岩藻黄质在预防电离辐射引起的慢性疾病方面的潜在作用机制及活性

《Algal Research》：Potential activities and action mechanisms of fucoxanthin for the prevention of ionizing radiation-induced chronic diseases

辐射防护天然产物褐藻黄质通过恢复NAD+水平激活SIRT1抑制炎症与代谢紊乱

　　

蔡英敏（Chae Young Moon）| 李秀妍（Sooyeun Lee）| 金善治（Seon-Chil Kim）| 康贤珠（Hyunju Kang）

韩国大邱启明大学食品与营养系，42601

摘要

电离辐射（IR）通过破坏免疫系统和代谢系统对人类健康构成重大威胁，导致慢性疾病。这种损害主要通过过量产生活性氧（ROS）、细胞内NAD⁺水平下降以及巨噬细胞等免疫细胞中炎症通路的激活来实现，进而引发异常的组蛋白修饰。电离辐射的负面影响，包括炎症、组织损伤和DNA突变，可以通过富柯克斯anthin（FCX）等生物活性化合物得到缓解。本综述重点介绍了FCX这种来自海藻的天然类胡萝卜素，作为一种有前景的防护剂，能够对抗电离辐射引起的损伤。本综述的创新之处在于阐明了FCX作为表观遗传和代谢调节剂在电离辐射暴露的巨噬细胞中的独特保护机制。FCX通过清除自由基和恢复氧化还原平衡有效对抗电离辐射引起的损伤。这些机制包括恢复细胞内的NAD⁺水平，并激活依赖于NAD⁺的组蛋白去乙酰化酶sirtuin 1（SIRT1），从而抑制ROS的产生、炎症和代谢功能障碍。总之，FCX在抑制有害基因激活方面的有效性源于其通过SIRT1激活修饰组蛋白和调节信号通路的能力，以及维持氧化还原平衡的作用。这些信息突显了FCX在预防电离辐射引起的慢性疾病方面的治疗潜力，并为未来研究验证这些机制及其临床应用提供了基础。

引言

近年来，电离辐射（IR）的应用日益普遍，从医疗诊断和治疗到核能发电中的严重事故都有涉及。电离辐射是癌症治疗的有效手段，因为它可以杀死目标细胞。然而，电离辐射也会通过凋亡、坏死和与免疫系统相关的有丝分裂灾难影响未受照射的邻近细胞及其微环境，导致致命的DNA损伤[1]。关于电离辐射的一个紧迫问题是，它能够引起组织损伤、DNA突变以及多种导致慢性疾病的不良生物效应[2]。电离辐射引发的多种动态反应过程会激活内皮细胞和巨噬细胞，促进炎症和氧化微环境的形成，从而导致各种细胞和器官的功能障碍[3]。作为响应，内皮细胞会释放粘附分子和细胞因子以维持血液流动的稳态[4]。在内皮细胞对电离辐射的反应之后，髓系和淋巴系免疫细胞会发生血管浸润和损伤，导致组织炎症和纤维化[5]。

累积的证据表明，电离辐射激活巨噬细胞，使其发挥先天免疫细胞的作用，介导对电离辐射的生物反应[6]。电离辐射的负面影响主要是由于过量产生活性氧（ROS）和一氧化氮（NO），这些物质促进了炎症和氧化微环境的形成[7][8]。慢性疾病风险的增加是由于核因子-κB（NF-κB）和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路（包括细胞外信号调节激酶（ERK）、c-Jun N末端激酶（JNK）和p38）的激活，导致炎症因子的分泌[9]，如表1所示。有趣的是，巨噬细胞的先天免疫编程具有高度的情境依赖性，一些研究表明，电离辐射可以通过减少RelA的核转位和降低p38及蛋白激酶B（Akt）的表达来诱导抗炎表型[10][11]。

为了对抗这些不良影响，大量研究探索了各种天然抗氧化剂的辐射防护潜力。多酚（如白藜芦醇、姜黄素和槲皮素）、维生素（如维生素C和E）以及其他海洋来源的类胡萝卜素（如虾青素）在缓解电离辐射引起的慢性炎症方面显示出显著的效果[12]。这些天然抗氧化剂主要通过直接清除自由基、通过Nrf2通路上调内源性抗氧化防御系统以及抑制促炎细胞因子的分泌来发挥作用[13]。此外，人参、芦荟和多种海藻的植物提取物已被证明可以调节巨噬细胞活性并抑制受照射组织中的细胞凋亡，从而防止急性组织损伤向慢性纤维化疾病的转变[14]。虽然这些天然抗氧化剂提供了广泛的辐射防护作用，但富柯克斯anthin（FCX）因其独特的 Allenic 结构和特定的表观遗传调节机制（如SIRT1激活和NAD⁺恢复）而脱颖而出，为解决电离辐射引起的慢性炎症提供了一种高度靶向和有效的途径。

FCX对抗电离辐射引起的炎症的创新防护潜力在于其作为巨噬细胞中的表观遗传和代谢调节剂的独特双重能力。与传统主要通过清除ROS发挥作用的天然抗氧化剂不同，FCX通过直接靶向依赖于NAD⁺的组蛋白去乙酰化酶SIRT1来独特地对抗电离辐射引起的细胞损伤[15]。电离辐射暴露会严重耗尽细胞内的NAD⁺水平并促进异常的组蛋白乙酰化[16][17]，这会协同触发促炎细胞因子和糖酵解基因的转录，使巨噬细胞向炎症型M1表型转变。此外，电离辐射还通过翻译后调控（如ROS激活的p38激酶介导的切割）抑制SIRT1的活性[17]。

FCX通过恢复细胞内的NAD⁺池并显著增强SIRT1活性，有效逆转了这些由电离辐射引起的改变。这种靶向的SIRT1激活使FCX能够去乙酰化特定的组蛋白，从而在翻译后水平上有效抑制有害的促炎和代谢基因的转录[15]。此外，FCX还协调了SIRT1与雌激素受体α（ERα）之间的关键相互作用，这在将巨噬细胞从炎症型M1状态转变为抗炎、组织修复型M2状态方面起着重要作用[15]。通过同时解决氧化还原失衡、恢复代谢稳态和调节受照射巨噬细胞中的表观遗传修饰，FCX提供了一种全新的、全面的药理学策略，用于缓解电离辐射引起的慢性炎症疾病。

部分摘录

富柯克斯anthin预防电离辐射引起的慢性疾病的特性

为了有效缓解电离辐射引起的损伤，治疗剂必须调节巨噬细胞的极化、氧化应激和代谢变化。FCX因其独特的物理化学特性而具备执行这些保护功能的能力。因此，以下部分将评估支持FCX辐射防护效果的具体结构、代谢和药代动力学特性。

电离辐射引起的损害导致慢性疾病

根据剂量、组织体积和个体遗传因素的不同，电离辐射暴露会直接和间接地损害细胞，显著增加慢性疾病的风险[55][56]。电离辐射会引发细胞电离和DNA突变[14][57]。同时，它会分解水分子产生过量的ROS，引发氧化应激级联反应、线粒体功能障碍和广泛的细胞损伤，如细胞分裂障碍、炎症等

FCX在预防电离辐射引起的慢性损害中的有益作用

FCX有效中和了电离辐射引起的ROS生成与抗氧化防御系统之间的氧化还原失衡。在全身范围内，FCX可以调节肠道微生物群，从而调节免疫功能和肝脏代谢[92]。在细胞水平上，FCX能够强力逆转电离辐射对SIRT1的抑制作用。这种SIRT1激活可以消除过量的ROS生成、促炎细胞因子的分泌以及巨噬细胞中的代谢功能障碍[15]。此外，FCX介导的SIRT1激活

结论

总之，本综述强调了在理解FCX对抗电离辐射引起的慢性疾病的辐射防护特性方面取得的显著进展。我们的主要发现表明，FCX能够有效缓解电离辐射引起的炎症、氧化应激和代谢功能障碍。这些治疗益处主要归功于FCX清除过量ROS、恢复细胞内NAD⁺水平以及激活SIRT1的能力，进而导致保护性的表观遗传修饰

CRediT作者贡献声明

蔡英敏（Chae Young Moon）：撰写——原始草稿，可视化。 李秀妍（Sooyeun Lee）：撰写——审稿与编辑，研究。 金善治（Seon-Chil Kim）：撰写——审稿与编辑，研究。 康贤珠（Hyunju Kang）：撰写——审稿与编辑，可视化，概念化。

资助

本研究得到了韩国国家研究基金会（NRF）（编号：RS-2025-16068795）的支持，由科学技术信息通信部资助。

未引用的参考文献

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利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。