《Redox Biology》：The CYP1A-HSF1 axis alleviates mitochondrial oxidative stress to limit HBO-induced lung endothelial barrier damage
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尽管高压氧（HBO）治疗是一种成熟的医疗干预措施，对多种疾病有效，但长时间或过度暴露可诱导急性肺损伤（ALI），其机制尚不清楚。在本研究中，研究人员发现，在HBO暴露后，小鼠肺组织和原代小鼠肺微血管内皮细胞（MLVECs）中细胞色素P450（CYP）1A亚家族
尽管高压氧（HBO）治疗是一种成熟的医疗干预措施，对多种疾病有效，但长时间或过度暴露可诱导急性肺损伤（ALI），其机制尚不清楚。在本研究中，研究人员发现，在HBO暴露后，小鼠肺组织和原代小鼠肺微血管内皮细胞（MLVECs）中细胞色素P450（CYP）1A亚家族的两个亚型CYP1A1和CYP1A2的表达显著上调。CYP1A1和CYP1A2全局双敲除（称为CYP1A缺陷小鼠）加剧了HBO诱导的肺内皮功能障碍和ALI，而CYP1A诱导剂β-萘黄酮（BNF）则改善了这些病理变化。机制上，热休克因子1（HSF1）信号通路的激活介导了CYP1A诱导对HBO诱导的线粒体氧化应激、线粒体功能障碍和内皮细胞凋亡的保护作用。关键是，HSF1抑制消除了BNF诱导的HSF1向琥珀酸脱氢酶亚基C（SDHC）启动子的募集，从而抑制了HBO暴露的肺内皮细胞中SDHC的转录。此外，HSF1介导的保护依赖于琥珀酸脱氢酶C（SDHC），从而将CYP1A上调与肺内皮屏障完整性的维持联系起来。CYP1A缺陷导致SDHC表达降低，导致在HBO条件下肺组织中线粒体氧化应激增强、线粒体功能受损和细胞凋亡增加。研究人员的发现揭示了一种先前未被认识到的保护机制，其中CYP1A的上调通过HSF1/SDHC信号轴减轻线粒体氧化应激和恢复线粒体稳态，作为对抗HBO诱导的肺内皮损伤的适应性反应。
**论文解读：CYP1A-HSF1轴在高压氧诱导肺内皮屏障损伤中的保护机制**
**研究背景与问题**
高压氧（HBO）疗法是治疗减压病、一氧化碳中毒、糖尿病伤口及迟发性辐射损伤等疾病的成熟医学干预手段。然而，长时间或过度暴露于高压氧可引发急性肺损伤（ALI），其机制与脓毒症或病毒诱导的ALI不同：后者由病原体相关分子模式（PAMPs）或病毒直接侵袭驱动，而HBO诱导的ALI直接源于氧化应激，导致活性氧（ROS）和脂质过氧化产物大量产生，但具体分子机制尚不明确，且缺乏有效的预防和治疗策略。细胞色素P450（CYP）酶超家族是肺组织中的主要代谢酶，其中CYP1家族（包括CYP1A和CYP1B1亚家族）在肺损伤模型中的作用存在争议：部分研究显示CYP1A保护高氧性肺损伤，而CYP1B1促进损伤。然而，CYP1家族在HBO诱导的ALI中的作用尚未被研究。因此，研究人员旨在阐明CYP1A是否参与HBO诱导的肺内皮屏障损伤，并探索其潜在机制。
**研究内容与结论**
本研究首次证明，CYP1A1和CYP1A2（而非CYP1B1）在HBO暴露后的小鼠肺组织和原代小鼠肺微血管内皮细胞（MLVECs）中显著上调。通过CYP1A1/1A2双敲除小鼠（CYP1A缺陷小鼠）和CYP1A诱导剂β-萘黄酮（BNF）处理，发现CYP1A缺陷加剧了HBO诱导的肺内皮屏障功能障碍、病理损伤和炎症反应，而BNF则改善这些改变。机制上，CYP1A上调通过激活热休克因子1（HSF1）信号通路，直接促进HSF1与琥珀酸脱氢酶亚基C（SDHC）启动子结合，增强SDHC转录和线粒体复合物II活性，从而减轻线粒体氧化应激、恢复线粒体膜电位和ATP产生，并抑制内皮细胞凋亡。HSF1抑制或SDHC敲低可消除BNF的保护作用。此外，CYP1A缺陷导致SDHC表达降低，加重线粒体功能障碍和内皮凋亡。该研究揭示了CYP1A-HSF1-SDHC轴作为新机制，限制HBO诱导的肺内皮屏障损伤，相关论文发表于《Redox Biology》。
**主要技术方法**
研究人员采用CRISPR/Cas9技术构建CYP1A1/1A2双敲除小鼠（来源：上海南方模式生物），并分离培养原代小鼠肺微血管内皮细胞（MLVECs）。使用HBO暴露模型（2 ATA，6小时）模拟急性肺损伤。通过RNA测序（RNA-seq）与基因集富集分析（GSEA）筛选关键通路，并利用Western blot、qRT-PCR、免疫荧光染色检测蛋白和mRNA表达。采用FITC-dextran通透性测定评估内皮屏障功能，CCK-8法检测细胞活力，MitoSOX、JC-1染色及ATP/复合物II活性测定评估线粒体功能，ChIP-qPCR验证HSF1与SDHC启动子结合，双荧光素酶报告基因验证HSF1转录活性，siRNA敲低SDHC进行功能验证。
**研究结果**
**1.1 CYP1A缺陷加重HBO诱导的急性肺损伤**
通过qRT-PCR和Western blot，研究人员发现HBO暴露后小鼠肺组织和MLVECs中CYP1A1和CYP1A2的mRNA和蛋白表达呈时间依赖性升高，而CYP1B1不变。在CYP1A缺陷小鼠中，HBO暴露后内皮标志物CD31和VE-cadherin表达显著降低，肺损伤评分升高，趋化因子（MCP-1、CXCL5、CXCL10）和促炎细胞因子（IL-1β、IL-6）mRNA水平进一步升高。结论：CYP1A缺陷加剧HBO诱导的肺内皮功能障碍和炎症。
**1.2 CYP1A诱导剂改善HBO诱导的肺内皮高通透性和肺损伤**
体外实验显示，BNF预处理MLVECs可增加CYP1A1/1A2蛋白表达，同时提高VE-cadherin表达和细胞活力，降低FITC-dextran通透性。体内实验表明，BNF处理HBO暴露小鼠后，CD31和VE-cadherin表达恢复，肺损伤评分降低，炎症因子表达下降。在CYP1A缺陷小鼠中，BNF的保护作用减弱但仍部分保留。结论：CYP1A诱导剂通过CYP1A依赖及非依赖途径改善HBO诱导的肺内皮损伤。
**1.3 HSF1激活通过SDHC依赖途径减轻线粒体氧化应激、线粒体功能障碍和细胞凋亡，介导CYP1A保护**
RNA-seq和GSEA分析显示，HSF1信号通路在CYP1A缺陷小鼠肺组织中负富集，在BNF处理后正富集。BNF增加HSF1表达和核转位，并激活HSF1靶基因（Hspa1a、Hspa1b、Hspa8）和HSF1荧光素酶报告基因活性。HSF1激动剂HSF1A模拟BNF的保护作用，而HSF1抑制剂KRIBB11消除BNF对VE-cadherin、细胞活力和通透性的改善。进一步，BNF或HSF1A降低HBO诱导的线粒体超氧化物（MitoSOX）、JC-1单体（增加膜电位），并恢复ATP水平，这些效应被KRIBB11或SDHC敲低逆转。ChIP-qPCR证实BNF促进HSF1结合SDHC启动子，增加SDHC表达和线粒体复合物II活性，KRIBB11抑制该结合。SDHC敲低消除BNF或HSF1A的抗凋亡（cleaved caspase-3阳性细胞减少、caspase-3活性降低）和内皮保护作用。结论：HSF1通过直接上调SDHC，减轻线粒体氧化应激和功能障碍，介导CYP1A对HBO诱导的内皮损伤的保护。
**1.4 HSF1抑制剂降低SDHC表达并消除CYP1A诱导剂对HBO诱导的线粒体氧化应激、线粒体功能障碍和内皮细胞凋亡的保护**
体内实验显示，BNF处理HBO暴露小鼠后，肺组织中SDHC表达和线粒体复合物II活性增加，氧化DNA损伤标志物8-OHdG阳性细胞减少，线粒体超氧化物降低，膜电位和ATP升高，cleaved caspase-3阳性内皮细胞减少，caspase-3活性降低，CD31和VE-cadherin表达恢复，肺损伤评分和炎症因子下降。KRIBB11处理显著逆转这些保护效应。结论：HSF1抑制阻断CYP1A诱导剂对肺线粒体保护和内皮损伤的改善。
**1.5 CYP1A缺陷降低SDHC表达并加重HBO诱导的线粒体氧化应激、线粒体功能障碍和内皮细胞凋亡**
在CYP1A缺陷小鼠中，HBO暴露后肺组织SDHC表达和线粒体复合物II活性显著降低，8-OHdG阳性细胞增多，线粒体超氧化物增加，膜电位和ATP下降，cleaved caspase-3阳性内皮细胞和caspase-3活性升高。结论：CYP1A缺陷导致SDHC下调，加剧HBO诱导的线粒体损伤和内皮凋亡。
**讨论与结论**
讨论部分指出，CYP1A在HBO诱导的ALI中发挥保护作用，其上调可能是一种适应性机制。与既往研究一致，CYP1A对高氧性肺损伤的保护作用在多种模型中验证，但本研究首次在HBO条件下证实。BNF的部分保护作用在CYP1A缺陷小鼠中仍存在，提示AhR可能通过非CYP1A途径发挥保护。HSF1-SDHC轴的发现为理解线粒体保护机制提供了新视角。此外，讨论了CYP1A诱导剂（如奥美拉唑和BNF）的临床转化挑战，包括物种差异、给药时机、药物相互作用及长期致癌风险。同时指出研究仅使用雄性小鼠，存在性别差异的局限性。
**结论翻译**：总之，本研究首次证明，CYP1A的上调可能代表一种新的适应性保护机制，对抗高压氧诱导的肺内皮屏障功能障碍和急性肺损伤。机制上，CYP1A上调通过激活HSF1/SDHC信号通路，抑制线粒体氧化应激和恢复线粒体功能，从而减轻高压氧诱导的内皮损伤。因此，通过遗传或药理学干预靶向CYP1A/HSF1/SDHC通路以减轻线粒体功能障碍，可能为高压氧诱导的急性肺损伤提供有前景的治疗策略。
