期刊上。他们的研究不仅证实了FoxM1是驱动肺纤维化的“关键推手”，更上游发掘出线粒体去乙酰化酶Sirtuin 3（SIRT3）作为调控FoxM1的“总开关”，并验证了通过药物激活SIRT3来对抗纤维化的治疗潜力，为IPF的药物研发开辟了新的道路。
为开展这项研究，作者综合运用了多种关键技术方法。在动物模型方面，研究使用了经典的博来霉素（Bleomycin, BLM）气管内注射诱导的小鼠肺纤维化模型，并辅以条件性基因敲除（SIRT3flox/flox小鼠+AAV-Cre）和药理学干预（使用FoxM1抑制剂RCM-1和SIRT3激活剂烟酰胺核苷Nicotinamide Riboside, NR）等手段。在细胞水平，团队从小鼠肺组织中分离培养了原代肺成纤维细胞，并利用转化生长因子-β1（Transforming Growth Factor-β1, TGF-β1）在体外诱导其活化，模拟纤维化状态。关键实验技术包括：蛋白质印迹（Western Blot）和免疫荧光用于检测目标蛋白表达与定位；免疫共沉淀（Co-immunoprecipitation, Co-IP）用于分析FoxM1的乙酰化修饰；细胞活力（CCK-8）、凋亡（Caspase-3活性、TUNEL染色）和增殖（EdU掺入）实验用于评估细胞功能；以及组织学染色（H&E、Masson三色）和羟脯氨酸含量测定用于评估体内纤维化程度。部分人类组织数据来源于公共基因表达数据库（如GEO）和IPF患者样本。
研究结果
1. FoxM1在纤维化肺组织的成纤维细胞中高表达。
研究人员首先在IPF患者和BLM处理的小鼠肺组织中，均检测到FoxM1的蛋白和mRNA水平显著升高。数据分析显示，FoxM1的表达与纤维化标志物胶原蛋白I（COL1A1）的表达呈正相关，且与纤维化严重程度（Ashcroft评分）正相关。免疫荧光染色进一步发现，FoxM1与活化成纤维细胞标志物α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）在纤维化肺组织中存在明显的共定位。在体外实验中，从纤维化小鼠肺中分离的成纤维细胞，以及经TGF-β1处理活化的原代肺成纤维细胞，其FoxM1表达也显著上调。这些结果确凿地表明，FoxM1在活化的肺成纤维细胞中特异性高表达，是肺纤维化进程中的一个关键分子。
2. FoxM1高表达导致成纤维细胞对FasL介导的凋亡产生抵抗。
细胞凋亡不足是成纤维细胞持续存在并推动纤维化的重要原因。本研究发现，从纤维化肺或经TGF-β1处理获得的活化肺成纤维细胞，对凋亡诱导剂FasL（Fas配体）引发的活性氧（ROS）水平升高和细胞凋亡（Caspase-3活性增强）具有显著的抵抗能力。通过功能获得（过表达FoxM1）和功能缺失（敲低FoxM1）实验，研究直接证明了FoxM1是赋予肺成纤维细胞这种抗凋亡特性的关键因子：过表达FoxM1能使正常成纤维细胞抵抗FasL诱导的凋亡，而敲低FoxM1则能恢复活化成纤维细胞对FasL的敏感性。
3. 抑制FoxM1核转位可抑制成纤维细胞活化并保护小鼠免受肺纤维化侵害。
FoxM1作为转录因子，需进入细胞核才能发挥功能。研究发现在活化的肺成纤维细胞中，FoxM1的核内水平显著增加。使用小分子抑制剂RCM-1（可阻止FoxM1核定位并促进其降解）处理，能有效降低TGF-β1诱导的肺成纤维细胞中核FoxM1水平，并显著抑制其活化标志物（CTHRC1、α-SMA、Collagen I）的表达和增殖能力。在BLM诱导的肺纤维化小鼠模型中，RCM-1治疗能明显减轻肺部病变和胶原沉积，降低羟脯氨酸含量，提高小鼠存活率，并下调肺组织中纤维化标志物及FoxM1的表达与核定位。
4. FoxM1的乙酰化是肺成纤维细胞活化所必需的。
接下来，研究探索了FoxM1在纤维化中稳定性增加的机制。蛋白质降解抑制剂实验表明，FoxM1的降解被抑制。进一步研究发现，在纤维化来源或TGF-β1活化的肺成纤维细胞中，FoxM1的乙酰化修饰水平显著增强。使用去乙酰化酶抑制剂烟酰胺（NAM）处理，可诱导FoxM1发生乙酰化并促进其核转位，同时上调成纤维细胞活化标志物，这提示FoxM1的乙酰化修饰对其在纤维化中的功能至关重要。
5. SIRT3依赖的FoxM1去乙酰化调控FoxM1的稳定性。
那么，是谁负责去除FoxM1的乙酰化修饰以维持其正常功能呢？通过数据库分析和实验验证，研究人员将目标锁定在线粒体去乙酰化酶SIRT3上。研究发现，在纤维化肺组织中SIRT3表达降低。在细胞中敲低SIRT3，会导致FoxM1乙酰化水平增加、蛋白半衰期延长，并促进成纤维细胞活化和增殖。相反，过表达SIRT3则能抑制TGF-β1诱导的FoxM1乙酰化及成纤维细胞活化。这证明SIRT3是FoxM1的关键去乙酰化酶，SIRT3表达下降会导致FoxM1过度乙酰化和稳定，从而驱动纤维化。
6. 敲低SIRT3通过激活肺成纤维细胞加速BLM诱导的肺纤维化。
在动物体内，研究人员利用AAV-Cre在SIRT3flox/flox小鼠肺中条件性敲低SIRT3，发现这加剧了BLM诱导的肺纤维化，表现为更严重的肺泡间隔增厚、胶原沉积，以及纤维化标志物表达上调。从这些小鼠肺中分离的成纤维细胞也显示出SIRT3表达降低、活化标志物升高和增殖能力增强，直接证明了肺成纤维细胞中SIRT3缺失足以促使其活化并加重纤维化。
7. 烟酰胺核苷通过激活SIRT3保护小鼠免受博来霉素诱导的肺纤维化。
最后，研究转向治疗探索。使用SIRT3的激活剂烟酰胺核苷（NR）处理，在体外能上调SIRT3表达，抑制TGF-β1诱导的FoxM1乙酰化、成纤维细胞活化和增殖。在BLM诱导的肺纤维化小鼠模型中，口服NR可提高小鼠存活率，显著减轻肺部病理损伤和胶原沉积，并上调肺组织及分离的成纤维细胞中SIRT3的表达，同时下调FoxM1及纤维化标志物的水平。这证实了通过药物激活SIRT3来对抗肺纤维化的可行性。
结论与意义
本研究系统地阐明了一条驱动肺纤维化发生发展的关键信号轴：SIRT3/FoxM1轴。在病理状态下，肺组织中线粒体去乙酰化酶SIRT3的表达下降，导致其底物——转录因子FoxM1的乙酰化修饰增加。乙酰化的FoxM1变得更为稳定，并更多地转入细胞核，从而赋予肺成纤维细胞强大的抗凋亡能力和持续的活化/增殖特性，最终导致过度的细胞外基质沉积和肺组织结构破坏，即肺纤维化。
这项研究的重大意义在于：首先，在机制上，它首次将SIRT3与FoxM1通过“去乙酰化”这一翻译后修饰联系起来，完整揭示了从SIRT3下调到FoxM1激活，再到成纤维细胞功能失调的分子链条，深化了对IPF发病机制的认知。其次，在治疗策略上，研究提供了双重靶向思路：一方面，直接抑制下游效应分子FoxM1的核转位（如使用RCM-1）可有效缓解纤维化；另一方面，更治本地激活上游调控因子SIRT3（如使用NR），恢复其对FoxM1的去乙酰化功能，能从根本上抑制成纤维细胞活化，展现了更好的治疗潜力。这为开发靶向SIRT3/FoxM1通路的新型抗纤维化药物奠定了坚实的理论基础，标志着IPF治疗研究领域的一个重要进展。
