AbMole明星分子 |Acetylcysteine：从细胞保护到动物研究的全应用
Acetylcysteine（NAC，N - 乙酰半胱氨酸，AbMole，M5385）是一种含硫的氨基酸衍生物，也是细胞和动物实验中最常用到的抗氧化剂之一。Acetylcysteine的巯基可直接清除活性氧（ROS），并且Acetylcysteine可参与谷胱甘肽的合成过程，从而间接参与机体的抗氧化防御体系。AbMole为全球科研客户提供高纯度、高生物活性的抑制剂、细胞因子、人源单抗、天然产物、荧光染料、多肽、靶点蛋白、化合物库、抗生素等科研试剂，全球大量文献专利引用。
一、Acetylcysteine（NAC）的作用机制和研究应用
NAC（Acetylcysteine，AbMole，M5385） 作为谷胱甘肽（GSH）的前体，在细胞内的抗氧化过程中起到重要作用。GSH 是细胞内最为重要的非蛋白巯基抗氧化剂之一，它由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成，其中半胱氨酸上的巯基是其发挥抗氧化作用的关键部位。在细胞内，NAC经过一系列酶的作用，可脱去乙酰基，生成半胱氨酸，为 GSH的合成提供了重要的原料。此外，Acetylcysteine（NAC）的结构中含有巯基（-SH），这一基团也赋予了Acetylcysteine抗氧化活性，它可以直接与活性氧（ROS）反应，清除细胞内的过量ROS，减轻氧化应激对细胞的损伤[1]。
图 1. Acetylcystein的作用机理[1]
1. Acetylcysteine用于细胞保护
在细胞实验中，NAC（Acetylcysteine，AbMole，M5385） 展现出卓越的细胞保护能力，众多研究证明了这一点。在一项针对氧化应激损伤的细胞实验中，研究人员选用了人脐静脉内皮细胞（HUVECs）[2]。通过过氧化氢（H2O2）处理 HUVECs，成功构建了氧化应激损伤模型。结果显示，当在细胞培养液中添加NAC后，细胞内的 ROS 水平显著降低，细胞膜的完整性得到有效保护，细胞的存活率明显提高。此外，在类器官和干细胞研究中，Acetylcysteine也是培养基中的重要组分之一，可起到保护干细胞，帮助类器官成型的作用。
2. Acetylcysteine细胞凋亡与增殖调控
研究发现，NAC（Acetylcysteine，AbMole，M5385） 在促进细胞增殖方面也显示出显著效果。NAC能够通过上调PAX7、MYF5、MRF4和MYHC等基因的表达，促进骨骼肌细胞的增殖和分化[3]。此外，NAC还能够通过激活PI3K/AKT信号通路，促进卵巢颗粒细胞的增殖，并增加雌二醇（E2）和孕酮（P4）的分泌[4]。NAC在抑制细胞凋亡方面也具有重要作用。例如，在一项研究中，NAC被用于减轻辐射对HT22细胞的凋亡诱导，结果显示NAC能够显著降低凋亡蛋白Bax和Cleaved-caspase-3的表达，减少细胞凋亡率[5]。在另一项研究中，NAC通过抑制AMPK和激活mTOR表达，减轻了由分枝杆菌细胞膜成分引起的细胞凋亡和自噬[6]。此外，Acetylcysteine也可以通过消除氧化应激，避免细胞铁死亡的发生。
3. Acetylcysteine用于动物实验研究
N-乙酰半胱氨酸（NAC，Acetylcysteine，AbMole，M5385）作为一种多功能的生物活性化合物，在动物实验研究中展现了广泛的抗氧化、抗炎、神经保护以及细胞凋亡与增殖调控作用。在非酒精性脂肪肝病（NAFLD）的动物模型中，NAC通过抗氧化作用显著减少了肝脏脂质的积累，改善了肝功能指标，降低了氧化应激标志物的水平，从而在一定程度上缓解了NAFLD的病理进程[7]。在糖尿病模型中，NAC不仅能够抑制肝脏脂肪变性和葡萄糖耐受不良，还能改善血脂谱，对动物糖尿病及其相关并发症的抑制具有潜在的应用价值[8]。此外，在动物中风模型中，NAC能够减少脑梗死面积，改善神经功能缺损和残疾，其神经保护作用在动物实验中得到了明确的体现[9]。在慢性阻塞性肺病（COPD）的动物模型中，NAC能够显著减轻气道炎症，减少炎症细胞的浸润和炎症因子的释放，从而改善肺功能[10]。在炎症性肠病（IBD）的动物模型中，NAC通过抑制炎症因子的产生，如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素-6（IL-6），减轻肠道炎症，降低炎症标志物的水平。这些研究表明，NAC在多种疾病模型中能够减轻氧化应激和炎症反应，促进细胞增殖，并抑制细胞凋亡，为多种疾病的研究提供了新的思路。2014年，AbMole的两款抑制剂分别被西班牙国家心血管研究中心和美国哥伦比亚大学用于动物体内实验，相关科研成果发表于顶刊 Nature 和 Nature Medicine。
二、范例详解
1. Cell Metab. 2024 Mar 5;36(3):466-483.e7.
中国药科大学在上述论文中探究了心理压力如何通过肠道微生物群落的代谢产物影响肠道干细胞（ISCs）的命运决定，进而扰乱肠道稳态。研究揭示了心理压力通过激活交感神经系统，富集肠道共生菌Lactobacillus murinus，增加其产生的色氨酸代谢产物indole-3-acetate（IAA），从而干扰ISCs的线粒体呼吸，导致肠道分泌细胞的可转移性损伤。研究还发现，通过口服α-酮戊二酸（α-KG）补充可以增强ISCs的分化能力，并赋予对压力触发的肠道上皮损伤的抵抗力。在文章中，科研人员还构建了肠道类器官，以进行上述研究，并使用了AbMole的N-乙酰半胱氨酸（NAC，Acetylcysteine，AbMole，M5385）作为类器官培养基中的重要调节剂。
图 2. Chronic stress disrupts ISC differentiation and mitochondrial homeostasis[11]
2. Acta Pharm Sin B. 2022 May;12(5):2300-2314.
中国中医科学院中药研究所在上述文章中研究了雷公藤内酯醇（Celastrol）在改善肝纤维化中的作用及其分子机制。研究发现，雷公藤内酯醇通过促进活性氧（ROS）的产生和诱导铁死亡（ferroptosis）来发挥抗纤维化作用。铁死亡是一种由铁和ROS依赖的膜脂过氧化过度引起的调节性细胞死亡形式。研究人员利用活性基团蛋白质组学（ABPP）、生物正交点击化学反应和细胞热位移分析（CETSA）等技术，发现雷公藤内酯醇能够直接与过氧化还原酶（PRDXs，包括PRDX1、PRDX2、PRDX4和PRDX6）结合，并抑制它们的抗氧化活性。此外，雷公藤内酯醇还靶向血红素氧合酶1（HO-1），并上调其在激活的HSCs中的表达。在实验中，科研人员使用了由AbMole提供的N-乙酰半胱氨酸（NAC，Acetylcysteine，AbMole，M5385），铁死亡抑制剂，以验证铁死亡是雷公藤内酯醇抗纤维化的核心机制。
图 3. Celastrol exerts anti-fibrosis effect by inducing ferroptosis in activated-HSCs[12]
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参考文献
[1] B. Pedre, U. Barayeu, D. Ezeriņa, et al., The mechanism of action of N-acetylcysteine (NAC): The emerging role of H(2)S and sulfane sulfur species, Pharmacology & therapeutics 228 (2021) 107916.
[2] N. Peng, Y. Geng, J. Ouyang, et al., Endothelial glycocalyx injury is involved in heatstroke-associated coagulopathy and protected by N-acetylcysteine, Frontiers in immunology 14 (2023) 1159195.
[3] J. Lu, P. Zhao, X. Ding, et al., N-acetylcysteine stimulates the proliferation and differentiation in heat-stressed skeletal muscle cells, Journal of thermal biology 124 (2024) 103958.
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[5] Y. Huang, X. Mei, W. Jiang, et al., Mesenchymal Stem Cell-Conditioned Medium Protects Hippocampal Neurons From Radiation Damage by Suppressing Oxidative Stress and Apoptosis, Dose-response : a publication of International Hormesis Society 19(1) (2021) 1559325820984944.
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[11] W. Wei, Y. Liu, Y. Hou, et al., Psychological stress-induced microbial metabolite indole-3-acetate disrupts intestinal cell lineage commitment, Cell metabolism 36(3) (2024) 466-483.e7.
[12] P. Luo, D. Liu, Q. Zhang, et al., Celastrol induces ferroptosis in activated HSCs to ameliorate hepatic fibrosis via targeting peroxiredoxins and HO-1, Acta pharmaceutica Sinica. B 12(5) (2022) 2300-2314.