黄芪和丹参联合煎剂通过抑制多种铁死亡途径减轻压力超负荷心脏功能障碍

Combination decoction of Astragalus mongholicus and Salvia miltiorrhiza mitigates pressure-overload cardiac dysfunction by inhibiting multiple ferroptosis pathways.

作者信息Qiyao Xu, Xuan Liu, Zhaoyang Chen, Can Guo, Pengyu Lu, Sujie Zhang, Xindong Wang, Jianping Shen
PMID39737072
发布时间2024-12-16
DOI10.3389/fphar.2024.1447546

实验完整度

包含体外细胞模型、体内TAC大鼠模型,以及功能验证(抑制剂干预)和机制验证(蛋白水平和下游指标检测)。

主要模型

H9c2大鼠心肌细胞 横向主动脉缩窄(TAC)诱导的心力衰竭SD大鼠模型

重点核对

HDC煎剂浓度:0.938 g/mL(高剂量)和0.469 g/mL(低剂量),大鼠给药体积5 mL/kg AngII诱导浓度4 μM,作用48小时 抑制剂浓度:Era 5 μM,iFSP1 1 μM,BQR 10 μM(体外);体内剂量分别为Era 8.75 μmol/kg,iFSP1 0.875 μmol/kg,BQR 8.75 μmol/kg TAC手术主动脉弓缩窄至1.0 mm,术后8周形成HF模型 动物实验中各抑制剂采用腹腔注射,每两天一次,持续4周

摘要

背景:黄芪(AM)和丹参(SM)是常用于治疗心力衰竭(HF)的传统中药。铁死亡已被研究为HF发生的关键因素。AM和SM联合使用是否能有效改善HF及其潜在机制尚不清楚。目的:本研究旨在探讨AM和SM联合使用是否通过抑制铁死亡来改善HF,并研究GPX4、FSP1和DHODH相关通路的作用和相互作用。方法:体外实验使用血管紧张素II诱导(4 μM,48小时)的肥大H9c2细胞,体内研究采用横向主动脉缩窄诱导(至1 mm,8周)的HF大鼠模型。干预措施包括AM和SM煎剂(动物实验)和含药血清(细胞实验),以及特定的通路抑制剂如erastin、FSP1抑制剂和brequinar。随后,使用各种分子生物学方法测量GPX4、FSP1和DHODH的蛋白水平,以及各样本组的铁死亡和HF相关指标,以阐明潜在机制。结果:AM和SM联合使用可有效恢复HF后降低的GPX4、FSP1和DHODH水平,并改善与铁死亡和HF相关的指标。当GPX4、FSP1或DHODH被抑制时,AM和SM抑制铁死亡和改善HF的能力均减弱。当三种蛋白中的两种被抑制时,HDC的保护作用在保留GPX4时最强,其次是FSP1,保留DHODH时最弱。结论:本研究证实AM和SM联合使用通过增加GPX4、FSP1和DHODH水平抑制铁死亡并减轻HF,表明通过GPX4的保护作用最强,其次是FSP1,通过DHODH的作用最弱。这些发现为这种植物药组合的治疗机制提供了新的见解。

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
黄芪和丹参联合使用是否通过抑制铁死亡来改善心力衰竭,以及GPX4、FSP1和DHODH通路在此过程中的作用和相互作用。
核心机制
HDC通过同时上调GPX4/GSH、FSP1/CoQ10和DHODH/CoQ10三条通路,抑制脂质过氧化、铁积累和线粒体功能障碍,从而抑制铁死亡并改善心力衰竭。
主要证据
体外实验中,AngII诱导的H9c2细胞和体内实验中TAC诱导的HF大鼠模型均显示HDC恢复GPX4、FSP1、DHODH水平,并改善铁死亡指标(如GSH、CoQ10H2、MDA、Fe2+、线粒体膜电位和超微结构)及HF指标(如LVEF、NT-proBNP、心肌肥厚和纤维化);抑制剂(Era、iFSP1、BQR)削弱这些保护作用,证实了机制依赖性。
研究意义
该研究首次证明HDC通过抑制铁死亡改善HF,并明确了GPX4、FSP1、DHODH在其中的相对贡献,为中药联合治疗HF提供了新的分子证据,并提示DHODH可能不适合作为抑制铁死亡改善HF的主要靶点。

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

HDC成分鉴定与分子对接

鉴定HDC煎剂和含药血清中的主要代谢物,并通过分子对接预测活性代谢物与铁死亡关键蛋白的结合能力。

利用液相色谱-质谱联用技术检测HDC煎剂和含药血清的代谢物,并使用MRM定量AS-IV和SAB;利用AutoDock Vina进行分子对接,计算AS-IV和SAB与GPX4、FSP1、DHODH的结合能。

2

体外H9c2细胞肥大模型建立

确定最佳AngII诱导浓度和时间,建立可靠的体外心肌细胞肥大模型。

使用不同浓度AngII(0-16 μM)处理H9c2细胞24-72小时,通过CCK-8检测细胞活力,并通过显微观察评估细胞大小。

3

体内TAC诱导HF大鼠模型建立

建立压力超负荷所致HF的动物模型,用于评估HDC的体内保护作用。

对SD大鼠进行横向主动脉缩窄术(TAC),术后8周通过超声心动图评估LVEF和NT-proBNP确定HF模型成立。

4

HDC治疗干预与功能评估

评估HDC对HF细胞模型和动物模型的功能保护作用,并比较不同剂量的效果。

细胞实验中使用含药血清(10%)干预,动物实验中灌胃给予HDC煎剂(5 mL/kg),同时设置Fer-1和Era作为对照,评估细胞活力、NT-proBNP、心脏大小、LVEF和心肌纤维化等指标。

5

铁死亡指标检测及机制验证

检测与铁死亡相关的生化和超微结构指标,并评估HDC对铁死亡通路的调节作用。

检测GSH、MDA、Fe2+、CoQ10H2水平,流式细胞术检测JC-1染色评估线粒体膜电位,透射电镜观察线粒体超微结构,Western blot检测GPX4、FSP1、DHODH蛋白水平。

6

通路特异性抑制剂干预

通过使用针对性抑制剂(Era、iFSP1、BQR)确定GPX4、FSP1和DHODH在HDC抑制铁死亡和改善HF中的作用。

在体外和体内分别使用Era、iFSP1和BQR抑制相应通路,观察HDC保护作用的变化,并设计双抑制实验比较三个蛋白的介导强度。

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
血管紧张素IIYuanye--
Ferrostatin-1Selleck--
BrequinarMedChemExpress--
ErastinSelleck--
iFSP1Macklin--
DMEM培养基Cellverse--
胎牛血清Gibco--
青霉素/链霉素Beyotime--
二甲基亚砜Solarbio--
抗GPX4单克隆抗体Proteintech67763-1-Ig
抗FSP1单克隆抗体Proteintech68049-1-Ig
抗DHODH单克隆抗体Proteintech67977-1-Ig
抗GAPDH兔多克隆抗体ServicebioGB11002
辣根过氧化物酶标记二抗BeyotimeA0208,
SuperSignal ECL化学发光试剂盒BeyotimeP0018M
抗体剥离液NCM biotechWB6200
结晶紫染色试剂盒BeyotimeC0121
CCK-8试剂盒BeyotimeC0042
大鼠NT-proBNP ELISA试剂盒DreamBio--
大鼠CoQ10H2 ELISA试剂盒DreamBio--
脂质过氧化(MDA)检测试剂盒BeyotimeS0131S
组织Fe2+比色检测试剂盒ElabscienceE-BC-K773-M
细胞Fe2+比色检测试剂盒ElabscienceE-BC-K881-M
高分辨率超声系统VisualSonicsVevo
Masson三色染色试剂盒SolarbioG1340
JC-1染色液BeyotimeC2006
CytoFLEX S流式细胞仪Beckman Coulter--
透射电子显微镜HITACHIHT7800
注射用青霉素钠Shandong Lukang42220302
SD大鼠----
H9c2细胞ProcellCL-0089

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
细胞培养与肥大模型
细胞系H9c2(Procell, CL-0089);培养基DMEM(含1.5 g/L NaHCO3)+10% FBS+1%青霉素/链霉素;AngII浓度4 μM,作用48小时;细胞培养条件37°C,5% CO2
阅读提示:见Methods 2.3 和2.6
动物模型建立
SD大鼠(雄性,180-200 g);TAC手术主动脉弓缩窄至1.0 mm;术后8周评估LVEF和NT-proBNP确认HF,并进行分组
阅读提示:见Methods 2.7 和Results 3.3
药物干预
HDC煎剂制备:AM:SM=2:1,煎煮后浓缩至0.938 g/mL(高剂量),0.469 g/mL(低剂量);灌胃给药5 mL/kg,每日两次,持续7天(制备含药血清用);动物实验灌胃持续4周
阅读提示:见Methods 2.4 和2.7
抑制剂干预
体外:Era 5 μM,iFSP1 1 μM,BQR 10 μM;体内:Era 8.75 μmol/kg,iFSP1 0.875 μmol/kg,BQR 8.75 μmol/kg,腹腔注射,隔天一次,持续4周
阅读提示:见Methods 2.6 和2.7
铁死亡指标检测
GSH、MDA、Fe2+、CoQ10H2检测试剂盒及操作步骤;JC-1染色后流式细胞术检测;透射电镜观察线粒体形态
阅读提示:见Methods 2.10-2.15