丁酸钠通过发挥抗真菌活性并经Nrf2/HO-1轴抑制炎症减轻真菌性角膜炎

Sodium Butyrate Alleviates Fungal Keratitis by Exerting Antifungal Activity and Dampening Inflammation Through the Nrf2/HO-1 Axis

作者信息Zhaoyang Zhang, Ziyue Zhang, Huijin Duan, Yuan Wu, Cui Li, Zhenglu Tong, Luwen Hu, Guiqiu Zhao, Jing Lin
PMID42954733
发布时间2026-10-01
DOI10.1167/iovs.67.12.76

实验完整度

高

含体外细胞、真菌及小鼠FK模型三个独立证据层级,并进行了Nrf2/HO-1抑制剂机制验证。

主要模型

RAW 264.7细胞 人角膜上皮细胞(HCECs) 烟曲霉(A. fumigatus) C57BL/6小鼠烟曲霉角膜炎模型

重点核对

NaB工作浓度:体外1–4 mM,体内4 mM(5 µL,每日4次,感染后第1–3天) 烟曲霉刺激RAW 264.7细胞和HCECs使用75%乙醇灭活过夜的菌丝,浓度5 × 10⁶ CFU/mL Nrf2/HO-1通路抑制:BT 15 nM预处理2小时,ZnPP 10 µM预处理2小时,再以4 mM NaB处理 小鼠FK模型:左角膜基质层接种烟曲霉1 × 10⁸ CFU/mL,感染后24小时开始治疗 临床评分每组7只小鼠,角膜真菌负荷每组3只角膜,细胞实验和动物研究至少3次独立重复

摘要

目的:本研究旨在确定丁酸钠(NaB)是否通过联合抗真菌作用和Nrf2/HO-1相关的抗炎作用来减轻真菌性角膜炎(FK)。方法:通过Cell Counting Kit-8实验、划痕实验和荧光素钠染色评估NaB的安全性。通过最小抑菌浓度实验、结晶紫染色、碘化丙啶摄取、卡尔科弗卢白染色、分生孢子黏附实验以及扫描和透射电子显微镜评估对烟曲霉(A. fumigatus)的抗真菌活性。通过qRT-PCR检测烟曲霉中HSP90和RpdA的mRNA水平。在小鼠FK模型中,通过临床角膜评分、苏木精-伊红(H&E)染色和真菌平板计数检查治疗效果。采用qRT-PCR、ELISA和Western blotting分析炎症反应。结果:在浓度高达4 mM时,NaB对RAW 264.7细胞、人角膜上皮细胞和小鼠眼表面上皮未显示出明显毒性。体外,NaB抑制烟曲霉分生孢子萌发和生物膜形成,破坏真菌细胞壁和细胞膜,降低分生孢子对上皮细胞的黏附,并下调HSP90和RpdA。电子显微镜证实了菌丝超微结构损伤。体内,NaB减少角膜真菌负荷,改善临床表现,并减少炎症细胞浸润。机制上,NaB激活Nrf2/HO-1通路并降低IL-6、IL-1β和TNF-α表达。结论:NaB在烟曲霉角膜炎中发挥抗真菌和抗炎作用,支持其作为FK治疗策略的潜力。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
NaB是否能够通过联合抗真菌和Nrf2/HO-1相关抗炎作用减轻烟曲霉性角膜炎。
核心机制
NaB直接抑制烟曲霉生长、生物膜形成和黏附并破坏菌丝结构,同时激活Nrf2/HO-1通路、下调IL-6、IL-1β和TNF-α,从而减轻炎症。
主要证据
体外通过MIC、结晶紫、CFW/PI染色、黏附实验、SEM/TEM和qRT-PCR验证抗真菌作用;小鼠FK模型通过临床评分、CFU计数和H&E染色验证疗效;RAW 264.7细胞经BT/ZnPP预处理验证Nrf2/HO-1通路参与抗炎作用。
研究意义
NaB在烟曲霉角膜炎中兼具抗真菌和抗炎作用,支持其作为FK治疗策略进一步研究的潜力。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

NaB安全性评估

确定NaB对宿主细胞和小鼠眼表的无毒性工作浓度。

用CCK-8检测RAW 264.7细胞和HCECs活力,划痕实验检测HCECs迁移,荧光素钠染色评估小鼠眼表上皮毒性。

2

NaB体外抗烟曲霉活性检测

评估NaB对烟曲霉生长、生物膜形成和分生孢子黏附的抑制作用。

MIC实验检测生长抑制,结晶紫染色检测生物膜,黏附实验检测分生孢子对HCECs的黏附。

3

NaB对烟曲霉细胞壁、膜及超微结构的破坏检测

验证NaB是否破坏真菌细胞壁、细胞膜和菌丝超微结构。

CFW染色检测细胞壁完整性,PI染色检测膜通透性,SEM和TEM观察菌丝形态和超微结构。

4

NaB对烟曲霉HSP90和RpdA表达的影响检测

初步探索NaB抗真菌作用的分子背景。

qRT-PCR检测烟曲霉HSP90和RpdA mRNA水平。

5

小鼠FK模型治疗 efficacy 评估

验证NaB在体内减轻烟曲霉角膜炎的疗效。

建立小鼠FK模型,分组给予PBS、NaB或NATA,进行临床评分、角膜真菌负荷CFU计数和H&E染色。

6

NaB体内外抗炎效应检测

评估NaB对烟曲霉诱导的炎症因子表达的抑制作用。

qRT-PCR和ELISA检测小鼠角膜及RAW 264.7细胞中IL-6、IL-1β和TNF-α表达。

7

Nrf2/HO-1通路机制验证

验证NaB抗炎作用是否依赖Nrf2/HO-1通路。

Western blot检测Nrf2和HO-1蛋白,使用BT或ZnPP预处理后检测Nrf2/HO-1及炎症因子变化。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
丁酸钠MedChemExpress--
Cell Counting Kit-8试剂盒Solarbio--
沙氏葡萄糖琼脂Hopebio--
结晶紫Sigma--
那他霉素Macklin--
BT(Nrf2抑制剂)----
锌原卟啉Sigma--
抗Nrf2抗体Proteintech--
抗HO-1抗体Abcam--
β-actin抗体Elabscience--
二抗Elabscience--
ELISA试剂盒R&D Systems--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
NaB安全性评估
NaB浓度梯度(1–5 mM)、处理时间24小时、CCK-8试剂用量10 µL、孵育2小时、检测波长450 nm;划痕实验NaB 4 mM处理12小时;小鼠滴眼4 mM NaB 4 µL每日4次共5天。
阅读提示:Methods中Cell Counting Kit-8、Cell Scratch Assay、Corneal Safety Assay小节及Figure 1图注。
体外抗真菌活性
烟曲霉分生孢子接种浓度(MIC未明确)、培养温度37°C和时间36小时;生物膜实验分生孢子1 × 10⁵ CFU/mL、NaB 1–5 mM、培养24小时;黏附实验NaB 4 mM。
阅读提示:Methods中Minimum Inhibitory Concentration、Biofilm Formation Inhibition Test小节及Figure 2图注。
真菌细胞壁/膜及超微结构检测
CFW/PI实验中菌丝培养24小时后NaB 2或4 mM处理24小时;SEM/TEM中分生孢子2 × 10⁵ CFU/mL、4 mM NaB处理24小时。
阅读提示:Methods中Calcofluor White Staining and Propidium Iodide Staining、Scanning Electron Microscopy and Transmission Electron Microscopy小节及Figure 2、Figure 3图注。
小鼠FK模型建立与治疗
C57BL/6雌性小鼠8周龄;左角膜基质层接种烟曲霉1 × 10⁸ CFU/mL;感染后24小时开始治疗,NaB 4 mM(5 µL)、NATA 8 µg/mL(5 µL)或PBS(5 µL),每日4次,第1–3天;临床评分n = 7只/组,CFU计数n = 3只/组。
阅读提示:Methods中Establishment of FK Models in Mice、Corneal Fungal Burden, CFU Counts小节及Figure 4图注。
炎症因子检测
小鼠角膜第3天取材;RAW 264.7细胞以灭活烟曲霉菌丝5 × 10⁶ CFU/mL刺激,4 mM NaB处理8小时(qRT-PCR)或24小时(ELISA)。
阅读提示:Methods中Enzyme Linked Immunosorbent Assay、Quantitative Reverse Transcription PCR小节及Figure 5图注。
Nrf2/HO-1通路机制验证
RAW 264.7细胞以灭活烟曲霉菌丝刺激;BT 15 nM或ZnPP 10 µM预处理2小时,再以4 mM NaB处理;Western blot 24小时检测,qRT-PCR 8小时检测,ELISA 24小时检测。
阅读提示:Methods中Treatment of Nrf2/HO-1 Inhibitor、Western Blot小节及Figure 6图注。