新型吡咯[2,1-a]异喹啉芳基酮类化合物通过抑制NF-κB通路来减轻碳纳米管引起的急性肺损伤

《RSC Advances》：Novel pyrrolo[2,1- a]isoquinoline aryl ketones attenuate carbon nanotube-induced acute lung injury through NF-κB pathway inhibition

急性肺损伤（ALI）是由炎症反应介导的致命性疾病，本研究发现pyrrolo[2,1-a]isoquinoline aryl ketones衍生物通过抑制NF-κB信号通路有效缓解碳纳米管诱导的ALI，其中化合物A（4-F-苯基）和B（2-Me-苯基）的IC50值分别为6.91和10.10 μM，显著优于天然产物水飞蓟酸（11.89 μM）。动物实验证实两者可降低肺组织炎症损伤评分达39.6%和46.8%，并抑制TNF-α和IL-6分泌。该研究为纳米材料相关肺损伤治疗提供了新药候选骨架。

　　急性肺损伤（ALI）是一种危及生命的炎症性疾病，其特征是气体交换功能受损，且具有较高的死亡率。这种疾病可能由多种直接或间接因素引发，包括严重感染、休克、败血症、烧伤、创伤以及中毒等。ALI的病理过程通常伴随着肺泡上皮细胞和肺毛细血管内皮细胞的损伤，以及肺泡-毛细血管通透性的增加，从而导致严重的呼吸功能障碍。在临床实践中，ALI被视为一种极具挑战性的疾病，因其高发病率和高死亡率而备受关注。尽管已有多种治疗方法，但目前仍未能有效降低该病的发病率和死亡率。因此，寻找新的治疗策略成为当前研究的热点。

碳纳米管（CNTs）作为一类广泛应用的纳米材料，因其独特的物理和化学性质在工业和消费领域中发挥着重要作用，如可充电电池、医疗设备和药物输送系统等。然而，由于其微小的尺寸、纤维形态以及高度的生物持久性，吸入后的碳纳米管可能被身体视为外来物质，从而引发一系列毒性反应，包括炎症和纤维化等病理变化。为了应对这种潜在的健康风险，研究者们致力于开发新型的抗炎化合物，以减轻碳纳米管诱导的肺部炎症反应。这类化合物的筛选和研究在科学界持续受到重视。

在这一研究中，科学家们合成了一系列含有吡咯并[2,1-a]异喹啉骨架的二芳基酮衍生物，并对其抗炎活性进行了评估。这些化合物的结构设计结合了已知的抗炎药物分子特征，如二芳基酮结构，该结构在药物化学中被认为是一种重要的结构片段，广泛存在于天然产物和治疗药物中。例如，酮洛芬（Ketoprofen）是一种非甾体抗炎药（NSAID），其对环氧化酶（COX）的抑制作用已被广泛研究。此外，其他含有二芳基酮结构的药物，如非诺贝特（Fenofibric acid）和氧苯酮（Oxybenzone），也表现出显著的抗炎和抗氧化作用。这些药物的结构特点为开发新的抗炎化合物提供了重要的启示。

吡咯并[2,1-a]异喹啉是一种常见的生物活性分子骨架，广泛存在于多种具有抗肿瘤、抗病毒、抗菌和抗氧化作用的天然产物中。基于这一结构的优越性，研究者们将其引入二芳基酮分子中，构建出新的化合物，以期发现更有效的抗炎药物。通过化学合成方法，研究团队成功合成了16种吡咯并[2,1-a]异喹啉二芳基酮衍生物，并对其抗炎活性进行了系统评估。其中，含有4-氟苯基的化合物和含有2-甲基苯基的化合物表现出显著的抗炎效果，其对脂多糖（LPS）诱导的RAW264.7巨噬细胞释放一氧化氮（NO）的抑制作用优于已知的抗炎药物——桦木酸（Betulinic acid）。

为了进一步探究这些化合物的抗炎机制，研究者们采用了多种实验手段，包括细胞实验和动物实验。在细胞实验中，他们发现这两种化合物能够有效抑制LPS诱导的TNF-α和IL-6的分泌，并且这种抑制作用呈现出剂量依赖性。此外，这些化合物还能够显著减轻SWCNT（单壁碳纳米管）暴露后小鼠肺部的组织损伤，这为它们在肺部疾病治疗中的应用提供了有力支持。在动物实验中，研究团队通过组织病理学分析和免疫荧光技术，观察到这些化合物能够有效抑制NF-κB信号通路的激活，从而减少炎症因子的释放。

NF-κB是一种重要的转录因子，其激活在多种炎症反应中起着关键作用。当NF-κB被激活时，它会促进促炎因子的表达，包括TNF-α和IL-6等。因此，抑制NF-κB的激活被认为是减轻炎症反应的重要策略。在本研究中，通过免疫荧光技术，研究人员观察到SWCNT诱导的肺部炎症模型中，NF-κB的p65亚基在细胞核中大量积累，而使用含有4-氟苯基和2-甲基苯基的化合物后，这种核内积累显著减少，表明这些化合物能够有效阻断NF-κB的激活过程。此外，Western blot分析进一步证实了这些化合物对NF-κB信号通路中关键蛋白（如磷酸化的IκB和p65）的抑制作用，进一步支持了它们在抗炎中的机制。

除了对细胞和动物模型的实验研究，研究人员还对这些化合物的细胞毒性进行了评估。通过CCK8细胞活性检测实验，他们发现大多数化合物在50 μM浓度下对RAW264.7细胞的毒性较低，细胞存活率均超过80%。这表明这些化合物在较低浓度下即可发挥显著的抗炎作用，同时具有较低的细胞毒性，从而具有较高的治疗安全性。然而，部分化合物在更高浓度下表现出毒性，因此在后续实验中，研究人员选择了细胞毒性较低且抗炎活性较高的化合物进行进一步研究。

在体内实验中，研究人员将含有4-氟苯基和2-甲基苯基的化合物分别以50 mg/kg的剂量给药，观察其对SWCNT诱导的肺部炎症的缓解效果。结果显示，这些化合物能够显著降低肺部炎症因子的水平，并改善肺部组织的病理状态。例如，通过血液细胞计数分析，研究人员发现这些化合物能够有效减少炎症状态下淋巴细胞的过度增殖，从而减轻全身性炎症反应。此外，肺部组织的H&E染色结果显示，这些化合物能够显著改善肺泡结构，减少肺水肿和出血现象，表明其具有良好的肺部保护作用。

研究团队还通过肺泡灌洗液（BALF）分析，评估了这些化合物对炎症因子水平的影响。结果显示，在SWCNT诱导的肺部炎症模型中，BALF中的TNF-α和IL-6水平显著升高，而使用这些化合物后，这些促炎因子的水平明显下降。这一结果进一步支持了它们在抗炎中的作用。同时，通过Western blot分析，研究人员发现这些化合物能够有效抑制NF-κB信号通路的激活，从而减少炎症因子的表达和释放。

从结构-活性关系（SAR）的角度来看，这些化合物的抗炎活性与其取代基的种类和位置密切相关。例如，含有4-氟苯基的化合物表现出更强的抗炎活性，而含有2-甲基苯基的化合物则在抑制LPS诱导的TNF-α释放方面具有较好的效果。此外，氯取代基的化合物也表现出一定的抗炎活性，但其效果不如氟和甲基取代的化合物。这些结果提示，通过调整取代基的种类和位置，可以进一步优化这些化合物的抗炎性能，从而开发出更高效的抗炎药物。

总体而言，这项研究为开发新的抗炎药物提供了重要的科学依据。通过合成和评估一系列含有吡咯并[2,1-a]异喹啉骨架的二芳基酮衍生物，研究人员发现其中两种化合物在体外和体内实验中均表现出显著的抗炎活性，且具有较低的细胞毒性。这些化合物通过抑制NF-κB信号通路的激活，有效减轻了SWCNT诱导的肺部炎症反应，为治疗由碳纳米管引起的肺部疾病提供了新的思路。此外，该研究还揭示了这些化合物在抗炎机制上的潜在作用，为未来的药物开发和临床应用奠定了基础。