GPX4 x HMOX1 x Nrf2

关注并星标CPHI制药在线 上文中（《褪黑素促进骨再生作用机制的研究进展（上）》），我们介绍了褪黑素促进骨再生作用的抗炎和抗氧化作用以及在成骨细胞分化和自噬的作用，本文继续介绍褪黑素与成骨细胞凋亡和铁死亡的关系以及对破骨细胞的作用机制和促进血管生成的作用。 ③褪黑素与成骨细胞凋亡 研究表明，褪黑素对成骨细胞凋亡的影响具有两面性，且与褪黑素浓度密切相关。实验发现使用高糖培养成骨细胞48h后细胞的凋亡率为40.8%，凋亡蛋白cleaved caspase 3的表达升高，而加入褪黑素后细胞凋亡率为28.3%，cleaved caspase 3的表达降低。这与另外两项研究实验结果相似，褪黑素干预后成骨细胞早期凋亡率、总死亡率以及Bax、caspase-3等凋亡相关蛋白的表达明显降低。研究表明，褪黑素可以缓解并改善成骨细胞的凋亡水平，进一步分析发现其与抑制成骨细胞氧化应激密切相关。褪黑素干预后可使枸橼酸铁铵和铝作用成骨细胞造成ROS蓄积的结果得到缓解，使 ROS水平降低。研究表明褪黑素可使核因子红细胞2相关因子2（Nrf2）途径相关蛋白Nrf-2及HO-1表达进一步的增加。Nrf-2是人抗氧化反应元件（ARE）的正向调节因子，Nrf-2通路的激活可以调节细胞内大量抗氧化基因产物的表达水平，并降低氧化应激水平，从而使凋亡水平降低，说明褪黑素抑制成骨细胞的凋亡水平，可能与通过Nrf-2途径抑制成骨细胞的氧化应激水平有关。 另有研究表明使用高浓度褪黑素干预成骨细胞，介导内质网应激（ERS）、调节STIM1，导致Septin4、Septin7表达增加以及细胞膜钙升高，成骨细胞过量表达Septin4，可使细胞骨架破坏、细胞形态改变和细胞数量减少。这可能与细胞膜钙升高，通过ERK途径诱导成骨细胞都会使成骨细胞的凋亡明显增加有关。 ④褪黑素与成骨细胞铁死亡 铁死亡是一种铁依赖性的细胞死亡方式，是由于细胞内脂质过氧化、谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）抗氧化系统失调以及铁超负荷所致，主要特征是细胞内活性氧的堆积和线粒体形态、膜电位的改变。多项研究表明，褪黑素对成骨细胞的铁死亡具有抑制作用，且此作用与褪黑素改善成骨细胞氧化应激以及铁自噬密切相关。 首先，褪黑素通过调节Nrf2/HO-1、Wnt以及PI3K/AKT/GSK-3β/P70S6k信号通路使成骨细胞氧化应激水平降低，从而抑制铁死亡。研究表明褪黑素可以使高糖诱导成骨细胞发生铁死亡导致的GPX4和胱氨酸⁃谷氨酸逆向转运蛋白（SLC7A11）表达下调得到逆转，从而抑制成骨细胞的铁死亡。同时研究人员检测核因子红细胞2相关因子2（Nrf2）和血红素加氧酶⁃1（HO-1）的表达水平，结果显示在褪黑素组中的表达水平明显高于高糖组，而在使用Nrf2⁃SiRNA干扰后，褪黑素对成骨细胞铁死亡的改善作用则受到明显抑制，这说明其中Nrf2/HO-1通路起着重要作用。值得注意的是，实验发现铁剂量依赖性下调Wnt靶基因以及PI3K/AKT/GSK-3β/P70S6k 信号通路相关基因的转录与表达，抑制其信号传导，生成ROS和脂质过氧化产物（LPO）。在使用褪黑素后可逆转铁抑制的典型 Wnt及PI3K/AKT/GSK-3β /P70S6k 信号转导，减少ROS和LPO的产生，改善氧化应激，预防铁死亡，恢复铁死亡对成骨细胞分化的抑制作用。 其次，褪黑素可以调节miR-550a-3p/ELAVL1轴，改善铁自噬来抑制成骨细胞的铁死亡。ELAV样蛋白1 （ELAVL1） 是一种RNA结合蛋白，能够介导铁自噬，使铁蛋白降解，氧化应激水平升高，从而引起铁死亡。 通过双荧光素酶检测发现miR-550a-3p能够靶向作用于ELAVL1，褪黑素干预高糖培养成骨细胞后miR-550a-3p表达上调，调控ELAVL1表达下调，减少铁自噬的发生，从而使铁死亡得到抑制。根据上述实验结果可知，褪黑素显著降低成骨细胞的铁死亡水平是通过激活 Nrf2/HO-1通路、恢复Wnt及PI3K/AKT/GSK-3β/P70S6k信号通路传导、上调miR-550a-3p，降低ELAVL1相关铁自噬蛋白的表达实现的。 3、褪黑素对破骨细胞的作用机制 骨再生的控制不仅需要成骨细胞的调节，还需要破骨细胞的参与。破骨细胞源于造血干细胞，核因子κB 受体活化因子配体/核因子κB 受体活化因子(receptor actvator of nuclear factor-κBligand/receptor actvator of nuclear factor-κB，RANKL/RANK)通路的活化诱导破骨细胞的形成。骨保护素是基质细胞产生的诱饵受体，与 RANKL 结合并阻止其与 RANK 的相互作用。同时，巨噬细胞集落刺激因子促进破骨细胞前体的增殖和破骨细胞的存活。 褪黑素减少与骨吸收增加有关，提示褪黑素可能是一种内源性破骨细胞抑制剂。血清中的低褪黑素水平与骨质疏松症患者的低骨密度也表现出相关性。通过抑制 MT2 受体依赖的核因子κB信号通路促进间充质干细胞的成骨分化，并由 RANKL旁分泌下调破骨细胞的生成，表明褪黑素可能通过骨保护素/RANKL/RANK 轴影响成骨细胞系细胞和破骨细胞系细胞之间的相互作用。另有研究报道是褪黑素下调核因子κB 信号通路和活化 T 细胞核因子c-1 (NFATc1) 转录因子直接抑制破骨细胞的分化，而不涉及褪黑素受体。此外，褪黑素还上调骨细胞分泌降钙素发挥对破骨细胞的抑制作用。在细胞水平上，褪黑素抑制 RAW 264.7 细胞在低浓度RANKL 和巨噬细胞集落刺激因子诱导下分化为破骨细胞。 4、褪黑素具有促进血管生成的作用 骨修复需要血液供应和血运重建来恢复受损区域，血管化是骨再生的前提和关键环节。褪黑素促进血管生成的机制是通过上调血管内皮生长因子水平促进骨髓间充质干细胞介导的血管生成，即促进骨生成-血管生成偶联。将骨髓间充质干细胞经褪黑素处理，在得到具有更高表达水平的成骨相关标志物的同时，也得到更高表达水平的血管生成相关标志物，如血管内皮生长因子、血管生成素2和血管生成素4。褪黑素纳米复合支架的成功制备，实现了褪黑素的长效缓释和成骨能力的增强。将褪黑素包埋丝素电纺丝 (melatonin-encapsuled silk Fibronin electrospun，SF@MT) 纳米纤维植入大鼠临界尺寸的颅骨缺损中，通过激活 PI3K/Akt信号通路，可显著促进骨基质沉积和新血管形成。负载褪黑素的纳米纤维海绵支架 (Scaffold@MT) 的植入也显著改善了大鼠股骨远端缺损的血管化骨再生。通过核因子红系2 相关因子 2(nuclear factor-erythroid 2-Related Factor 2,Nrf2)/血红素加氧酶1(heme oxygenase，HO-1) 信号通路，褪黑素纳米复合支架可减少血管内皮细胞的氧化应激损伤以及直接刺激血管内皮生长因子的产生，从而逆转糖尿病条件下骨生成-血管生成的解偶联并促进成骨。相关的骨组织工程的进展进一步证实褪黑素具有改善缺血组织血管生成的潜力，进而加速骨修复。不过，也有研究指出，在肿瘤、年龄相关性眼病和低氧环境中，褪黑素抑制组织内新血管生成，这与骨愈合过程中的观察结果相矛盾。 参考资料 [1]王颖,郝楠,谢戬芳.褪黑素在骨关节炎中作用机制的研究进展[J].安徽医学,2024,45(06):794-797. [2]季明意,季欣意,徐俊峰.褪黑素促进骨再生机制及在口腔种植中的应用[J].中国组织工程研究,2025,29(18):3868-3876. [3]李富华,张锦玉.褪黑素对成骨细胞作用机制的研究进展[J].中国骨质疏松杂志,2024,30(11):1678-1682. 作者简介：小泥沙，食品科技工作者，食品科学硕士，现就职于国内某大型药物研发公司，从事营养食品的开发与研究。 END 2025金笔奖征文活动开启，来投稿吧！ 领取CPHI & PMEC China 2025展会门票 智药研习社直播预告 来源：CPHI制药在线 声明：本文仅代表作者观点，并不代表制药在线立场。本网站内容仅出于传递更多信息之目的。如需转载，请务必注明文章来源和作者。 投稿邮箱：Kelly.Xiao@imsinoexpo.com ▼更多制药资讯，请关注CPHI制药在线▼ 点击阅读原文，进入智药研习社~

关注并星标CPHI制药在线 阿尔茨海默病(Alzheimer's disease，AD)是一种神经系统退化性疾病，多发于65岁以上老年人群。目前，AD发病机制尚未完全明晰，其机理复杂，发生发展涉及多种机制，基于AD的病理特征，主要包括Aβ学说、tau蛋白学说、胆碱能损伤学说、免疫炎症学说和肠道微生物群等。天然产物中蕴涵多样化的活性成分，具有多组分、多靶点作用的特色和优势，符合AD多因素、多种病理机制的神经系统性病变发病特点。随着现代化分离鉴定技术的不断优化，从天然产物中筛选发现高效、高选择性、低毒性的靶向抗AD活性成分成为抗AD药物研发的重要途径之一。 01 多糖类 多糖是能够维持生命活动的链状聚合物，通过醛糖或酮糖脱水形成的糖苷键线性或分枝连接而成，普遍存在于植物、动物和微生物组织中。具有药效作用的活性多糖主要存在于菌类、藻类、根茎类药材中。其中有抗AD药理作用的多糖主要包括五味子多糖、当归多糖、灵芝多糖、茯苓多糖、绞股蓝多糖、枸杞多糖、桦褐孔菌多糖、平菇菌多糖、灰树花多糖、黄精多糖、阿里红多糖、红豆杉多糖、姬松茸多糖、肉苁蓉多糖、山茱萸多糖等。当归多糖和地黄多糖均可通过调节胆碱能系统功能、抗氧化应激及炎症反应改善记忆障碍。枸杞多糖能够减少淀粉样病理，促进AD小鼠海马神经发生，提高受损的长时程增强（LTP）。蒸制黄精多糖可通过Nrf2/血红素氧合酶-1（HO-1）信号通路减轻氧化应激、神经炎症和突触损伤来减轻AD。肉苁蓉多糖能够恢复肠道菌群稳态，缓解氨基酸失衡、外周炎症和氧化应激，从而改善D-gal诱导的衰老模型小鼠的认知能力。 02 皂苷类 皂苷类皂苷是由皂苷配基与糖、糖醛酸等缩合而成的苷类化合物，结构上分为甾体皂苷和三萜皂苷。目前皂苷类成分治疗 AD 的报道中，研究较多的是三七及人参皂苷。现代药理研究表明皂苷类化合物主要通过减轻Aβ聚集、抗氧化应激损伤、抗神经元损伤、降低Tau蛋白磷酸化水平、调控 ACh代谢等作用，改善 AD引起的脑损伤。细叶远志皂苷源自远志的根部，通过维持钙蛋白酶系统稳定，抑制氧化应激、铁死亡和神经元凋亡等多种途径改善突触损伤和记忆障碍。人参皂苷CK是二醇型人参皂苷在体内的代谢产物；研究发现，人参皂苷CK通过调控APP及相关剪切和降解酶，调节Aβ单体生成和清除之间的平衡，与Aβ 单体结合抑制Aβ聚集体的形成，并能激活Nrf2通路，抑制Aβ诱导的神经元氧化损伤，减少神经元凋亡，改善神经元突触功能障碍。人参皂苷Rk3是热处理人参中一种重要而罕见的皂苷，通过激活单磷酸腺苷活化蛋白激（AMPK）/Nrf2通路产生抗氧化和神经保护作用，有效地减轻小鼠的认知障碍和病理，且治疗效果优于阳性药多奈哌齐。 03 酚类 紫檀芪是白藜芦醇的甲基化衍生物，研究发现紫檀芪可以显著减少AD小鼠脑内Aβ聚集，抑制神经炎症，体外研究进一步证实紫檀芪可阻断Toll样受体4（TLR4）和髓样分化蛋白 2（MD2）的相互作用，抑制 TLR4介导的炎症反应，并通过自噬依赖机制调控细胞对Aβ1-42寡聚体（oAβ1-42）的内吞作用。此外，紫檀芪还通过激活SIRT1/核因子E2相关因子2（Nrf2）通路发挥抗氧化作用，抑制线粒体依赖的细胞凋亡，改善神经元的可塑性。天麻素是从天麻的干燥根块中提取的有机化合物，可通过部分靶向“微生物-肠-脑”轴和减轻神经炎症，维持肠道屏障和BBB完整性来改善AD小鼠模型的记忆。红景天苷是红景天的主要活性成分，可直接与Nrf2结合并抑制Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1（Keap1）-Nrf2复合物的形成，进而促进Nrf2介导的SIRT3转录发挥保护神经突起和线粒体的作用；还可靶向 NOD 样受体蛋白3（NLRP3）炎症小体抑制细胞焦亡，防止神经元损伤。此外，红景天苷可激活 Nrf2/谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）轴和铁转运，抑制神经元铁死亡，并能减少 CD8+T细胞浸润、MG 活化和炎症反应，改善AD小鼠认知障碍、Aβ积累和神经元丢失。 04 黄酮类 黄酮类化合物是经苯丙氨酸途径合成的一类化合物，普遍存在于中草药中。其在植物体内多与糖类结合成苷，或以游离的形式存在。天然黄酮类化合物可分为黄酮类、黄酮醇类、双氢黄酮类、双氢黄酮醇类、查耳酮类、异黄酮类等。现代药理研究表明黄酮类化合物可以从多靶点改善AD模型动物的认知功能障碍、减轻AD症状、抑制AD进程。 研究发现，川陈皮素、木犀草素能降低活性氧（ROS）、丙二醛（MDA）水平，提高谷胱甘肽（GSH）及线粒体膜电位，减轻AD 模型氧化应激和线粒体功能障碍。川陈皮素还可通过调节磷脂酰肌醇 3-激酶（PI3K）/蛋白激酶 B（Akt）、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）及NF-κB通路抑制神经炎症，通过激活沉默信息调节因子（SIRT）1/叉头框转录因子 O3a（Fox O3a）通路增强自噬，同时减轻胆碱能神经变性和病理蛋白沉积，发挥其抗 AD 作用。木犀草素可通过过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）依赖的途径调节β淀粉样前体蛋白水解酶1（BACE1）活性，并上调 IDE水平，从而抑制 Aβ 诱导的氧化应激、线粒体损伤和神经元凋亡。研究发现芦丁能够通过抑制p-Tau的产生和聚集治疗AD。柚皮素、金雀异黄酮均可通过激活自噬促进AD相关病理蛋白的降解清除。淫羊藿苷是淫羊藿的主要活性成分，不仅能够调节脑内胰岛素信号、葡萄糖转运蛋白（GLUTs）表达及APP加工途径，抑制Aβ积累和Tau 磷酸化；还可以调节BDNF/酪氨酸蛋白激酶受体B（Trk B）信号通路修复神经元损伤，增强突触可塑性，改善学习记忆障碍。此外，淫羊藿苷和金雀异黄酮还可通过抑制ERS介导的凋亡途径发挥神经保护作用。黄芩素主要来源于黄芩干燥根，黄芩素不 仅抑制CX3C趋化因子受体1（CX3CR1）/NF-κB 通路调控MG表型转化，减轻神经炎症；还可通过调节磷酸二酯酶（PDE）2A/PDE4亚型依赖的神经保护途径，上调突触相关蛋白表达，改善小鼠记忆障碍和神经元萎缩。槲皮素-3-O-葡萄糖醛酸苷能调节肠道菌群及其代谢产物，改善脑内炎症和胰岛素抵抗，减轻Aβ 聚集和Tau磷酸化。 参考资料       [1]黄丹蓉,程亚敏,冯紫涵,等.基于靶点机制的抗阿尔茨海默病天然活性成分研究进展[J].天然产物研究与开发,2023,35(10):1808-1819.        [2]曹珊,陈智慧,秦静琪,等.中药及其有效成分治疗阿尔茨海默病研究进展[J].中国实验方剂学杂志,2024,30(10):258-268.        [3]杜正彩,胡润华,李瑞林,等.治疗阿尔茨海默病中药化学成分及机制的研究概况[J].中国实验方剂学杂志,2024,30(05):236-245. 作者简介：小米虫，药品质量研究工作者，长期致力于药品质量研究及药品分析方法验证工作，现就职于国内某大型药物研发公司，从事药品检验分析及分析方法验证。 来源：CPHI制药在线 声明：本文仅代表作者观点，并不代表制药在线立场。本网站内容仅出于传递更多信息之目的。如需转载，请务必注明文章来源和作者。 投稿邮箱：Kelly.Xiao@imsinoexpo.com ▼更多制药资讯，请关注CPHI制药在线▼ 点击阅读原文，进入智药研习社~

本文为转化医学网原创，转载请注明出处 作者：Jerry 导读： 以顺铂(DDP)为基础的放化疗是鼻咽癌的标准治疗方法之一。然而，DDP对患者的敏感性和副作用仍然是鼻咽癌治疗的主要障碍。 4月18日，中南大学研究人员在期刊《Cell Death&Disease》上发表了题为“Cancer-associated fibroblasts secrete FGF5 to inhibit ferroptosis to decrease cisplatin sensitivity in nasopharyngeal carcinoma through binding to FGFR2”的研究论文。本研究中，研究人员旨在研究癌症相关成纤维细胞(CAFs)通过调节铁死亡来调节DDP敏感性。 研究人员证明了DDP在鼻咽癌细胞中诱导铁死亡，并通过在异种移植模型中诱导铁死亡抑制肿瘤生长。 https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/s41419-024-06671-0 研究背景 01 鼻咽癌是一种常见于东南亚和中国南方的头颈部肿瘤。放化疗，特别是以顺铂(DDP)为基础的同步放化疗是鼻咽癌的标准治疗方法之一。不幸的是，化疗耐药仍然是鼻咽癌治疗的主要障碍。此外，以DDP为基础的化疗对患者有副作用，如呕吐、恶心、肾脏和听觉功能障碍。因此，确定组合靶点，从而降低DDP的有效剂量，提高DDP在鼻咽癌中的敏感性是很有意义的。 铁死亡是一种以铁依赖性脂质过氧化为特征的新型细胞程序性死亡方式。越来越多的证据支持顺铂在不同的肿瘤中诱导铁死亡。最近的研究表明，顺铂可诱导鼻咽癌细胞发生铁死亡，但具体机制有待进一步探索。Keap1/Nrf2/HO-1通路在抑制铁死亡中发挥重要作用，并与顺铂耐药相关。然而，Keap1/Nrf2/HO-1信号通路介导的铁死亡是否参与鼻咽癌对顺铂的敏感性的调节仍未被研究。 研究进展 02 为了研究DDP对鼻咽癌细胞铁死亡的影响，研究人员分别用不同剂量的DDP或DDP联合铁死亡抑制剂Ferrostatin-1处理2个人鼻咽癌细胞系NPC/HK1和C666-1细胞48 h。细胞计数试剂盒-8 (CCK-8)检测显示，DDP以剂量依赖性方式降低鼻咽癌细胞的存活率，而这种抑制作用被铁死亡抑制剂Ferrostatin-1所消除。SLC7A11/GPX4信号通路参与铁死亡的调控。蛋白质印迹和qRT-PCR结果显示，DDP呈剂量依赖性下调鼻鼻癌细胞中GPX4和SLC7A11蛋白和mRNA水平，而Ferrostatin-1则导致GPX4和SLC7A11的反弹。DDP增加了鼻咽癌细胞的丙二醛(MDA)、Fe2+水平和脂质过氧化，但降低了总谷胱甘肽(GSH)水平。这些影响也被Ferrostatin-1减弱。 这些结果表明，DDP可诱导鼻咽癌细胞铁死亡。 接下来，研究人员试图研究DDP在体内对肿瘤生长的作用。如图1A-C所示，DDP以剂量依赖性方式抑制NPC/HK1或C666-1细胞来源的异种移植瘤的生长，在DDP治疗后，肿瘤体积和重量下降，而这种作用被Ferrostatin-1部分消除。先前的研究表明，4-HNE被认为是脂质过氧化的指标。免疫组化(IHC)分析进一步表明，DDP在异种移植瘤中剂量依赖性上调4-HNE水平，而Ferrostatin-1在体内消除DDP诱导的4-HNE表达。与这些结果一致，DDP介导的异种移植瘤GPX4和SLC7A11表达的减少也被Ferrostatin-1所拯救。DDP增加了异种移植瘤中的MDA和Fe2+水平，但降低了GSH水平。这些作用也被Ferrostatin-1所消除。 总的来说，这些数据表明，DDP通过诱导体内铁死亡来抑制肿瘤生长。 图1：顺铂在体内通过诱导铁死亡抑制肿瘤生长 研究结论 03 综上所述，研究人员证明了CAFs分泌FGF5通过调节FGFR2/Nrf2信号通路来抑制鼻咽癌的铁死亡和DDP敏感性，靶向FGF5/FGFR2/Nrf2信号通路可能增强鼻咽癌治疗的疗效和有效剂量。 参考资料： https://www-nature-com.libproxy1.nus.edu.sg/articles/s41419-024-06671-0 注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。 热门·直播/活动 🕓 上海｜06月14日-16日 ▶ 第六届上海国际癌症大会将于6月14-16日在上海举办，学科交叉，共同推进肿瘤研究与诊治多模态！ 🕓 北京｜09月20日-21日 ▶ 第五届单细胞技术应用研讨会暨空间组学前沿研讨会欢迎您的参与！ 点击对应文字 查看详情