单体药理-IF11 1区:丹皮酚促进糖尿病性心肌病opa1线粒体融合机制

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【摘要】

糖尿病会破坏线粒体功能并经常导致糖尿病性心肌病 (DCM)。丹皮酚是一种生物活性化合物，据报道具有保护心脏和线粒体的药理学潜力。本研究旨在探讨丹皮酚对DCM线粒体疾病的影响及其潜在机制。我们发现丹皮酚促进了Opa1介导的线粒体融合，抑制了线粒体氧化应激，并在 DCM 体内和体外保持了线粒体呼吸能力和心脏性能。Opa1的敲低减弱了丹皮酚在糖尿病心脏和高糖处理心肌细胞中的上述保护作用。从机制上讲，抑制剂筛选、siRNA 敲低和染色质免疫沉淀实验表明，丹皮酚促进的 Opa1 介导的线粒体融合需要激活 Stat3，Stat3 直接与 Opa1 的启动子结合以上调其转录表达。此外，pharmmapper 筛选和分子对接研究表明，CK2α 作为丹皮酚的直接靶标，与 Jak2 相互作用并诱导 Jak2-Stat3 的磷酸化和激活。CK2α 的敲低减弱了丹皮酚对 Jak2-Stat3 磷酸化和 Opa1 介导的线粒体融合的促进作用。总的来说，我们首次证明丹皮酚是一种新型线粒体融合启动子，至少部分通过 Opa1 介导的机制来防止高血糖诱导的线粒体氧化损伤和 DCM，该过程中丹皮酚与 CK2α 相互作用并恢复其激酶随后增加 Jak2-Stat3 磷酸化和增强 Opa1 转录水平的活性。这些发现表明丹皮酚或促进线粒体融合可能 是治疗 DCM 的一种有前景的策略。

图文摘要

【前言】

丹皮酚(Pae，有名芍药酚)是一种从牡丹根中提取的生物活性化合物，具有悠久的临床应用历史。目前，中国食品药品监督管理局批准的口服药物药型包括片剂、注射剂和药膏。口服和注射Pae可有效缓解与炎症/疼痛相关的疾病，如类风湿性关节炎、头痛和肌肉疼痛。此外，据报道，Pae在心脏和线粒体保护方面具有巨大的药理潜力。事实上，已经有研究表明，Pae通过抑制氧化应激来减少缺血诱导的心肌凋亡，通过恢复线粒体膜电位和抑制细胞色素c释放来减轻谷氨酸诱导的线粒体损伤，这表明Pae对线粒体具有保护作用。

鉴于促进线粒体融合对于维持线粒体稳态和正常心功能至关重要，研究Pae在DCM模型中是否是一种有效的线粒体融合启动子是值得的。在本研究中，我们探讨了Pae对糖尿病心脏体内和高血糖治疗原代心肌细胞心脏病理和线粒体融合/裂变动力学的影响，特别关注Pae促进线粒体融合的分子机制。我们的研究结果表明，Pae是一种新的线粒体融合启动子，通过CK2α-Stat3-Opa1信号通路保护DCM。

【结果部分】

1.Pae促进了高糖(HG)处理的心肌细胞中opa1相关的线粒体融合，增强了线粒体呼吸能力。

2.用siRNA敲除Opa1，减弱了Pae对线粒体氧化应激的抑制作用，并减弱了Pae对高糖(HG)处理的心肌细胞线粒体融合和线粒体呼吸能力的促进作用。

3.Pae可减轻糖尿病诱导的大鼠心功能异常。

4.Pae可减轻糖尿病心脏的结构异常，抑制心肌细胞凋亡和氧化应激。

5.Pae促进糖尿病心脏中opa1相关的线粒体融合，恢复线粒体功能。

6.用AAV-Opa1shRNA敲除Opa1可减弱Pae在糖尿病心脏中的心脏保护作用。

7.Pae以stat3依赖的方式促进opa1介导的线粒体融合，抑制线粒体氧化应激。

8.Pae与CK2α相互作用，恢复了高糖(HG)处理的心肌细胞中CK2α的活性。

9.在高糖(HG)处理的心肌细胞中，用siRNA敲除CK2α可减弱Pae对Jak2和Stat3磷酸化以及opa1介导的线粒体融合的促进作用。

7.示意图：Pae通过激活CK2α-Jak2-Stat3通路促进opa1介导的线粒体融合，从而减轻糖尿病心肌病。

Pae与糖尿病失活的CK2α结合，恢复其活性，随后与Jak2相互作用，并诱导Jak2-Stat3信号通路的磷酸化和激活。激活的Stat3与Opa1启动子结合，促进Opa1介导的线粒体融合。随后，Pae诱导的Opa1上调促进线粒体融合，抑制线粒体来源的氧化应激，保留线粒体功能，预防糖尿病心肌病。

【结论与讨论】

总之，我们的研究提供了新的证据表明Pae促进线粒体融合和保护至少部分通过上调糖尿病心肌病表达，Pae与CK2α相互作用，恢复其激酶活性，随后增加Jak2-Stat3磷酸化和增强Opa1的转录水平。这些发现提示Pae或促进线粒体融合可能是治疗DCM患者的一种新的潜在选择。

本文构建糖尿病动物模型，研究糖尿病对心肌功能的影响，然后体外用高糖诱导心肌细胞造模，研究体外作用和机制，最终得到治疗糖尿病心肌的作用结论。