马鞭草苷通过调控HIF-1α/HO-1通路抑制铁死亡缓解缺血再灌注急性肾损伤的作用机制研究

《BMC Nephrology》：Verbenalin attenuates renal tubular epithelial ferroptosis in ischemia–reperfusion injury induced AKI by regulating the HIF-1α/HO-1 signaling pathway

本研究针对急性肾损伤（AKI）中铁死亡的关键病理环节，首次揭示了中药活性成分马鞭草苷的肾脏保护作用。研究人员通过构建小鼠肾脏缺血再灌注损伤（IRI-AKI）模型和细胞缺氧/复氧（H/R）模型，发现马鞭草苷能显著改善肾功能指标（SCr/BUN），减轻肾小管损伤，其作用机制与激活HIF-1α/HO-1信号通路、抑制铁死亡密切相关。该研究为AKI的靶向治疗提供了新型候选药物和理论依据。

　　

当肾脏突然遭遇血流中断又恢复的"过山车式"打击时，肾小管上皮细胞会经历一场致命的代谢危机——缺血再灌注损伤（IRI）。这种临床上常见于心脏手术、肾移植等场景的病理过程，是急性肾损伤（AKI）的主要诱因之一。尽管医疗技术不断进步，AKI的发病率和死亡率依然居高不下，成为重症医学领域亟待突破的难题。

近年来，科学家们发现一种新型细胞死亡方式——铁死亡（ferroptosis），在AKI进展中扮演着关键角色。这种铁依赖性的脂质过氧化死亡模式，其特征是谷胱甘肽耗竭、抗氧化酶GPX4活性降低以及脂质过氧化物堆积。特别是在缺血再灌注过程中，肾脏作为高代谢器官，对氧化应激异常敏感，使得铁死亡成为AKI治疗的潜在突破口。

与此同时，传统中药宝库中的马鞭草（Verbena officinalis）因其显著的抗氧化活性引起研究关注。这种广泛分布于全球的药用植物，其活性成分马鞭草苷（verbenalin）是否能够守护肾小管上皮细胞、抵御铁死亡的攻击，成为研究人员迫切想要解答的科学问题。

在这项发表于《BMC Nephrology》的研究中，徐志慧等科研人员开展了一系列严谨的实验探索。他们通过构建小鼠IRI-AKI模型和细胞H/R模型，结合生物信息学分析和分子生物学技术，系统阐释了马鞭草苷的肾脏保护作用及其作用机制。

研究采用的主要技术方法包括：通过肾动脉钳夹法建立小鼠IRI-AKI模型，使用生化检测评估肾功能指标（血清肌酐SCr和尿素氮BUN）；采用组织染色（HE、PAS）和免疫组化分析肾组织病理变化；通过TUNEL染色、铁含量和丙二醛（MDA）检测以及Western blot等技术评估铁死亡相关指标；利用GEO数据库进行生物信息学挖掘靶点通路；通过细胞H/R模型和基因沉默技术验证HIF-1α/HO-1通路的作用机制。

Verbenalin played a renoprotective role in IRI-AKI mice

研究结果显示，马鞭草苷显著改善了IRI-AKI小鼠的肾功能障碍。在缺血再灌注24小时后，模型组小鼠SCr和BUN水平急剧升高至138.00±4.82 μmol/L和30.29±0.58 mmol/L，而马鞭草苷治疗组这两个指标均显著降低，且呈现剂量依赖性改善趋势。组织学分析进一步证实，马鞭草苷有效减轻了肾小管上皮细胞水肿、变性、坏死、管型形成等病理改变，同时降低了肾损伤标志物KIM-1的表达水平。

Verbenalin reduced ferroptosis in renal tubular epithelial cells in IRI-AKI mice

深入机制研究发现，马鞭草苷能够有效抑制肾小管上皮细胞的铁死亡。TUNEL染色显示IRI显著增加了肾小管上皮细胞死亡，而马鞭草苷治疗显著减少了TUNEL阳性细胞数量。更重要的是，马鞭草苷降低了肾组织中的铁含量和MDA水平（铁死亡的关键指标），同时逆转了IRI引起的GPX4表达下调和xCT表达上调，表明其通过调节铁代谢和脂质过氧化过程抑制了铁死亡。

Identification of the potential targets and signaling pathways of verbenalin in the treatment of AKI via bioinformatic analysis

通过生物信息学分析，研究人员从GEO数据库筛选出2130个IRI-AKI相关基因与571个马鞭草苷作用靶点，发现91个重叠基因。KEGG富集分析显示这些基因显著富集于HIF-1信号通路、AGE-RAGE信号通路等。GO分析表明它们主要参与血管生成正调控、缺氧反应等生物学过程。这一分析为后续实验指明了HIF-1α/HO-1通路可能的关键作用。

Verbenalin promoted HIF-1α/HO-1 expression in the kidneys of IRI-AKI mice

实验验证表明，马鞭草苷显著促进了肾组织中HIF-1α和HO-1的表达。IRI组HIF-1α表达已有升高，而马鞭草苷治疗进一步增强了这种表达，且呈现剂量依赖性。HO-1的变化趋势与HIF-1α相似。Western blot结果证实了免疫组化的发现，提示HIF-1α/HO-1通路可能参与了马鞭草苷的肾脏保护机制。

The HIF-1α/HO-1 signaling pathway contributed to the protective effects of verbenalin against H/R-induced ferroptosis in HK-2 cells

在HK-2细胞H/R模型中，马鞭草苷以浓度依赖方式提高细胞存活率。当研究人员使用siRNA沉默HIF-1α表达后，马鞭草苷对H/R诱导的铁死亡的保护作用被部分逆转，表现为TUNEL阳性细胞增加、铁和MDA水平升高、GPX4表达降低。同时，HIF-1α knockdown也降低了HO-1表达，进一步证实了该通路在马鞭草苷抗铁死亡中的作用。

研究结论表明，马鞭草苷通过激活HIF-1α/HO-1信号通路，抑制肾小管上皮细胞铁死亡，从而减轻缺血再灌注引起的急性肾损伤。这一发现不仅揭示了马鞭草苷的肾脏保护作用机制，也为AKI的治疗提供了新的策略思路。值得注意的是，HIF-1α在AKI中扮演着复杂的双重角色：早期适度激活可能发挥保护作用，而持续过度表达则可能促进纤维化进程。因此，如何精确调控这一信号通路的时间窗和强度，将是未来研究的重要方向。

该研究的创新性在于首次将中药活性成分马鞭草苷与肾脏铁死亡联系起来，并阐明了HIF-1α/HO-1通路在这一过程中的关键作用。然而，研究也存在一些局限性，如马鞭草苷的最佳治疗剂量和安全窗尚未完全确定，观察时间点相对较短，未能评估长期疗效。此外，马鞭草苷还具有抗炎、抗氧化等多种生物活性，其通过NF-κB等其他通路发挥作用的可能性也值得进一步探索。

总之，这项研究为开发基于马鞭草苷的AKI治疗新策略提供了坚实的实验依据，展现了传统中药现代化研究的巨大潜力。未来通过解决现有局限性、深化机制研究，将推动马鞭草苷向临床转化迈出重要一步。