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硅肺小鼠模型中，SA（Sarcostemma brevistigma）通过抑制TLR4/NF-κB炎症通路并激活Nrf2抗氧化通路，显著降低TNF-α、IL-6等炎症因子，减轻氧化应激（MDA/H2O2升高）和肺纤维化（胶原沉积减少）。
作者列表：Peramaiyan Rajendran | Ramya Sekar | Abdullah Alzahrani | Rajkapoor Balasubramanian | Emad Ahmed | Gamal M. Behket | Rebai Ben Ammar | Lalitha Keddal Govindaram
沙特阿拉伯阿尔-阿赫萨国王费萨尔大学科学学院生物科学系，邮编31982
摘要
矽肺是一种进行性的职业性肺病，其特征是持续的炎症、氧化应激和纤维化重塑，这些过程主要通过TLR4/NF-κB通路的激活以及内源性抗氧化防御机制的抑制来介导。尽管Sarcostemma brevistigma植物含有大量具有抗炎和抗氧化特性的生物活性黄酮类化合物，但其黄酮类化合物在矽尘诱导的肺损伤中的分子作用机制仍不清楚。本研究使用SiO2诱导的肺损伤小鼠模型，来检测从S. brevistigma中分离出的一种前体化黄酮类化合物（SA）的抗炎、抗氧化和抗纤维化作用。
方法：实验分为五组：对照组、仅给予SiO2（100 mg/kg/天）、SiO2 + SA（每两天50 mg/kg，持续6周）、SiO2 + SA（每两天100 mg/kg，持续6周）以及仅给予SA（每两天100 mg/kg，持续42天）。通过ELISA检测血清中的TNF-α、IL-1β、IL-6和C反应蛋白水平；采用生化方法评估氧化应激指标；通过Western blot分析TLR4、MyD88、NF-κB/p-NF-κB、Nrf2、HO-1和NQO1的表达情况，并结合H&E染色和Masson三色染色以及TNF-α免疫组化技术对肺组织进行组织病理学评估。SiO2暴露显著增加了全身和肺部的促炎细胞因子水平、丙二醛和过氧化氢的水平，降低了抗氧化酶的活性，激活了TLR4/MyD88/NF-κB信号通路，并抑制了Nrf2/HO-1/NQO1的表达，同时伴有明显的炎症浸润和纤维化。SA治疗剂量依赖性地减少了细胞因子和氧化应激标志物，恢复了GSH、SOD、CAT和GPx的活性，下调了TLR4、MyD88和p-NF-κB的表达，并重新激活了Nrf2依赖的细胞保护通路。组织学和免疫组化分析显示，SA能够保护肺泡结构，减少胶原沉积，并降低TNF-α的表达，从而发挥强大的抗炎、抗氧化和抗纤维化作用。
引言
矽肺仍然是一个严重的全球性职业健康问题，其特征是肺部炎症逐渐加重、细胞外基质（ECM）重塑以及永久性纤维化（1）。吸入矽尘会通过激活肺泡巨噬细胞产生大量活性氧（ROS），并激活促炎通路（2），从而引发炎症反应。这种持续的炎症反应会导致细胞因子的释放、细胞损伤以及肺部纤维化组织的形成。尽管经过多年研究，目前仍没有有效的治疗方法来治疗矽尘引起的肺损伤，临床管理主要集中在缓解患者的症状（3）。持续吸入结晶矽尘颗粒会导致氧化应激、肺泡巨噬细胞活化以及促炎信号通路的激活，特别是涉及TLR4-NF-κB通路的通路，进而引发成纤维细胞增殖和慢性炎症（4, 5, 6）。随着时间的推移，这种不受控制的纤维化过程会导致胶原蛋白过度积累，改变肺实质结构，损害肺功能。因此，迫切需要开发安全、多功能的药物，以同时减轻炎症、氧化损伤和纤维化进程。
氧化应激和先天免疫信号通路以复杂的方式共同作用，导致肺部炎症。过多的活性氧（ROS）会加重组织损伤，并激活Toll样受体4（TLR4）–NF-κB轴等模式识别通路（7, 8, 9）。当毒素激活TLR4时，会引发一系列反应，导致NF-κB的迁移以及促炎细胞因子、趋化因子和粘附分子的转录（10, 11）。这会促使白细胞持续进入肺部，维持慢性炎症状态。持续的氧化应激会进一步增强TLR4-NF-κB的活化，形成一个循环，最终导致上皮细胞损伤、成纤维细胞活化以及肺部的纤维化重塑（12, 13, 14）。
天然产物因其广泛的药理作用和相对安全性而成为有前景的治疗选择。黄酮类化合物槲皮素来自植物，因其强大的抗氧化、抗炎和抗纤维化特性而受到广泛关注（15, 16, 17）。槲皮素及其衍生物能够调节与纤维化生成相关的关键分子通路，包括抑制TGF-β1诱导的成纤维细胞活化、抑制促炎细胞因子的产生以及减少活性氧的生成（18, 19, 20）。槲皮素的治疗效果受其结构形式、生物利用度、来源和药效学因素的显著影响。Sarcostemma brevistigma是一种传统药用植物，在多种文化中被用于治疗呼吸系统和炎症性疾病，据报道含有具有增强生物活性的黄酮类化合物（21, 22, 23）。尽管在民族医学中非常重要，但S. brevistigma中的黄酮类化合物在矽尘诱导的肺损伤中的作用机制尚未得到充分研究。与常见的槲皮素来源不同，S. brevistigma产生的前体化糖苷（如SA）具有更高的生物利用度和更强的通路选择性。目前尚未有研究探讨Asclepiadoideae科黄酮类化合物在矽肺中的作用，尽管它们富含能够调节Nrf2/TLR4通路的氧化还原活性三萜类和甾醇（24）。该植物在过敏性气道疾病中表现出对Th2细胞因子和氧化应激的抑制作用，这表明其保护机制可能适用于矽尘引起的损伤。由于缺乏基于植物的治疗方法，S. brevistigma的植物化学成分和在代谢/炎症模型中的安全性使其成为一种有吸引力的候选治疗药物。
为了填补这一空白，本研究在矽尘诱导的肺损伤实验模型中探讨了从S. brevistigma中提取的槲皮素衍生物的保护作用。我们推测该化合物通过影响与矽尘诱导的肺损伤相关的关键分子通路，发挥抗炎、抗氧化和抗纤维化作用。我们希望通过生化检测、组织学评估和分子分析来阐明这种植物来源的槲皮素衍生物的治疗潜力和作用机制。本研究的结果可能有助于开发针对矽肺及相关纤维化肺疾病的新型天然疗法。
植物材料
2021年1月，从泰米尔纳德邦的Kolli Hills地区收集了Sarcostemma brevistigma Wight Syn.（SBF）的阴干花朵，并由Madurai-625002的美国学院植物学系助理教授D. Stephen博士进行了分类鉴定。
提取、分离与表征
将2公斤的阴干Sarcostemma brevistigma
花朵依次用石油醚（60–80°C）和80%乙醇（各36小时）进行索氏提取。提取物的产率为2.7%（重量百分比）和5.2%（重量百分比）。乙醇水相残渣经过进一步分离处理。
结构鉴定
纯化的化合物经过质子核磁共振（1H NMR）和碳-13核磁共振（13C NMR）分析，以明确其结构，具体方法参考K. G. Lalitha等人的先前研究（31）。完整的1H和13C NMR光谱数据见补充文件2。
SA对促炎细胞因子的影响
图1A展示了所分离的黄酮类化合物SA的化学结构，图1B概述了相关的动物实验设计。
讨论
Sarcostemma brevistigma作为一种潜在的植物治疗剂，具有较高的抗氧化能力、已证实的抗炎和抗哮喘作用，其化学成分多样，包括黄酮类、三萜类、甾醇、生物碱、糖苷和其他酚类化合物（32, 33）。其粗提物主要通过清除自由基、稳定细胞膜和广泛抑制炎症酶来发挥作用，从而减轻水肿和全身炎症反应。
结论
本研究表明，来自Sarcostemma brevistigma的槲皮素SA通过靶向关键的炎症和氧化通路，对矽尘诱导的肺损伤具有显著的防护作用。SA能够显著抑制促炎细胞因子，并抑制TLR4/MyD88/NF-κB信号通路，从而减少炎症反应的放大。同时，SA通过恢复Nrf2的活性并上调HO-1和NQO1的表达，增强内源性抗氧化防御机制，有效对抗氧化应激。
机构审查委员会声明
本研究遵循国王费萨尔大学的指导方针以及沙特阿拉伯国家生物伦理委员会发布的《关于活体生物研究的执行规定（第二版）》进行。所有动物护理和实验程序均获得了国王费萨尔大学动物研究伦理委员会的批准（声明编号：ETHICS3760）。
作者贡献声明
Abdullah Alzahrani：验证、监督、方法学设计。
Ramya Sekar：写作、审稿与编辑、软件应用、实验设计、概念构思。
Emad Ahmed：数据可视化、方法学分析。
Rajkapoor Balasubramanian：数据可视化、验证、资源管理。
Rebai Ben Ammar：验证、数据分析。
Gamal M. Behket：数据可视化、数据分析。
Lalitha Keddal Govindaram：方法学设计、概念构思。
Peramaiyan Rajendran：初稿撰写、项目管理、方法学设计。
知情同意声明
不适用。
数据可用性声明
本研究使用的数据可向通讯作者索取。
利益冲突声明
作者声明没有利益冲突。
资助
作者感谢沙特阿拉伯国王费萨尔大学研究生教育和科学研究副校长办公室对这项研究的资助（资助编号：KFU253870）。
竞争利益声明
作者声明没有已知的竞争利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
