一种BACH1抑制剂改善小鼠心肌梗死和肢体缺血

A BACH1 inhibitor ameliorates myocardial infarction and limb ischemia in mice

作者信息Jiayi Lin, Xin Liu, Qinhan Li, Fei Ge, Jinghua Ma, Xianlong Ng, Qi Pan, Xiangxiang Wei, Qingjun Jiang, Jiayu Jin, Siyu Ma, Yunquan He, Yongbo Li, Nan Jiang, Yannan Hou, Yueyang Yu, Xiaoke Lin, Quanshan Jin, Chengguo Xu, Xinhong Wang, Xiuling Zhi, Qianqian Liang, Lindi Jiang, Elena Osto, Jieyu Guo, Xiu-Jie Wang, Dan Meng
PMID40676837
期刊Mol Ther
发布时间2025-10-01
DOI10.1016/j.ymthe.2025.07.008

实验完整度

高

包含体外HUVECs/LECs、BACH1敲除内皮细胞、心肌梗死和下肢缺血小鼠模型,并进行功能表型、机制和体内验证

主要模型

HUVECs(人脐静脉内皮细胞) 小鼠原代肺内皮细胞(LECs,Bach1WT和Bach1ECKO) 8周龄C57BL/6J小鼠心肌梗死模型 8周龄C57BL/6J小鼠后肢缺血模型

重点核对

BI033与BACH1结合位点:N端第91位丙氨酸,BACH1 91W突变后BLI无法结合(KD=9.0 ± 1.6 μM) 体外处理浓度与时间:BI033 1 μM处理HUVECs 24 h、36 h或48 h用于基因/蛋白/功能检测 心肌梗死模型给药:1 mg/kg BI033,MI术后梗死边缘区单次肌内注射,并于MI后2、4、6、10、17、24天腹腔注射 后肢缺血模型给药:1 mg/kg BI033,术前2、4天或术后0、3天肌内注射 主要终点检测:超声心动图EF/FS、Masson纤维化面积、CD31+毛细血管密度、α-SMA+小动脉密度、HO-1/VEGFA/BACH1蛋白表达

摘要

转录因子BTB和CNC同源物1(BACH1)与冠状动脉疾病风险相关,并损害缺血性损伤后的血管新生。然而,特异性BACH1抑制剂稀缺。本研究鉴定出BI033作为一种选择性BACH1抑制剂,证实其与BACH1 N端第91位丙氨酸结合。BI033在人脐静脉内皮细胞(HUVECs)中显示出比BACH1抑制剂HPPE更低的毒性。小鼠腹腔注射BI033可增强心肌梗死(MI)后梗死边缘区的血管密度,减小瘢痕面积,并改善收缩功能障碍。小鼠缺血后肢肌内注射BI033也可增强缺血组织的灌注和血管密度。机制上,BI033降低BACH1的核定位及其靶基因如血红素加氧酶-1和血管内皮生长因子A的富集,同时增强核因子E2相关因子2在HUVECs中的核积累及其靶基因的富集。此外,BI033减少BACH1-组蛋白去乙酰化酶1相互作用,提高BACH1靶基因上组蛋白3赖氨酸27乙酰化的富集,导致血管生成相关基因表达增加。因此,BACH1抑制剂BI033可作为MI和外周缺血性血管疾病的治疗方法。

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
能否鉴定特异性BACH1抑制剂,并评估其对小鼠心肌梗死和肢体缺血的治疗效果及机制。
核心机制
BI033结合BACH1 BTB结构域第91位丙氨酸,降低BACH1核定位及其靶基因富集,减少BACH1-HDAC1相互作用,提高H3K27ac并增强血管生成相关基因表达;同时促进NRF2核积累及其靶基因富集。
主要证据
BLI显示BI033与BACH1 WT高亲和力结合而不结合BACH1 91W;HUVECs和Bach1-KO LECs中BI033促增殖、迁移和成管依赖BACH1;RNA-seq、CUT&Tag、ChIP-qPCR和免疫印迹显示BI033降低BACH1/HDAC1富集、增加NRF2和H3K27ac富集;MI和HLI小鼠中BI033改善心功能、灌注和血管密度。
研究意义
BI033作为一种BACH1抑制剂,可促进血管生成并改善心肌梗死和缺血后肢灌注,作者提出其可能作为MI和外周缺血性血管疾病的治疗策略。

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

基于结构的虚拟筛选与候选化合物鉴定

从化合物库中筛选潜在BACH1抑制剂并缩小候选范围。

以人BACH1 BTB结构域2IHC_A为模板,用Modeller优化结构,对Specs数据库131,549个化合物进行Libdock对接,筛选LibDockScore >100的前106个命中物,再依据ADMET Predictor排除ADMET_Risk >6及CYP3A/CYP2D/CYP2C底物,得到11个化合物和23个类似物;通过HO-1表达筛选鉴定BI016、BI019、BI022、BI033和BI034。

2

BI033与BACH1直接结合验证

验证BI033是否直接结合BACH1并确定关键结合位点。

通过Libdock预测BACH1 BTB结构域第91位残基为候选结合位点,构建BACH1 91W突变体,用BLI检测BACH1 WT和BACH1 91W与BI033的结合亲和力;并用HO-1荧光素酶报告基因在过表达BACH1 WT或BACH1 91W的HUVECs中检测BI033效应。

3

BI033在内皮细胞中的功能验证及BACH1依赖性

确认BI033是否通过抑制BACH1促进内皮细胞血管生成功能。

从Bach1WT和Bach1ECKO小鼠分离原代肺内皮细胞(LECs),用BI033(1 μM)处理,检测Bach1、Hmox1、Vegfa mRNA,transwell迁移和EdU增殖;同时在HUVECs中检测BI033对增殖、迁移和成管的影响,并与HPPE比较。

4

BI033短期体内毒性评估

评估BI033在小鼠中的短期安全性并确定后续体内实验剂量。

对8周龄C57BL6/J雌雄小鼠每2天腹腔注射BI033(1和5 mg/kg)或vehicle,持续14天;监测体重,检测心、肝、脾、肺、肾H&E,血常规和血生化。

5

BI033在心肌梗死模型中的疗效验证

评估BI033对心肌梗死后心功能、瘢痕和血管生成的影响。

对8周龄C57BL/6J雄性小鼠行LAD结扎诱导MI,术后梗死边缘区单次肌内注射vehicle或BI033(1 mg/kg),并在MI后2、4、6、10、17、24天腹腔注射;在0、7、14、21、28天行超声心动图,28天取材进行Masson染色、CD31/α-SMA免疫染色和HO-1/VEGFA/BACH1免疫印迹。

6

BI033在后肢缺血模型中的疗效验证

评估BI033对后肢缺血后血流灌注和血管生成的影响。

对8周龄C57BL/6J雄性小鼠行股动脉结扎和切除诱导HLI,BI033(1 mg/kg)或vehicle通过术前和术后策略肌内注射;用激光多普勒成像检测血流,14天取材进行CD31/α-SMA免疫染色和HO-1/VEGFA/BACH1免疫印迹。

7

BI033促血管生成和抗炎机制解析

解析BI033促进血管生成相关基因表达及抑制炎症的分子机制。

对BI033(1 μM,36 h)处理的HUVECs进行bulk RNA-seq、CUT&Tag、ChIP-qPCR、亚细胞组分免疫印迹、免疫荧光和co-IP;检测BACH1、NRF2、HDAC1、H3K27ac在HMOX1、VEGFA、CCND1、ATF3等基因增强子/启动子的富集,以及ICAM1、VCAM1、SELE表达。

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
内皮细胞培养基ScienCell1001
内皮细胞生长补充剂ScienCell1052
DMEM培养基Invitrogen12800082
胎牛血清Invitrogen10099-141
胎牛血清ScienCell0025
DAPISigma-AldrichD9542
Triton X-100Sigma-AldrichT9284
Lipofectamine 3000转染试剂InvitrogenL3000-015
Trizol试剂Invitrogen15596018
PMSFBeyotimeST505
蛋白酶抑制剂混合物MCEHY-K0010
CCK-8MCEHY-K0301
EdUBeyotimeC0071
Masson三色染色试剂盒Yeasen60532ES66
蛋白酶KYeasen10401ES60
Protein A/G PLUS-AgaroseSanta Cruz Laboratoriessc-2003
HA Nanoab琼脂糖珠EverylabIP07
Anti-FLAG G1亲和树脂GenScriptL00432
ReverTra Ace qPCR逆转录试剂盒ToyoboFSQ-101
ChamQ SYBR qPCR预混液Vazyme BiotechQ341
Hyperactive原位ChIP文库构建试剂盒Vazyme BiotechTD901-01
JetPEI转染试剂Polyplus-Transfection SA24765-1
RNase AThermo FisherEN0531
驴血清Jackson ImmunoResearch Laboratories017-000-121
Alexa Fluor 488 AffiniPure山羊抗小鼠IgG (H + L)Jackson ImmunoResearch Laboratories115-545-003
Alexa Fluor 488 AffiniPure山羊抗兔IgG (H + L)Jackson ImmunoResearch Laboratories111-545-003
Alexa Fluor 594 AffiniPure山羊抗兔IgG (H + L)Jackson ImmunoResearch Laboratories111-585-003
Alexa Fluor 647InvitrogenB40958
CD31R&D SystemsAF3628
ACTA2Abcamab7817
594 nm偶联抗小鼠二抗ProteintechRGAM004
抗BACH1抗体Santa Cruz Laboratoriessc-271211
抗NRF2抗体HuaBioJE30-14
HO-1Abcamab52947
VEGFAProteintech19003-1-AP
NRF2ABclonalA3577
β-actinSanta Cruz Laboratoriessc-47778
GAPDHProteintech60004-1-Ig
β-tubulinProteintech10094-1-AP
组蛋白H3Cell Signaling Technology9715
HASanta Cruz Laboratoriessc-7392
FLAG标签抗体GenScriptA00187
HDAC1Active Motif91215
H3K27acEMD Millipore07–360
荧光素酶检测试剂盒PromegaE1500
NTA生物传感器Sartorius18-5101
聚偏二氟乙烯膜----
Matrigel基质胶Corning354234
Falcon 70 μm细胞筛网Corning352350
IV型胶原酶Invitrogen17104019
Dynabeads羊抗大鼠IgGThermo Fisher11035
大鼠抗小鼠CD31BD Pharmingen553370
大鼠抗小鼠CD144BD Pharmingen740933
BSAYeasen6101ES60
核质蛋白提取试剂盒BeyotimeP0028

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
HUVECs与LECs细胞实验
细胞来源、代次、培养基、处理浓度与时间:HUVECs传代1至6次,BI033 1 μM处理24 h、36 h或48 h;LECs分离自Bach1WT和Bach1ECKO小鼠
阅读提示:Methods的Cell culture and plasmid transfection、Primary culture of mouse LECs,以及Figure 1至Figure 3图注
BI033与BACH1结合验证
BACH1 WT和BACH1 91W蛋白构建、NTA Biosensor捕获条件、BI033浓度梯度、PBST缓冲液和25°C条件、KD计算方式
阅读提示:Methods的BLI,以及Figure 2E图注
心肌梗死模型及给药
小鼠品系与性别:8周龄C57BL/6J雄性;LAD结扎位置;BI033剂量1 mg/kg;梗死边缘区单次肌内注射及MI后2、4、6、10、17、24天腹腔注射;超声心动图时间点0、7、14、21、28天
阅读提示:Methods的MI model和Echocardiography,以及Figure 4A、4D、4E图注
后肢缺血模型及给药
小鼠品系与性别:8周龄C57BL/6J雄性;股动脉近端和隐动脉远端结扎并切除;BI033 1 mg/kg肌内注射,预处理为术前2和4天,后处理为术后0和3天;总注射体积40 μL;激光多普勒检测时间点
阅读提示:Methods的Ischemic hindlimb model,以及Figure 5A、5B图注
RNA-seq、CUT&Tag和ChIP-qPCR机制实验
BI033处理浓度与时间:1 μM,RNA-seq为36 h,ChIP-qPCR和亚细胞组分为24 h;RNA-seq差异基因标准fold change >1.5且p < 0.05;抗体货号;ChIP片段化大小200至400 bp;CUT&Tag细胞数50,000
阅读提示:Methods的RNA isolation, real-time qPCR, and RNA-seq;RNA-seq and analysis for HUVECs;ChIP and ChIP-qPCR;CUT&Tag,以及Figure 6和Figure 7图注
BI033体内短期毒性评估
小鼠品系与性别:8周龄C57BL6/J雌雄小鼠;BI033剂量1和5 mg/kg,腹腔注射每2天一次,持续14天;每组n = 3;血常规和血生化分析仪器
阅读提示:Methods的Acute toxicity study,以及Figure 4A–4C、Figure S3图注