思路可学!南京中医药大学 刘史佳教授:白头翁汤通过 SLC7A11/GPX4/FTH1 通路在溃疡性结肠炎中调节铁死亡介导的线粒体自噬和细胞凋亡

背景：溃疡性结肠炎（UC）是一种难治性慢性非特异性炎症性肠病，其患病率不断上升，重症可能进展为结肠癌。白头翁汤（Baitouweng Decoction, BTW）作为经典中药复方，在UC的临床治疗中已有数百年应用历史，但其具体作用机制尚不明确。铁死亡（ferroptosis）作为一种新近发现的程序性细胞死亡方式，被证实参与UC结肠上皮细胞死亡及炎症加剧过程。

SLC7A11/GPX4/FTH1通路是调控铁死亡（Ferroptosis）的核心防御轴。该通路构成了细胞对抗脂质过氧化的“盾牌系统”。SLC7A11 负责原料供应，GPX4 是核心执行器，而 FTH1 则通过管控铁离子源头消除隐患。三者协同运作，将细胞内的氧化应激水平维持在生存阈值之内。

目的：探究白头翁汤对葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导的溃疡性结肠炎的治疗效果，并阐明其通过SLC7A11/GPX4/FTH1通路调控铁死亡介导的线粒体自噬（mitophagy）和细胞凋亡（apoptosis）的分子机制。

方法：蛋白质组学与转录组学分析：对UC小鼠结肠组织进行蛋白质组学和转录组学测序，识别差异表达蛋白/基因及富集通路。

动物实验：36只雄性C57BL/6小鼠随机分为6组：对照组、DSS模型组、BTW低/高剂量组（3.4/6.8 g·kg⁻¹·d⁻¹）、柳氮磺吡啶（SASP）阳性药组（200 mg·kg⁻¹·d⁻¹）、铁死亡抑制剂Fer-1组（5 mg·kg⁻¹·d⁻¹）。DSS组及给药组自由饮用3% DSS水溶液7天建立急性UC模型，给药组同时灌胃或腹腔注射相应药物。

细胞实验：TNF-α诱导Caco-2细胞建立体外UC模型，给予不同浓度BTW（15、30、60 μg/ml）干预；并采用铁死亡诱导剂RSL3和抑制剂Fer-1进行验证。

检测指标：疾病活动指数（DAI）、结肠长度、H&E染色组织病理评分；血清炎症因子（IL-1β, IL-6, TNF-α等）流式细胞术检测；氧化应激指标（MDA, SOD, GSH）及Fe²⁺含量；ROS荧光染色；Western blot和qPCR检测SLC7A11、GPX4、FTH1、PINK1、PARKIN、LC3、p62、BAX、BCL2等蛋白及mRNA表达。

结果：蛋白质组学分析显示铁死亡通路是UC的关键致病机制，DSS组TFRC、ACSL4等上调，GPX4等下调。

BTW显著改善UC小鼠体重下降、DAI评分升高、结肠缩短和组织病理损伤；降低血清促炎因子（IL-1β, TNF-α, CXCL1等），升高抗炎因子IL-10；上调肠道紧密连接蛋白Occludin和ZO-1，保护肠屏障。

BTW抑制铁死亡：升高结肠组织SLC7A11、GPX4、FTH1蛋白表达；降低血清MDA和Fe²⁺水平，升高SOD和GSH；减少ROS积累。

体外实验验证：BTW以剂量依赖性抑制TNF-α诱导的Caco-2细胞炎症，上调SLC7A11/GPX4/FTH1，且该作用可被RSL3（GPX4抑制剂）部分逆转，表明BTW通过抑制铁死亡发挥作用。

转录组学揭示凋亡和铁死亡为核心通路，线粒体自噬为连接枢纽。BTW激活PINK1/PARKIN介导的线粒体自噬（上调PINK1、PARKIN、LC3II/LC3I，下调p62和NLRP3），同时调节BCL2/BAX比值抗凋亡。

结论：白头翁汤通过激活SLC7A11/GPX4/FTH1通路抑制铁死亡，并协同调节PINK1/PARKIN介导的线粒体自噬和细胞凋亡，从而减轻溃疡性结肠炎相关的炎症反应和肠屏障损伤，缓解氧化应激。

图形摘要

图1  对照组与模型组（DSS 处理）小鼠结肠组织的蛋白质组学分析（n=3）。

(A)主成分分析；(B) 差异表达蛋白（DEPs）火山图；(C) 差异表达蛋白热图；(D) KEGG 通路富集分析。

图2 白头翁汤可改善小鼠溃疡性结肠炎相关症状。

(A)动物实验流程图；(B) 体重变化（n=6）；(C) 疾病活动指数评分（n=6）；(D) 结肠长度对比代表性图像；(E) 结肠长度统计（n=6）；(F) 组织学评分（n=3）；(G) 结肠组织 H&E 染色代表性图像。

图3  白头翁汤改善溃疡性结肠炎小鼠结肠炎症并保护肠道屏障功能。

(A)血清炎症因子表达（n=3）；(B) 蛋白免疫印迹法检测结肠组织中闭合蛋白（Occludin）的表达；(C) 图 B 中闭合蛋白定量分析（n=3）；(D) 蛋白免疫印迹法检测结肠组织中紧密连接蛋白 1（ZO-1）的表达；(E) 图 D 中紧密连接蛋白 1 定量分析（n=3）。

图4 白头翁汤抑制溃疡性结肠炎小鼠铁死亡。

(A–C) 蛋白免疫印迹法定量检测结肠组织中 SLC7A11、GPX4、FTH1 的蛋白表达水平（n=3）；(D–F) 血清中丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽（GSH）水平（n=6）；(G) 结肠组织中 Fe²⁺相对含量（n=6）；(H–I) 活性氧（ROS）水平免疫荧光分析（n=3）。

图5  白头翁汤抑制 TNF‑α 诱导的 Caco‑2 细胞铁死亡。

(A)不同浓度白头翁汤（7.5、15、30、60、120、240、480 μg/mL）处理 Caco‑2 细胞 24 h 后的细胞活力；(B–C) IL‑1β 和 TNF‑α 的相对 mRNA 表达（n=3）；(D) 蛋白免疫印迹法检测紧密连接蛋白 1（ZO-1）和闭合蛋白（Occludin）的蛋白表达水平；(E–F) 图 D 中闭合蛋白与紧密连接蛋白 1 定量分析（n=3）；(G) 蛋白免疫印迹法检测 SLC7A11、GPX4、FTH1 的蛋白表达；(H–J) 图 G 中 SLC7A11、GPX4、FTH1 定量分析（n=3）。

图6 白头翁汤抑制 RSL3 诱导的 Caco‑2 细胞铁死亡。

(A)铁抑素‑1（Ferrostatin‑1）对细胞活力的影响；(B–D) 蛋白免疫印迹法定量检测紧密连接蛋白 1（ZO-1）和闭合蛋白（Occludin）的蛋白表达水平（n=3）；(E–H) 蛋白免疫印迹法定量检测 SLC7A11、GPX4、FTH1 的蛋白表达水平（n=3）；(I) RSL3 对细胞活力的影响；(J–L) 蛋白免疫印迹法检测紧密连接蛋白 1（ZO-1）和闭合蛋白（Occludin）的蛋白表达（n=3）；(M–P) 蛋白免疫印迹法检测 SLC7A11、GPX4、FTH1 的蛋白表达（n=3）。

图7 对照组与模型组（DSS 处理）小鼠结肠组织的转录组学分析（n=3）。

(A)主成分分析；(B) 差异表达基因（DEGs）火山图；(C) 差异表达基因热图；(D) KEGG 通路富集分析；(E) 铁死亡、凋亡和线粒体自噬信号通路的 KEGG 分析。

图8  白头翁汤通过激活 PINK1/PARKIN 介导的线粒体自噬改善溃疡性结肠炎。

(A–H) PINK1、PARKIN、P62、LC3、NLRP3、BAX、BCL2 的蛋白表达（n=3）；(I–M) PINK1、PARKIN、NLRP3、LC3、P62 的相对 mRNA 表达（n=3）。

图9 白头翁汤化学成分定性分析。