《Food Frontiers》：Baicalin Alleviates Lactational Heat-Stress-Induced Hepatic Mitochondrial Dysfunction via Sirt3-Dependent Deacetylation of NDUFS1
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哺乳是哺乳动物中代谢需求最高的生理状态之一，其特征为生物能量通量升高，并增加电子传递链（electron transport chain, ETC）活性。该代谢特征使母体肝脏在热应激（heat stress, HS）下极易发生线粒体氧化还原失衡。黄芩苷（bai
哺乳是哺乳动物中代谢需求最高的生理状态之一，其特征为生物能量通量升高，并增加电子传递链（electron transport chain, ETC）活性。该代谢特征使母体肝脏在热应激（heat stress, HS）下极易发生线粒体氧化还原失衡。黄芩苷（baicalin, BAI）是一种来源于黄芩（Scutellaria baicalensis）的天然食品源黄酮类化合物，具有抗氧化和肝保护特性，但其在哺乳期HS中的机制尚未完全阐明。在此，研究人员证明BAI通过靶向Sirt3–NDUFS1轴维持哺乳动物线粒体复合物I氧化还原稳态而发挥肝保护作用。利用哺乳期HS小鼠模型和AML-12肝细胞，研究人员证明BAI减轻HS诱导的肝损伤、氧化应激和线粒体功能障碍。机制上，BAI恢复被HS抑制的线粒体去乙酰化酶Sirt3（Sirtuin 3）表达，导致复合物I核心亚基NDUFS1（NADH:ubiquinone oxidoreductase core subunit S1）去乙酰化，从而挽救复合物I活性并限制线粒体活性氧（mitochondrial reactive oxygen species, mtROS）过度产生。BAI还减弱由线粒体呼吸衰竭引发的继发性过度Pink/PARKIN依赖性线粒体自噬，揭示电子传递功能及其下游线粒体质量控制的协调恢复。药理学抑制Sirt3消除BAI对线粒体呼吸和氧化还原平衡的保护作用，证实Sirt3依赖性。这些发现揭示BAI–Sirt3–NDUFS1轴维持线粒体复合物I氧化还原稳态，从而增强母体肝脏对HS的耐受性。不同于既往在非生殖疾病模型中的Sirt3研究，本工作建立了一种专门针对HS哺乳期受试者的天然营养靶向策略，在母体营养干预和功能食品开发方面具有巨大潜力。
哺乳是哺乳动物中代谢需求最高的生理状态之一，母体肝脏需承担乳汁合成与分泌相关的额外代谢负担。热应激（heat stress, HS）是气候变化推动的全球健康挑战，作为强代谢应激源可破坏细胞氧化还原稳态并诱导肝损伤；哺乳期女性由于肝脏线粒体负担加重，更易出现线粒体活性氧（mitochondrial reactive oxygen species, mtROS）过度产生、线粒体功能障碍和肝损伤，进而增加哺乳期代谢紊乱及母体与后代不良结局风险。现有能对抗哺乳期HS氧化损伤的有效营养或食品源策略有限。线粒体蛋白乙酰化是调控线粒体功能和氧化还原平衡的重要翻译后修饰，Sirt3（Sirtuin 3，线粒体去乙酰化酶）通过去乙酰化氧化磷酸化和抗氧化防御相关酶维持电子传递链（electron transport chain, ETC）效率；Sirt3缺乏与线粒体蛋白高乙酰化、呼吸能力降低和ROS升高相关。但HS是否通过改变特定ETC组分乙酰化破坏哺乳动物肝线粒体氧化还原稳态尚不清楚。线粒体复合物I是ETC最大且主要电子入口和mtROS主要来源，NDUFS1（NADH:ubiquinone oxidoreductase core subunit S1）是其核心催化亚基，介导NADH氧化，功能受损时构成mtROS主要来源，其乙酰化状态可影响线粒体呼吸。Sirt3介导的NDUFS1去乙酰化在哺乳期HS肝线粒体代谢功能障碍中的作用尚未阐明。黄芩苷（baicalin, BAI）是来源于黄芩（Scutellaria baicalensis）的食品源黄酮，具有抗氧化、肝保护和线粒体保护作用，但其在调节线粒体蛋白乙酰化及HS肝线粒体功能障碍中的机制未知。因此，研究人员利用哺乳期HS小鼠模型和肝细胞机制分析，系统阐释BAI在HS下的肝保护机制，鉴定Sirt3–NDUFS1轴调控线粒体复合物I氧化还原稳态。
关键技术方法方面，研究人员使用来自南京大学模式动物研究中心的ICR小鼠，选取24只分娩母鼠在哺乳第1天随机分为四组（每组n=6），在哺乳第1天至第20天分别接受常温对照、BAI、HS及HS+BAI处理，建立哺乳期HS小鼠模型（35°C±1°C，70%湿度）。体外人源AML-12肝细胞来自Procell Life Science & Technology Co. Ltd.，以42°C不同时间建立HS模型。关键方法包括分子对接、细胞热位移实验（cellular thermal shift assay, CETSA）验证BAI与Sirt3结合、免疫沉淀（immunoprecipitation, IP）和免疫共沉淀（co-immunoprecipitation, Co-IP）检测NDUFS1乙酰化及Sirt3–NDUFS1互作、Sirt3激动剂NRC和抑制剂3-TYP药理干预、组织病理与生化、线粒体ROS和功能检测、qRT-PCR和Western blotting。
研究结果如下。3.1 BAI减轻哺乳期小鼠HS诱导的生理反应和肝损伤。通过检测血清HSP70（heat shock protein 70，热休克蛋白70）、肝指数、H&E（hematoxylin and eosin，苏木精-伊红）染色、ALT（alanine aminotransferase，丙氨酸氨基转移酶）/AST（aspartate aminotransferase，天冬氨酸氨基转移酶）、摄食饮水、母体及子代体重，研究人员发现HS升高HSP70，降低肝指数，引起肝细胞肿胀和轻度炎症浸润，升高ALT/AST，降低摄食并导致母体体重进行性下降和子代增重减少；BAI补充部分逆转这些改变。结论：哺乳期HS诱导系统应激和肝损伤，BAI干预可逆转。
3.2 BAI抑制哺乳期小鼠HS诱导的异常肝脏脂质代谢和氧化应激。油红O、血清TG（triglycerides，甘油三酯）/TC（total cholesterol，总胆固醇）、qRT-PCR和抗氧化指标显示，HS增加肝脂滴沉积、血清TG和TC，下调PPARα、CPT1α等线粒体脂肪酸β氧化基因，降低SOD（superoxide dismutase，超氧化物歧化酶）和GSH-Px（glutathione peroxidase，谷胱甘肽过氧化物酶）活性，升高MDA（malondialdehyde，丙二醛）和ROS；BAI减少脂质沉积，恢复TG/TC和PPARα、CPT1α表达，改善抗氧化并抑制MDA和ROS。结论：BAI维持代谢和氧化平衡。
3.3 BAI诱导的肝脏Sirt3激活导致NDUFS1去乙酰化，促进哺乳期小鼠线粒体复合物I活性。分子对接预测BAI与Sirt3稳定结合；Western blot、复合物活性、IP和ATP（adenosine triphosphate，三磷酸腺苷）检测显示，HS降低Sirt3，抑制复合物I活性及NDUFB8水平，对复合物III影响较小，增加NDUFS1乙酰化并降低ATP；BAI恢复Sirt3，降低NDUFS1乙酰化，挽救复合物I活性和ATP。结论：BAI靶向Sirt3使复合物I核心亚基NDUFS1去乙酰化。
3.4 BAI恢复HS诱导的线粒体功能障碍并正常化失调的线粒体质量控制。通过qRT-PCR/Western blot检测线粒体生物发生、动态、Pink1/PARKIN和自噬标记，HS降低PGC-1α、TFAM、NRF1等生物发生标志，FIS1表达降低，PARKIN mRNA/蛋白升高，LC3-II/I升高、p62降低，提示继发性补偿性线粒体自噬增强；BAI恢复生物发生标志和TOM20水平，抑制Pink1/PARKIN通路和自噬标记。结论：BAI通过恢复线粒体功能间接逆转异常线粒体自噬。
3.5 BAI以Sirt3依赖方式恢复HS肝细胞线粒体氧化还原平衡。建立AML-12体外HS模型，确定42°C 2 h为亚致死条件、50 μM BAI为Sirt3最佳激活浓度，CETSA验证BAI与内源性Sirt3结合；MitoSO Red、Mito-Tracker、ROS、MDA和SOD检测显示HS增加线粒体超氧和ROS、升高MDA、降低SOD；BAI逆转，NRC模拟保护，3-TYP消除保护并加重氧化应激。结论：BAI以Sirt3依赖方式减轻线粒体氧化损伤。
3.6 Sirt3活性是BAI介导HS肝细胞线粒体复合物I功能恢复所必需。通过Western blot、IP、Co-IP、复合物I活性和ATP检测，HS降低Sirt3，BAI恢复；3-TYP不进一步降低Sirt3蛋白但阻断去乙酰化活性，BAI和NRC降低NDUFS1乙酰化，3-TYP取消该作用；BAI/NRC恢复复合物I活性和ATP，3-TYP完全阻断。结论：Sirt3活性是BAI去乙酰化NDUFS1并恢复复合物I功能所必需。
3.7 BAI给药后Sirt3介导的线粒体呼吸功能挽救减轻HS诱导线粒体损伤导致的继发性过度线粒体自噬。Western blot显示HS增加LC3-II/I和Beclin-1、降低p62、上调PARKIN；BAI降低LC3-II和恢复PARKIN表达，3-TYP消除BAI作用。结论：BAI不直接靶向线粒体自噬机器，而通过改善线粒体生物能量和氧化还原平衡使线粒体质量控制正常化。
讨论部分指出，哺乳给母体肝脏带来重代谢负荷，HS下复合物I功能障碍引发严重氧化还原失衡和肝损伤，恶化母体代谢并限制子代生长。既有药理证据支持BAI的肝线粒体保护和抗氧化作用，因此研究人员优先研究肝脏。本研究识别肝线粒体复合物I乙酰化是连接代谢性HS与哺乳期肝氧化还原失衡的新调控机制，BAI通过激活Sirt3/NDUFS1轴恢复呼吸功能、减轻氧化应激并稳定线粒体质量控制，为HS条件下营养策略及高肝代谢负担人群（如孕妇和哺乳妇女）提供启示。Sirt3与多种人肝病相关，HS下调哺乳肝Sirt3破坏生物能量控制；NDUFS1乙酰化是复合物I应激响应调节节点，BAI恢复Sirt3并促进NDUFS1去乙酰化，3-TYP完全取消保护，确认Sirt3–NDUFS1轴是BAI线粒体保护的关键靶点。线粒体功能障碍还激活质量控制；本研究认为HS诱导的过度Pink1/PARKIN依赖性线粒体自噬是线粒体氧化还原失衡的下游后果，BAI通过改善根因使其正常化，且作为天然食品源黄酮更适合哺乳人群营养补充。BAI临床用于人肝病且安全耐受，但小鼠400 mg/kg口服剂量不能直接转化至人哺乳人群，因纯BAI口服生物利用度低及种间代谢差异；数据为优化BAI制剂和母体营养策略奠定分子基础。局限性包括：未鉴定NDUFS1具体赖氨酸位点；Sirt3多底物串扰未探索；功能证据来自NRC和3-TYP药理操作，不能完全排除小分子脱靶，需Sirt3稳定敲低/过表达和NDUFS1位点突变构建；BAI体内生物利用度低，哺乳动物吸收代谢及食品或剂型改进需研究；缺乏in-gel活性、BN-PAGE复合物I组装分析，以及mt-Keima或bafilomycin线粒体自噬通量定量。核心机制推断由酶活性、NDUFS1乙酰化、CETSA、Co-IP和Sirt3化学调控数据支持。结论翻译：总之，本研究表明，BAI通过激活Sirt3–NDUFS1轴使线粒体复合物I亚基NDUFS1去乙酰化，恢复复合物I功能并维持线粒体氧化还原稳态，从而减轻哺乳期HS诱导的肝线粒体损伤。这些发现阐明这种膳食黄酮BAI在哺乳女性相关高代谢负担模型中对应激肝脏保护作用的新机制，并突出Sirt3–NDUFS1轴作为开发抗应激食品源生物活性化合物的有前景分子靶点。从传统食品科学和现代营养视角，本研究推进了对膳食黄酮如何调节线粒体功能以增强应激抵抗的理解，支持将传统食品资源整合到母体健康的循证营养策略中。
