■ 【TargetMol 明星分子】——Sodium butanoate：表观遗传调控与细胞命运交汇处的关键短链脂肪酸

■ 1. 背景介绍

▲Sodium butanoate (T1393, CAS: 156-54-7)的化学结构式

Sodium butanoate (T1393)，CAS：156-54-7，是一种短链脂肪酸的钠盐。它能够竞争性占据I/II类组蛋白去乙酰化酶（HDACs）的催化锌位点，从而抑制去乙酰化反应，提高组蛋白及多种非组蛋白底物的乙酰化水平。由此引起的染色质松弛和转录重编程可上调细胞周期调控、细胞凋亡和自噬相关基因的表达，构成其作用于HDAC信号轴的核心机制[1]。在细胞凋亡方面，乙酰化增强通常促进促凋亡基因的转录和caspase级联反应的激活，并改变线粒体稳态；在自噬方面，Sodium butanoate 在转录水平增加自噬机器组分的表达，同时通过改变乙酰化状态影响底物选择和自噬体形成，涉及LC3加工和Beclin-1相关起始步骤的调控。

作为一种内源性代谢物的衍生物形式，Sodium butanoate 将代谢状态与表观遗传信号偶联，便于在实验中将营养感知与染色质调控联系起来。在肿瘤相关模型中，Sodium butanoate 诱导的表观遗传重塑通常伴随增殖受限、凋亡增强和自噬流改变，反映其在研究系统中潜在的抗肿瘤活性。因此，它被广泛用作解析HDAC依赖性通路脆弱性的探针[1]。通路注释还将其与组胺受体信号，特别是H1受体联系起来；H1受体是一种Gq/11偶联的GPCR，可激活磷脂酶Cβ，产生IP3和二酰甘油，动员Ca2+，并启动PKC、ERK/MAPK和NF-κB等级联系统[2]。通过表观遗传调控，Sodium butanoate 可重塑H1受体及其下游效应分子的表达谱，从而调整组胺信号的幅度和持续时间，影响与细胞凋亡和自噬相交的关键信号节点。这为研究GPCR通路与HDAC驱动的染色质状态之间的串扰提供了可操作的模型。

在应用中，Sodium butanoate 常用于：（i）诱导全局/位点特异性高乙酰化，作为HDAC抑制的阳性对照；（ii）结合转录组学、ChIP-seq和乙酰化蛋白质组学，分析细胞凋亡和自噬的转录及翻译后调控；（iii）绘制组胺H1受体信号与表观遗传调控之间的相互作用图谱；（iv）构建短链脂肪酸将代谢输入与细胞命运决定相整合的模型，从而为跨越HDAC、自噬、凋亡和组胺受体网络的多通路研究和机制验证提供价值[1,2]。

■ 2. 文献分享

■ 2.1 The potential neuroprotective role of a histone deacetylase inhibitor, sodium butyrate, after neonatal hypoxia-ischemia

▲ Sodium butyrate 在新生大鼠缺氧缺血后促进小胶质细胞从M1表型向M2表型极化。7日龄新生大鼠（PND7）在缺氧缺血处理后恢复6天，sodium butyrate 或溶媒在HI诱导后立即给予，随后连续给药5天。同侧半球切片进行ED1（红色，小胶质细胞/巨噬细胞标志物）、精氨酸酶-1（Arg-1，绿色，M2表型标志物）和IL-1β（绿色，M1表型标志物）的免疫荧光染色，细胞核以Hoechst（蓝色）标记。HI后6天，大多数ED1阳性细胞共表达IL-1β，仅少数细胞呈ED1/Arg-1双阳性。给予 sodium butyrate 后，M1表型小胶质细胞（ED1/IL-1β双阳性）显著减少，而M2表型细胞（ED1/Arg-1双阳性）明显增加。（a）代表性显微图像；每组n=5；比例尺，100 μm。（b）定量分析显示额叶皮层（1.44 mm²区域）内总ED1阳性细胞中ED1/Arg-1双阳性和ED1/IL-1β双阳性细胞的百分比。数据以均值±SD表示，每组n=5，Student's t检验，p < 0.001。

Sodium butanoate (T1393) 在本研究中被定义为一种组蛋白去乙酰化酶抑制剂。在所用新生大鼠缺氧缺血模型中，给予 Sodium butanoate 显示出神经保护效应。该化合物在苏木精-伊红染色评估中减轻了脑组织损伤，并抑制了炎症介质的产生，具体表现为降低IL-1β和趋化因子CXCL10，以及阻断缺血诱导的损伤同侧半球COX-2上调。与这些抗炎效应相一致，Sodium butanoate 促进了小胶质细胞从炎症性M1表型向抗炎性M2表型的转变。此外，其神经保护活性还阻止了同侧半球CXCL10、IL-1β和COX-2的延迟性升高。总体而言，结果表明 Sodium butanoate 通过抑制缺氧缺血诱导的神经炎症发挥有益作用，表现为下调促炎细胞因子和趋化因子、抑制COX-2、减轻组织学损伤，并促进有利的小胶质细胞表型转换。 [3]

■ 2.2 Sodium butyrate induces senescence and inhibits the invasiveness of glioblastoma cells

▲ SB 对 A172 细胞形态及胞内 FAK 和 MLC20 磷酸化的影响。A172 细胞以不同浓度（0-4 mM）的 SB 处理 48 小时，随后以磷酸化特异性 pY397 FAK 抗体进行免疫染色。白色箭头指示细胞周边区域的黏着斑。比例尺 = 20 μm。SB：丁酸钠；FAK：黏着斑激酶；MLC：肌球蛋白轻链。

Sodium butanoate (T1393) 在人胶质母细胞瘤 A172 细胞中显示出多种明确效应。在 0.25–4.00 mM 的生理相关浓度范围内，Sodium butanoate 以剂量递增方式抑制细胞增殖和侵袭。同时，它改变细胞形态，增加细胞面积和黏着斑数量，并伴随黏着斑激酶 Y397 位点磷酸化水平的升高。还观察到衰老相关表型：Sodium butanoate 诱导 SA β-半乳糖苷酶阳性染色，以时间和剂量依赖性方式增加 p53 和 p21 蛋白表达，并降低 p21 mRNA 水平。Sodium butanoate 引发的效应是可逆的，在撤药后减弱。此外，通过小干扰 RNA 敲低 p21 可逆转 Sodium butanoate 诱导的生长抑制和 SA β-半乳糖苷酶阳性，表明 p21 在这些反应中发挥关键作用。因此，该研究证实 Sodium butanoate 可抑制胶质母细胞瘤细胞增殖，诱导细胞进入衰老状态，并抑制肿瘤细胞侵袭；文章还指出，其作为组蛋白去乙酰化酶抑制剂具有抗肿瘤效应。 [4]

■ 2.3 Inhibition of store-operated Ca2+ entry counteracts the apoptosis of nasopharyngeal carcinoma cells induced by sodium butyrate

▲ Orai1 和 Stim1 表达下调的鼻咽癌细胞构建。通过 RNA 干扰构建 Orai1 和 Stim1 敲低的 5-8F 和 6-10B 鼻咽癌细胞系。Orai1：钙释放激活钙通道蛋白 1；Stim1：基质相互作用分子 1；si：小干扰 RNA。

采用 MTT、集落形成、流式细胞术和 Western blot 实验在鼻咽癌细胞中评估了 Sodium butanoate (T1393)。结果显示，Sodium butanoate 诱导 5-8F 和 6-10B 细胞发生形态改变并抑制其增殖。MTT 实验表明，Sodium butanoate 对两种细胞系均具有剂量和时间依赖性的细胞毒性效应。流式细胞术进一步显示，Sodium butanoate 显著诱导细胞凋亡，这与线粒体凋亡轴的激活相关。结合流式细胞术和 Western blot 结果，Sodium butanoate 通过促进钙池操纵性钙内流增强 5-8F 和 6-10B 细胞中的 Ca²⁺ 内流。功能学证据表明，无论使用特异性抑制剂抑制钙池操纵性钙内流，还是下调钙释放激活钙通道蛋白 1 和基质相互作用分子 1 的表达，均可抵消 Sodium butanoate 在鼻咽癌细胞中诱导的凋亡。该研究还指出，Sodium butanoate 可触发钙池操纵性钙内流的过度激活，进而诱导线粒体凋亡通路，这些机制可能解释其在上述细胞中的细胞毒性。 [5]

■ 2.4 Sirtuin-2 inhibition affects hippocampal functions and sodium butyrate ameliorates the reduction in novel object memory, cell proliferation, and neuroblast differentiation

▲ 各组小鼠齿状回 DCX 免疫组化染色结果。在对照组（A）中，DCX 免疫反应阳性神经母细胞大量分布于亚颗粒区；在 AK-7 处理组（B）中，DCX 阳性神经母细胞数量显著减少；在 AK-7 加丁酸钠组（AK-7+SB，C）中，DCX 阳性神经母细胞的减少得到缓解。GCL：颗粒细胞层；ML：分子层；PL：多形层。比例尺 = 50 μm。（D）各组每张切片中 DCX 阳性神经母细胞数量的定量统计（每组 n=7；*P<0.05 vs. 对照组；†P<0.05 vs. AK-7 组）。数据以均值±SEM表示。

本研究将 Sodium butanoate (T1393) 描述为一种组蛋白去乙酰化酶抑制剂。研究人员以 300 mg/kg 的剂量对 10 周龄 C57BL/6 小鼠皮下给药，连续 21 天，并与 SIRT2 抑制剂 AK-7 联合使用。在新物体识别实验中，Sodium butanoate 显著缓解了 AK-7 诱导的新物体探索时间减少。在齿状回中，Sodium butanoate 还改善了 AK-7 相关的细胞增殖和神经母细胞分化指标：与单用 AK-7 相比，Ki67 阳性细胞数量的减少得到改善，DCX 免疫反应阳性神经母细胞的减少也得到缓解。与此一致，免疫组化观察表明，接受 AK-7 联合 Sodium butanoate 的组中 DCX 免疫反应阳性神经母细胞的减少得到缓解。作者还指出，Sodium butanoate 可逆转 SIRT2 相关的年龄相关表型。这些结果表明，在实验条件下，Sodium butanoate 能够拮抗 AK-7 相关的物体记忆能力下降及齿状回神经发生相关标志物的下调。 [6]

■ 3. 结语

Sodium butanoate 竞争性占据 I/II 类组蛋白去乙酰化酶的催化锌位点，抑制去乙酰化反应，提高组蛋白和非组蛋白的乙酰化水平，诱导染色质松弛和转录重编程，从而上调细胞周期调控、细胞凋亡和自噬相关基因的表达。文献报道，它通过抑制炎症和促进小胶质细胞表型转换发挥神经保护作用，在胶质母细胞瘤和鼻咽癌细胞中诱导细胞衰老和线粒体凋亡，并在小鼠模型中改善神经发生和记忆功能。其诱导凋亡的机制涉及线粒体通路和钙池操纵性 Ca²⁺ 内流的过度激活。未来研究可聚焦于其在神经退行性疾病和肿瘤治疗中的应用，进一步解析其对组胺 H1 受体信号的表观遗传调控，并探索其作为连接代谢信号与染色质调控的整合节点在细胞命运决定中的作用。

■ 4. Q&A

Q1：Sodium butanoate 的主要分子机制是什么？

A1：Sodium butanoate 竞争性占据 I/II 类组蛋白去乙酰化酶的催化锌位点，抑制去乙酰化反应，提高组蛋白和非组蛋白乙酰化水平，导致染色质松弛和转录重编程，从而调控细胞周期、细胞凋亡和自噬。

Q2：文献报道了 Sodium butanoate 对肿瘤细胞的哪些效应？

A2：Sodium butanoate 抑制胶质母细胞瘤细胞的增殖和侵袭，并诱导细胞进入衰老状态。在鼻咽癌细胞中，它通过激活线粒体凋亡通路和促进钙池操纵性 Ca²⁺ 内流来诱导细胞凋亡。

Q3：Sodium butanoate 在神经保护方面显示哪些功能？

A3： 在新生大鼠缺氧缺血模型中，Sodium butanoate 减轻脑组织损伤，抑制促炎细胞因子 IL-1β、趋化因子 CXCL10 和 COX-2 的表达，并促进小胶质细胞从促炎性 M1 表型向抗炎性 M2 表型转换。此外，在小鼠模型中，它改善了由 SIRT2 抑制引起的物体记忆下降和神经发生标志物减少。

■ 5. 参考文献

[1] Riggs MG, Whittaker RG, Neumann JR, et al. n-Butyrate causes histone modification in HeLa and Friend erythroleukaemia cells. Nature. 1977;268(5619):462-464.

[2] Hill SJ, Ganellin CR, Timmerman H, et al. International Union of Pharmacology. XIII. Classification of histamine receptors. Pharmacol Rev. 1997;49(3):253-278.

[3] Jaworska J, Ziemka-Nalecz M, Sypecka J, Zalewska T. The potential neuroprotective role of a histone deacetylase inhibitor, sodium butyrate, after neonatal hypoxia-ischemia. Journal of Neuroinflammation. 2017;14(1):.

[4] Nakagawa H, Sasagawa S, Itoh K. Sodium butyrate induces senescence and inhibits the invasiveness of glioblastoma cells. Oncology Letters. 2017;():.

[5] Huang W, Ren C, Huang G, Liu J, Liu W, Wang L, et al.. Inhibition of store-operated Ca2+ entry counteracts the apoptosis of nasopharyngeal carcinoma cells induced by sodium butyrate. Oncology Letters. 2016;13(2):921-929.

[6] Jung H, Yoo D, Kim J, Kim D, Choi J, Chung J, et al.. Sirtuin-2 inhibition affects hippocampal functions and sodium butyrate ameliorates the reduction in novel object memory, cell proliferation, and neuroblast differentiation. Laboratory Animal Research. 2016;32(4):224.