《Biochemical Pharmacology》：CYP2E1 inhibitor Q11 shows potential in alleviating cisplatin-induced acute kidney injury via mitigating mitochondrial dysfunction and modulating NF-κB pathway
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摘要顺铂仍是导致急性肾损伤的重要原因，目前仍缺乏有效的治疗策略。作为I相代谢酶的细胞色素P450 2E1（CYP2E1）在炎症性疾病中的作用日益受到关注。本研究旨在探讨新型CYP2E1抑制剂Q11在顺铂诱导的急性肾损伤中的治疗潜力及其作用机制。通过Cyp2e1基因敲除大鼠模型评估
摘要
顺铂仍是导致急性肾损伤的重要原因，目前仍缺乏有效的治疗策略。作为I相代谢酶的细胞色素P450 2E1（CYP2E1）在炎症性疾病中的作用日益受到关注。本研究旨在探讨新型CYP2E1抑制剂Q11在顺铂诱导的急性肾损伤中的治疗潜力及其作用机制。通过Cyp2e1基因敲除大鼠模型评估了CYP2E1在急性肾损伤中的作用，同时在小鼠模型中检测了Q11的保护效果。进一步通过转录组分析及肾小管上皮细胞实验深入研究了其作用机制。研究结果显示，急性肾损伤动物体内的CYP2E1表达及酶活性显著升高。Cyp2e1基因敲除可显著减轻肾脏功能紊乱，包括氧化应激和炎症反应。Q11处理同样能提高顺铂处理小鼠的存活率，降低血清肌酐和血尿素氮水平，减轻肾脏组织病理损伤。从机制上看，Q11通过减少活性氧并提升谷胱甘肽水平来抑制氧化应激，同时还能下调肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-6等促炎细胞因子。转录组分析和Western blot检测表明，Q11可抑制核因子κB信号通路并恢复线粒体功能。体外实验进一步显示，Q11能降低人类肾2细胞和鼠肾小管上皮细胞的CYP2E1表达，改善线粒体膜电位，减少细胞凋亡。综上，CYP2E1在顺铂诱导的急性肾损伤中起关键作用，而新型抑制剂Q11可通过缓解线粒体功能障碍及抑制NF-κB介导的炎症发挥肾脏保护作用。
引言
急性肾损伤是一种以肾功能快速下降为特征的临床综合征，可由多种病因引发，常见于住院患者中[1]。住院患者中急性肾损伤的发病率约为10–15%，而在重症监护病房这一比例则超过50%[1]。缺血、感染、肾毒性药物以及尿路梗阻是导致急性肾损伤的主要因素，其中药物诱发的病例占所有医院病例的14–26%[2]、[3]。顺铂、万古霉素和氨基糖苷类等肾毒性药物会引发急性肾损伤，严重影响患者的健康与生存期[4]。
顺铂是一种无机铂衍生物，被广泛用于各类实体瘤的化疗。统计数据显示，约有30%的患者在使用顺铂后会出现急性肾损伤，甚至可能导致永久性肾功能丧失[5]。此外，顺铂引发的急性肾损伤还会影响心脏、肺和肝脏等多个器官系统的功能，进一步增加患者的死亡风险[6]。因此，减轻顺铂的肾毒性已成为一项紧迫的临床挑战。然而，针对顺铂引起的肾毒性的有效治疗手段至今仍未找到。阿米福辛是目前唯一获得美国食品药品监督管理局批准、可用于缓解顺铂肾毒性的药物[7]、[8]，但其短半衰期以及严重的不良反应，如严重低血压、恶心和呕吐，限制了其在临床上的应用[9]。因此，开发安全有效的药物来对抗顺铂诱导的急性肾损伤显得尤为迫切。
细胞色素P450 2E1属于CYP450代谢酶家族中的重要成员，属于I相代谢酶。近期研究显示，CYP2E1不仅具有代谢功能，还具备促炎作用，与多种炎症性疾病的发病密切相关[10]、[11]。已有研究表明，删除或抑制CYP2E1基因可显著减轻多种炎症疾病模型的严重程度，包括非酒精性脂肪肝病模型、脑缺血再灌注小鼠模型以及脓毒症小鼠模型[11]、[12]、[13]。也有不少研究探讨了CYP2E1与急性肾损伤之间的关系。王等人发现，氯霉素作为一种CYP2E1抑制剂，可通过减少催化活性铁和氧化应激，保护小鼠免受甘油诱导的急性肾损伤[14]。Akakpo等人则在对乙酰氨基酚诱导的急性肾损伤小鼠模型中发现，4-甲基吡唑可通过抑制CYP2E1，减少对乙酰氨基酚有毒代谢产物的生成，进而保护肾脏功能[15]。尽管已有关于CYP2E1在急性肾损伤中作用的研究，但其在顺铂诱导的急性肾损伤中的具体作用尚未得到充分研究，相关机制也仍不清楚[16]。
我们的实验室十余年来一直在研究CYP2E1，最初是在肝细胞癌患者体内发现了该酶的异常升高现象[17]。目前的研究表明，CYP2E1在多种疾病的发病过程中起着关键作用，包括肝细胞癌[18]、肺癌[19]、胶质瘤[20]以及脓毒症[12]。现有的CYP2E1抑制剂，如二乙基二硫代氨基甲酸盐、氯甲噻唑和4-甲基吡唑，往往存在选择性差、毒性高的缺陷。有研究指出，二乙基二硫代氨基甲酸盐不仅能抑制CYP2E1，还会抑制超氧化物歧化酶的活性[21]；而氯甲噻唑除了能抑制CYP2E1外，还具有镇静、催眠和抗癫痫作用[22]。因此，我们团队合成了一种新型CYP2E1抑制剂Q11，即1-(4-甲基-5-噻唑基)乙烯酮，该抑制剂具有极高的选择性、较低的毒性，且对CYP2E1的抑制效果十分显著。Q11是对人CYP2E1具有高度选择性的抑制剂，其IC50值为1.64 μM，而在九种被检测的CYP亚型中，仅有CYP2A6的抑制作用稍弱，其IC50值为76.2 μM。在大鼠体内的药代动力学研究表明，该药物的口服生物利用度为94.65%，达峰时间为0.45小时，消除半衰期为3.05小时[20]。此外，我们的团队还在肺癌[19]、胶质瘤[20]以及脓毒症[12]等动物模型中验证了Q11的优异疗效。
在本研究中，我们探讨了CYP2E1抑制剂Q11是否能够提高顺铂诱导的急性肾损伤小鼠的存活率并减轻其肾毒性。我们通过转录组测序分析，试图阐明Q11在预防顺铂诱导的急性肾损伤中的潜在保护机制，同时还在Cyp2e1基因敲除大鼠模型中进一步研究了其作用。此外，我们还利用顺铂刺激的人鼠肾小管上皮细胞建立体外模型，以验证CYP2E1抑制剂Q11在顺铂诱导的急性肾损伤中的作用及机制。本研究旨在为临床预防和治疗顺铂诱导的急性肾损伤提供潜在的治疗靶点和新药，对于基础研究和临床实践都具有重要的意义。
章节节选
化学品与动物
Q11（纯度＞98%），即1-(4-甲基-5-噻唑基)乙烯酮，由我们实验室自行合成[20]。
顺铂购自汉森制药集团有限公司（中国，编号H20040813）。阿米福辛购自国丹人福药业有限公司（中国武汉）。HK-2细胞系购自上海中侨新洲生物技术有限公司（中国，编号ZQ0313）。雄性SPF BALB/c小鼠购自辽宁长盛生物技术有限公司（中国本溪），雄性SD小鼠则购自……
Cyp2e1基因敲除对顺铂诱导的急性肾损伤大鼠的影响
为研究CYP2E1在顺铂诱导的急性肾损伤模型中的作用，我们使用了野生型大鼠和Cyp2e1基因敲除大鼠来构建相应模型。顺铂处理后，模型组大鼠肾脏组织中的CYP2E1含量显著升高（P＜0.01，见图1 A、B）。作为肾功能指标的肌酐和BUN水平在野生型大鼠中明显更高，而Cyp2e1基因敲除则显著逆转了这些变化（P＜0.01，见图1）
CYP2E1在顺铂诱导的急性肾损伤中的关键作用
在我们的研究中，我们发现Cyp2e1基因敲除可显著减轻顺铂诱导的急性肾损伤大鼠的肾脏损伤及病理变化，这一结果与刘等人的研究结论一致[16]。此外，我们对Cyp2e1基因敲除大鼠进行了36周的长期观察，未发现任何危及生命或缩短寿命的情况，这进一步证明了CYP2E1是治疗顺铂诱导的急性肾损伤的安全可靠靶点[20]。因此，它有望成为该疾病的治疗靶点之一
CRediT作者贡献说明
李云超：撰写——初稿、方法学、实验研究、正式分析、数据整理。刘晨旭：撰写——初稿、方法学、实验研究、正式分析、数据整理。郭欣宇：撰写——审阅与编辑、验证、数据整理。李勇：撰写——审阅与编辑、可视化、软件应用、方法学。刘鹏贝：验证、数据整理。邓梦燕：监督、方法学指导。贾琳静：验证、方法学、数据整理。乔海玲：撰写——
伦理审批与知情同意
所有动物实验均获得了郑州大学生命科学伦理审查委员会的批准，并严格遵循美国国立卫生研究院发布的《实验室动物护理和使用指南》进行。
资金支持情况
本研究得到了中国国家自然科学基金的支持（项目编号分别为82173889和82274008）。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。
李云超|刘晨旭|郭欣宇|李勇|刘鹏贝|邓梦燕|贾琳静|乔海玲|高娜
中国河南省郑州市郑州大学基础医学科学学院临床药理学研究所
