中科院1區(qū)if14+ | 院士團(tuán)隊(duì)等揭示異槲皮苷通過抑制STAT3磷酸化和二聚化改善糖尿病腎病

糖尿病腎病是糖尿病常見的慢性微血管并發(fā)癥，研究發(fā)現(xiàn)，持續(xù)炎癥和纖維化是糖尿病腎病的主要驅(qū)動(dòng)因素，STAT3異常活化促進(jìn)促炎和促纖維化因子表達(dá)，加劇腎損傷，抑制STAT3可減輕蛋白尿和基質(zhì)沉積。最新研究發(fā)現(xiàn)，異槲皮苷（Isoquercitrin）通過結(jié)合STAT3的SH2結(jié)構(gòu)域pY+1位點(diǎn)，抑制STAT3的磷酸化和二聚化，減少腎臟的炎癥反應(yīng)和基質(zhì)積累。原文請(qǐng)見文末。

今天為大家分享的是2025年，中國人民解放軍總醫(yī)院（301醫(yī)院）陳香美院士等在《Advanced Science》上發(fā)表的一篇文章，發(fā)現(xiàn)異槲皮苷通過與STAT3的SH2結(jié)構(gòu)域結(jié)合，抑制其磷酸化與二聚化，進(jìn)而抑制STAT3的轉(zhuǎn)錄功能，從而減輕炎癥與纖維化，改善糖尿病腎病。

摘要小結(jié)：

作者通過小鼠糖尿病腎病模型，發(fā)現(xiàn)天然化合物異槲皮苷能夠通過抑制STAT3活性，顯著減輕腎臟炎癥和纖維化，并通過非共價(jià)結(jié)合STAT3的SH2結(jié)構(gòu)域pY+1結(jié)合口袋中的Ser668–Gln635–Gln633區(qū)域，抑制STAT3的磷酸化和二聚化，從而阻止其轉(zhuǎn)錄功能。最終，開發(fā)了一種靶向腎臟的納米載體Iso@PEG-GK，提升了異槲皮苷的吸收和腎臟分布。

主要結(jié)論：

異槲皮苷緩解糖尿病腎病中的腎臟病理損傷并保護(hù)腎功能

作者通過使用db/db小鼠模型，發(fā)現(xiàn)異槲皮苷未影響db/db小鼠的血糖或體重，但顯著改善了其腎功能，減少了血清肌酐和血尿素氮（BUN）水平，并降低了尿白蛋白/肌酐比值。此外，異槲皮苷改善了腎臟病理變化，包括腎小管間質(zhì)基質(zhì)的積累、腎小管上皮細(xì)胞的損傷和足細(xì)胞變形。進(jìn)一步的免疫組化和電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)異槲皮苷能夠有效減輕糖尿病小鼠的腎臟損傷，并恢復(fù)腎臟結(jié)構(gòu)。毒性實(shí)驗(yàn)表明，異槲皮苷在不同劑量下未引起心臟、肝臟或脾臟的顯著毒性變化，表明其藥物安全性良好。

異槲皮苷靶向JAK-STAT通路，調(diào)節(jié)免疫炎癥反應(yīng)

作者通過D-生物素標(biāo)記的異槲皮苷與微陣列蛋白結(jié)合實(shí)驗(yàn)，并與糖尿病腎病相關(guān)的1189個(gè)蛋白進(jìn)行交集，最終篩選出52個(gè)潛在靶點(diǎn)，這些靶點(diǎn)與細(xì)胞間通信和細(xì)胞對(duì)細(xì)胞因子的反應(yīng)相關(guān)，并參與糖尿病腎病的進(jìn)展。生物信息學(xué)分析表明，異槲皮苷通過靶向JAK-STAT通路中的核心STAT蛋白，發(fā)揮其治療作用。KEGG分析顯示，JAK-STAT和ErbB通路在糖尿病腎病中起重要作用，而進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)確認(rèn)異槲皮苷直接靶向JAK-STAT通路中的STAT蛋白。

STAT3 是異槲皮苷的直接結(jié)合靶點(diǎn)

作者通過蛋白質(zhì)微陣列實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，異槲皮苷與JAKs沒有結(jié)合，但與STAT3有緊密結(jié)合。進(jìn)一步的拉下實(shí)驗(yàn)和表面等離子共振（SPR）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了異槲皮苷與STAT3的結(jié)合。通過細(xì)胞熱穩(wěn)定性試驗(yàn)（CETSA）進(jìn)一步驗(yàn)證了異槲皮苷能夠進(jìn)入細(xì)胞并特異性地與STAT3結(jié)合，且增強(qiáng)了STAT3的熱穩(wěn)定性，但不影響β-微管蛋白。

異槲皮苷特異性結(jié)合STAT3的Ser668–Gln635–Gln633位點(diǎn)

作者通過分子對(duì)接和動(dòng)力學(xué)模擬，發(fā)現(xiàn)異槲皮苷通過與STAT3的SH2結(jié)構(gòu)域的pY+1口袋結(jié)合，形成氫鍵與Ser668、Gln635和Gln633殘基相互作用。動(dòng)力學(xué)模擬顯示，異槲皮苷–STAT3復(fù)合物在模擬過程中保持穩(wěn)定。通過MM/GBSA方法的結(jié)合自由能分解計(jì)算發(fā)現(xiàn)，Glu625、Val667和Ile628是關(guān)鍵結(jié)合殘基。進(jìn)一步的Alanine掃描突變實(shí)驗(yàn)表明，突變后的結(jié)合能顯著變化，特別是Glu625、Val667和Ile628殘基的突變導(dǎo)致結(jié)合能顯著改變。CETSA實(shí)驗(yàn)結(jié)果確認(rèn)，異槲皮苷通過增強(qiáng)STAT3的熱穩(wěn)定性與其結(jié)合，突變Ser668、Gln635、Gln633的STAT3失去與異槲皮苷的結(jié)合能力。

異槲皮苷占據(jù)SH2結(jié)構(gòu)域，抑制STAT3磷酸化、二聚化，并降低其轉(zhuǎn)錄活性

作者通過WB實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)db/db小鼠腎臟中磷酸化的STAT3（p-STAT3）顯著增加，而異槲皮苷能顯著減少STAT3的磷酸化水平。免疫組化進(jìn)一步確認(rèn)db/db小鼠的腎小管和腎小球中p-STAT3表達(dá)顯著增加，而異槲皮苷顯著抑制了p-STAT3在腎臟中的表達(dá)。此外，免疫熒光共染色顯示p-STAT3與內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志物Endomucin有重疊，表明STAT3也在內(nèi)皮細(xì)胞中發(fā)生磷酸化。通過DSS交聯(lián)劑固定蛋白質(zhì)相互作用后，WB結(jié)果顯示異槲皮苷以劑量依賴性方式抑制了STAT3二聚體的形成。最后，HEK Blue報(bào)告基因檢測表明，異槲皮苷抑制STAT3轉(zhuǎn)錄活性的半最大抑制濃度為16.87 μM。綜上，異槲皮苷通過靶向SH2結(jié)構(gòu)域，抑制STAT3的磷酸化、二聚化，并降低其轉(zhuǎn)錄活性。

異槲皮苷通過抑制STAT3改善內(nèi)皮細(xì)胞和管狀上皮細(xì)胞損傷

作者研究了異槲皮苷對(duì)糖尿病腎病小鼠腎臟炎癥和纖維化的影響，發(fā)現(xiàn)糖尿病小鼠腎臟中IL-6、IL-1β、MCP-1、ICAM-1、TGF-β、ET-1、Kim-1和TNF-α等炎癥因子顯著升高，而異槲皮苷能夠抑制這些因子的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。此外，異槲皮苷還改善了糖尿病小鼠腎臟中的線粒體損傷，恢復(fù)了較健康的線粒體結(jié)構(gòu)。免疫組化示，異槲皮苷抑制了STAT3磷酸化，并減少了腎小管上皮細(xì)胞中α-SMA的表達(dá)，表明其能夠抑制腎小管的成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化。同時(shí)，異槲皮苷也恢復(fù)了E-cadherin表達(dá)，減少了vimentin的過表達(dá)，表明其可抑制上皮–間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）。此外，異槲皮苷還顯著降低了AQP2、Lcn-2和TIMP-1的表達(dá)，進(jìn)一步證明了其在抑制腎臟炎癥、纖維化和功能損害方面的療效。

異槲皮苷在腎小管上皮細(xì)胞中抑制STAT3，減少白介素6誘導(dǎo)的促炎和促纖維化細(xì)胞因子

作者通過動(dòng)物和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)IL-6刺激下，HK2細(xì)胞中STAT3的磷酸化顯著增加，并伴隨IL-6、IL-1β、TNF-α、MCP-1和TGF-β等炎癥因子的mRNA表達(dá)升高。這些變化與db/db小鼠的結(jié)果一致。異槲皮苷能夠抑制IL-6誘導(dǎo)的STAT3磷酸化，并降低這些細(xì)胞因子的異常高表達(dá)。免疫熒光表明，異槲皮苷有效減少了IL-6刺激的腎小管上皮細(xì)胞中間充質(zhì)標(biāo)志物vimentin和α-SMA的過表達(dá)，同時(shí)恢復(fù)了上皮標(biāo)志物E-cadherin的表達(dá)。上述發(fā)現(xiàn)表明，異槲皮苷能夠抑制腎小管上皮細(xì)胞的上皮–間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT），并與其緩解db/db小鼠腎臟間質(zhì)纖維化的作用一致。

總之，作者發(fā)現(xiàn)異槲皮苷通過靶向STAT3抑制其磷酸化和二聚化，減輕糖尿病腎病小鼠的腎臟炎癥和纖維化，其通過結(jié)合STAT3的SH2結(jié)構(gòu)域，抑制IL-6、IL-1β等炎癥因子的表達(dá)，減少內(nèi)皮細(xì)胞和腎小管上皮細(xì)胞損傷，阻止上皮–間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）。

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