甜菜碱通过调控氧化应激、炎症、凋亡和自噬通路缓解紫杉醇诱导的大鼠肝毒性

《Food Science & Nutrition》：Betaine Mitigates Paclitaxel-Induced Hepatotoxicity in Rats by Regulating Oxidative Stress, Inflammation, Apoptosis, and Autophagy

本研究发现甜菜碱（BTN）能有效缓解紫杉醇（PTL）诱导的大鼠肝损伤。研究证实BTN通过激活Nrf2通路增强抗氧化能力（SOD、FRAP、GSH），抑制NF-κB/TNF-α炎症通路，降低caspase-3/pro-caspase-3比值并上调Bcl-2表达，同时调节LC3-II/LC3-I自噬标志物，多通路协同发挥肝保护作用。

　　

ABSTRACT

紫杉醇（PTL）是广泛应用的化疗药物，但其肝毒性风险限制了临床疗效。本研究首次探讨甜菜碱（BTN）对PTL诱导肝损伤的保护作用。将大鼠随机分为五组（每组n=7）：对照组、BTN组（100 mg/kg/天）、PTL组（2 mg/kg/天）、PTL+BTN 50 mg/kg组和PTL+BTN 100 mg/kg组。PTL腹腔注射5天后，BTN口服给药10天。结果显示BTN能恢复肝脏抗氧化水平（SOD、FRAP、GSH），通过降低AST和ALT水平改善肝功能，减轻PTL诱导的脂质过氧化。在PTL处理大鼠肝脏中，BTN显著降低NF-κB、TNF-α蛋白水平和caspase-3/pro-caspase-3比值，同时上调Nrf2、LC3-II/LC3-I和Bcl-2表达。研究表明BTN可通过调控氧化应激、炎症、凋亡和自噬通路改善PTL诱导的肝损伤。

1 Introduction

癌症是全球重大健康负担，年新发病例约2000万，死亡970万例。紫杉醇作为紫杉烷类化疗药，广泛用于肺癌、卵巢癌和乳腺癌治疗，其通过稳定微管抑制癌细胞有丝分裂，但存在剂量依赖性肝毒性、神经毒性等副作用。PTL肝毒性与氧化应激、炎症、凋亡和自噬失调密切相关，其机制涉及活性氧（ROS）生成、线粒体功能障碍、Bax/Bcl-2比值失衡及caspase-3激活。自噬作为细胞应激适应性机制，通过清除受损细胞器维持稳态，但过度自噬可能加剧肝损伤。甜菜碱（BTN）作为一种天然化合物，具有抗氧化、抗炎和调节自噬作用，本研究首次系统评估BTN对PTL肝毒性的保护效应。

2 Material and Method

2.1 Chemicals

BTN购自Sigma-Aldrich，PTL由Ko?ak Farma提供。生化试剂包括DTNB、DNPH等购自Sigma-Aldrich，其他试剂如TBA、TCA等购自Merck公司。

2.2 Experimental Design and Animal Grouping

35只雄性Wistar大鼠（180-220 g）随机分为五组：对照组（生理盐水）、BTN 100组（100 mg/kg/天）、PTL组（2 mg/kg/天）、PTL+BTN 50组和PTL+BTN 100组。PTL腹腔注射5天后，BTN口服10天。末次给药24小时后采集血液和肝组织进行检测。

2.3 Histopathological Assessment

肝组织经10%福尔马林固定，石蜡包埋后行H&E染色观察组织形态。

2.4 Biochemical Evaluations

检测血清ALT、AST活性；测定肝组织MDA、PCO、GSH、FRAP水平及SOD、CAT活性。

2.5 Western Blotting

分析Nrf2、NF-κB-p65、TNF-α、Bcl-2、caspase-3、LC3-I/II等蛋白表达。

2.6 Statistical Analysis

数据以mean±SD表示，采用单因素方差分析和Tukey事后检验，p<0.05为显著性标准。

3 Results

3.1 Effects of BTN on Hepatic Histopathological Changes

对照组和BTN组肝组织结构正常；PTL组出现中央静脉周围纤维化、炎性细胞浸润和胆管增生；BTN治疗组炎性浸润显著减轻，100 mg/kg组效果尤为明显。

3.2 Effects of BTN on Serum Aminotransferases

PTL使ALT、AST活性分别升高1.33倍和1.31倍（p=0.01/0.02）；100 mg/kg BTN处理后ALT、AST分别降低22.54%和20.46%（p=0.03/0.04）。

3.3 Effects of BTN on Oxidative Stress

PTL组MDA、PCO水平分别升高1.49倍和1.96倍（p=0.03/<0.0001），GSH、FRAP降低5.41倍和1.58倍（p=0.0008/0.006）；100 mg/kg BTN使MDA、PCO降低36.87%和71.18%，GSH、FRAP升高4.82倍和1.42倍（p=0.01/0.04）。SOD活性在PTL组降低1.69倍（p=0.001），BTN处理后恢复45.12%（p=0.04）。Western blot显示PTL使Nrf2表达下调3.76倍（p<0.0001），100 mg/kg BTN使其上调77.48%（p<0.0001）。

3.4 Effects of BTN on Inflammation

PTL组NF-κB和TNF-α蛋白表达分别上调2.29倍和2.12倍（p=0.0006/<0.0001）；BTN剂量依赖性降低其表达，100 mg/kg组分别降低1.90倍和1.65倍（p=0.002/<0.0001）。

3.5 Effects of BTN on Autophagy

PTL轻微降低LC3-II/LC3-I比值；BTN治疗后LC3-I表达显著下调（p=0.005/0.001），100 mg/kg组LC3-II/LC3-I比值升高1.85倍（p=0.01）。

3.6 Effects of BTN on Apoptosis

PTL使pro-caspase-3下调1.23倍（p=0.03），cleaved caspase-3上调3.02倍（p<0.0001），cleaved/pro-caspase-3比值升高3.73倍（p<0.0001），Bcl2下调1.24倍（p=0.0003）。BTN处理后cleaved caspase-3和其比值显著降低（p=0.0018/<0.0001），100 mg/kg组pro-caspase-3和Bcl2分别上调1.22倍和1.15倍（p=0.04/0.01）。

4 Discussion

本研究证实BTN通过多通路协同缓解PTL肝毒性：①激活Nrf2通路增强SOD、GSH等抗氧化酶活性；②抑制NF-κB/TNF-α炎症通路；③下调caspase-3激活并恢复Bcl2表达抑制凋亡；④调节LC3-II/LC3-I比值促进保护性自噬。剂量效应显示100 mg/kg BTN效果显著，其安全性已获FDA批准，具备临床转化潜力。

5 Conclusions

BTN通过调控氧化应激、炎症、凋亡和自噬通路显著改善PTL诱导的肝损伤，为化疗辅助性肝保护策略提供实验依据。

Author Contributions

E.B.、S.B.和S.Y.设计实验；E.B.、S.B.、S.Y.、N.M.、O.D.和M.J.完成实验；E.B.和S.Y.撰写论文。

Ethics Statement

实验遵循赫尔辛基宣言，经洛雷斯坦医科大学伦理委员会批准（IR.LUMS.REC.1403.345）。