Mesaconine通过激活PINK1依赖性心肌线粒体自噬减轻多柔比星诱发的心脏毒性和心力衰竭

Mesaconine alleviates doxorubicin-triggered cardiotoxicity and heart failure by activating PINK1-dependent cardiac mitophagy.

作者信息Ji-Chao Zhou, Cai-Cai Jin, Xiao-Li Wei, Rui-Bing Xu, Ruo-Yu Wang, Zhi-Meng Zhang, Bo Tang, Jin-Mei Yu, Jiao-Jiao Yu, Shuang Shang, Xiao-Xi Lv, Fang Hua, Ping-Ping Li, Zhuo-Wei Hu, Yong-Mei Shen, Feng-Peng Wang, Xiu-Ying Ma, Bing Cui, Fu-Neng Geng, Xiao-Wei Zhang
PMID37124193
发布时间2023-04-12
DOI10.3389/fphar.2023.1118017

实验完整度

高

包含体外原代心肌细胞实验、急性及慢性DOX诱导心衰小鼠模型、RNA-seq、透射电镜、基因敲低等至少两个独立证据层级,并进行功能验证和机制验证。

主要模型

成年大鼠原代心肌细胞 DOX诱导的急性心脏毒性小鼠模型 DOX诱导的慢性心力衰竭小鼠模型

重点核对

PINK1表达水平 线粒体自噬通量 线粒体ROS水平 ATP含量 心脏功能参数

摘要

异常的线粒体自噬已被确定为大多数心脏病理过程中能量代谢紊乱的驱动因素。然而,寻找有效的靶向药物并揭示其精确的调节机制仍未攻克。附子,乌头侧根,在回阳救逆方面显示出独特的功效,已在临床广泛使用。作为附子的主要强心成分,mesaconine已被证明在多种心肌病模型中有效。在此,我们旨在定义mesaconine介导的阻塞性线粒体自噬恢复的一种先前未揭示的心脏保护机制。在多柔比星(DOX)诱导的心力衰竭模型中评估了mesaconine的功能意义。DOX处理的小鼠表现出特征性的心脏功能障碍、异位心肌能量紊乱和心肌细胞线粒体自噬受损,而mesaconine可显著逆转这些变化。mesaconine的心脏保护作用主要归因于其促进心肌细胞线粒体自噬恢复的能力,这通过PINK1(线粒体自噬诱导的关键介质)表达升高得到证实。沉默PINK1或失活线粒体自噬可完全消除mesaconine的保护作用。总之,我们的研究结果表明,mesaconine的心脏保护作用似乎依赖于PINK1诱导的线粒体自噬的激活,mesaconine可能成为治疗心力衰竭的有前景的治疗药物。

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
mesaconine能否通过恢复心肌线粒体自噬来减轻DOX诱导的心脏毒性和心力衰竭,其分子机制是什么?
核心机制
mesaconine通过上调PINK1表达,激活PINK1-SQSTM1介导的线粒体自噬,促进受损线粒体的清除,从而恢复心肌能量代谢稳态,发挥心脏保护作用。
主要证据
在体外原代心肌细胞和体内DOX诱导的心脏毒性模型中,mesaconine显著改善细胞活力、减少ROS和LDH释放、恢复ATP水平,并改善心功能。沉默PINK1或SQSTM1可逆转这些保护作用。
研究意义
该研究揭示mesaconine作为靶向线粒体稳态的候选化合物,可能为治疗DOX诱导的心肌病及其他由线粒体氧化应激引起的心脏疾病提供新策略。

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

体外心肌细胞损伤模型建立与mesaconine保护作用评估

评估mesaconine对DOX诱导的心肌细胞损伤的保护作用

使用成年大鼠原代心肌细胞,DOX处理诱导损伤,mesaconine预处理,检测细胞活力、LDH释放、ATP含量和线粒体ROS水平。

2

急性DOX诱导心脏毒性小鼠模型验证

验证mesaconine在体内对急性心肌损伤的保护作用

ICR小鼠单次腹腔注射DOX 15 mg/kg诱导急性心脏毒性,mesaconine灌胃治疗,通过超声心动图、血清LDH/CK、ANP/BNP表达及胶原沉积评估。

3

转录组测序分析

探索mesaconine对DOX处理心肌基因表达谱的影响

取不同处理组心肌组织进行RNA-seq,鉴定差异表达基因,进行GSEA富集分析。

4

线粒体自噬功能检测

验证mesaconine是否恢复DOX抑制的线粒体自噬通量

检测心肌组织和细胞中线粒体自噬相关蛋白(PINK1、SQSTM1、LC3),使用GFP-RFP-LC3和Mito-Keima探针检测自噬流和线粒体自噬。

5

PINK1和SQSTM1敲低实验

验证mesaconine保护作用是否依赖PINK1和SQSTM1

使用shRNA敲低PINK1或SQSTM1,检测mesaconine对细胞活力、LDH释放、ATP和线粒体自噬的影响。

6

慢性心力衰竭小鼠模型验证

评估mesaconine对慢性心衰的治疗效果

ICR小鼠每周腹腔注射DOX 3.5 mg/kg共9周建立慢性心衰模型,随后mesaconine或地高辛治疗10周,评估存活率、心功能、凋亡和纤维化。

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Gibco11150059
胎牛血清Viva cellC04001500
青霉素-链霉素Thermo Fisher15070063
谷氨酰胺Gibco35050061
层粘连蛋白Gibico23017-015
三溴乙醇SigmaT48402
肝素SolarbioH8060
牛血清白蛋白SigmaV900933
II型胶原酶Worthington-BiochemLS004176
透明质酸酶SigmaH3506
多柔比星J&K Scientific113424
Mesaconine----
CCK-8检测试剂盒DOJINDOCK18
ATP检测试剂盒BeyotimeS0027
台盼蓝SolarbioT8070
抗LC3B抗体SigmaL7543
抗COX-IV抗体Abcamab33985
DAPI封片剂ZSGB-BIOZLI-9557
TUNEL染色检测试剂盒Roche11684817910
Trizol试剂SigmaT9424
iScript cDNA逆转录试剂盒BIO-RAD1708891
Blue qPCR SYBR Green预混液Yeasen11184ES03
Mito-Keima腺病毒----
MitoSOX试剂Thermo FisherM36008
线粒体分离试剂盒InventMP-007
RIPA裂解液BeyotimeP0013C
蛋白酶抑制剂SelleckB15002
BCA试剂盒ApplygenP1511-1
PVDF膜MilliporeIPVH00010
抗p62/SQSTM1抗体SigmaP0067
抗PINK1抗体Abcamab23707
抗TOM20抗体Abcamab78547
抗α-肌动蛋白抗体Abcamab156302
ECL检测试剂ApplygenP1050
Vevo 770高分辨率显微成像系统VisualSonics--
奥林巴斯BX51显微镜OLYMPUS--
奥林巴斯FV3000共聚焦显微镜OLYMPUS--
日立H600透射电子显微镜Hitachi--
Synergy H1微板读取器Biotek--

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
体外心肌细胞实验
细胞来源、DOX浓度、mesaconine浓度、处理时间、检测指标
阅读提示:Materials and methods: Isolation of primary adult rat cardiomyocytes, Cardiomyocytes culture and pharmacological treatments, Figure legends for Figures 1, 4, 5
急性心衰模型
动物品系、性别、年龄、DOX剂量、mesaconine给药剂量和疗程、检测时间点
阅读提示:Materials and methods: Animal model and treatments, Figure 2 legend
慢性心衰模型
DOX给药频率和剂量、治疗药物和疗程、存活分析、心功能检测时间点
阅读提示:Materials and methods: Animal model and treatments, Figure 6 legend
线粒体自噬检测
抗体、探针、氯喹处理、蛋白提取方法
阅读提示:Materials and methods: Mitophagy flux assay and adenoviruses infection, Immunoblot analysis, Figure 4 legend
基因敲低实验
shRNA序列、病毒感染剂量、敲低效率验证
阅读提示:Materials and methods: Mitophagy flux assay and adenoviruses infection, Figure 5 legend