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《自然·代谢》:找到运动强心密码!上海大学团队发现,来自藏药的小分子或可模拟运动的心脏保护效果

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长期以来,规律有氧运动被公认为是保护心脏最有效的方式之一,它不仅能诱导无病理性纤维化的生理性心肌肥大,还能显著增强心脏抵御缺血再灌注(IR)损伤的能力。

但可惜的是,临床上许多缺血性心脏病患者常伴有严重的行动受限或心功能衰竭,根本无法承受高强度的体育锻炼。如果我们拥有能够精准模拟运动益处的药物那就好了。

今日,《自然·代谢》杂志发表了来自上海大学呼庆勋科研团队的论文,研究者们发现,运动通过激活转录因子SP1上调戊糖磷酸途径(PPP)限速酶G6PD的表达,特异性提升心肌细胞胞质NADPH水平,通过抑制HDAC3/C/EBPβ通路促进心肌生理性生长,并清除氧化应激抵御IR损伤。

研究者还鉴定出藏药来源的小分子激活剂Lyciumspermidine-0527(LS)可作为全新的运动模拟物。


研究者在小鼠中开展了实验,4周游泳训练或8周跑台训练均可显著增加小鼠的心脏重量与胫骨长度比值(HW/TL)以及心肌细胞横截面积,同时促肥大激酶Akt磷酸化显著增强,且未引起心肌纤维化、炎症因子升高或心功能异常。

借助荧光探针,研究者首次在活体心肌细胞中观察到,运动特异性地大幅提升了胞质内的NADPH浓度及还原型谷胱甘肽(GSH)水平,而线粒体内NADPH水平并无明显改变。

实验结果显示,运动使戊糖磷酸途径(PPP)的关键限速酶葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)和下游6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶(PGD)转录及蛋白水平显著上调,驱动葡萄糖碳流向PPP中间产物。

无论是敲低G6PD还是耗竭胞质NADPH,均完全阻断了运动诱导的心脏重量增加、心肌细胞面积增大以及细胞周期/核内复制标志物(Ki67⁺/PHH3⁺)的上调,证明胞质NADPH是运动诱导心肌生理性生长不可或缺的代谢检查点。

进一步分析发现,运动诱导HIF-1α与转录因子SP1结合并转入细胞核,直接结合于G6PD启动子区促进其转录。G6PD催化生成的胞质NADPH可直接与组蛋白去乙酰化酶3(HDAC3)结合并抑制其活性。HDAC3活性的下调进而抑制了转录因子C/EBPβ,解除其对血清反应因子(SRF)的抑制,从而激活下游CITED4、Gata4、Tbx5等促肥大与心肌保护基因的表达。

在急性与慢性小鼠IR模型中,运动产生的G6PD/NADPH维持了胞质高GSH/GSSG比值。胞质内的GSH进一步通过线粒体转运体SLC25A39被运入线粒体,有效清除了IR产生的活性氧(ROS)与毒性脂质过氧化产物(4-HNE),降低了凋亡蛋白水平,从而遏制心肌细胞凋亡并减轻心脏纤维化与重构。

研究者对310种高原藏药天然化合物进行了表型筛选,成功鉴定到了小分子G6PD激活剂,来源于黑果枸杞的亚精胺衍生物Lyciumspermidine-0527(LS)。结构分析发现,LS精准嵌入G6PD由E364、Y401、Y503、W509残基构成的结合口袋,促进G6PD形成稳定的二聚体,显著提升酶活性及胞质NADPH水平。

在IR小鼠中,口服LS(10–20 mg/kg/day)展现出剂量依赖性的心脏保护作用,显著缩小心肌梗死面积,改善左心室射血分数,且高剂量组疗效与临床一线药物美托洛尔相当,安全性亦表现良好。

该研究不仅解答了“运动如何强心”的科学难题,还证明了通过药理学手段靶向激活G6PD/NADPH通路的可行性,为无法运动的心血管疾病患者带来了全新的临床干预策略。

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参考资料:

[1]Wu, D., Chen, T., Dong, X. et al. Pentose phosphate pathway-derived NADPH facilitates physiological hypertrophy and alleviates ischemia–reperfusion injury in the heart. Nat. Metab. (2026). https://doi.org/10.1038/s42255-026-01587-9


本文作者丨代丝雨

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