《Archives of Biochemistry and Biophysics》：Mitochondria-Targeted Cardioprotection of Gentianella acuta Xanthones in Doxorubicin-Induced Heart Failure Through AMPK/PGC-1α Activation
编辑推荐：
心衰相关线粒体功能障碍的AMPK/PGC-1α通路靶向治疗机制研究，通过网络药理学和体外/体内实验发现黄烷酮类化合物XAN可改善DOX诱导HF rat模型的能量代谢，抑制心肌细胞凋亡，维持线粒体结构功能，其机制与激活AMPK/PGC-1α通路相关。
魏玉欣|袁慧月|吴丽红|杨德强|王萌|孙艳萍|王振月|匡海雪|王志斌
教育部北方药用植物基础与应用研究重点实验室，黑龙江中医药大学，150040，哈尔滨，中国
摘要
背景
心力衰竭（HF）与线粒体功能障碍和能量代谢紊乱密切相关。多柔比星（DOX）诱导的心肌病是研究线粒体驱动的心力衰竭的常用模型。Gentianella acuta（GA）是一种传统草药，具有心脏保护作用，但其主要活性成分黄酮类化合物在心力衰竭中的机制尚未完全明了。
方法
本研究采用网络药理学、体外心肌细胞损伤模型和体内DOX诱导的心力衰竭大鼠模型相结合的方法，来阐明GA来源的黄酮类化合物（XAN）的心脏保护机制。通过网络药理学分析预测关键靶点和信号通路，并利用H9c2细胞和心力衰竭大鼠系统评估线粒体功能、心肌细胞凋亡、心脏功能、超微结构变化、能量代谢指标以及AMPK/PGC-1α通路相关蛋白。
结果
网络药理学研究表明，AMPK通路是XAN在心力衰竭中的关键靶点。在H9c2心肌细胞中，XAN可减轻DOX引起的线粒体膜电位丢失和细胞凋亡，同时增加AMPK的磷酸化水平并上调PGC-1α和SIRT1的表达。在DOX诱导的心力衰竭大鼠中，XAN改善了心脏舒张功能，缓解了心电图异常，减少了心肌细胞凋亡，并保持了线粒体超微结构。XAN还通过增加ATP生成和线粒体酶活性来恢复心肌能量代谢，同时降低了与心力衰竭相关的生物标志物。这些效应具有剂量依赖性，并与AMPK/PGC-1α通路的激活密切相关。
结论
XAN通过激活AMPK/PGC-1α通路重新编程心肌能量代谢，从而提供针对DOX诱导的心力衰竭的线粒体保护作用。这些发现为XAN作为心力衰竭代谢干预的天然候选物提供了机制证据。
引言
心力衰竭（HF）是一种复杂且进行性的临床综合征，是多种心血管疾病的终末阶段，仍然是全球发病率和死亡率的主要原因[1]。尽管在药物治疗和设备治疗方面取得了进展，但心力衰竭患者的预后仍然较差，这凸显了迫切需要新的治疗策略[2]。越来越多的证据表明，心力衰竭不仅仅是血流动力学障碍，从根本上说是心肌能量代谢紊乱的疾病，其特征是线粒体功能障碍、代谢不灵活和ATP生成不足[3]。因此，恢复线粒体功能和心脏能量平衡已成为心力衰竭的治疗新方向。
多柔比星（DOX）是一种有效的蒽环类化疗药物，可引起累积性和不可逆的心脏毒性，其病理特征与心力衰竭非常相似[4]。DOX诱导的心肌病表现为线粒体结构损伤、过度氧化应激、线粒体呼吸抑制和严重的能量代谢紊乱，最终导致心肌细胞凋亡和心脏功能障碍[5]。由于这些特点，DOX诱导的心力衰竭模型被广泛用于研究线粒体功能障碍引起的心脏损伤，并评估针对线粒体的保护干预措施[6]。
在调控心脏能量代谢的信号通路中，5′-腺苷一磷酸激活的蛋白激酶（AMPK）作为主要的细胞能量传感器，在能量压力下维持代谢平衡[7]。AMPK的激活促进ATP生成途径，同时抑制耗能过程，从而保护心肌细胞的存活。过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α（PGC-1α）是AMPK的关键下游效应物，负责调控线粒体生物发生、氧化磷酸化和脂肪酸氧化[8]。AMPK/PGC-1α信号通路的失调与线粒体功能障碍、ATP合成减少和心力衰竭进展密切相关[9]。因此，针对AMPK/PGC-1α通路已成为改善心力衰竭线粒体功能和心脏功能的潜在策略[10]。
传统中药具有多组分和多靶点的特性，特别适合治疗如心力衰竭这样的复杂多因素疾病。Gentianella acuta（GA）是中国北方广泛用于治疗心血管疾病的传统草药[11]。现代药理学研究表明，GA具有心脏保护作用，包括抗氧化、抗凋亡和抗炎活性[12]。植物化学研究确定黄酮类化合物是GA的主要活性成分[13]，越来越多的证据表明黄酮类化合物对线粒体功能和氧化应激具有调节作用[14]。先前的研究表明，GA提取物和富含黄酮的组分可减轻心肌缺血损伤并改善心脏功能[15]，但GA来源的黄酮类化合物（XAN）在心力衰竭中调节线粒体能量代谢的精确分子机制仍不清楚[16]。
网络药理学已成为阐明传统草药复杂多靶点机制的有效系统方法[17]。通过将生物信息学预测与实验验证相结合，网络药理学能够识别疾病调控的关键信号通路和分子网络[18]。然而，基于网络的预测需要严格的实验验证来确立因果关系，特别是在针对心力衰竭的线粒体治疗背景下[19]。
在本研究中，我们结合了网络药理学、体外心肌细胞损伤模型和体内DOX诱导的心力衰竭大鼠模型，系统研究了XAN的心脏保护作用及其机制。这是首次证明XAN通过激活AMPK–PGC-1α信号通路重新编程线粒体能量代谢，从而提供XAN作为心力衰竭潜在线粒体治疗候选物的机制证据。
部分内容
黄酮类化合物的潜在靶蛋白
使用PubChem Compound数据库将黄酮类化合物转换为标准的SDF和SMILE格式。随后，利用SMILE格式在Swiss Target Prediction数据库中探索潜在靶点。从上述来源获得的靶点被视为黄酮类化合物的相关靶点，并去除了重复项。为了提高预测结果的准确性，我们选择了得分≥4.0的靶蛋白进行保留。
网络药理学预测
使用Swiss Target Prediction数据库对心力衰竭相关靶点进行了全面筛选，重点关注黄酮类化合物的30种活性成分。通过Genecards和Disgenet数据库的数据，分别获得了13253个和1499个初始靶点。去除重复项后，共得到13396个独特的心力衰竭相关靶点。黄酮类化合物相关靶点与心力衰竭相关靶点的交集分析确定了258个共同靶点
讨论
心力衰竭仍然是全球主要的健康负担，线粒体功能障碍日益被认为是心力衰竭进展的核心病理驱动因素。在本研究中，我们通过整合网络药理学和全面的体外及体内验证，系统研究了GA的主要活性成分黄酮类化合物的心脏保护作用。我们的发现表明，XAN对DOX诱导的心脏损伤具有显著的保护作用
结论
总之，本研究表明，GA的主要活性成分黄酮类化合物对DOX诱导的心力衰竭具有显著的保护作用。通过体外和体内实验的结合，我们发现XAN能有效抑制心脏功能障碍的发展，缓解心力衰竭相关的心电图异常，并保持线粒体超微结构和功能。从机制上看，这些有益效果密切相关
数据可用性声明
本研究使用的所有数据均可在本文中找到。
CRediT作者贡献声明
袁慧月：数据可视化。魏玉欣：撰写、审稿和编辑。杨德强：数据分析。吴丽红：实验研究。孙艳萍：数据验证。王萌：数据管理。匡海雪：项目管理和概念构思。王振月：资源获取。王志斌：资金筹措和数据管理
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
资助
本研究得到了寒区心血管疾病国家重点实验室（SKLFZCD）哈尔滨医科大学（编号：HDHY2024015）的开放项目计划、黑龙江中医药大学的研究生研究和创新计划（编号：2024yjscx102）、黑龙江的重点研发计划（编号：GA22B012）、教育部的高等学校博士研究生教育计划专项研究基金（编号：20132327120002）以及优秀创新的支持
