延边大学医学院虚拟筛选+CUT&Tag揭示，藜芦胺靶向诱导PKM2泛素化降解，阻断CREB1乳酸化轴，逆转哮喘气道重塑
发布时间：
2026-07-30
今天介绍一篇发表在Phytomedicine（IF=11.3，2026）的研究，针对哮喘气道重塑不可逆损伤、临床缺少靶向代谢-表观通路药物的核心痛点，挖掘出藜芦胺这一天然甾体生物碱。它通过调控PKM2—乳酸—CREB1乳酸化—SMAD7—TGF-β纤维化信号轴，逆转气道重塑。
文章信息
标题：Veratramine alleviates asthmatic airway remodelling via the PKM2/CREB1 lactylation/SMAD7 axis.
译名：藜芦胺通过PKM2/CREB1乳酸化/SMAD7轴缓解哮喘气道重塑
影响因子：IF=11.3/Q1
期刊：Phytomedicine
发表时间：2026年7月3日
研究痛点：为什么要做这个课题？
临床现状：哮喘病人长期发病后会出现气道增厚、胶原堆积、黏液大量分泌，也就是气道重塑。这种损伤是不可逆的，还会造成激素耐药。目前缺乏靶向逆转气道结构纤维化的有效手段。
研究基础：哮喘气道上皮细胞存在Warburg效应，糖酵解增强驱动乳酸堆积。但乳酸如何从细胞质进入细胞核，调控纤维化基因转录，此前无人回答。
切入点：糖酵解的关键限速酶是PKM2。作者假设：如果能找到靶向抑制PKM2的天然化合物，是否能从源头阻断这一过程？
怎么做？基于PKM2靶点，虚拟筛选天然化合物
①以PKM2晶体结构为模板，对天然药物单体库做基于结构的虚拟筛选；
②再用分子对接、100ns分子动力学模拟（MD）评估结合稳定性；
③并以CETSA在细胞内确证小分子—蛋白互作；
④同时NADH消耗法测PKM2酶活、并用药理学手段确定调控蛋白表达的分子机制。
结果：
- 藜芦胺活性最优，它稳定结合PKM2活性口袋（图1A-D）；
- MTT确定安全给药浓度：0-40μM（图1E）；
- CETSA证明二者在细胞内存在直接互作（图1F）；
- 显著抑制尘螨（HDM）诱导的PKM2酶活性升高（图1G）；
- 蛋白酶体抑制剂MG132可逆转藜芦胺对PKM2蛋白的下调、溶酶体抑制剂CQ不能，说明其经泛素-蛋白酶体途径促进PKM2降解（图1H）。
小结：藜芦胺是一个"抑酶活+促降解"双重作用的PKM2靶向天然调节剂。
图1
体内验证藜芦胺药效
建立屋尘螨（HDM）诱导的慢性哮喘小鼠模型，系统评估：
结构重塑：HE/PAS染色显示藜芦胺剂量依赖性地减轻气道壁增厚、上皮损伤与杯状细胞化生、黏液高分泌（图2B-C）。
免疫炎症：ELISA与流式显示其显著降低BALF中Th2因子（IL-4/5/13）、血清IgE与嗜酸性粒细胞比例，并纠正Th1/Th2失衡（图2D-I）。
肺功能：FlexiVent气道阻力检测显示藜芦胺抑制甲酰胆碱诱发的气道高反应性，高剂量组改善更明显（图2J）。
蛋白与代谢物：同步下调肺组织PKM2蛋白、降低肺与血清乳酸水平（图2K-L）。
安全性：肝肾组织HE染色及血清ALT/AST/BUN/CREA指标均无异常（补充图）。
小结：藜芦胺有效缓解哮喘小鼠的气道重塑表型，并伴随PKM2下调、乳酸生成减少。
图2
上游机制——鉴定乳酸化作用蛋白
虽然已经证明乳酸水平与气道重塑相关，但乳酸到底修饰了哪个蛋白、在哪个位点上，仍然未知。作者从乳酸刺激的细胞里寻找被乳酸化的关键蛋白：
定点鉴定：质谱鉴定出CREB1在K122位点发生显著乳酸化（Kla），序列比对显示该位点高度保守、位于关键功能域（图3A-E）。
构象陷阱：MD模拟显示K122乳酸化改变CREB1局部柔性，将其“锁”入低能构象，限制变构灵活性（图3F-I）。
修饰确证：WB与IP显示外源乳酸剂量/时间依赖性增强CREB1乳酸化，HDM也升高其乳酸化；K122Q/K122R突变体均使乳酸化消失，确认K122是功能核心位点（图3K-N）。
依赖乳酸：藜芦胺降低CREB1乳酸化，外源乳酸回补可逆转；LDHA抑制剂则整体降低乳酸化水平（图3O-P）。
小结：藜芦胺抑制CREB1 K122位点发生乳酸化。
图3
中游机制——鉴定CREB1乳酸化的下游靶基因
已知CREB1 K122乳酸化改变蛋白构象，这会改变CREB1结合DNA的能力。需全基因组定位其结合的基因：
全景占位：CUT&Tag显示CREB1结合峰显著富集于启动子与转录起始位点附近，符合转录因子的经典分布（图4A-C）。
靶基因锁定：PPI网络与KEGG富集显示其下游靶基因显著集中在TGF-β通路；与TGF-β关键基因取交集，最终锁定SMAD7为核心转录靶标（图4D-G）。
结合验证：使用CREB1抗体进行CUT&RUN-qPCR，证实野生型CREB1过表达后显著结合于SMAD7启动子（图4H）。
功能突变：qPCR显示HDM刺激下，模拟乳酸化的K122Q强烈抑制SMAD7转录，而缺失乳酸化的K122R无法维持这种抑制、SMAD7明显回升（图4I）。
体内验证：WB显示HDM降低肺组织SMAD7、升高p-SMAD2，藜芦胺可恢复SMAD7、抑制p-SMAD2（图4J）。
小结：CREB1 K122乳酸化增强其结合SMAD7启动子、转录抑制SMAD7，导致TGF-β通路异常激活；藜芦胺可抑制这一过程。
图4
下游机制——CREB1乳酸化→抑制SMAD7→EMT
三者互作：Co-IP显示PKM2与CREB1直接结合，敲低PKM2后，两者结合减少，同时CREB1与SMAD7结合增强（图5A）。
突变体功能：模拟乳酸化的K122Q削弱CREB1-SMAD7结合、下调SMAD7、上调p-SMAD2，并诱导典型EMT（E-cadherin减少、Vimentin/COL1A1升高），K122R则相反（图5B-G）。
SMAD7回补：过表达SMAD7可逆转K122Q引起的p-SMAD2升高与EMT，恢复上皮标志物E-cadherin（图5H-J）。
PKM2必要性：过表达PKM2后藜芦胺对乳酸化的下调、对SMAD7与EMT的保护作用被抵消（图5K）。
小结：CREB1 K122乳酸化削弱其与SMAD7的结合，降低SMAD7表达，激活TGF-β，驱动EMT；藜芦胺通过PKM2调控这一过程。
图5
体内因果——确证K122乳酸化驱动气道重塑和炎症
作者经鼻递送AAV，在小鼠肺内分别过表达CREB1-WT/K122Q/K122R，再诱导HDM哮喘：
轴的复现：IF/IHC证实K122R组肺内整体乳酸化与CREB1下降，qPCR显示SMAD7 mRNA在K122R组恢复，证明阻断乳酸化可解除对SMAD7抑制（图6B-E）。
炎症减轻：流式与ELISA显示K122R组嗜酸性粒细胞、Th2细胞与IgE/Th2因子下降、Th1回升（图6F-J）。
结构改善：HE/PAS/Masson显示K122R组气道炎症、黏液分泌与胶原沉积评分显著低于K122Q组，IF显示抑制PKM2异常聚集、保护E-cadherin（图6K-L）。
小结：CREB1 K122乳酸化是哮喘气道重塑的必需驱动环节。
完整机制：藜芦胺抑制PKM2/乳酸生成→降低CREB1 K122乳酸化→恢复SMAD7对TGF-β/SMAD2的抑制→逆转EMT与气道重塑。
图6
总结：一条可复刻的“科研逻辑链”
- 从临床痛点出发：锁定哮喘气道纤维化无靶向药物的研究缺口。
- 虚拟筛选天然化合物：锁定藜芦胺为PKM2调节剂，分子对接/MD/CETSA多维证明藜芦胺直接结合并诱导PKM2泛素化降解。
- 表型验证：体内证明藜芦胺缓解气道重塑，并同步降低PKM2与乳酸。
- 机制深挖：上游看CREB1 K122位点乳酸化（质谱+MD），中游看CUT&Tag锁定SMAD7，下游看EMT；突变体+双向挽救实验确认上下游信号逻辑；AAV体内基因编辑确证K122乳酸化是哮喘气道重塑驱动者。
创新之处
- 策略创新：从靶点出发反向筛选，将天然化合物藜芦胺鉴定为全新PKM2调节剂，兼具抑制酶活、促进靶蛋白降解双重作用，从源头阻断乳酸生成。
- 机制创新：首次揭示CREB1在K122位点的乳酸化修饰，提出"构象陷阱"模型——乳酸化把CREB1锁进低能构象，使其从经典的转录激活因子逆转为SMAD7的抑制因子。
- 范式创新：将“糖酵解代谢异常—乳酸—非组蛋白乳酸化—转录重编程—TGF-β/EMT”首尾相接，为哮喘气道重塑提供代谢-表观层面的统一解释，突破了既往只看单一信号通路的思路。
可延伸的方向
- 临床转化：收集哮喘患者气道上皮样本，检测PKM2、乳酸、CREB1 K122乳酸化、SMAD7表达，验证通路在人体样本中成立；构建气道类器官，验证藜芦胺对人上皮纤维化的抑制效果。
- 药物优化：改造藜芦胺化学结构，降低神经毒性，提升靶向肺部递送效率；开发肺部吸入制剂，减少全身副作用。
- 疾病拓展：同一“代谢—乳酸化—TGF-β/EMT”主轴可拓展到肺纤维化、肾纤维化、肝纤维化、COPD等其他以重塑/纤维化为特征的疾病。
- 机制深挖：深入乳酸化与组蛋白乳酸化、与铁死亡/焦亡等程序性死亡的交叉对话；结合单细胞/空间多组学解析不同气道细胞对乳酸化信号的异质性响应。
组合探索：藜芦胺联合TGF-β通路抑制剂或现有哮喘控制药物，探索"减毒增效"；或基于天然单体库筛选其他PKM2调节剂、开发PKM2 PROTAC降解剂，拓宽抗重塑化合物储备。
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