胡椒碱通过mTOR信号调控固有免疫应答发挥抗炎作用的机制研究

Piperine, extracted from Pepper (Piper nigrum Linn.),have anti-inflammatory activity against gastroenteritis. But the underlying mechanism is unclear. We found that piperine can activate the mechanistic target of rapamycin (mTOR) in a variety of cells, leading to the phosphorylation of mTORC1 substrates 4E-BP1 and p70S6K, but sharply downregulates bacterial lipopolysacchraride(LPS)- stimulated mTORC2 activity and LPS-stimulated NF-κB pathway, as well as the expression of inflammatory cytokines. Latest literatures demonstrate that mTOR plays a key role in immune response regulation.For example, mTOR pathway negatively regulates the innate immune response, supprressing the secretion of pro-inflammatory cytokines; the activity of mTOR is necessary for the expression of anti-microbial peptides from intestinal epithelium and the ecology of intestinal flora. A low level of mTOR activity may lead to enteritidis. Therefore,it is proposed that piperine exerts its anti-inflammatory activity through modulation of the mTOR pathway. Based on this hypothesis, we aim to explore, by employing cellular experiments and mouse experimental inflammatory bowel disease model, the effects and the underlying mechanism of piperine-modulated mTOR pathway in the regulation of inflammatory response. This includes the effects on the NF-κB pathway, on the expression of inflammatory cytokines, on the expression of anti-microbial peptides from intestinal epithelial cells, and on the ecology of intestinal flora, which would provide experimental basis for its clinical application in inflammatory diseases.

胡椒活性成分胡椒碱具有抗炎效应，能抑制胃肠道炎症，但其机制尚不明确。我们前期发现，胡椒碱上调雷帕霉素靶蛋白复合物1（mTORC1）的激酶活性，激活下游通路4E-BP1和p70S6K，但显著抑制LPS诱导的mTORC2活性，并下调NF-κB信号和炎症因子的表达。最新文献显示，mTOR在免疫应答中发挥重要作用：mTOR抑制炎症因子表达，负调固有免疫应答；同时，mTOR的活性有利于肠道上皮更新修复和分泌抗菌肽，维持正常的肠道菌群，其活性低下易引发肠炎。因此，胡椒碱可能通过调控mTOR信号通路发挥抗炎作用。本项目利用分子生物学和分子免疫学技术，在细胞水平和实验性肠炎动物模型水平，研究mTOR信号通路在胡椒碱抑制炎症反应及对肠炎的免疫调节中的作用，阐明胡椒碱通过mTOR信号调控NF-κB信号通路、炎症因子转录和翻译、肠上皮细胞抗菌肽的表达以及肠道菌群生态的作用机制，为其治疗炎症相关疾病提供实验依据。

本项目深入研究了传统中药胡椒和荜茇的主要活性成分胡椒碱的抗炎、抗感染活性及其作用机制。胡椒与荜茇同属胡椒科（Piperaceae），是中药健脾、止泻、治肠炎方中的常用药材，其味性辛、热，归胃、大肠经，在《唐本草》等中药典籍中即明确记载了胡椒的“温中、去痰，除脏腑中风冷”功效。但其免疫药理学机制尚不清楚。本项目通过研究发现，胡椒碱可上调肠上皮细胞mTORC1信号，抑制趋化因子CXCL8的分泌和炎症细胞浸润，并抑制葡聚糖硫酸钠诱导的小鼠肠炎。进一步研究其机制发现，胡椒碱可通过上调中性氨基酸转运蛋白SLC7A5/SLC3A2在细胞表面的分布，促进氨基酸的吸收和代谢，从而上调mTORC1信号。胡椒碱上调mTORC1信号，可促进腹腔常驻巨噬细胞在感染条件下分泌TNFα和IL-6的能力，增强其细菌吞噬功能，并抑制NLRP3炎症小体激活和细胞焦亡，保护肝脏等重要脏器，从而抑制细菌性败血症、降低小鼠死亡率。在本项目资助下，我们已发表相关研究论文6篇（SCI收录）；向国家知识产权局专利局申请发明专利3项（其中获授权1项）；培养博士研究生1名，硕士研究生4名，并已顺利毕业，受到用人单位欢迎。项目的科学意义：胡椒是餐桌上常用的调味品，本项目为其药食同源提供了免疫药理学方面的解释——肠上皮细胞和腹腔常驻巨噬细胞在胃肠固有免疫中发挥重要作用，而胡椒碱是第一个被发现可上调这些细胞mTORC1活性的小分子天然药物；对中医理论而言，胡椒碱对组织常驻巨噬细胞的免疫调节作用，为揭示胡椒和荜茇的药性和归经理论，打开了新的思路；应用前景：为应用胡椒碱治疗肠炎、细菌感染和败血症等提供了理论依据，尤其是其抗败血症活性可能具有重要的临床价值。本项目已按原计划完成，并达到了预期目标。