TAT-PBX1融合蛋白通过激活AMPK-TFAM信号通路缓解LPS诱导的急性肺损伤

本研究针对急性肺损伤(ALI)临床干预效果不佳的难题，开发了具有细胞穿膜能力的TAT-PBX1融合蛋白。研究人员通过体内外实验证实，该蛋白能有效减轻LPS诱导的线粒体功能障碍，通过靶向AMPKγ2亚基激活AMPK-TFAM信号通路，上调PGC-1α/TFAM表达，抑制cGAS-STING通路过度活化，从而降低炎症因子水平和ROS积累，显著改善ALI病理表现。该发现为ALI治疗提供了新型候选药物，发表于《Molecular Therapy》。

急性肺损伤(ALI)是一种危及生命的危重症，其特征是失控的肺部炎症和组织稳态破坏，常导致严重呼吸功能障碍。在SARS-CoV-2全球大流行期间，冠状病毒重症患者常伴有急性呼吸窘迫综合征(ARDS)——一种更严重的ALI形式。当前药物治疗方案临床效果欠佳，迫切需要创新治疗策略。

ALI的关键病理生理特征包括氧化还原稳态失调和过度肺部炎症。Pre-B细胞白血病同源盒转录因子1(PBX1)作为三氨基酸环延伸同源盒基因家族成员，在调节干细胞自我更新和多能性方面发挥重要作用，同时通过调节细胞氧化应激和凋亡参与维持组织稳态。前期研究表明PBX1可通过减少活性氧(ROS)积累和增加ATP、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD⁺)水平来减轻氧化损伤，但其临床应用面临重大挑战——无法穿透细胞膜。

为解决这一难题，吉林大学公共卫生学院陈姿伊等研究人员开发了一种新型TAT-PBX1融合蛋白。TAT是从HIV-1转录激活因子中提取的具有穿膜能力的短肽，能高效递送大分子药物。这项发表于《Molecular Therapy》的研究系统阐述了TAT-PBX1通过激活AMPK-TFAM信号通路缓解LPS诱导急性肺损伤的机制和作用效果。

研究采用的主要技术方法包括：临床样本分析（34例肺炎患者和20例健康对照者的血清样本）；分子生物学技术（蛋白质纯化、Western blot、ELISA检测）；细胞实验（A549细胞系培养、慢病毒转染构建PBX1过表达细胞系）；动物模型（LPS诱导的ALI小鼠模型和博来霉素诱导的肺纤维化小鼠模型）；影像学技术（小动物活体成像系统追踪蛋白分布）；计算机模拟（AlphaFold3预测蛋白质相互作用）。

研究结果方面：

PBX1在ALI中表达下调及其过表达可抑制炎症

临床分析发现肺炎患者外周血PBX1水平显著低于健康人群，且疾病严重程度越高PBX1水平越低。体外实验中，LPS刺激导致A549细胞炎症因子TNF-α、IL-1β和IL-6水平显著升高，同时PBX1表达降低。动物实验证实LPS干预成功诱导小鼠ALI，肺组织中PBX1表达显著下降。PBX1过表达显著降低了LPS引起的炎症细胞因子水平。

TAT-PBX1融合蛋白表现出优异的生物安全性

研究人员成功构建并纯化了TAT-PBX1融合蛋白，动态光散射测量显示其平均流体动力学直径为280nm。该蛋白在4°C和37°C下稳定性良好，浓度低于160μg/mL时对A549细胞无毒性，不引起外周血溶血。急性毒性实验表明TAT-PBX1处理小鼠未见血液学、肝肾功能异常和器官病理改变。

TAT-PBX1穿透细胞膜并到达肺组织，抑制A549细胞炎症

荧光标记实验证实TAT-PBX1具有穿膜能力，腹腔注射后3小时在肺组织中达到峰值分布并持续72小时。TAT-PBX1处理显著降低LPS诱导的炎症因子表达，有效减少ROS积累，恢复线粒体膜电位(MMP)，抑制细胞凋亡。

TAT-PBX1减轻小鼠LPS诱导的ALI

动物实验显示TAT-PBX1干预改善了LPS引起的体重下降、肺指数升高、肺组织湿重/干重比增加等症状。支气管肺泡灌洗液(BALF)中总蛋白浓度、总细胞数、巨噬细胞和中性粒细胞数均显著降低。组织学分析表明TAT-PBX1恢复了LPS引起的肺泡结构破坏、平均衬里间隔增厚和平均肺泡数减少。

TAT-PBX1延缓ALI向肺纤维化(PF)转变

在博来霉素诱导的PF小鼠模型中，TAT-PBX1显著提高生存率，减轻肺组织损伤和广泛的肺泡间质纤维化，抑制α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)表达升高。

TAT-PBX1恢复线粒体形态和功能，抑制cGAS-STING信号通路，激活AMPK信号通路

电镜观察显示TAT-PBX1恢复了LPS引起的线粒体肿胀和嵴缺失，使嗜锇性多层板状体恢复平行排列的层状结构。同时恢复ATP含量和NAD⁺/NADH比率。Western blot分析表明TAT-PBX1成功抑制cGAS-STING通路激活，下调cGAS、STING表达及TBK1、IRF3磷酸化水平，并逆转LPS对AMPK-TFAM通路的抑制。

AMPK抑制剂抵消TAT-PBX1的作用

使用AMPK抑制剂dorsomorphin后，TAT-PBX1对ALI小鼠的保护作用被逆转，其对AMPK-TFAM通路的激活和对cGAS-STING通路的抑制均被抵消。

TAT-PBX1通过靶向AMPKγ2发挥保护作用

计算机模拟预测和实验验证表明TAT-PBX1与AMPKγ2亚基相互作用最强。免疫共沉淀(coIP)实验证实TAT-PBX1与AMPKγ2的内源性相互作用。IHC和Western blot分析显示TAT-PBX1上调了AMPKγ2表达。AMPKγ2敲低逆转了TAT-PBX1对LPS诱导的ROS积累、MMP破坏和细胞凋亡的保护作用。

研究结论与讨论部分强调，本研究通过临床样本、细胞和动物实验证实了PBX1与肺部炎症的负相关关系。为克服病毒转导局限性并实现大分子药物高效递送，研究人员开发了重组融合蛋白TAT-PBX1。研究发现TAT-PBX1通过靶向AMPKγ2激活AMPK-TFAM通路，改善线粒体功能，抑制cGAS-STING通路，对LPS诱导的ALI发挥保护作用。

该研究的创新点在于：首次发现PBX1在ALI患者和模型中的表达变化及其抗炎作用；成功开发具有穿膜功能的TAT-PBX1融合蛋白并证实其生物安全性；阐明TAT-PBX1通过AMPKγ2/AMPK-TFAM/cGAS-STING轴发挥作用的分子机制；证实TAT-PBX1能延缓ALI向肺纤维化转变。

研究也存在一定局限性：AlphaFold3在捕捉蛋白质动力学、瞬时相互作用和翻译后修饰方面存在局限；TAT-PBX1在肺炎中的作用机制需进一步研究；C末端序列在PBX1抗炎功能中的作用需通过序列截断验证；TAT-PBX1对呼吸道病毒诱导ALI的保护作用需进一步验证。

总之，该研究不仅为ALI治疗提供了新型候选药物TAT-PBX1，还深入阐明了其通过AMPK-TFAM信号通路调控线粒体功能抑制炎症的机制，为临床ALI防治提供了重要的实验依据和理论支持。