α-酮戊二酸（AKG）通过抑制氧化应激与调节免疫应答缓解系统性红斑狼疮（SLE）的发病机制

《Nutrients》：α-Ketoglutarate Alleviates the Pathogenesis of Systemic Lupus Erythematosus via Reducing Oxidative Stress and Attenuating Excessive Immune Response

　　

背景：系统性红斑狼疮（systemic lupus erythematosus, SLE）是一种由免疫调节异常驱动的系统性自身免疫疾病，具有异质性的临床表现并可导致多器官损伤。α-酮戊二酸（α-ketoglutarate, AKG）是三羧酸循环（tricarboxylic-acid cycle, TCA）的关键中间代谢产物，参与能量代谢和免疫调节等多种生理过程。方法：研究人员给8周龄雌性BALB/c小鼠注射降植烷（pristane）建立SLE小鼠模型，利用该模型探究AKG干预对SLE的治疗功能及潜在机制。结果：AKG给药显著降低SLE小鼠血清抗核抗体（antinuclear antibody, ANA）水平，改善肾脏损伤及生化指标。同时，AKG有效维持肾小球完整性，降低血清生化酶及指标水平。此外，AKG减轻氧化应激，其机制与增强内源性抗氧化酶活性及降低丙二醛（malondialdehyde, MDA）水平相关。最重要的是，AKG上调肾脏组织线粒体呼吸链复合物相关基因的转录水平，增加三磷酸腺苷（adenosine triphosphate, ATP）的生成。而且，AKG给药调节脾脏免疫细胞比例，通过降低干扰素刺激基因（interferon-stimulated genes, ISGs）表达水平、抑制炎症因子释放，最终减轻SLE相关损伤。结论：综上所述，AKG通过多靶点通路发挥针对SLE的保护作用，包括抑制氧化应激、改善线粒体生物发生相关因子、调节免疫细胞谱及减轻炎症反应。这些发现表明AKG具有改善SLE的作用。

系统性红斑狼疮（systemic lupus erythematosus, SLE）是一种临床表现异质性的慢性自身免疫病，主要累及皮肤、肾脏、中枢神经系统、血管及关节等器官。据2023年全球流行病学研究报道，该病全球患病人数约340万，每年新增约40万病例，在波兰、美国、巴巴多斯及中国发病率最高，且青春期至绝经期女性为高发人群，儿童期男女比例约为3:1，成年期可达9:1甚至15:1。尽管病因尚未完全明确，但遗传易感性、线粒体功能障碍、表观遗传改变、环境触发因素及激素调节异常均被认为与SLE发病风险密切相关。

近年来，大量研究证据强调线粒体功能障碍与细胞氧化应激在SLE发病机制中的关键作用。三羧酸循环与氧化磷酸化（oxidative phosphorylation, OXPHOS）之间的平衡不仅维持细胞能量代谢，更是活性氧（reactive oxygen species, ROS）生成与清除的动态调控中心，以保持细胞氧化还原稳态。持续性氧化应激可破坏线粒体完整性，促进线粒体DNA（mitochondrial DNA, mtDNA）向胞质释放，进而激活环状GMP-AMP合酶-干扰素基因刺激蛋白（cyclic GMP-AMP synthase-stimulator of interferon genes, cGAS-STING）通路，增强I型干扰素（interferon-I, IFN-I）反应。与此同时，B淋巴细胞异常扩增与免疫激活在SLE发展中占据核心地位，该病以ANA、抗Sm抗体及抗双链DNA（anti-double-stranded DNA, anti-dsDNA）抗体等自身抗体产生增加为特征。这些抗体由浆细胞及终末分化B细胞（plasmablasts）产生后形成免疫复合物（immune complexes, ICs），诱发局部炎症并放大免疫反应，通过触发下游信号加剧狼疮病理进程。临床数据显示约50%的SLE患者血液IFN-I含量升高，更大比例患者外周血细胞中存在I型干扰素信号相关基因过表达现象。

α-酮戊二酸（α-ketoglutarate, AKG）作为三羧酸循环关键代谢物，在维持细胞能量供应与免疫稳态方面发挥重要作用。既往研究表明AKG可通过调节免疫细胞的活化与分化参与抗病毒、抗肿瘤及抗炎过程。值得注意的是，AKG能够上调外核苷三磷酸二磷酸水解酶1（ENTPD1）表达，通过增加CD39含量抑制B细胞活化与分化，从而在MRL/lpr狼疮模型中显著减轻发病。AKG在人体与小鼠体内可天然合成，其安全性与可食用性已获监管机构认可，并对肾脏、脾脏、肝脏、心脏等多种组织具有保护作用，且在预防线粒体功能障碍与氧化应激方面表现潜力。尽管AKG对免疫性疾病的保护效应已有证据支持，但其在SLE中的具体保护机制尚未完全阐明。

为填补上述研究空白，研究人员建立了降植烷诱导的SLE小鼠模型，系统评估AKG干预对SLE的治疗潜力。研究在降植烷注射后3个月启动AKG给药，通过组织病理、血清学及基因转录水平等多维度分析，全面探讨AKG对抗SLE小鼠模型的作用及其分子机制，旨在为SLE的临床治疗提供新型候选药物。该研究表明AKG能够显著抑制疾病进展，对改善SLE相关多器官损伤具有重要科学意义与临床转化价值。

本研究采用的主要关键技术方法包括：研究人员选用8周龄雌性BALB/c小鼠，通过腹腔注射500 μL降植烷建立SLE模型，另设磷酸盐缓冲液（PBS）对照组。建模5个月并经血清学与尿液检测确认模型成功后，小鼠被随机分为4组：PBS+水（对照组）、PBS+AKG组、降植烷+水组（Pris组）、降植烷+AKG组（Pris+AKG组），每组14只。AKG以100 mg/kg/天剂量经灌胃给药，持续干预3个月。研究综合运用组织病理学检查（包括苏木精-伊红染色、Masson三色染色及过碘酸雪夫染色）、血清生化指标检测、流式细胞术分析脾脏免疫细胞亚群、实时荧光定量PCR（RT-qPCR）检测肾脏组织基因表达、mtDNA拷贝数定量及ATP含量测定等技术手段。

3.1 AKG预防SLE的发生发展

研究人员通过降植烷腹腔注射成功建立SLE模型，观察到Pris组小鼠死亡率显著升高并出现腹水形成与体重异常增加，而AKG治疗显著降低了死亡率并缓解了这些症状。肾脏形态学检测显示Pris组肾脏体积与重量异常增加，提示严重肾水肿，AKG干预有效改善了肾脏损伤。此外，血清ANA、抗dsDNA抗体水平及尿蛋白含量在模型组显著升高，而外源性AKG显著抑制了血清AKG水平的异常升高，并有效缓解了SLE相关病理损伤。

3.2 AKG缓解降植烷诱导小鼠的肾脏组织学改变

组织病理学分析显示，降植烷诱导触发了肾小球肥大、细胞增多及炎症细胞浸润等深层结构损伤。AKG给药显著降低了肾小球损伤率，减轻肾间质纤维化面积比例，并减弱肾小球基底膜（glomerular basement membrane, GBM）的异常扩张与基质积累。免疫荧光染色进一步证实AKG减少了降植烷引起的肾小球IgG免疫复合物沉积。

3.3 AKG抑制降植烷诱导SLE小鼠的生化学改变

全面的血清生化学参数分析表明，Pris组小鼠血清尿素、肌酐（CREA）及尿酸水平显著升高，同时白蛋白（ALB）与总蛋白（TP）水平下降，AKG显著逆转了这些异常变化并改善肾小球滤过功能。此外，Pris组血清ALT、AST、ALP浓度显著上调，CK、CK-MB及LDH活性显著升高，AKG治疗有效抑制了这些多系统损伤相关酶水平的升高。

3.4 AKG对SLE小鼠减少氧化应激有显著作用

抗氧化能力检测显示，Pris组小鼠血清总抗氧化能力（total antioxidant capacity, T-AOC）显著下降，GSH-Px、CAT及SOD活性均降低，AKG成功挽救了这些关键抗氧化效应物的活性。更重要的是，AKG给药显著减少了肾脏组织中的ROS过载，并抑制了血清MDA水平，有效缓解了降植烷诱导的氧化应激损伤。

3.5 AKG调节呼吸链复合物的基因表达

mtDNA拷贝数分析显示Pris组小鼠mtDNA拷贝数异常增加，AKG治疗纠正了这种基因组失调。对编码线粒体电子传递链核心亚基的Ndufb8、Sdhb、Uqcc1、Cox6a1及Atp5f1a等基因进行转录水平检测，发现Pris组这些基因显著下调，而AKG治疗显著上调了呼吸链基因表达。ATP含量测定进一步证实Pris组肾脏ATP水平显著下降，AKG成功逆转了这种能量代谢障碍。

3.6 AKG减弱降植烷诱导的免疫细胞异常升高以缓解SLE小鼠脾脏损伤

脾脏病理学检测显示AKG显著减少了Pris组小鼠脾脏大小、重量及脾指数的异常增加，并降低了脾细胞数量。流式细胞术分析证实Pris组CD45⁺白细胞频率显著上调，AKG干预有效改善了这种病理性免疫改变。同时，AKG给药使CD19⁺ B细胞百分比显著低于降植烷处理组，CD3⁺ T细胞比例也相应下降，恢复了脾脏淋巴细胞稳态。

3.7 AKG通过减少炎症反应改善SLE

血清炎症因子检测显示Pris组小鼠CXCL10、TNFα、IL-6及IL-1β浓度显著升高，AKG给药强烈抑制了这些循环细胞因子的病理性释放。肾脏组织转录水平分析表明Pris组Cxcl10、Tnfa及Il6表达显著上调，AKG补充显著下调了这些转录水平。此外，Ifna1、Ifnb1等I型干扰素及Isg15、Ifit1、Ifit2等干扰素刺激基因的转录水平在Pris组显著上调，AKG治疗有效下调了这些ISGs的表达，抑制了异常I型干扰素反应。

讨论部分

研究人员在讨论中指出，SLE是一种由遗传易感性、线粒体功能失调、表观遗传改变、激素调节及环境触发因素共同驱动的多异质性慢性自身免疫病，而线粒体作为关键细胞器在疾病进程中扮演重要角色，靶向线粒体可能成为有价值的治疗策略。本研究成功建立了严重的经典验证SLE模型，证实3个月AKG干预在狼疮性肾炎治疗阶段展现出作为治疗辅助剂的潜力。多模态病理评估（HE、PAS及Masson三色染色）共同证实降植烷触发了肾小球结构破坏与进行性纤维化重塑，口服AKG显著减轻了弥漫性病理损伤，恢复了组织结构完整性与循环生化标志物。

关于生存分析，研究人员观察到死亡率主要限于Pris组，而Pris+AKG组生存率明显更高。尽管Pris+AKG组也有小鼠死亡，但这一现象反映的是疾病严重程度而非选择性保留轻症动物。AKG治疗组的改善生存率本身即代表主要治疗效果读数，表明AKG能够减弱疾病严重程度，尽管生存偏倚无法完全排除。

代谢层面，血清AKG水平在炎症性疾病中异常升高，可能由于三羧酸循环受损或活跃自身免疫期间周转效率降低所致。外源性AKG干预后细胞内该代谢物水平显著降低，提示可能存在负反馈调节机制，但该机制尚需未来研究阐明。病理氧化还原失衡与线粒体损伤是SLE进展的中心驱动力，AKG通过上调SOD、CAT、GSH-Px等内源性抗氧化酶，同时中和局部ROS爆发并减弱脂质过氧化，有效改善了这一恶性循环。值得注意的是，本研究新识别到降植烷治疗导致mtDNA拷贝数异常增加的现象，AKG显著纠正了这种异常。转录分析揭示AKG通过增强线粒体电子转运链基因表达有效提升了肾脏ATP产生能力。

免疫细胞分析表明AKG显著限制了CD45⁺脾白细胞与CD19⁺ B细胞群体的异常扩增，这与既往Gao, Y.等的研究发现一致。值得注意的是，AKG组中CD3⁺ T细胞比例下降是B细胞数量爆发驱动的次级分母稀释效应。通过抑制病理性CD19⁺ B细胞丰度，AKG改善了生理性淋巴细胞亚群分布，该表型变化与循环促炎细胞因子水平降低及I型干扰素特征下调直接相关。

研究人员同时坦诚承认了本研究存在的局限性：AKG在特定免疫细胞亚群内的精确分子靶点及潜在机制仍有待阐明；免疫细胞亚群仅以门控群体百分比报告，未报告绝对细胞数量；未使用活性染料，无法排除非活性细胞；未对B细胞亚群（如活化B细胞及浆母细胞/浆细胞）进行更深入表型分析。当前研究仅限于单一剂量干预，未来研究应测试多个剂量水平以建立剂量-反应关系，临床转化前还需进一步的剂量验证与安全性研究。

结论

综上所述，研究结果表明AKG可通过促进抗氧化酶的催化活性、改善线粒体生物发生相关因子、广泛调节CD3⁺ T和CD19⁺ B细胞比例以及抑制炎症反应，显著缓解降植烷诱导的SLE。这些发现表明AKG通过涉及氧化应激与炎症的多效性机制改善SLE发展。