氧化铈纳米颗粒通过阻断TGF-β/Smads通路并激活Nrf2/HO-1信号通路减轻大鼠肝纤维化的机制研究

本研究针对肝纤维化缺乏有效治疗策略的问题，通过植物绿色合成氧化铈纳米颗粒（CeO2NPs），在硫代乙酰胺（TAA）诱导的大鼠肝纤维化模型中验证其抗纤维化作用。结果表明：CeO2NPs（0.1/0.5 mg/kg）显著改善肝功能指标（降低GPT/GOT/ALP，提升白蛋白），抑制氧化应激（降低MDA，提升GSH），并双向调控关键通路——上调SIRT1/Nrf2/HO-1抗氧化通路，同时抑制TGF-β1/p-Smad2/3促纤维化信号，减少胶原沉积（COL1A1/α-SMA/MMP-2）和细胞凋亡（caspase-3）。分子对接证实CeO2NPs与靶蛋白（TGF-β1/Smad2/3/Nrf2等）强结合，为肝纤维化治疗提供新型纳米药物策略。

　　

论文解读

肝纤维化是慢性肝损伤向肝硬化发展的核心病理过程，全球约1.8%成年人受其困扰，死亡率高达12.8/10万。传统治疗手段有限，亟需靶向肝纤维化关键通路的创新药物。硫代乙酰胺（TAA）诱导的大鼠模型因病理特征与人类肝纤维化高度相似，成为研究理想工具。TAA代谢产物通过诱发氧化应激和炎症反应，激活肝星状细胞（HSCs）转化为肌成纤维细胞，促进细胞外基质（ECM）过度沉积，而转化生长因子-β1（TGF-β1）/Smads通路在此过程中起核心驱动作用。与此同时，机体抗氧化防御系统（如Nrf2/HO-1通路）的失调进一步加速纤维化进程。

为开发高效低毒的抗纤维化纳米药物，埃及国家研究中心（National Research Centre, Egypt）的研究团队创新性地利用Carissa carandas植物提取物绿色合成氧化铈纳米颗粒（CeO₂NPs），其粒径为61.9 nm、Zeta电位-18.94 mV（图1-2），具备良好稳定性。在Naunyn-Schmiedeberg's Archives of Pharmacology发表的研究中，团队通过静脉注射CeO₂NPs（0.1/0.5 mg/kg，每周2次）干预TAA（200 mg/kg）诱导的肝纤维化大鼠，结合分子生物学、组织病理学及计算模拟技术，系统阐明其抗纤维化机制。

关键研究方法

1. 动物模型与给药：雄性Wistar大鼠分为对照组、CeO₂NPs单药组（0.5 mg/kg）、TAA模型组及CeO₂NPs（0.1/0.5 mg/kg）+TAA干预组，持续处理4周。
2. 生化与分子分析：检测血清肝功能指标（GPT、GOT、ALP、总胆红素、白蛋白）；测定肝组织氧化应激标志物（丙二醛MDA、谷胱甘肽GSH）；ELISA/Western blot定量TGF-β1、p-Smad2/3、核因子Nrf2、血红素氧合酶-1（HO-1）；RT-PCR分析SIRT1、COL1A1、MMP-2基因表达。
3. 组织病理学：H&E和天狼星红染色评估肝组织损伤与胶原沉积；免疫组化检测α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）和凋亡标志物caspase-3。
4. 分子对接：模拟CeO₂NPs与TGF-β1、Smad2/3、Nrf2等靶蛋白的结合模式（软件：AutoDock Vina）。

研究结果

1. 改善肝功能与氧化失衡
   CeO₂NPs显著逆转TAA诱导的血清GPT（2.66倍↑→降至对照组水平）、GOT（1.74倍↑）和总胆红素升高（表2），提升白蛋白合成能力。同时，肝组织MDA（3.94倍↑）和GSH（↓43.13%）水平恢复至正常，激活抗氧化核心通路——SIRT1基因表达、核Nrf2及下游HO-1蛋白分别提升64.69%和61.93%（图3）。

2. 抑制纤维化信号通路与胶原沉积
   TGF-β1表达被抑制6.42倍，其下游磷酸化蛋白p-Smad2/3显著下调（图5）。促纤维化基因COL1A1、MMP-2及肌成纤维细胞标志物α-SMA表达同步降低（图4）。组织病理学显示：TAA组出现广泛桥接纤维化、假小叶形成（图6c-e），胶原面积占比激增；而CeO₂NPs（0.5 mg/kg）治疗组仅见少量纤维间隔，肝结构基本正常（图6g），胶原沉积面积减少>50%（图7f）。

3. 抗凋亡效应与靶点结合验证
   免疫组化证实CeO₂NPs抑制caspase-3激活（图8f），减少肝细胞凋亡。分子对接显示CeO₂NPs与所有靶蛋白强结合（结合能：-6.87 ~ -22.84 kcal/mol），其中与TGF-β1（-18.55 kcal/mol）形成12个氢键（Tyr249/His317等）（图9），与Smad3（-22.84 kcal/mol）结合能最强（图10），从结构层面支持其多靶点干预能力。

结论与意义
本研究首次揭示植物合成CeO₂NPs通过“双向调控”机制抗肝纤维化：

1. 激活抗氧化轴：上调SIRT1（去乙酰化酶）→ 增强Nrf2核转位 → 诱导HO-1/GSH表达，清除自由基；
2. 阻断促纤维化轴：抑制TGF-β1 → 减少Smad2/3磷酸化 → 下调COL1A1/α-SMA/MMP-2，减少ECM沉积；
3. 抑制肝细胞凋亡：降低caspase-3活性。

该研究为肝纤维化提供了兼具抗氧化与抗纤维化活性的纳米治疗策略。CeO₂NPs的生物相容性（绿色合成）及多靶点作用特性（分子对接验证）为其临床转化奠定基础。未来需进一步探索其在其他纤维化疾病（如肺/肾纤维化）的应用潜力及长期安全性。