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中的作用已經在多個實驗模型和臨床試驗中進行了研究，但XO是否是AP的靶點及其主要作用機制尚不清楚。2024年4月24日，華西醫院杜丹、夏慶團隊在Acta Pharmaceutica Sinica B (IF 14.5) 上發表文章“Inhibition of xanthine oxidase alleviated pancreatic necrosis via HIF1α-regulated LDHA and NLRP3 signaling pathway in acute pancreatitis”，發現抑制黃嘌呤氧化酶可通過HIF-1α調控的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防嚴重AP進展的一種有希望的治療策略。
結果展示
1. XO抑制影響NLRP3和HIF-1α信號通路
作者發現在嚴重壞死性AP模型中，XO在外周循環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表現出對體外胰腺腺泡細胞死亡和體內胰腺損傷的保護作用，表明在適當的濃度和時間點使用不同種類的XO抑制劑來阻斷XO，可以改善AP。為了研究XO的作用機制，作者進行了轉錄組和代謝組測序，多組學分析顯示抑制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調節的LDHA和NLRP3信號通路
2. 在胰腺中過表達XDH會加重AP進展，并上調下游HIF-1α信號通路
作者利用腺病毒在小鼠胰腺中過表達XDH，熒光標記顯示XDH在小鼠胰腺中顯著表達。注射ARG后，XDH過表達的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。此外XDH過表達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表達增強。這些結果表明，胰腺XO過表達可能通過激活HIF-1α而加重AP期間胰腺損傷。
圖2 XDH過表達加重AP進展并上調下游HIF-1α信號通路
3. 抑制XO下調HIF-1α-LDHA和NLRP3信號通路
接下來作者研究了PAC（胰腺腺泡細胞）中XDH基因缺失的影響，發現敲低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，同樣導致HIF-1α、LDHA、NLRP3、IL1b和Casp1 mRNA表達降低。此外，在ALLO處理后，在PACs中觀察到HIF1α和LDHA蛋白表達的逆轉。作者還追蹤了PACs中糖酵解代謝產物的比例，發現在缺氧條件下，M+3標記乳酸水平顯著增加。ALLO減少了標記乳酸的積累，對有氧代謝沒有影響。HIF-1α抑制劑PX-478用于PACs，發現可改善TLCS誘導的細胞死亡，降低LDHA和NLRP3通路的mRNA水平，但并沒有逆轉XDH mRNA表達和XO活性。這些結果表明XO抑制降低了HIF-1α介導的LDHA和NLRP3信號通路。
圖3 抑制XO下調HIF-1α-LDHA和NLRP3信號通路
4. 在重癥AP患者中發現外周循環和胰腺中XO水平增加
作者檢測了不同嚴重程度的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蛋白之間的相關系數更高。通過收集SAP患者的胰腺組織測量XO mRNA和蛋白表達，以及XO的分解代謝產物尿酸水平，發現XDH基因在SAP中的原位表達量顯著高于對照組，蛋白表達量和尿酸鹽離子強度均顯著增加，證實了XO在壞死胰腺中的改變。此外，作者比較了不同嚴重程度AP患者入院前的血漿LDH和乳酸水平的臨床數據，發現SAP組的LDHA和乳酸含量高于MAP組。這些臨床數據表明，XO水平與AP的嚴重程度有關，也表明XO和乳酸鹽的外周表達對于預測AP的進展是必要的。
圖4 在嚴重AP患者中外周循環和胰腺中XO水平增加
實驗結論
本研究發現嚴重壞死性AP模型的外周循環和胰腺中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、胰腺和遠端器官損傷的各種生化指標。HIF-1α調控的LDHA和NLRP3信號通路在加重AP進展中起重要作用。這些發現表明XO是加重SAP進展的潛在靶點，合理的XOIs治療劑量可以通過調節HIF-1α調節的乳酸積累和NLRP3炎癥小體途徑來減輕SAP進展。