鞣花酸通过调控PI3K/AKT与Keap1-NRF2通路拮抗肾上腺素心脏毒性的机制研究

《Scientific Reports》：Ellagic acid mediates cardioprotection against adrenaline-induced toxicity via PI3K/AKT and Keap1-NRF2 axes

本研究针对肾上腺素过量使用引发多器官毒性这一临床难题，探讨了天然多酚化合物鞣花酸(Ea)的心脏保护作用机制。研究人员通过大鼠模型发现，Ea预处理能显著改善肾上腺素引起的心电图异常（心率下降、QT间期延长、ST段抬高），降低心脏损伤标志物（CK-MB、LDH）及炎症因子（IL-1β、IL-6、TNF-α）水平，并证实其作用与抑制PI3K/AKT通路、激活Keap1-NRF2抗氧化轴密切相关。该研究为开发肾上腺素毒性的天然拮抗剂提供了理论依据。

　　

肾上腺素是抢救心脏骤停、过敏性休克等急症的核心药物，但其治疗窗窄，过量使用易导致心肌缺血、心律失常甚至多器官损伤。这种毒性主要源于肾上腺素引发的氧化应激和炎症反应“风暴”。尽管临床急需安全有效的解毒策略，但现有干预手段效果有限。自然界中的多酚类化合物因其强大的抗氧化能力备受关注，其中鞣花酸（Ellagic Acid, Ea）在石榴、莓果等食物中含量丰富，既往研究提示其对心血管系统有益，但其能否对抗肾上腺素这种强刺激因素引发的毒性，特别是背后的分子机制，仍是一片迷雾。

为此，由Tahany Saleh Aldayel、Sahar A. Abou Haleka等来自沙特阿拉伯、埃及多所高校的研究团队在《Scientific Reports》上发表了最新成果。他们设计了一项严谨的动物实验，将36只雄性Wistar大鼠分为6组，通过预先给予低（7.5 mg/kg）、高（15 mg/kg）剂量的Ea口服30天，再连续两天注射肾上腺素（2 mg/kg）建立毒性模型，系统评估了Ea对心脏、肝脏、肾脏功能、氧化应激、炎症水平以及关键信号通路的影响。

研究采用的关键技术方法

研究综合运用了在体动物模型、生化检测、分子生物学和计算模拟技术。通过心电图（ECG）评估心脏功能；采用酶联免疫吸附试验（ELISA）检测血清中心脏（CK-MB, LDH）、肝脏（AST, ALT, ALP）、肾脏（尿素、肌酐、尿酸）损伤标志物以及心脏组织炎症因子（IL-1β, IL-6, TNF-α）和氧化应激指标（MDA, TOS, GSH, TAC）；通过实时荧光定量PCR（RT-PCR）分析心脏组织PI3K和AKT的基因表达；利用苏木精-伊红（H&E）染色和NRF2免疫组织化学进行组织病理学评估；并采用分子对接模拟验证Ea与Keap1蛋白的相互作用。

研究结果

1. 鞣花酸改善肾上腺素引起的器官重量比和心电图异常

肾上腺素注射导致大鼠肝脏和肾脏的相对重量显著增加，提示器官可能发生水肿或炎症。Ea预处理，尤其是高剂量组，能有效逆转这种变化。心电图结果显示，肾上腺素引起心率显著下降、QT间期延长和ST段抬高，这些都是心肌损伤和缺血的特征性表现。而Ea预处理能剂量依赖性地改善这些异常参数，使心电图波形趋于正常。

2. 鞣花酸减轻肾上腺素对心脏、肝脏和肾脏的生物化学损伤

肾上腺素注射后，血清中的心肌损伤标志物CK-MB和LDH活性急剧升高，表明心肌细胞膜完整性遭到破坏。Ea预处理显著降低了这两种酶的活性。同时，肾上腺素导致反映肝细胞损伤的AST、ALT、ALP活性显著上升，以及肾脏功能指标尿素、肌酐、尿酸水平升高。Ea干预后，这些指标均得到明显改善，证明了其对心、肝、肾的多器官保护作用。

3. 鞣花酸增强抗氧化防御并抑制炎症反应

在氧化应激方面，肾上腺素使心脏组织中的脂质过氧化终产物丙二醛（MDA）和血清总氧化状态（TOS）水平飙升，而重要的抗氧化剂谷胱甘肽（GSH）和总抗氧化能力（TAC）则显著下降。Ea处理有效逆转了这些变化，降低了MDA和TOS，提升了GSH和TAC。在炎症方面，肾上腺素导致心脏组织中白细胞介素-1β（IL-1β）、白细胞介素-6（IL-6）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）等促炎细胞因子水平显著升高，而Ea预处理能剂量依赖性地抑制这些炎症因子的释放。

4. 鞣花酸调控PI3K/AKT通路并激活NRF2

分子机制探讨发现，肾上腺素显著上调了心脏组织中PI3K和AKT的基因表达。而Ea预处理，尤其是高剂量组，能够显著抑制PI3K和AKT的mRNA水平。另一方面，免疫组化结果显示，肾上腺素抑制了心肌细胞中核因子E2相关因子2（NRF2）的表达，而Ea则能显著促进NRF2在细胞质中的表达和活化。这表明Ea可能通过抑制PI3K/AKT通路和激活NRF2来发挥保护作用。

5. 组织病理学证实鞣花酸的心脏保护作用

心脏组织的H&E染色切片显示，对照组和单独Ea组心肌纤维结构正常。肾上腺素组则出现明显的心肌细胞局灶性坏死和大量炎性细胞浸润。而Ea预处理组的心肌组织损伤显著减轻，高剂量Ea组的心肌形态已接近正常，直观地证实了Ea对肾上腺素所致心肌病理损伤的改善作用。

6. 分子对接揭示鞣花酸可能直接作用于Keap1-NRF2轴

为了深入探索机制，研究人员进行了计算机模拟分子对接。结果显示，Ea能够有效地与Keap1蛋白（NRF2的天然抑制蛋白）的Kelch结构域结合，其结合自由能与已知的Keap1-NRF2相互作用抑制剂相当。Ea分子中的酚羟基等基团能够与Keap1上的关键氨基酸残基（如Arg415、Arg483、Ser602等）形成稳定的相互作用，这从理论上预测了Ea可能通过直接干扰Keap1与NRF2的结合，从而促使NRF2解离并进入细胞核启动抗氧化基因的表达。

研究结论与意义

本研究得出结论，天然化合物鞣花酸能有效对抗肾上腺素诱发的大鼠心脏、肝脏和肾脏毒性。其保护作用源于多种机制的协同：有效缓解氧化应激、抑制炎症反应、下调促炎因子、抑制PI3K/AKT信号通路以及激活Keap1-NRF2抗氧化防御轴。分子对接结果进一步为Ea通过直接作用于Keap1蛋白来激活NRF2提供了理论支持。

该研究的重要意义在于，它首次在肾上腺素毒性模型中系统阐明了鞣花酸的多器官保护作用，并深入揭示了其同时调控PI3K/AKT和Keap1-NRF2这两条关键通路的新型分子机制。这不仅深化了对肾上腺素毒理机制的认识，也为将鞣花酸或其富含食物（如石榴）开发成一种潜在的、可用于预防或治疗肾上腺素相关毒副作用的天然辅助策略提供了重要的实验依据和理论基石。当然，研究也存在一些局限，如急性模型未能完全模拟临床慢性情况，部分分子机制验证尚停留在mRNA和免疫组化层面，未来需要更长期的实验以及蛋白质水平（如Western blot）的验证来进一步夯实结论。