復方1區TOP | 安徽醫科大學等揭示心肌爾康通過介導MFN2上調抑制線粒體DNA/cGAS-STING信號緩解慢性心力衰竭

【寫在前面】：本期推薦的是由安徽醫科大學等合作近期發表于Phytomedicine(IF8.3）的一篇文章，揭示心肌爾康通過NR3C1介導的MFN2上調抑制線粒體DNA/cGAS-STING信號傳遞緩解慢性心力衰竭。

【期刊簡介】

【題目及作者信息】

背景：由線粒體DNA（mtDNA）釋放驅動的cGAS/STING信號激活參與了慢性心力衰竭（CHF）的發病機制。盡管傳統中草藥心肌爾康（XJEK）顯示出心臟保護潛力，但其對mtDNA動態的調控機制尚不明確。

目的：闡明XJEK如何抑制mtDNA/cGAS/STING驅動的炎癥并改善心力衰竭。

方法：采用小鼠心肌缺血再灌注（MIR）損傷模型和心肌細胞缺氧/復氧（H/R）模型，評價XJEK在體內和體外的心臟保護作用。高通量測序確定了XJEK的潛在治療靶點。然后應用網絡藥理學和生物信息學分析進行靶點預測和途徑富集。通過RT-qPCR、免疫熒光、免疫印記、雙熒光素酶報道基因檢測和ChIP-qPCR在內的綜合實驗方法，闡明兩種模型中XJEK介導的控制cGAS/STING信號的調節機制。

結果：XJEK干預能夠顯著改善MIR誘導的心力衰竭小鼠的心肌纖維化和室壁重構。高通量測序鑒定線粒體融合蛋白2（MFN2）為介導XJEK心臟保護作用的關鍵調節因子。XJEK恢復了MIR和H/R誘導的MFN2下調，從而抑制了mtDNA的釋放以及cGAS/STING信號通路和下游炎癥反應的過度激活。此外，整合網絡藥理學和生物信息學分析揭示XJEK通過促進NR3C1的核轉位，增強其與MFN2啟動子的結合促進MFN2表達。

結論：XJEK通過促進NR3C1的核定位，增強其與MFN2啟動子的結合，從而上調轉錄和表達，以此抑制mtDNA/cGAS/STING信號激活和炎性反應，進而減緩心力衰竭的進展。

【前言】

慢性心力衰竭（CHF）是一種綜合征，其特征是由于心臟收縮和/或舒張功能受損導致的循環功能障礙。臨床表現通常包括呼吸困難、疲勞、心律失常和水腫。在嚴重情況下，CHF可能導致心源性休克或惡性心律失常，是構成大多數心血管疾病終末事件和主要死因。線粒體融合和結構完整性的關鍵調節因子線粒體融合蛋白2（MFN2）位于線粒體外膜上的跨膜動力蛋白樣GTP酶。研究表明，MFN2與CHF發病機制之間存在密切關聯。研究人員分析了12名捐贈者的心臟組織，這些捐贈者患有缺血性或擴張性心肌病，結果顯示MFN2表達顯著下調。動物研究進一步揭示了Ang II誘導、缺血再灌注損傷誘導和壓力過載誘導的室性肥厚和心力衰竭模型中MFN2水平的降低，這種降低伴隨著ATP產生減少和凋亡增加。相反，心肌細胞特異性過表達MFN2顯著改善了Ang II和主動脈狹窄引起的心肌細胞肥大，并減輕了高脂飲食誘導的肥胖小鼠心臟脂質沉積和收縮/舒張功能障礙。這些發現確立了MFN2作為心力衰竭干預的有希望的治療靶點。然而，MFN2缺失導致的線粒體損傷的下游生物學后果仍不清楚。

在病理應激下，線粒體經歷膜電位喪失、滲透性增加以及線粒體DNA釋放。細胞質中的線粒體DNA被cGAS所感知，誘導其催化域構象變化，使其能夠結合ATP/GTP并生成第二信使cGAMP。cGAMP隨后結合內質網膜上的干擾素基因刺激子（STING），觸發STING向核周區域的易位。在內質網中，STING磷酸化TBK1，TBK1隨后磷酸化IRF3。磷酸化的IRF3形成同二聚體，向細胞核轉移，并激活IFNγ和促炎細胞因子（如TNFα、IL1β、IL6）的轉錄，從而啟動炎癥反應過程。由上，線粒體DNA/cGAS/STING信號通路在CHF進展中起著關鍵作用。臨床研究顯示，心血管疾病（CVD）患者的血漿線粒體DNA水平升高，并且與炎癥應激和疾病嚴重程度呈正相關。實驗研究中，在通過壓力超負荷或多柔比星誘導的小鼠CHF模型中，線粒體DNA成分泄漏進入細胞質，激活cGAS/STING信號通路，并促進炎癥和心臟功能障礙。研究人員研究顯示，分子水平上應激顆粒的上調抑制了cGAS-STING活化，減少了心肌細胞凋亡和炎癥，并在糖尿病心肌缺血再灌注模型中改善了損傷。這些發現共同強調了線粒體DNA/cGAS/STING通路作為心肌修復和心力衰竭管理的一個有前景的治療靶點。然而，仍存在重大挑戰，包括維持線粒體膜的穩定性、防止線粒體DNA釋放以及抑制過度激活的cGAS/STING。

MFN2的表達受多種因素調控，研究發現抑制轉錄輔激活因子PGC-1α的乙酰化可上調MFN2表達，增強線粒體生物合成并賦予心肌細胞保護作用 。 這些研究表明核因子介導的轉錄調控是維持MFN2水平的關鍵機制。NR3C1，也稱為糖皮質激素受體（GR），在配體結合后易位至核內，形成同源二聚體，啟動靶基因的轉錄，從而發揮廣泛的生理和藥理作用研究人員證明，心肌細胞特異性GR敲除導致自發性心臟肥大、心力衰竭和死亡，歸因于維持收縮力受損、無法控制的肥大以及心肌細胞存活受損。然而，NR3C1是否在CHF背景下調節MFN2表達尚不清楚。

心肌爾康是一種復方制劑，包含十四種草藥成分，包括人參、麥冬、黃芪、玉竹和甘草等。在多種小鼠CHF模型中，XJEK顯著改善了室壁增厚和心肌纖維化，提高了射血分數，并抑制了血清NT-proBNP的升高。此外，XJEK治療有助于減輕線粒體超微結構異常，降低過度的活性氧（ROS）生成，恢復線粒體膜電位，增強代謝功能。其心臟保護機制可能涉及改善內皮功能障礙和調節免疫炎癥反應。然而，XJEK在調節NR3C1核定位以上調MFN2表達并改善心力衰竭病理機制中的具體作用尚未闡明。因此，本研究旨在驗證XJEK在心力衰竭中的治療效果并闡明其潛在的分子機制。

【結果部分】

1.XJEK減輕了MIR損傷引起的室壁重塑并改善了心臟功能。

2.MFN2在MIR小鼠心肌組織中的表達顯著下調，而XJEK能夠顯著上調其表達。

3.XJEK通過上調MFN2來抑制線粒體DNA-cGAS-STING信號過度激活，從而緩解MIR小鼠的炎性反應。

4.XJEK通過上調MFN2來抑制mtDNAcGAS-STING信號通路的過度激活，從而在AC16細胞中減輕H/R后的炎癥反應。

5.XJEK通過MFN2依賴性機制保護AC16心肌細胞免受缺血/再灌注損傷。

6.基于網絡藥理學分析的心力衰竭中XJEK的潛在靶點和機制。

7.XJEK在體內和體外均增強NR3C1的核定位。

8.XJEK通過促進NR3C1與啟動子結合來調節MFN2的轉錄。

【結論與討論】

綜上所述，XJEK抑制線粒體DNA的釋放，通過生物信息學和網絡藥理學的綜合分析，作者確定NR3C1/MFN2/mtDNA軸是XJEK治療慢性心力衰竭的核心機制，具體來說，XJEK促進NR3C1核轉位，轉錄上調MFN2表達，抑制cGAS/STING信號激活，最終改善慢性心力衰竭的進展。

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