黄酮类化合物Scutellarein通过重塑肠道微生物群并调控PRMT1介导的Th17/Treg平衡缓解溃疡性结肠炎

《Food Frontiers》：Scutellarein Alleviates Ulcerative Colitis by Reshaping Gut Microbiota and Regulating the PRMT1-Mediated Th17/Treg Balance

　　

溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）是一种结肠黏膜的慢性炎症性疾病，其全球疾病负担持续增加，而现有治疗手段疗效有限。Scutellarein（Scu）是一种存在于唇形科和马鞭草科多种可食用植物中的生物活性黄酮，已被证实具有抗炎和抗氧化活性。研究人员系统评估了scutellarein治疗UC的有效性，并鉴定了其直接靶点及潜在的炎症抑制机制。整合16S rRNA测序与非靶向代谢组学结果显示，scutellarein通过富集D-(-)-quinic acid（DQ），维持肠道微生物群与代谢稳态，并增强肠道屏障完整性。有限蛋白水解质谱（limited proteolysis mass spectrometry，Lip-MS）鉴定protein arginine methyltransferase 1（PRMT1）为scutellarein的真实靶标。机制研究进一步揭示，scutellarein可直接结合PRMT1的Y128残基，进而抑制STAT3不对称二甲基化和磷酸化。这一级联过程共同下调RORγt表达，抑制Th17分化，并最终恢复Th17/Treg细胞平衡。总体而言，scutellarein通过双重保护机制对UC发挥作用：一方面经由微生物群-代谢物调控增强上皮屏障功能，另一方面通过PRMT1/STAT3/RORγt轴抑制黏膜炎症。该研究不仅阐明了天然产物一种新的多组分作用机制，也提出PRMT1可作为UC具有吸引力的新型治疗靶点。

该研究发表于《Food Frontiers》，聚焦天然黄酮类化合物scutellarein在溃疡性结肠炎中的干预作用及其多层次机制。溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）是累及结肠和直肠黏膜的慢性非特异性炎症性疾病，近年来全球患病负担持续上升。其发生发展通常与肠道微生态失衡、上皮屏障功能破坏以及黏膜免疫异常激活密切相关。尽管5-氨基水杨酸（5-aminosalicylic acid，5-ASA）、糖皮质激素及生物制剂等为当前一线治疗方案，但长期疗效有限，且存在继发失应答、感染风险增加和代谢并发症等问题，因此亟需开发兼具多靶点调控能力与较高安全性的创新治疗策略。天然产物因其多通路干预潜力而受到重视。Scutellarein作为来源于黄芩等药食两用植物的活性黄酮，既往已被报道具有抗炎、抗氧化等生物学活性，但其在UC中的直接分子靶点及整合性作用网络仍不清楚。

围绕这一问题，研究人员建立了葡聚糖硫酸钠（dextran sulfate sodium，DSS）诱导的小鼠结肠炎模型，并结合脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）刺激的NCM460和HT-29细胞炎症模型，系统评估scutellarein对结肠炎的治疗潜力。研究结果表明，scutellarein可剂量依赖性减轻DSS诱导的体重下降、结肠缩短、疾病活动指数升高、脾脏肿大和组织学损伤，并降低IL-1β、IL-6、TNF-α等促炎因子表达，同时增强ZO-1、Occludin、Claudin 1等紧密连接蛋白表达，改善杯状细胞与黏膜屏障状态。进一步研究显示，其保护作用并非单一路径介导，而是由两条相对独立但均具有关键意义的机制共同支撑：其一，重塑肠道菌群并改变代谢谱，尤其提升D-(-)-quinic acid水平，进而维护肠屏障完整性；其二，直接靶向PRMT1，抑制PRMT1介导的STAT3精氨酸不对称二甲基化及磷酸化，降低RORγt表达，抑制Th17分化并恢复Th17/Treg免疫平衡。研究最终提出，scutellarein兼具“微生物群-代谢物-屏障”调节作用与“PRMT1-STAT3-RORγt”免疫表观遗传调节作用，为UC治疗提供了新的天然产物候选分子及新的治疗靶点。

在技术方法方面，研究人员主要采用DSS急性结肠炎小鼠模型和LPS诱导的肠上皮细胞炎症模型评估药效；通过16S rRNA测序、非靶向代谢组学和转录组测序解析肠道菌群、代谢物及信号通路变化；借助粪菌移植（FMT）验证菌群介导效应；利用有限蛋白水解质谱（Lip-MS）、分子对接、细胞热迁移分析（CETSA）及药物亲和反应靶标稳定性分析（DARTS）鉴定直接靶点；并通过流式细胞术、免疫共沉淀（Co-IP）、qRT-PCR、Western blot、免疫荧光和组织病理学等方法验证Th17/Treg平衡、屏障蛋白表达及PRMT1/STAT3/RORγt信号轴变化。文中还纳入UC患者结肠组织免疫组化结果及GEO数据库数据用于PRMT1临床相关性验证。

3.1 Scutellarein Ameliorates DSS-Induced Murine Colitis by Regulating Inflammatory Cytokine Expression and Preserving Intestinal Barrier Integrity
研究人员首先在DSS诱导的小鼠UC模型中评价scutellarein的整体药效。结果显示，scutellarein可显著改善结肠炎临床表型，包括缓解血性腹泻、减少体重下降、抑制结肠缩短，并降低疾病活动指数和组织学损伤评分。高剂量scutellarein在部分指标上优于5-ASA。组织学分析表明，scutellarein减轻了隐窝结构破坏和炎性细胞浸润，维持了肠黏膜结构完整性。分子层面上，qRT-PCR和ELISA结果显示其显著下调Il-1β、Il-6和Tnf-α表达。FITC-dextran通透性实验、AB-PAS染色、Ki67染色以及紧密连接蛋白分析共同证明，scutellarein能够降低屏障通透性，增强ZO-1等紧密连接分子表达，保护杯状细胞并维持上皮更新。治疗性给药模型进一步表明，该化合物在疾病建立后仍具有显著干预效果。血清生化和主要脏器病理检查未发现明显毒性，提示其具有较好安全性。

3.2 Scutellarein Prevents LPS-Induced Intestinal Epithelial Cell Injury Through Anti-Inflammatory Mechanisms and Restoration of Intestinal Barrier Integrity
在体外实验中，研究人员使用LPS刺激的NCM460与HT-29细胞模拟炎症性肠上皮损伤。结果证实，scutellarein在5和25 μM浓度下均可降低IL-1β、IL-6和TNF-α表达，并呈现一定剂量依赖趋势。免疫荧光及Western blot显示，scutellarein可恢复LPS诱导下降的ZO-1和Occludin表达，改善紧密连接结构；qRT-PCR同样支持其对Zo-1、Occludin和Claudin 1转录水平的促进作用。该部分结果说明，scutellarein不仅在整体动物水平减轻结肠炎，也可直接保护肠上皮细胞、缓解炎症并维持屏障功能。

3.3 Scutellarein Protects Against DSS-Induced Colitis via Intestinal Barrier Restoration Independent of Cytokine Suppression
为探讨代谢层面的作用机制，研究人员进行了非靶向代谢组学分析。PLS-DA和聚类分析显示，scutellarein可显著逆转DSS诱导的代谢谱紊乱。KEGG富集提示其影响类固醇激素生物合成、色氨酸代谢、5-羟色胺能突触及Th17细胞分化等通路。差异代谢物筛选中，D-(-)-quinic acid显著升高，并与小鼠结肠长度呈正相关。进一步以D-(-)-quinic acid干预DSS模型和NCM460细胞后发现，该代谢物可改善结肠炎表型并上调屏障相关蛋白，但并不显著抑制促炎细胞因子表达。因此，研究人员据此提出：scutellarein部分保护作用可能经由D-(-)-quinic acid介导，且这一机制主要指向肠上皮屏障修复，而非直接抑制炎症因子产生。

3.4 Scutellarein Ameliorates Gut Microbiota Dysbiosis in Mice With Colitis
16S rRNA测序进一步揭示，DSS处理导致小鼠肠道菌群α多样性下降、β多样性异常及群落结构紊乱，而scutellarein可明显恢复这些变化。门水平和属水平分析表明，scutellarein能够纠正DSS引起的多种优势菌群失衡，增加Clostridium_sensu_stricto_1、Akkermansia、Lachnospiraceae_NK4A136_group等有益菌相对丰度，并降低Streptococcus、Escherichia_Shigella、Bacteroides等异常增殖菌群。LEfSe分析进一步确认Clostridium_sensu_stricto_1与Lachnospiraceae_NK4A136_group是scutellarein干预后显著富集的关键菌群，且其丰度与疾病活动指数呈负相关。粪菌移植实验显示，接受scutellarein供体菌群的受体小鼠体重下降减轻、结肠缩短改善、疾病活动指数降低、病理损伤减轻，证明scutellarein调节后的肠道菌群本身即可传递部分保护效应。该部分研究支持scutellarein通过“菌群-代谢物-屏障”调控模块发挥治疗作用。

3.5 Identification of PRMT1 as a Potential Target of Scutellarein
为寻找scutellarein的直接分子靶点，研究人员应用Lip-MS进行系统筛选，并结合KEGG/GO分析锁定PRMT1。蛋白酶切模式变化提示scutellarein与PRMT1结合后诱导其构象重排。分子对接显示scutellarein可能与PRMT1的Trp272和Tyr128形成相互作用。CETSA和DARTS实验进一步证明，scutellarein可直接结合PRMT1并增强其热稳定性和抗蛋白酶降解能力。随后通过构建Y128突变体，研究人员发现该突变显著削弱scutellarein在CETSA和DARTS中的保护效应，从而支持Y128是其关键结合位点。临床相关性方面，免疫组化和GEO数据均显示UC患者结肠组织中PRMT1高表达。功能实验表明，PRMT1敲低可降低炎症介质表达，但对屏障蛋白影响有限，提示PRMT1主要参与炎症调控而非直接介导屏障稳态。酶活性检测及Co-IP结果进一步显示，scutellarein抑制PRMT1活性，并减少STAT3不对称精氨酸二甲基化；这一作用在Y128突变背景下明显减弱，说明scutellarein通过直接作用于PRMT1抑制其下游信号。

3.6 Scutellarein Attenuates DSS-Induced Colitis by Modulating the IL-17 Signaling Pathway and Rebalancing Th17/Treg Cells
转录组测序结果显示，scutellarein干预后结肠组织基因表达谱显著变化，其中IL-17信号通路受到明显抑制，下游Cxcl2、Ccl11、S100a9和Ptgs2等分子表达下降。结合代谢组分析对Th17细胞分化通路的富集，研究人员进一步利用流式细胞术考察免疫细胞亚群变化。结果显示，DSS可导致脾脏及结肠局部CD4⁺IL-17A⁺ Th17细胞比例升高，同时CD25⁺Foxp3⁺ Treg细胞减少，而scutellarein可逆转这一失衡状态。蛋白分析表明，scutellarein在体内和体外均下调STAT3、p-STAT3和RORγt表达。进一步地，PRMT1敲低同样降低STAT3、p-STAT3和RORγt水平，并抑制IL-17A与IL-21表达，提示PRMT1位于该免疫调控轴的上游。综合这些证据，研究人员认为scutellarein通过PRMT1/STAT3/RORγt轴抑制Th17分化并恢复Th17/Treg平衡，从而减轻结肠炎。

讨论部分指出，该研究的重要价值在于首次将scutellarein的抗结肠炎作用拆解为两条相对独立的功能模块：其一是以D-(-)-quinic acid升高、菌群重塑和屏障修复为核心的“微生物群-代谢物-屏障”模块；其二是以PRMT1为直接靶点、经STAT3甲基化/磷酸化和RORγt调节Th17/Treg分化的“表观遗传-免疫”模块。研究还强调，D-(-)-quinic acid主要改善屏障功能和微生态稳态，并不直接抑制炎性细胞因子；而PRMT1主要调控炎症信号和免疫失衡，对屏障蛋白没有直接作用。由此，scutellarein呈现出同时干预黏膜屏障与黏膜免疫的双重治疗特征。作者也指出，DSS模型虽适于研究急性炎症和上皮损伤，但尚不能完全覆盖人类UC的复杂病理背景；16S rRNA测序的分辨率亦有限，未来需通过自发性结肠炎模型、类器官体系及宏基因组学等进一步验证。

研究结论部分可译为：总之，该研究阐明scutellarein是一种在结肠炎中具有双重功能的治疗因子。Scutellarein调节肠道微生物群组成和代谢稳态，从而保护肠道屏障完整性。此外，scutellarein可直接靶向PRMT1并显著抑制其精氨酸甲基转移酶活性，继而降低STAT3不对称精氨酸甲基化和磷酸化水平，导致RORγt沉默，从而抑制IL-17通路信号并恢复肠道微环境中Th17/Treg细胞分化失衡。值得注意的是，该研究首次证明PRMT1是scutellarein的直接分子靶点，并进一步揭示了此前未被认识的PRMT1-STAT3-RORγt表观遗传-免疫调控轴在其治疗作用中的关键地位。此外，研究结果还强调了“微生物群-代谢物-屏障”调控通路作为其保护作用的独立机制。总体而言，这些发现提供了新的机制学认识，并为将scutellarein开发为炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）靶向治疗候选药物奠定了理论基础。