绞股蓝皂苷通过调控涉及ATF4-CHAC1-GPX4轴的铁死亡缓解STEC诱导的肠道损伤

《Antioxidants》：Gypenosides Mitigate STEC-Induced Intestinal Injury Through Modulation of Ferroptosis Involving the ATF4-CHAC1-GPX4 Axis

　　

产志贺毒素大肠杆菌（Shiga toxin-producing Escherichia coli，STEC）感染可引起严重肠病及溶血性尿毒综合征，而非抗生素的治疗策略仍十分有限。研究人员评估了绞股蓝皂苷（gypenosides，GPs）是否能防护STEC诱导的肠道损伤并探究其潜在机制。研究人员在STEC攻击前对小鼠进行GPs预处理，并通过生存分析、细菌负荷定量、转录组学分析、流式细胞术、电子显微镜及Western blot综合评估防护效应。GPs显著改善生存率，缓解腹泻症状，降低全身脏器细菌播散及Stx2毒素水平。此外，GPs通过富集有益菌属有效恢复肠道菌群失调。转录组分析提示GP处理与铁死亡相关信号通路抑制有关。超微结构检查显示线粒体空泡化改善，生化检测确认Fe2+蓄积减少及脂质过氧化减弱。机制上，这些变化与ATF4-CHAC1-GPX4轴调控及铁死亡抑制相关，同时伴线粒体完整性维持。综上，上述发现确定GPs为对抗STEC诱导肠道损伤的潜力防护候选物，并突出ATF4-CHAC1-GPX4轴作为进一步机制研究的候选通路。

研究背景与立项依据

产志贺毒素大肠杆菌（STEC）是主要食源性病原体，可致严重腹泻、出血性结肠炎及危及生命的溶血性尿毒综合征（HUS），5岁以下儿童尤易感。常规抗生素可诱发细菌SOS反应，增强前噬菌体编码的志贺毒素（Stx）表达并加剧毒素释放，从而升高HUS风险；同时致病菌耐药率上升，使得非抗生素替代干预迫切。宿主肠道菌群组成决定STEC易感性，STEC定植促大肠杆菌-志贺氏菌属（Escherichia–Shigella）扩张并耗竭乳杆菌属（Lactobacillus）等共生菌。铁死亡（ferroptosis）为铁依赖、脂质过氧化驱动的细胞死亡，谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）为其核心抑制因子；激活转录因子4（ATF4）转录激活CHA氧化酶1（CHAC1）致谷胱甘肽耗竭而促进铁死亡。天然皂苷绞股蓝皂苷（GPs）具抗氧化、抗炎及肠保护特性，但抗STEC效能未知。该研究由研究人员发表于《Antioxidants》，旨在明确GPs是否经ATF4-CHAC1-GPX4轴抑制铁死亡而防护STEC肠损伤。

主要技术方法概括

研究人员采用猪源STEC分离株（携Stb、F18、AIDA、Stx2e毒力因子）及小鼠小肠上皮细胞MODE-K；体内选用雄性SPF级BALB/c小鼠（约10–12 g），设生理盐水对照、STEC感染及STEC+GPs（100、200、400 mg/kg灌胃预处理7天）组，感染经腹腔注射STEC悬液（1×10⁹ CFU/mL）。关键技术含CCK-8细胞活力检测、生存曲线与腹泻评分、脏器及粪便菌落计数、16S rRNA肠道菌群测序、流式细胞术分析脾与肠系膜淋巴结（MLNs）免疫细胞、H&E与电镜（SEM/TEM）观察肠绒毛及线粒体、免疫荧光检紧密连接蛋白ZO-1/Claudin-1、DHE染ROS、ELISA测氧化应激与屏障指标（SOD、CAT、MDA、GSH、Fe²⁺等）、MLNs转录组测序与KEGG富集、qPCR及Western blot验证ATF4-CHAC1-GPX4轴分子。

研究结果

3.1 GPs缓解STEC致病性：MODE-K中GPs（25–1600 μg/mL）无细胞毒，600 μg/mL预处理拮抗STEC降活力；小鼠中100 mg/kg GPs使24 h生存率达75%、168 h达55%，腹泻减轻，脾/肝/粪菌载量及脾/十二指肠Stx2下降，十二指肠LPS降低（血清LPS略升），血常规淋巴细胞比例回升。

3.2 GPs缓解STEC诱导的肠道菌群失调：STEC感染降Chao1 α多样性并改β多样性，扩Escherichia–Shigella；GPs复多样性，降Escherichia–Shigella，升Lactobacillus与Odoribacter。

3.3 GPs缓解异常免疫细胞应答：STEC感染脾CD4⁺ T细胞比降，MLNs中CD4⁺/CD8⁺ T与NK细胞降、B细胞升；GPs复脾CD4⁺ T、MLNs CD8⁺ T与NK细胞及树突细胞，并抑IL-1β/TNF-α/IL-6、升IL-10 mRNA。

3.4 GPs缓解肠病理损伤：SEM/TEM及H&E示STEC致十二指肠/空肠绒毛破裂、黏膜坏死、紧密连接中断、ZO-1/Claudin-1荧光减弱、血清DAO与D-乳酸（D-LA）升高；GPs恢复绒毛结构、紧密连接连续性与屏障标志物。

3.5 GPs缓解氧化应激与线粒损伤：DHE示ROS积聚，MDA/COX-2升而SOD/CAT/T-AOC/GSH/GSH-Px及GSH/GSSG比降；GPs逆转上述指标，SEM见线粒体肿胀/空泡化减轻。

3.6 GPs关联抑制铁死亡通路缓解损伤：MLNs转录组2862 DEGs，KEGG示 ferroptosis等通路下调；qPCR/Western blot确认STEC升ATF4/CHAC1/PTGS2/ACSL4、降GPX4，十二指肠Fe²⁺蓄积；GPs复GPX4、抑ATF4/CHAC1及下游促铁死亡基因、回降Fe²⁺。

讨论与结论翻译

讨论指出，研究提供证据：GPs经以ATF4-CHAC1-GPX4轴为核心的多靶点机制防护STEC肠损伤，首次关联STEC感染与该死亡程序。局限含腹腔注射绕开自然胃肠途径、7天预处理为预防非治疗、单一MODE-K细胞系待IPEC-J2/Caco-2/类器官扩充。GPs不直接杀菌而衰减毒力（尤其Stx2），避SOS介导毒素释放；并经复菌群（富Lactobacillus竞争排阻）、调免疫（脾CD4⁺/MLNs CD8⁺+NK）、保屏障、抑ROS/铁死亡、维稳线粒体而协同防护。

结论部分译文：数据支持一概念框架——GP处理关联ATF4-CHAC1-GPX4轴调控，伴铁死亡抑制与线粒体完整性维持；该分子干预与肠道菌群及免疫稳态恢复协同强化肠屏障。多层级机制汇聚体内抑制STEC致病性，为开发STEC感染新型抗感染策略提供相关性机制框架。