大黄通过调节IDO-1/TREM-1通路,改善缺血性中风引起的色氨酸-犬尿氨酸代谢重编程及神经炎症反应

时间:2026年3月30日
来源:Phytomedicine

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缺血性中风模型中大黄通过修复肠道屏障、调控色氨酸-千真菌酸代谢通路及抑制TREM-1/NLRP3神经炎症信号轴发挥神经保护作用,并鉴定出多个关键活性成分。

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刘晓瑶|王学勇|王宇曦|朱宏宇|向倩|李倩|王晓珠|徐文辉|姜梅|王伟玲|高健|王婷
北京中医药大学中药材学院,中国北京102488

摘要

背景

缺血性中风(IS)会引发复杂的代谢紊乱和神经炎症反应,从而推动病理级联反应的发展。大黄(RR)在临床中被广泛用于治疗IS。然而,其潜在的药理机制尚未完全阐明。

目的

从调节色氨酸-犬尿氨酸(TRP-KYN)代谢和神经炎症的角度,探讨大黄缓解IS的机制和药理基础。

方法

采用大鼠的中脑动脉阻塞(MCAO)模型来模拟人类IS。通过神经功能缺陷评分、苏木精-伊红染色、2,3,5-三苯基四唑氯化物染色、阿尔辛蓝-过碘酸-希夫染色、Western blotting、靶向代谢组学、免疫荧光和酶联免疫吸附测定等方法,评估大黄对脑缺血损伤、肠道通透性、TRP-KYN代谢水平及神经炎症的疗效。此外,还利用表面等离子体共振和基于细胞的实验方法筛选和验证大黄中可能具有治疗IS活性的成分。

结果

除了减轻脑缺血损伤外,大黄治疗还通过降低肠道通透性生物标志物、改善组织病理变化以及上调结肠紧密连接蛋白,显著恢复了IS大鼠的肠道屏障功能。此外,大黄调节了TRP-KYN代谢,并调节了结肠组织和血清中吲哚胺2,3-双加氧酶1(IDO-1)及其在髓系细胞上表达的触发受体1(TREM-1)的水平和酶活性。在中枢神经系统中,大黄通过调控小胶质细胞极化和细胞因子水平来减轻MCAO引起的神经炎症,同时抑制了TREM-1介导的炎症信号通路。从大黄中鉴定出8-O-β-D-葡萄糖苷金丝桃素、芸香苷、林德莱因和(-)-儿茶素没食子酸酯作为潜在的IDO-1抑制剂;而大黄素、林德莱因、甲基没食子酸和8-O-β-D-葡萄糖苷则作为潜在的TREM-1抑制剂,能够抑制IDO-1和TREM-1或TREM-1与NOD样受体蛋白3(NLRP3)的过度表达。

结论

本研究表明,大黄通过改善肠道屏障功能、重新编程IDO-1依赖的TRP-KYN通路以及减轻神经炎症发挥治疗作用。这些效应归因于其活性成分,包括芸香苷、8-O-β-D-葡萄糖苷金丝桃素、林德莱因、(-)-儿茶素没食子酸酯、大黄素和甲基没食子酸。

引言

缺血性中风(IS)是一种由脑部血流紊乱引起的急性脑血管事件,导致缺血、缺氧和随后的神经元坏死(Pan等人,2021年)。这一病理生理过程与多种神经系统缺陷相关,使IS成为全球脑血管疾病负担的主要因素。由于其高发病率、复发率、致残率和死亡率以及巨大的医疗成本,IS的影响不仅限于损害患者的生活质量,还给患者家庭和社会经济系统带来了巨大负担(Lv等人,2024年;Pu等人,2023年;Wu等人,2020年)。
神经炎症反应是脑梗死后缺血级联反应中的核心事件(Dirnagl等人,1999年;Li等人,2020年;Zhang等人,2018年)。作为关键的炎症调节因子,髓系细胞上表达的触发受体1(TREM-1)在中脑动脉阻塞(MCAO)后4.5小时内在小鼠的肠道髓系细胞、外周血和大脑中显著上调,从而加剧肠道和大脑的炎症,加重脑缺血损伤(Liu等人,2019年)。TREM-1激活脾酪氨酸激酶(SYK),进而触发下游信号通路,包括CARD9/NF-κB轴和NOD样受体蛋白3(NLRP3)/ASC/Caspase-1通路(Shi等人,2022年;Xu等人,2019年)。这些通路共同放大了IS后的神经炎症损伤,突显了TREM-1在驱动IS相关病理过程中的作用。
色氨酸(TRP)代谢在多种神经系统疾病中具有治疗潜力,包括抑郁症、缺血性脑损伤和阿尔茨海默病(Xue等人,2023年)。TRP的代谢产物,如犬尿氨酸(KYN)、犬尿氨酸酸(KYNA)和喹啉酸(QA),在维持肠道屏障完整性、免疫调节和神经保护方面发挥着重要作用。值得注意的是,TRP-KYN通路(TKP)是与IS中的神经炎症网络相互关联的关键代谢轴(Cogo等人,2021年;Li等人,2022年;Peesh等人,2025年)。
TREM-1介导的炎症通路与TKP代谢相互作用。吲哚胺2,3-双加氧酶1(IDO-1)是TKP的主要限速酶,它会导致TRP缺乏状态,这种状态可通过色氨酸-tRNA合成酶1(WARS1)来逆转。值得注意的是,WARS1还通过TLR2和TLR4信号通路进一步增强免疫反应,从而将IDO-1介导的代谢紊乱与TREM-1依赖的炎症放大联系起来(Nguyen等人,2020年)。
大黄(Rheum tanguticum(Maxim. ex Regel)Balf.、Rheum palmatum L. 或 Rheum officinale Baill.,简称RR)是一种传统草药,在临床中用于治疗IS(Liu等人,2003年;Lu等人,2014年;Wang等人,2006年)。先前的研究显示,大黄的使用可降低MCAO大鼠的神经功能缺陷评分和脑梗体积,并调节肠道微生物群组成。具体而言,大黄减少了致病菌(如FournierellaBilophila)的数量,同时增加了有益菌(如Enterorhabdus、Defluviitaleaceae、ChristensenellaceaeLachnospira)的数量(Liu等人,2024年)。已经建立了Fournierella、Bilophila和Lachnospira与TRP代谢之间的关联(Li等人,2024年;Luo等人,2024年;Wang等人,2022a;Yuan等人,2023年)。然而,大黄是否通过调节TRP代谢或与TRP代谢相关的神经炎症来缓解IS仍不清楚。
本研究旨在探讨大黄是否通过靶向IDO-1/TREM-1通路来调节TRP代谢和神经炎症从而缓解IS。我们采用了一种综合方法,结合靶向代谢组学和表面等离子体共振(SPR)以及基于细胞的验证实验来验证这一机制,并鉴定具有治疗作用的活性化合物,以阐明其在IS中的分子机制,并为转化应用提供依据。

材料与试剂

Rheum tanguticum(Maxim. ex Regel)Balf.(中国北京本草方源药业有限公司,编号20210930)。银杏叶提取物(EGb761,Dr. Willmar Schwabe GmbH & Co.,德国,编号5550918)。甲醛固定液、苏木精溶液、伊红染料、阿尔辛蓝(AB)-过碘酸-希夫(PAS)染色液以及重组抗β-肌动蛋白抗体(小鼠mAb)(武汉Servicebio科技有限公司,中国,编号G1101、G1004、G1002、G1049和GB15001-100)。

大黄显著改善了MCAO诱导的大鼠的神经功能缺陷并减少了脑梗体积

神经功能评估结果显示,模型大鼠表现出明显的神经损伤,表现为神经功能缺陷评分升高(p < 0.01,图2A)。在给予阳性对照EGb761和1-MT后,RR-L、RR-M和RR-H组的大鼠神经功能明显改善(p < 0.01)。此外,

讨论

作为常见的临床脑血管疾病,缺血性中风(IS)因其对家庭和医疗系统的重大社会经济负担、复杂的病理机制以及缺乏明确的药物治疗方法而成为当前研究的重点领域。本研究揭示,大黄通过改善肠道黏膜屏障功能、重新编程TRP-KYN代谢以及抑制MCAO大鼠的神经炎症反应来保护大脑免受损伤。

结论

我们的研究发现,大黄可以减轻脑缺血损伤,增强肠道黏膜屏障功能,调节TRP-KYN代谢,并显著抑制MCAO诱导的大鼠中的IDO-1/WARS1和TREM-1/SYK-NF-κB-NLRP3通路、小胶质细胞M1极化以及促炎细胞因子。IDO-1/WARS1和TREM-1/SYK-NF-κB-NLRP3通路被认为是调节TRP-KYN代谢和神经炎症的关键机制。此外,芸香苷和8-O-β-D-葡萄糖苷金丝桃素等成分也发挥了重要作用。

数据可用性

数据可应要求提供。

作者贡献声明

刘晓瑶:方法学设计、实验研究、数据验证、初稿撰写、数据管理。王学勇:方法学设计、实验研究、撰写与编辑。王宇曦:方法学设计、数据管理。朱宏宇:方法学设计、数据管理。向倩:正式数据分析、实验研究。李倩:实验研究、数据管理。王晓珠:验证、正式数据分析。徐文辉:正式数据分析、实验研究。姜梅:正式数据分析、实验研究。王伟玲:概念构思、撰写与审稿

作者贡献声明

刘晓瑶:初稿撰写、验证、方法学设计、实验研究、数据管理。王学勇:撰写与审稿、方法学设计、实验研究。王宇曦:方法学设计、数据管理。朱宏宇:方法学设计、数据管理。向倩:实验研究、正式数据分析。李倩:实验研究、数据管理。王晓珠:验证、正式数据分析。徐文辉:正式数据分析、实验研究。姜梅:实验研究、正式数据分析。王伟玲:概念构思、撰写与审稿

利益冲突声明

作者声明没有可能影响本文研究的商业或财务利益冲突。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金青年项目的支持(项目编号82104440)。

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