《Toxicology Letters》：Comparative Transcriptomic Analysis Reveals STAT3 as a Candidate Gene Involved in Aristolochic Acid I-Induced Hepatorenal Toxicity
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AAI诱导的肝肾功能损伤机制研究揭示STAT3为共同靶点，通过体内体外实验验证了AAI通过激活STAT3通路导致肝细胞和肾 tubular上皮细胞损伤，抑制STAT3可减轻毒性。
朱国瑞|王帆|王思远|黄凯|陈高峰|刘成海|彭源|陶艳艳
上海中医药大学附属曙光医院肝病研究所，中国上海201203
摘要
马兜铃酸（如马兜铃酸I，AAI）因其肾毒性和诱发肝细胞癌的潜力而广为人知。尽管先前的研究已经证明了AAI具有诱导肝肾毒性的能力，但其确切的机制仍不清楚。本研究的目的是探讨AAI诱导肝肾毒性的机制。研究采用了体内和体外实验方法，包括给C57BL/6小鼠注射AAI，以及让人类肝细胞（HL-7702/L-02）和近端肾小管上皮细胞（HK-2）暴露于AAI。通过对肝脏和肾脏进行RNA测序分析来确定肝肾毒性的机制，并通过后续实验进行验证。在发现AAI诱导肝肾毒性的共同靶点STAT3后，我们进一步使用STAT3抑制剂Stattic进行体外验证。结果表明，STAT3表达升高会导致肝肾毒性，从而引发肝肾功能受损和组织损伤。Western Blot检测显示AAI增加了STAT3的磷酸化水平。此外，应用STAT3抑制剂可以减少肝细胞和肾小管上皮细胞的损伤，证实了Stattic对AAI诱导的损伤的有效性。这些发现证明了AAI具有显著的肝肾毒性，并表明STAT3可能是一个潜在的共同靶点。
引言
马兜铃酸（AAAs）是一类主要存在于马兜铃科植物中的化合物，具有抗感染和抗炎作用，被广泛用于治疗多种疾病（Zhang等人，2019年）。然而，接触AAAs与高风险的肾脏疾病和上尿路癌（UUC）相关（Luciano和Perazella，2015年）。此外，国际癌症研究机构（IARC）于2012年将AAAs及其含有AAAs的植物列为1类人类致癌物（Sun等人，2023年）。除了肾毒性外，值得注意的是AAAs还与肝细胞癌（HCC）密切相关（Ng等人，2017年）。长期过量接触AAAs可能导致肝毒性（Wang等人，2021年）。事实上，含有AAAs的草药会增加病毒性肝炎患者的HCC风险（Chen等人，2019年，Chen等人，2018年）。因此，AAAs引起的潜在肝毒性和肾毒性引起了广泛关注。
在马兜铃科植物中，已鉴定出多种类似物，如AA-I、AA-II、AA-IIIa、AA-IVa和AL-I（Han等人，2019年）。在这些化合物中，AAI被认为是含量最高且活性最强的成分（Michl等人，2016年）。关于AAI的毒性作用的研究涉及多种动物模型。肝脏和肾脏系统主要参与AAAs的积累和代谢过程（Chang等人，2017年；Stiborova等人，2013年），从而导致肝肾细胞结构受损（Upadhyay和Batuman，2022年；Wang等人，2023年）。证据表明，AAI的严重肾毒性是通过影响p38-STAT3-S100A11通路来实现的，这促进了肾间质纤维化的发生（Xian等人，2023年）。AAI的摄入还会导致肝损伤，这与氧化应激和线粒体损伤有关（Wang等人，2021年）。此外，长期接触AAI可能通过激活核因子κB（NF-κB）信号通路引发炎症反应（Luo等人，2022年）。尽管对AAI引起的肝肾损伤的机制有一定了解，但其全面的细胞毒性和分子机制仍需进一步阐明，需要更多研究来确认观察到的肝肾毒性的共同分子基础。
为了解决这些问题，我们建立了AAI暴露的小鼠模型，并利用转录组学方法来研究AAAs诱导肝肾毒性的共同机制。结果表明，STAT3可能是AAI在体外和体内诱导肝肾毒性的潜在靶点。本研究的结果为AAAs或含有AAAs的传统中药的合理使用提供了理论依据。
实验部分
实验动物
从上海南方模式生物中心购买了15只8周大的雄性C57BL/6小鼠，体重约为23-25克，SPF等级。实验动物生产许可证：SCXK（Hu）2017-0010；实验动物使用许可：SYXK（Hu）2017-2012。
细胞
人类肝细胞（HL-7702/L-02，编号CRL-12461）购自ATCC。人类近端肾小管上皮细胞（HK-2，编号CM-H507）购自上海GAINING生物技术公司。药物
马兜铃酸I（AAI），纯度>98.5%，批次：3503；储存温度为4℃，购自AAI对小鼠肝脏和肾脏的损伤
如图1A所示，给小鼠注射AAI后导致急性肝肾损伤。模型小鼠的血清ALT水平比对照组高7倍，血清AST水平高4倍（图1B）。此外，模型组小鼠的SCr水平升高12倍，BUN水平升高2倍（图1C），表明AAI的给药导致了肝肾损伤。对照组小鼠则没有这些变化。
讨论
马兜铃酸（AAI）是马兜铃科植物中的一种关键生物活性化合物，具有多种治疗作用，包括抗炎、抗感染、镇痛和调节血压的作用（Zhang等人，2019年）。基于这些特性，它被用于治疗风湿性疾病和感染性疾病（Stiborova等人，2008年）。此外，AAI在传统医学和民间医学中也有广泛应用。
伦理批准和参与同意
所有动物实验均获得了上海南方模式生物研究中心的机构动物护理和使用委员会（IACUC）的批准（批准编号：2018-0026）。本研究遵循ARRIVE（动物研究报告体内实验）指南进行。
作者贡献声明
王帆：研究工作。朱国瑞：撰写——初稿，研究工作。陶艳艳：撰写——审阅与编辑。彭源：方法学设计。刘成海：监督。陈高峰：方法学设计。黄凯：方法学设计。王思远：验证工作。
利益冲突声明
作者声明本研究在没有任何可能构成利益冲突的商业或财务关系的情况下进行。所有作者均已阅读并同意手稿的内容，并同意其发表。
致谢
本研究得到了上海市科学技术委员会科技创新计划（编号19401901500）、国家科技重大项目“关键新药创制与制造计划”（编号2019ZX09201001）以及上海市中医药发展三年行动计划（编号ZY-[2018-2020]-CCCX-5001）的支持。
数据和材料的可用性
支持本研究结果的序列数据已存放在国家生物技术信息中心。
