研究背景
急性胰腺炎(AP)是一種潛在的致命疾病，缺少針對性的治療方法。雖然抑制黃嘌呤氧化酶(XO)在治療AP中的作用已經(jīng)在多個實驗?zāi)Ｐ秃团R床試驗中進(jìn)行了研究，但XO是否是AP的靶點(diǎn)及其主要作用機(jī)制尚不清楚。2024年4月24日，華西醫(yī)院杜丹、夏慶團(tuán)隊在Acta Pharmaceutica Sinica B (IF 14.5) 上發(fā)表文章“Inhibition of xanthine oxidase alleviated pancreatic necrosis via HIF1α-regulated LDHA and NLRP3 signaling pathway in acute pancreatitis”，發(fā)現(xiàn)抑制黃嘌呤氧化酶可通過HIF-1α調(diào)控的LDHA和NLRP3信號通路緩解急性胰腺炎的胰腺壞死，表明抑制XO可能是緩解胰腺壞死和預(yù)防嚴(yán)重AP進(jìn)展的一種有希望的治療策略。
結(jié)果展示
1. XO抑制影響NLRP3和HIF-1α信號通路
作者發(fā)現(xiàn)在嚴(yán)重壞死性AP模型中，XO在外周循環(huán)和胰腺中均顯著增加，而在水腫模型中則略有增加，表明XO在AP中的潛在作用。此外，別嘌呤醇和非布司他分別作為嘌呤類和非嘌呤類XO抑制劑，在不同劑量和治療時間點(diǎn)表現(xiàn)出對體外胰腺腺泡細(xì)胞死亡和體內(nèi)胰腺損傷的保護(hù)作用，表明在適當(dāng)?shù)臐舛群蜁r間點(diǎn)使用不同種類的XO抑制劑來阻斷XO，可以改善AP。為了研究XO的作用機(jī)制，作者進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組和代謝組測序，多組學(xué)分析顯示抑制XO影響NLRP3和HIF-1α信號通路，以及厭氧糖酵解和嘌呤分解代謝。
圖1 XO影響HIF-1α調(diào)節(jié)的LDHA和NLRP3信號通路
2. 在胰腺中過表達(dá)XDH會加重AP進(jìn)展，并上調(diào)下游HIF-1α信號通路
作者利用腺病毒在小鼠胰腺中過表達(dá)XDH，熒光標(biāo)記顯示XDH在小鼠胰腺中顯著表達(dá)。注射ARG后，XDH過表達(dá)的AP小鼠死亡率(37.5%)高于對照組(12.5%)，血清脂肪酶、胰蛋白酶明顯升高，胰腺壞死加重，氧化損傷顯著增強(qiáng)。此外XDH過表達(dá)AP小鼠胰腺中HIF-1α和LDHA蛋白增加，下游基因包括HIF-1α、NLRP3、Il1b和Casp1表達(dá)增強(qiáng)。這些結(jié)果表明，胰腺XO過表達(dá)可能通過激活HIF-1α而加重AP期間胰腺損傷。
圖2 XDH過表達(dá)加重AP進(jìn)展并上調(diào)下游HIF-1α信號通路
3. 抑制XO下調(diào)HIF-1α-LDHA和NLRP3信號通路
接下來作者研究了PAC（胰腺腺泡細(xì)胞）中XDH基因缺失的影響，發(fā)現(xiàn)敲低XDH基因后，HIF-1α和LDHA的mRNA相對降低。在缺氧條件下將XOIs(XO抑制劑)作用于PACs，同樣導(dǎo)致HIF-1α、LDHA、NLRP3、IL1b和Casp1 mRNA表達(dá)降低。此外，在ALLO處理后，在PACs中觀察到HIF1α和LDHA蛋白表達(dá)的逆轉(zhuǎn)。作者還追蹤了PACs中糖酵解代謝產(chǎn)物的比例，發(fā)現(xiàn)在缺氧條件下，M+3標(biāo)記乳酸水平顯著增加。ALLO減少了標(biāo)記乳酸的積累，對有氧代謝沒有影響。HIF-1α抑制劑PX-478用于PACs，發(fā)現(xiàn)可改善TLCS誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡，降低LDHA和NLRP3通路的mRNA水平，但并沒有逆轉(zhuǎn)XDH mRNA表達(dá)和XO活性。這些結(jié)果表明XO抑制降低了HIF-1α介導(dǎo)的LDHA和NLRP3信號通路。
圖3 抑制XO下調(diào)HIF-1α-LDHA和NLRP3信號通路
4. 在重癥AP患者中發(fā)現(xiàn)外周循環(huán)和胰腺中XO水平增加
作者檢測了不同嚴(yán)重程度的HV和AP患者血漿中的XO活性。SAP患者的XO活性明顯高于HV、輕度AP (MAP)和中重度AP (MSAP)患者，與MAP患者相比，非MAP (MSAP + SAP)患者的XO與C-reactive蛋白之間的相關(guān)系數(shù)更高。通過收集SAP患者的胰腺組織測量XO mRNA和蛋白表達(dá)，以及XO的分解代謝產(chǎn)物尿酸水平，發(fā)現(xiàn)XDH基因在SAP中的原位表達(dá)量顯著高于對照組，蛋白表達(dá)量和尿酸鹽離子強(qiáng)度均顯著增加，證實了XO在壞死胰腺中的改變。此外，作者比較了不同嚴(yán)重程度AP患者入院前的血漿LDH和乳酸水平的臨床數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)SAP組的LDHA和乳酸含量高于MAP組。這些臨床數(shù)據(jù)表明，XO水平與AP的嚴(yán)重程度有關(guān)，也表明XO和乳酸鹽的外周表達(dá)對于預(yù)測AP的進(jìn)展是必要的。
圖4 在嚴(yán)重AP患者中外周循環(huán)和胰腺中XO水平增加
實驗結(jié)論
本研究發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重壞死性AP模型的外周循環(huán)和胰腺中XO水平升高。治療性抑制XO可顯著改善PACs壞死，不同程度地改善局部、循環(huán)、胰腺和遠(yuǎn)端器官損傷的各種生化指標(biāo)。HIF-1α調(diào)控的LDHA和NLRP3信號通路在加重AP進(jìn)展中起重要作用。這些發(fā)現(xiàn)表明XO是加重SAP進(jìn)展的潛在靶點(diǎn)，合理的XOIs治療劑量可以通過調(diào)節(jié)HIF-1α調(diào)節(jié)的乳酸積累和NLRP3炎癥小體途徑來減輕SAP進(jìn)展。