甘草素A:一种有前景的抗心力衰竭双环肽,促进心肌细胞对TFRC介导的铁摄取

Glycnsisitin A: A promising bicyclic peptide against heart failure that facilitates TFRC-mediated uptake of iron in cardiomyocytes

作者信息Jichao Zhou, Yuanyuan Liu, Xiaoli Wei, Meng Yuan, Xu Zhang, Lingfeng Qin, Bing Cui, Pingping Li, Jing Zhang, Ziming Feng, Jianshuang Jiang, Xiang Yuan, Ruibing Xu, Zhimeng Zhang, Peicheng Zhang, Xiaowei Zhang, Yanan Yang
PMID39027250
发布时间2024-07
DOI10.1016/j.apsb.2024.02.026

实验完整度

研究包含从天然产物分离鉴定、体外细胞实验、动物模型验证、转录组学分析及分子机制研究等多个独立实验层级。

主要模型

H9C2心肌细胞系 原代成年大鼠心肌细胞 DOX诱导的急性心力衰竭小鼠模型

重点核对

DOX浓度8.6 μmol/L处理H9C2细胞和原代心肌细胞 小鼠单次腹腔注射DOX 15 mg/kg诱导急性心衰模型 甘草素A给药剂量50、100、200 mg/kg,每日腹腔注射,连续14天 TFRC中和抗体NAb-anti-TFRC以2 mg/kg尾静脉注射,第13、16、19、22、25天 阳性药西地兰剂量150 μg/kg

摘要

Zhigancao decoction is a traditional prescription for treating irregular pulse and palpitations in China. As the monarch drug of Zhigancao decoction, the bioactive molecules of licorice against heart diseases remain elusive. We established the HRESIMS-guided method leading to the isolation of three novel bicyclic peptides, glycnsisitins A-C (1-3), with distinctive C-C and C-O-C side-chain-to-side-chain linkages from the roots of Glycyrrhiza uralensis (Licorice). Glycnsisitin A demonstrated stronger cardioprotective activity than glycnsisitins B and C in an in vitro model of doxorubicin (DOX)-induced cardiomyocyte injury. Glycnsisitin A treatment not only reduced the mortality of heart failure (HF) mice in a dose-dependent manner but also significantly attenuated DOX-induced cardiac dysfunction and myocardial fibrosis. Gene set enrichment analysis (GSEA) of the differentially expressed genes indicated that the cardioprotective effect of glycnsisitin A was mainly attributed to its ability to maintain iron homeostasis in the myocardium. Mechanistically, glycnsisitin A interacted with transferrin and facilitated its binding to the transferrin receptor (TFRC), which caused increased uptake of iron in cardiomyocytes. These findings highlight the key role of bicyclic peptides as bioactive molecules of Zhigancao decoction for the treatment of HF, and glycnsisitin A constitutes a promising therapeutic agent for the treatment of HF.

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
甘草中的活性成分是否对心力衰竭具有保护作用,其机制是什么?
核心机制
甘草素A通过与转铁蛋白直接结合,增强转铁蛋白与其受体TFRC的结合能力,从而增加心肌细胞的铁摄取,恢复心肌铁稳态,改善心肌能量代谢,减轻DOX诱导的心脏损伤。
主要证据
体外原代心肌细胞实验显示甘草素A减轻DOX诱导的细胞死亡、ROS产生及线粒体功能障碍;体内小鼠模型显示其提高存活率、改善心功能、减轻纤维化;SPR和分子对接证实其与转铁蛋白结合,ELISA实验证实其增强转铁蛋白与TFRC的亲和力,TFRC中和抗体消除其保护作用。
研究意义
研究揭示甘草中的双环肽是炙甘草汤治疗心力衰竭的潜在活性成分,甘草素A可作为治疗心力衰竭的有前景的药物候选物,为基于调节心肌铁稳态的强心治疗策略提供新思路。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

从甘草中分离鉴定双环肽

发现并确定甘草中具有心脏保护活性的新型化合物。

采用HRESIMS引导的分离方法,从甘草根中提取、分离得到三个新双环肽1-3,通过NMR、质谱、X射线衍射等确定结构。

2

体外药效筛选与验证

评估双环肽对DOX诱导的心肌细胞损伤的保护作用。

使用H9C2细胞和原代成年大鼠心肌细胞,通过Alamar blue、台盼蓝染色、LDH、ATP、ROS检测等方法评估。

3

体内药效验证

评估甘草素A对DOX诱导的心力衰竭小鼠模型的保护作用。

建立急性DOX心衰小鼠模型,给予不同剂量甘草素A或阳性药,检测存活率、心功能、心肌纤维化、血清标志物。

4

转录组分析机制探索

识别甘草素A保护作用的潜在分子通路。

对小鼠心脏组织进行RNA-seq,分析DEGs、KEGG通路和GSEA富集分析。

5

分子结合与铁代谢验证

证实甘草素A与转铁蛋白结合并影响铁代谢。

通过分子对接、SPR验证直接结合,检测心肌铁含量、转铁蛋白和TFRC表达,并用CHX分析蛋白稳定性,免疫共沉淀和ELISA验证蛋白互作增强。

6

TFRC功能验证

确认TFRC在介导甘草素A保护作用中的必要性。

使用TFRC中和抗体体外处理原代心肌细胞和体内处理心衰小鼠,观察甘草素A保护作用的消失。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
M199培养基Gibco218712
胎牛血清Biological IndustriesBI199
青霉素-链霉素LivinenLVN1007
层粘连蛋白Gibco23017-015
DMEM培养基SigmaD6429
96孔黑色侧壁板Labselect11514
Alamar blue检测试剂SolarbioA7631
LDH活性检测试剂盒SolarbioBC0685
ATP检测试剂盒ByotimeS002
MitoSOX RedThermo FisherM36008
阿佛丁SigmaT48402
肝素SolarbioH8060
牛血清白蛋白SigmaV900933
胶原酶IIWorthingtonLS004176
透明质酸酶SigmaH3506
阿霉素----
西地兰----
磷酸盐缓冲液----
BNP ELISA试剂盒SolarbioSEKM-0151
NT-proBNP ELISA试剂盒SolarbioSEKM-0298
总铁含量比色检测试剂盒ApplygenE1042
Ni-NTA柱GE Healthcare--
ELISA包被缓冲液Sigma-AldrichC3041
异丙基β-D-硫代半乳糖苷----
50-kDa超滤管Millipore--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
原代心肌细胞分离
SD大鼠性别、体重、麻醉剂量、灌流时间、酶浓度
阅读提示:Methods 5.6
体外药效评价
DOX浓度(8.6 μmol/L)、处理时间(12 h)、甘草素A浓度范围
阅读提示:Methods 5.7, Figure legends
小鼠心衰模型
DOX剂量(15 mg/kg)、给药方式(腹腔注射)、小鼠品系、周龄、体重、甘草素A剂量(50/100/200 mg/kg)和给药时间(第15-28天)
阅读提示:Methods 5.10
TFRC中和实验
NAb-anti-TFRC剂量(2 mg/kg)、给药途径(尾静脉)、给药时间点(第13、16、19、22、25天)
阅读提示:Methods 5.10, Figure 7e
铁含量测定
组织处理、试剂盒操作步骤、标准曲线
阅读提示:Methods 5.13