PERK信号通路介导柚皮素对镉诱导的大鼠肝损伤的保护作用

《Journal of Biochemical and Molecular Toxicology》：PERK Signaling Pathway Mediates the Hepatoprotective Effects of Naringenin Against Cadmium-Induced Liver Injury in Rats

　　

镉（Cd）是一种具有广泛工业应用的重金属元素，在生物系统中表现出显著的毒理学风险（Zhu et al. 2019）。柚皮素（Nar）是一种具有强效抗氧化特性的生物活性黄酮类化合物，对镉毒性具有改善作用。研究人员将24只雄性SD大鼠随机分为四组：对照组、Cd组、Cd+Nar组、Nar组。测定生化指标、抗氧化指标；使用逆转录定量实时PCR（RT-qPCR）和Western blot检测相关mRNA和蛋白的表达水平。镉暴露降低了大鼠体重并增加了肝体重比，同时ALT、AST、GSH和MDA水平升高。相反，Cd+Nar处理增加了体重，降低了肝脏器官系数，并降低了这些生物标志物。HE染色显示Cd组肝窦扩张。RT-qPCR和Western blot显示镉上调了GRP78、PERK和CHOP的mRNA和蛋白表达水平，而Cd+Nar处理减弱了这些增加。镉通过内质网应激（ERS）激活PERK信号通路并导致肝损伤。柚皮素可以降低肝脏毒性。其机制可能与柚皮素抑制PERK激活有关。

**研究背景与问题**
镉（Cd）是一种广泛存在于工业生产和环境污染中的有毒重金属，可通过呼吸道吸入或食物链进入人体，因其生物半衰期长而在肝脏等组织中持续蓄积，引发显著的肝毒性。肝脏作为主要代谢器官，是镉损伤的首要靶点。镉暴露诱导活性氧（ROS）爆发，引发氧化应激，同时干扰内质网（ER）的正常蛋白质折叠功能，导致内质网应激（ERS）。内质网应激通过激活未折叠蛋白反应（UPR）的三条通路（PERK、IRE1、ATF6）来维持细胞稳态，其中PERK（蛋白激酶R样内质网激酶）作为关键信号转导者，在持续应激下会通过磷酸化eIF2α进而激活ATF4/CHOP通路，促进肝细胞凋亡。柚皮素（Nar）是一种天然黄酮类化合物，具有较强的抗氧化和细胞保护活性，但其对镉诱导肝损伤的保护机制是否通过调控PERK信号通路尚不清楚。为此，研究人员开展本研究，旨在阐明柚皮素通过PERK介导的UPR调节减轻镉致肝损伤的分子机制，论文发表于《Journal of Biochemical and Molecular Toxicology》。

**研究内容与结论**
研究人员采用雄性SD大鼠模型，将24只大鼠随机分为对照组、Cd组（1 mg/kg b.w. CdCl₂腹腔注射）、Cd+Nar组（1 mg/kg b.w. CdCl₂ + 50 mg/kg b.w. Nar腹腔注射）和Nar组（50 mg/kg b.w. Nar），连续处理14天。通过检测体重、肝体比、肝功能指标（ALT、AST）、抗氧化指标（GSH、MDA）、肝脏病理组织学（HE染色），以及RT-qPCR和Western blot检测PERK信号通路相关基因（GRP78、PERK、CHOP）的mRNA和蛋白表达，得出以下结论：镉暴露显著诱导大鼠体重下降、肝体比升高、ALT/AST活性升高、GSH和MDA含量升高，并引起肝窦扩张和肝细胞空泡化等病理改变；同时，镉显著上调GRP78、PERK和CHOP的mRNA和蛋白表达水平，表明镉通过激活ERS和PERK信号通路导致肝损伤。而柚皮素共处理可逆转上述指标，包括增加体重、降低肝体比、降低ALT/AST和GSH/MDA水平、减轻组织病理损伤，并显著下调GRP78、PERK和CHOP的表达。Nar单独处理组与对照组无显著差异，说明Nar本身无毒性。因此，柚皮素可通过抑制PERK信号通路的激活，减轻内质网应激，从而缓解镉诱导的大鼠肝损伤。

**主要技术方法**
研究人员采用的关键技术方法包括：动物模型建立（24只雄性SD大鼠，随机分为4组，分别腹腔注射CdCl₂和/或Nar，连续14天）；生化指标检测（使用商业试剂盒测定血清ALT、AST及肝组织GSH、MDA水平）；组织病理学分析（HE染色观察肝组织形态）；RT-qPCR（检测GRP78、PERK、CHOP的mRNA表达）；Western blot（检测GRP78、PERK、CHOP蛋白表达）。所有统计采用单因素方差分析（ANOVA），p<0.05为差异显著。

**研究结果**
3.1 镉和柚皮素对大鼠体重和肝体比的影响：通过称重和计算肝系数，与对照组相比，Cd组大鼠体重显著降低（p<0.01），肝系数显著升高（p<0.01）；与Cd组相比，Cd+Nar组体重显著增加（p<0.05），肝系数显著降低（p<0.01）。
3.2 镉和柚皮素对肝功能的影响：通过检测血清ALT和AST活性，与对照组相比，Cd组ALT和AST均显著升高（p<0.01）；与Cd组相比，Cd+Nar组ALT显著降低（p<0.01），AST显著降低（p<0.05）。
3.3 镉和柚皮素对肝脏抗氧化功能的影响：通过检测肝组织GSH和MDA含量，与对照组相比，Cd组GSH和MDA均显著升高（p<0.01）；与Cd组相比，Cd+Nar组GSH和MDA显著降低（p<0.01）。
3.4 肝脏病理切片：HE染色显示，对照组肝小叶结构正常，中央静脉呈放射状排列；Cd组肝细胞胞质空泡化，肝窦间隙扩大，肝索排列不规则，细胞界限不清；Cd+Nar组空泡化程度减轻，肝窦间隙相对较小。
3.5 镉和柚皮素对PERK信号通路相关mRNA表达的影响：RT-qPCR检测显示，与对照组相比，Cd组GRP78、PERK和CHOP基因mRNA表达均显著升高（p<0.01）；与Cd组相比，Cd+Nar组三者mRNA表达均显著降低（p<0.01）。
3.6 镉和柚皮素对PERK信号通路相关蛋白表达的影响：Western blot检测显示，与对照组相比，Cd组GRP78、PERK和CHOP蛋白表达均显著升高（p<0.01）；与Cd组相比，Cd+Nar组GRP78和PERK蛋白表达显著降低（p<0.01），CHOP蛋白表达显著降低（p<0.05）。Nar组与对照组无显著差异。

**讨论与结论**
讨论部分指出，镉暴露通过剂量依赖性方式引起体重减轻和肝肥大，体重下降反映全身蛋白质代谢和能量平衡紊乱，肝体比升高反映血管充血、间质水肿和代偿性细胞肥大等肝毒性病理特征。ALT和AST作为肝损伤敏感标志物，在镉诱导的肝细胞膜完整性受损后显著升高，与文献报道一致。GSH和MDA的变化表明镉通过氧化应激引发脂质过氧化，但本实验中GSH升高可能因应激早期机体代偿性合成增加，而MDA升高则证实氧化损伤存在。镉诱导的ERS通过激活PERK通路，使GRP78从PERK解离，导致PERK二聚化和自身磷酸化，进而磷酸化eIF2α，最终激活ATF4/CHOP促凋亡通路。研究结果与文献报道（如Yue Zhu等发现镉上调GRP78和CHOP，ASB处理后下调；Pei-Chao Gao等发现HgCl₂升高GRP78、PERK、CHOP，硒处理后下调）一致，证实镉触发ERS，而柚皮素可抑制PERK激活，进而通过UPR缓解ERS导致的肝损伤。

**研究结论**：因此推断镉触发内质网应激（ERS），而柚皮素可以抑制PERK的激活，也可能通过未折叠蛋白反应（UPR）缓解ERS引起的肝损伤。