硫化氢通过抑制Warburg效应和内质网应激改善血管紧张素II诱导的心房纤维化向心房颤动的进展

Hydrogen Sulfide Ameliorates Angiotensin II-Induced Atrial Fibrosis Progression to Atrial Fibrillation Through Inhibition of the Warburg Effect and Endoplasmic Reticulum Stress.

作者信息Heng-Jing Hu, Xiu-Heng Wang, Yao Liu, Tian-Qing Zhang, Zheng-Rong Chen, Chi Zhang, Zhi-Han Tang, Shun-Lin Qu, Hui-Fang Tang, Zhi-Sheng Jiang
PMID34950023
发布时间2021-12-07
DOI10.3389/fphar.2021.690371

实验完整度

高

包含患者样本、大鼠模型和细胞模型三个独立证据层级,并进行了功能验证(AF诱导、凋亡检测)和机制验证(Warburg效应、ERS、线粒体功能)。

主要模型

患者左心耳组织样本(风湿性心脏病伴AF或无AF) SD大鼠AngII诱导心房纤维化模型 HL-1细胞AngII处理模型

重点核对

H2S水平及CSE/3-MST/CBS表达变化 Warburg效应标志物(PDK-4、LDHA、乳酸、ATP、葡萄糖消耗) ERS标志物(p-PERK、p-eIF2α、ATF4、CHOP、caspase-12) 心房纤维化程度(Masson染色、胶原Iα/IIIα、MMP-9) AF易感性(AF诱发次数、持续时间、AERP、AERPd)

摘要

心房纤维化是心房颤动(AF)发生和发展的基础,与Warburg效应、内质网应激(ERS)和线粒体功能障碍诱导的心肌细胞凋亡密切相关。硫化氢(H2S)是一种气体信号分子,具有心脏保护、抗心肌纤维化和改善能量代谢的作用。然而,H2S改善心房纤维化向AF进展的具体机制仍不清楚。设计了一项包含AF和非AF患者的病例对照研究,以评估AF中H2S、Warburg效应和ERS的变化。结果显示,AF可显著降低胱硫醚-γ-裂解酶(CSE)和3-巯基丙酮酸硫转移酶(3-MST)的表达及H2S水平,诱导胱硫醚-β-合酶(CBS)表达;增加Warburg效应、ERS和心房纤维化;并促进左心房功能障碍。此外,与野生型SD大鼠相比,AngII处理的SD大鼠Warburg效应和ERS水平增加,心房纤维化向AF的进展增强,而补充硫氢化钠(NaHS)、二氯乙酸(DCA)或4-苯基丁酸(4-PBA)可逆转这些状况。最后,在AngII诱导的HL-1细胞中,CSE水平降低呈浓度和时间依赖性,并与线粒体功能障碍、凋亡、Warburg效应和ERS相关,这些效应可通过补充NaHS、DCA或4-PBA逆转。我们的研究表明,H2S可以调节AngII诱导的Warburg效应和ERS,可能成为抑制心房纤维化向AF进展的潜在治疗药物。

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
H2S能否通过抑制AngII诱导的Warburg效应和ERS,从而改善心房纤维化向AF的进展?
核心机制
H2S通过抑制AngII诱导的Warburg效应(降低PDK-4和LDHA表达、减少乳酸积累)和ERS(抑制p-PERK-p-eIF2α-ATF4-CHOP-caspase-12轴),减轻心房纤维化,改善左心房功能障碍和AF易感性。
主要证据
患者AF组织中CSE和3-MST表达降低、H2S水平下降,Warburg效应和ERS增强;AngII处理的大鼠和HL-1细胞中Warburg效应和ERS增加,NaHS、DCA或4-PBA处理可逆转这些效应并减少AF易感性和细胞凋亡。
研究意义
H2S可能成为抑制心房纤维化向AF进展的潜在治疗药物,为AF的防治提供新的分子靶点。

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

患者样本分析

评估AF患者与SR患者之间H2S水平、Warburg效应、ERS和心房纤维化的差异

收集风湿性心脏病患者左心耳组织,分为AF组和SR组,检测H2S水平、CSE/3-MST/CBS表达、Warburg效应标志物、ERS标志物、纤维化程度和左心房功能。

2

大鼠模型构建与处理

验证AngII诱导的大鼠心房纤维化和AF易感性,并测试NaHS、DCA和4-PBA的影响

雄性SD大鼠皮下植入微泵持续输注AngII(200 ng/kg/min)4周,同时腹腔注射NaHS(56 μM/kg qd)、DCA(50 mg/kg qd)或4-PBA(20 mg/kg qd),通过经食管刺激诱导AF,评估心房纤维化、Warburg效应、ERS和电生理参数。

3

HL-1细胞实验

验证AngII对HL-1细胞CSE表达、凋亡、Warburg效应和ERS的影响,并测试NaHS、DCA和4-PBA的保护作用

HL-1细胞用AngII(200 nM)处理24小时,或预先用NaHS(100 μM)、DCA(1.5 mM)或4-PBA(500 μM)处理24小时后再加AngII。检测细胞活力、凋亡、ROS、氧化损伤、线粒体功能、Warburg效应和ERS标志物。

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
DMEM培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
RIPA裂解液BeyotimeP0013F
BCA蛋白定量试剂盒BeyotimeP0012S
PVDF膜BeyotimeFFP33
抗PDK-4抗体Abcamab89295
抗PDH抗体Abcamab172617
抗LDHA抗体Abcamab222910
抗MMP-9抗体Abcamab58803
抗p-PERK抗体AffinityDF7576
抗PERK抗体AffinityAF5304
抗p-eIF2α抗体Cell Signaling9721
抗eIF2α抗体Cell Signaling9722
抗Caspase-12抗体Abcamab8117
抗ATF4抗体Abcamab23760
抗CHOP抗体Abcamab11419
抗CBS抗体AbnovaH00000875-M01
抗CSE抗体BIOSSbs-9515R
抗3-MST抗体Abcamab224043
抗GAPDH抗体Abcamab9484
HRP标记的山羊抗兔IgG(H+L)BeyotimeA0208
HRP标记的山羊抗小鼠IgG(H+L)BeyotimeA0216
凝胶成像系统Bio-Rad--
Quantity One软件Bio-Rad--
Super Signal West Pico化学发光底物Thermo--
奥林巴斯显微镜OlympusIX-70
乳酸试剂盒南京建成A019-2
葡萄糖消耗试剂盒SigmaMAK083
ATP检测试剂盒Cloud Clone CorpCEA349Ge
Clark型氧电极Hansatech Instruments--
TRIzol试剂Tiangen Biotech--
M-MLV逆转录酶Promega--
SYBR Premix Ex TaqTakara--
微型泵(型号2004)Alzet--

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
患者样本收集
心房颤动组和窦性心律组各6例,年龄、性别、血压、BMI等基线数据匹配
阅读提示:Materials and Methods: Human Left Atrial Appendage; Table 1
动物模型
雄性SD大鼠,200-250g,AngII剂量200 ng/kg/min,皮下微泵连续4周;NaHS 56 μM/kg qd,DCA 50 mg/kg qd,4-PBA 20 mg/kg qd,腹腔注射4周
阅读提示:Materials and Methods: Animal Models and Animal Experimental Design
电生理检测
经食管刺激诱导AF,AF定义为心电图出现不规律RR间期持续至少1秒;记录AF发作次数和持续时间
阅读提示:Materials and Methods: Animal Models; Figure 4N-R legend
细胞模型
HL-1细胞,AngII 200 nM处理24小时;NaHS 100 μM、DCA 1.5 mM、4-PBA 500 μM预处理24小时
阅读提示:Materials and Methods: HL-1 Experimental Design
Western blotting
抗体稀释比例和品牌:anti-PDK-4 (1:500, Abcam), anti-PDH (1:5000), anti-LDHA (1:1500)等
阅读提示:Materials and Methods: Western Blotting