新生兒支氣管肺發(fā)育不良（BPD）是早產(chǎn)兒中最常見的慢性肺部疾病之一，發(fā)病率逐年上升，嚴重影響患兒生存率和生活質(zhì)量。這種疾病以肺泡發(fā)育異常、肺泡簡化、肺微血管發(fā)育受損、氧化應激和肺部炎癥為特征。盡管臨床治療手段不斷進步，但BPD的發(fā)病機制尚未完全闡明，亟需探索新的治療靶點。近年來，代謝紊亂在BPD中的作用備受關(guān)注，而色氨酸代謝產(chǎn)物因其廣泛的生物活性成為研究熱點。

2025年3月8日，重慶醫(yī)科大學附屬兒童醫(yī)院新生兒科團隊在《Redox Biology》（IF=10.7）上發(fā)表題為"The tryptophan metabolite 3-hydroxyanthranilic acid alleviates hyperoxia-induced bronchopulmonary dysplasia via inhibiting ferroptosis"的研究論文，本研究通過本研究通過靶向代謝組學、LiP-MS蛋白質(zhì)組學、細胞模型和動物模型等多技術(shù)手段，首次鎖定色氨酸代謝物3-羥基鄰氨基苯甲酸（3-HAA）為關(guān)鍵調(diào)控分子，并揭示其通過靶向鐵蛋白重鏈FTH1抑制鐵死亡的全新機制！

樣本信息

• 臨床樣本：10例BPD患兒和10例非BPD患兒的支氣管吸出物（TAs）。

• 動物模型：高氧誘導的新生大鼠BPD模型（85%氧氣暴露14天）。

• 細胞模型：高氧處理的永生化人肺泡Ⅱ型上皮細胞（AECII）。

實驗技術(shù)

代謝組學（UHPLC-MS/MS）、LiP-MS蛋白質(zhì)組學、分子對接、表面等離子共振（SPR）、免疫共沉淀（Co-IP）、透射電鏡（TEM）

研究亮點

• BPD與色氨酸代謝物3-羥基犬尿氨酸（3-HAA）的顯著減少有關(guān)；

• 3-HAA通過抑制肺組織和AECII中的鐵死亡來保護免受高氧誘導的損傷；

• 通過LiP-MS蛋白質(zhì)組學分析找到3-HAA潛在靶點鐵蛋白重鏈1（FTH1）；

• 3-HAA通過靶向FTH1并破壞NCOA4-FTH1相互作用來抑制鐵死亡途徑；

• 本研究首次揭示了BPD中色氨酸代謝的失調(diào)以及3-HAA緩解BPD的機制。

研究結(jié)果

一、BPD與3-HAA減少相關(guān)

本研究通過超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（UHPLC-MS/MS）代謝組學分析，檢測了來自BPD患兒和非BPD患兒的支氣管吸出物（TAs）中的色氨酸代謝相關(guān)代謝物。結(jié)果顯示，在21種被鑒定的代謝物中，3-HAA在BPD組中顯著降低（P=0.033，log2 FC=-2.355，Cohen's d=1.084）。此外，研究還利用高氧誘導的SD大鼠模型進一步驗證了色氨酸代謝失調(diào)的存在。與對照組相比，BPD組大鼠表現(xiàn)出明顯的肺泡簡化，表明肺發(fā)育受損。在大鼠肺組織中，3-HAA水平同樣顯著降低（p=0.0001，log2 FC=-1.328，Cohen's d=2.611）。表明BPD與3-HAA水平的顯著降低密切相關(guān)。此外，相關(guān)性分析顯示3-HAA水平與抗生素使用時間無相關(guān)性，進一步證實了3-HAA與BPD的獨立關(guān)聯(lián)。

圖1 BPD與3-HAA減少相關(guān)

二、相關(guān)代謝酶失調(diào)導致3-HAA降低

本研究通過免疫組化（IHC）染色和免疫熒光（IF）染色分別在體內(nèi)外高氧模型中確認3-HAA水平降低。3-HAA是犬尿氨酸（KYN）代謝途徑中的重要中間代謝物，其生成依賴于犬尿氨酸3-單加氧酶（KMO）和犬尿氨酸酶（KYNU）的催化，而3-羥基犬尿氨酸3,4-雙加氧酶（HAAO）則進一步促進其進一步代謝。大鼠肺組織中的KMO、KYNU和HAAO的Western blot（WB）分析和IHC染色結(jié)果表明，在BPD組中，KMO和KYNU的蛋白表達降低，導致3-HAA的生成減少，而HAAO的蛋白表達增加，促進了3-HAA的代謝。AECII細胞的WB和IF染色結(jié)果與之相似。RT-qPCR結(jié)果也表明，相關(guān)代謝酶的失調(diào)是BPD中3-HAA水平降低的部分原因。

圖2 相關(guān)代謝酶的失調(diào)導致3-HAA減少

三、3-HAA減輕高氧誘導的BPD大鼠肺損傷

研究團隊建立了高氧誘導的BPD新生大鼠模型，并通過霧化給藥的方式給予不同劑量（25、50、75、100mg/kg）3-HAA，每兩天一次，每次30-50分鐘，持續(xù)14天，以探索其對BPD的緩解作用。結(jié)果顯示，3-HAA霧化治療顯著改善了肺泡結(jié)構(gòu)，增加了肺泡II型上皮細胞標志物SPC和AQP5的表達，減少了中性粒細胞標志物MPO的表達。此外，3-HAA還降低了炎癥因子TNF-α、IL-6和TGF-β的水平，表明3-HAA能夠有效減輕高氧誘導的肺損傷（75 mg/kg劑量效果最佳）。組織學分析顯示，3-HAA處理組的肺組織中肺泡數(shù)量增加，肺泡間隔變薄，表明肺泡結(jié)構(gòu)得到顯著改善。綜上所述，3-HAA通過改善肺泡結(jié)構(gòu)和抑制炎癥反應，有效保護了高氧誘導的BPD大鼠模型免受肺損傷。

圖3 3-HAA緩解了BPD中高氧引起的肺損傷

四、3-HAA減輕了高氧誘導的BPD引起的肺組織鐵死亡

為探究3-HAA緩解高氧誘導BPD的潛在機制，通過LiP-MS蛋白質(zhì)組學分析，KEGG分析和GO分析揭示了鐵死亡的顯著富集。研究進一步通過檢測鐵死亡相關(guān)指標（如MDA、4-HNE、Fe2?）和蛋白表達（如ACSL4、FTH1、NCOA4、LC3B-II），結(jié)果顯示，3-HAA處理組中這些指標顯著降低。此外，長鏈酰基輔酶A合成酶4（ACSL4）、轉(zhuǎn)鐵蛋白（TF）、鐵蛋白重鏈1（FTH1）、核受體輔助激活因子4（NCOA4）和微管相關(guān)蛋白1輕鏈3B-II（LC3B-II）的表達降低，而谷胱甘肽過氧化物酶4（GPX4）的表達增加。其中FTH1表達的變化與鐵死亡的抑制密切相關(guān)，可作為潛在的治療靶點。透射電子顯微鏡（TEM）觀察到3-HAA處理后的AECII細胞的線粒體鐵死亡相關(guān)變化（如線粒體皺縮和嵴消失）得到改善。這些結(jié)果表明，3-HAA通過抑制鐵死亡，減輕了高氧誘導BPD大鼠模型中的肺損傷。

圖4 3-HAA通過抑制鐵死亡減輕BPD

五、3-HAA抑制AECII中高氧誘導的鐵死亡途徑

鑒于AECII的持續(xù)損傷與BPD的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)，研究通過體外模型，使用鐵死亡激動劑erastin和抑制劑DFO，探討了3-HAA對AECII鐵死亡的影響。IF結(jié)果顯示，高氧條件下AECII的SPC表達降低，AQP5表達增加，表明AECII向AECI分化。3-HAA和DFO處理減輕了高氧誘導的細胞轉(zhuǎn)化，降低了ROS和脂質(zhì)過氧化水平，減少了鐵死亡相關(guān)指標（Fe2?、MDA等），并抑制了炎癥因子（TNF-α、IL-6）的表達。TEM觀察到高氧暴露后AECII細胞的線粒體收縮和膜密度增加，而3-HAA和DFO處理減輕了這些線粒體變化。這些結(jié)果表明，3-HAA通過抑制鐵死亡途徑，減輕了高氧誘導的AECII損傷。

圖5 3-HAA抑制AECII中高氧誘導的鐵死亡通路

六、3-HAA通過靶向FTH1抑制鐵死亡途徑

研究發(fā)現(xiàn)高氧誘導的鐵死亡中FTH1表達上調(diào)，可能作為保護機制結(jié)合過量鐵。然而，NCOA4也上調(diào)，促進鐵蛋白的自噬降解。3-HAA通過IF染色顯示抑制了這一過程。LiP-MS鑒定出FTH1為3-HAA的潛在結(jié)合蛋白，SPR分析顯示二者具有強親和力，分子對接表明3-HAA與FTH1的SER31和SER59結(jié)合。SPR和Co-IP實驗進一步證實3-HAA破壞了NCOA4-FTH1的相互作用。結(jié)果表明，3-HAA通過靶向FTH1并破壞NCOA4-FTH1相互作用，抑制了高氧誘導的AECII損傷。

研究結(jié)論

1. 本研究揭示了BPD與3-HAA水平降低之間的聯(lián)系；

2. 證實了3-HAA通過靶向FTH1抑制鐵死亡途徑，從而減輕高氧誘導的肺損傷；

3. 這一發(fā)現(xiàn)為BPD的臨床治療提供了新的潛在靶點，有望開發(fā)出針對BPD的新型治療方法，改善早產(chǎn)兒的預后。