TAK1与肥胖性心肌病中脂质诱导的巨噬细胞极化：基于网络药理学与实验验证的证据

《Biomedicines》：TAK1 Is Associated with Lipid-Induced Macrophage Polarization in Obesity Cardiomyopathy: Evidence from Network Pharmacology and Experimental Validation

　　

目的：探讨TAK1是否调节脂质诱导的巨噬细胞极化并促进肥胖性心肌病（OCM）的炎症进展。背景：OCM以脂质超载、慢性低度炎症、巨噬细胞极化失衡和心肌重构为特征。前期内部RNA-Seq数据提示TAK1可能参与肥胖相关心脏病理重构，但其在脂质诱导巨噬细胞极化中的调控作用尚不清楚。方法：研究人员采用网络药理学确定TAK1是否位于OCM相关代谢-炎症靶点网络内。从公共数据库检索OCM相关靶点和化合物干预相关靶点，随后进行重叠分析、蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）分析及GO/KEGG富集分析。采用高脂饮食诱导大鼠模型评估心功能、心肌重构、TAK1表达和心脏巨噬细胞极化。体外，NR8383巨噬细胞暴露于棕榈酸（PA，400 μM，24 h），随后进行TAK1过表达或敲低。通过RT-qPCR和Western blot评估巨噬细胞极化和炎症信号。结果：网络药理学在OCM相关干预靶点空间内鉴定出125个重叠靶点。PPI网络包含108个节点和486条边。AKT1、STAT3、IL6、TP53和TNF是主要hub基因。TAK1的degree值为20，直接与NFKB1、IL1B和TNF相互作用。富集分析显示涉及葡萄糖稳态、心脏收缩、蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶活性、胰岛素信号、AGE-RAGE信号和HIF-1信号。体内，高脂饮食诱导的肥胖和OCM伴随TAK1表达增加和心脏巨噬细胞极化改变。体外，PA增加TAK1和CD86表达，降低CD163表达。TAK1过表达增强iNOS、NF-κB和IL-12表达，抑制Arg1和IL-10表达。TAK1敲低逆转这些变化。结论：TAK1定位于OCM相关代谢-炎症网络，并在OCM进展过程中上调。功能验证提示TAK1参与脂质诱导的M1巨噬细胞极化，与NF-κB相关炎症信号有关。

肥胖性心肌病（OCM）是一种以脂质超载、慢性低度炎症、巨噬细胞极化失衡和心肌重构为特征的病理状态。临床研究已证实肥胖与左心室功能障碍相关，且独立于高血压和冠心病。在肥胖相关炎症中，巨噬细胞发挥核心作用：M1型巨噬细胞分泌TNF-α和IL-6等促炎因子，加重组织损伤；M2型巨噬细胞分泌IL-10和TGF-β等抗炎因子，促进组织修复。既往研究显示M1型巨噬细胞参与心肌损伤，但OCM中M1极化的调控机制尚不清楚。转化生长因子-β活化激酶1（TAK1）是一种上游丝氨酸/苏氨酸激酶，参与NF-κB、p38 MAPK和JNK等炎症及应激信号通路。研究人员前期内部RNA-Seq数据提示肥胖相关心脏重构过程中TAK1表达发生改变，但脂质超载条件下TAK1对心脏巨噬细胞极化的调控作用仍属未知。网络药理学可整合疾病相关靶点、干预相关靶点谱、蛋白质-蛋白质相互作用网络及富集通路，为评估TAK1在OCM相关代谢-炎症网络中的潜在地位提供了有用工具。为此，研究人员结合网络药理学预测、高脂饮食大鼠模型和体外细胞干预实验，系统探讨了TAK1在脂质诱导巨噬细胞极化中的作用。

研究人员首先利用网络药理学分析，从GeneCards和OMIM数据库检索OCM相关靶点，同时基于麝香通心滴丸活性成分建立化合物干预靶点集，通过重叠分析获得125个共有靶点。蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络包含108个节点和486条边，AKT1、STAT3、IL6、TP53和TNF为关键hub基因；TAK1的degree值为20，直接与NFKB1、IL1B和TNF相互作用。GO和KEGG富集分析显示这些靶点涉及葡萄糖稳态、心脏收缩、蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶活性、胰岛素信号、AGE-RAGE信号和HIF-1信号等通路。动物实验采用30只雄性Sprague-Dawley大鼠，其中对照组喂食标准饲料，模型组喂食45%高脂饲料16周；根据LVEF阈值（<90%为OCM，≥90%为单纯肥胖）最终分为Control（n=7）、SOB（n=9）和OCM（n=12）三组。研究人员通过超声心动图、HE染色、天狼星红染色和透射电镜评估心脏结构与超微结构，并从心脏组织分离CD14⁺巨噬细胞，结合RT-qPCR、Western blot和免疫荧光检测TAK1表达和巨噬细胞极化标志物。体外实验中，NR8383巨噬细胞暴露于棕榈酸（PA，400 μM，24 h），并通过慢病毒介导TAK1过表达或敲低，检测M1/M2极化相关基因和蛋白变化。

结果显示：网络药理学分析支持TAK1作为OCM相关代谢-炎症网络中的潜在干预靶点。动物模型成功建立高脂饮食诱导的肥胖和OCM：SOB和OCM组大鼠体重、血压升高，出现糖耐量受损和胰岛素抵抗；OCM组左心室扩大，LVEF和LVFS显著降低，心肌纤维排列紊乱、胶原沉积增加（CVF升高），电镜下可见肌原纤维断裂、线粒体肿胀和空泡化；SOB组心功能尚正常，但心外膜脂肪增加。巨噬细胞极化检测显示，SOB组心脏巨噬细胞CD86⁺（M1）比例升高，CD163⁺（M2）比例降低，呈现M1偏向极化；OCM组CD86⁺比例较SOB组下降但仍伴随IL-10升高，呈混合型炎症表型。TAK1 mRNA和蛋白水平在SOB和OCM组均显著上调，以OCM组最为明显，同时NF-κB、TNF-α和IL-6也同步升高。体外PA处理可上调NR8383细胞TAK1和CD86，下调CD163。TAK1过表达进一步增强PA诱导的iNOS、NF-κB、IL-12和CD86表达，抑制Arg1、IL-10和CD163表达；TAK1敲低则逆转上述变化，表明TAK1在脂质诱导的M1极化中具有因果调控作用，且该作用与NF-κB相关炎症信号有关。

讨论部分指出，网络药理学结果提示TAK1处于代谢-炎症网络的节点位置，但预测信息不能替代直接药理证据。体内结果支持TAK1和NF-κB随OCM进展持续升高，促炎因子TNF-α和IL-6明显增加，提示慢性炎症状态。脂肪组织功能障碍和脂肪因子失衡（如瘦素、抵抗素升高，脂联素降低）也可能与TAK1介导的巨噬细胞炎症信号相互作用。巨噬细胞表型具有分期依赖性：SOB阶段以M1优势为主，OCM阶段则表现为炎症激活与代偿性抗炎信号并存。体外功能实验从因果层面证实TAK1通过NF-κB相关信号促进脂质诱导的M1样极化。研究局限性包括未直接检测TAK1、IκBα和NF-κB/p65的磷酸化水平，未进行巨噬细胞特异性TAK1体内干预，NR8383细胞系不能完全代表原代心脏巨噬细胞，且CD86/CD163标记可能简化了巨噬细胞异质性。

研究结论可概括为：TAK1表达在高脂饮食诱导的肥胖和OCM进展中增加，并与心脏巨噬细胞极化改变相关。网络药理学将TAK1定位于OCM相关代谢-炎症网络中；体外功能获得和缺失实验提示TAK1可能促进脂质诱导的M1样巨噬细胞极化，该效应可能与NF-κB相关炎症信号有关。这些发现为后续探讨TAK1作为OCM治疗靶点的价值提供了基础。