新生儿支气管肺发育不良（BPD）是早产儿中最常见的慢性肺部疾病之一，发病率逐年上升，严重影响患儿生存率和生活质量。这种疾病以肺泡发育异常、肺泡简化、肺微血管发育受损、氧化应激和肺部炎症为特征。尽管临床治疗手段不断进步，但BPD的发病机制尚未完全阐明，亟需探索新的治疗靶点。近年来，代谢紊乱在BPD中的作用备受关注，而色氨酸代谢产物因其广泛的生物活性成为研究热点。
2025年3月8日，重庆医科大学附属儿童医院新生儿科团队在《Redox Biology》（IF=10.7）上发表题为"The tryptophan metabolite 3-hydroxyanthranilic acid alleviates hyperoxia-induced bronchopulmonary dysplasia via inhibiting ferroptosis"的研究论文，本研究通过本研究通过靶向代谢组学、LiP-MS蛋白质组学、细胞模型和动物模型等多技术手段，首次锁定色氨酸代谢物3-羟基邻氨基苯甲酸（3-HAA）为关键调控分子，并揭示其通过靶向铁蛋白重链FTH1抑制铁死亡的全新机制！
临床样本：10例BPD患儿和10例非BPD患儿的支气管吸出物（TAs）。
动物模型：高氧诱导的新生大鼠BPD模型（85%氧气暴露14天）。
细胞模型：高氧处理的永生化人肺泡Ⅱ型上皮细胞（AECII）。
代谢组学（UHPLC-MS/MS）、LiP-MS蛋白质组学、分子对接、表面等离子共振（SPR）、免疫共沉淀（Co-IP）、透射电镜（TEM）
BPD与色氨酸代谢物3-羟基犬尿氨酸（3-HAA）的显著减少有关；
3-HAA通过抑制肺组织和AECII中的铁死亡来保护免受高氧诱导的损伤；
通过LiP-MS蛋白质组学分析找到3-HAA潜在靶点铁蛋白重链1（FTH1）；
3-HAA通过靶向FTH1并破坏NCOA4-FTH1相互作用来抑制铁死亡途径；
本研究首次揭示了BPD中色氨酸代谢的失调以及3-HAA缓解BPD的机制。
本研究通过超高效液相色谱-串联质谱（UHPLC-MS/MS）代谢组学分析，检测了来自BPD患儿和非BPD患儿的支气管吸出物（TAs）中的色氨酸代谢相关代谢物。结果显示，在21种被鉴定的代谢物中，3-HAA在BPD组中显著降低（P=0.033，log2 FC=-2.355，Cohen's d=1.084）。此外，研究还利用高氧诱导的SD大鼠模型进一步验证了色氨酸代谢失调的存在。与对照组相比，BPD组大鼠表现出明显的肺泡简化，表明肺发育受损。在大鼠肺组织中，3-HAA水平同样显著降低（p=0.0001，log2 FC=-1.328，Cohen's d=2.611）。表明BPD与3-HAA水平的显著降低密切相关。此外，相关性分析显示3-HAA水平与抗生素使用时间无相关性，进一步证实了3-HAA与BPD的独立关联。
图1 BPD与3-HAA减少相关
本研究通过免疫组化（IHC）染色和免疫荧光（IF）染色分别在体内外高氧模型中确认3-HAA水平降低。3-HAA是犬尿氨酸（KYN）代谢途径中的重要中间代谢物，其生成依赖于犬尿氨酸3-单加氧酶（KMO）和犬尿氨酸酶（KYNU）的催化，而3-羟基犬尿氨酸3,4-双加氧酶（HAAO）则进一步促进其进一步代谢。大鼠肺组织中的KMO、KYNU和HAAO的Western blot（WB）分析和IHC染色结果表明，在BPD组中，KMO和KYNU的蛋白表达降低，导致3-HAA的生成减少，而HAAO的蛋白表达增加，促进了3-HAA的代谢。AECII细胞的WB和IF染色结果与之相似。RT-qPCR结果也表明，相关代谢酶的失调是BPD中3-HAA水平降低的部分原因。
图2 相关代谢酶的失调导致3-HAA减少
研究团队建立了高氧诱导的BPD新生大鼠模型，并通过雾化给药的方式给予不同剂量（25、50、75、100mg/kg）3-HAA，每两天一次，每次30-50分钟，持续14天，以探索其对BPD的缓解作用。结果显示，3-HAA雾化治疗显著改善了肺泡结构，增加了肺泡II型上皮细胞标志物SPC和AQP5的表达，减少了中性粒细胞标志物MPO的表达。此外，3-HAA还降低了炎症因子TNF-α、IL-6和TGF-β的水平，表明3-HAA能够有效减轻高氧诱导的肺损伤（75 mg/kg剂量效果最佳）。组织学分析显示，3-HAA处理组的肺组织中肺泡数量增加，肺泡间隔变薄，表明肺泡结构得到显著改善。综上所述，3-HAA通过改善肺泡结构和抑制炎症反应，有效保护了高氧诱导的BPD大鼠模型免受肺损伤。
图3 3-HAA缓解了BPD中高氧引起的肺损伤
为探究3-HAA缓解高氧诱导BPD的潜在机制，通过LiP-MS蛋白质组学分析，KEGG分析和GO分析揭示了铁死亡的显著富集。研究进一步通过检测铁死亡相关指标（如MDA、4-HNE、Fe??）和蛋白表达（如ACSL4、FTH1、NCOA4、LC3B-II），结果显示，3-HAA处理组中这些指标显著降低。此外，长链酰基辅酶A合成酶4（ACSL4）、转铁蛋白（TF）、铁蛋白重链1（FTH1）、核受体辅助激活因子4（NCOA4）和微管相关蛋白1轻链3B-II（LC3B-II）的表达降低，而谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）的表达增加。其中FTH1表达的变化与铁死亡的抑制密切相关，可作为潜在的治疗靶点。透射电子显微镜（TEM）观察到3-HAA处理后的AECII细胞的线粒体铁死亡相关变化（如线粒体皱缩和嵴消失）得到改善。这些结果表明，3-HAA通过抑制铁死亡，减轻了高氧诱导BPD大鼠模型中的肺损伤。
图4 3-HAA通过抑制铁死亡减轻BPD
鉴于AECII的持续损伤与BPD的发生和发展密切相关，研究通过体外模型，使用铁死亡激动剂erastin和抑制剂DFO，探讨了3-HAA对AECII铁死亡的影响。IF结果显示，高氧条件下AECII的SPC表达降低，AQP5表达增加，表明AECII向AECI分化。3-HAA和DFO处理减轻了高氧诱导的细胞转化，降低了ROS和脂质过氧化水平，减少了铁死亡相关指标（Fe??、MDA等），并抑制了炎症因子（TNF-α、IL-6）的表达。TEM观察到高氧暴露后AECII细胞的线粒体收缩和膜密度增加，而3-HAA和DFO处理减轻了这些线粒体变化。这些结果表明，3-HAA通过抑制铁死亡途径，减轻了高氧诱导的AECII损伤。
图5 3-HAA抑制AECII中高氧诱导的铁死亡通路
研究发现高氧诱导的铁死亡中FTH1表达上调，可能作为保护机制结合过量铁。然而，NCOA4也上调，促进铁蛋白的自噬降解。3-HAA通过IF染色显示抑制了这一过程。LiP-MS鉴定出FTH1为3-HAA的潜在结合蛋白，SPR分析显示二者具有强亲和力，分子对接表明3-HAA与FTH1的SER31和SER59结合。SPR和Co-IP实验进一步证实3-HAA破坏了NCOA4-FTH1的相互作用。结果表明，3-HAA通过靶向FTH1并破坏NCOA4-FTH1相互作用，抑制了高氧诱导的AECII损伤。
本研究揭示了BPD与3-HAA水平降低之间的联系；
证实了3-HAA通过靶向FTH1抑制铁死亡途径，从而减轻高氧诱导的肺损伤；
这一发现为BPD的临床治疗提供了新的潜在靶点，有望开发出针对BPD的新型治疗方法，改善早产儿的预后。
