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Acta Pharmacol Sin I 天然异黄酮射干素靶向EGFR-EGR2-Acot1轴改善HFpEF心肌脂质代谢异常!

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2026年9月18日,浙江大学医学院附属邵逸夫医院、浙江省心血管介入与精准医学重点实验室等单位研究团队在Acta Pharmacologica Sinica(中科院2区,IF=10.4)发表题为 “Tectorigenin alleviates HFpEF by targeting the EGFR-EGR2-Acot1 axis to improve myocardial lipid metabolism” 的研究论文。该研究由 Li-guo Wang 和 Ke Lin 共同第一作者完成,Guo-sheng Fu 和 Ya-ting Xu 为通讯作者。


射干素(Tectorigenin, Tec)是一种来源于传统中药的异黄酮类活性成分,已有研究提示其具有抗炎、抗氧化及代谢调节等多种药理作用。然而,Tec是否能够改善射血分数保留型心力衰竭(heart failure with preserved ejection fraction, HFpEF),以及其潜在分子机制仍未完全明确。该研究建立高脂饮食(high-fat diet, HFD)联合L-NAME诱导的HFpEF小鼠模型,并结合RNA测序、网络药理学、分子对接、表面等离子共振(surface plasmon resonance, SPR)、pull-down实验、染色质免疫共沉淀(ChIP)以及基因干预等多种技术,系统解析Tec发挥心脏保护作用的分子基础。

研究发现,Tec能够改善HFpEF小鼠的心脏舒张功能、心肌重构以及运动耐力,并且在HFpEF建立后给予Tec仍具有治疗作用。在细胞水平,Tec可缓解棕榈酸(palmitic acid, PA)诱导的心肌细胞脂毒性。机制研究进一步发现,Tec能够直接结合表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor, EGFR),抑制EGFR异常激活,并通过EGFR-EGR2轴上调酰基辅酶A硫酯酶1(Acyl-CoA thioesterase 1, Acot1),改善心肌脂质代谢稳态。

该研究揭示了“Tec–EGFR–EGR2–Acot1”调控轴在HFpEF中的作用,为靶向心肌脂质代谢异常改善HFpEF提供了新的潜在干预策略。

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【摘 要】

背景:

射血分数保留型心力衰竭(heart failure with preserved ejection fraction, HFpEF)约占全球心力衰竭病例的50%,但目前针对该疾病的有效靶向治疗仍然有限。射干素(Tectorigenin, Tec)是一种来源于传统中药的活性异黄酮类化合物,具有多种心血管保护作用,但其在HFpEF中的治疗潜力及作用机制尚不明确。

目的:

本研究旨在评价Tec对HFpEF的治疗作用,并解析其潜在分子机制。

方法:

研究采用高脂饮食(HFD)联合L-NAME建立HFpEF小鼠模型。在体内实验中,通过超声心动图、组织学染色、运动耐力测试、代谢检测以及分子生物学分析评价Tec作用。在体外实验中,利用棕榈酸(PA)刺激的新生大鼠心室肌细胞(neonatal rat ventricular myocytes, NRVMs)模拟心肌细胞脂毒性。此外,研究结合RNA测序、网络药理学、分子对接、表面等离子共振(SPR)、pull-down实验、染色质免疫共沉淀(ChIP)以及基因沉默技术探索作用机制。

结果:

Tec能够减缓HFpEF进展,并且在HFpEF模型建立后给予Tec仍保持治疗效果。在体外,Tec能够减轻PA诱导的心肌细胞脂毒性。

机制研究发现,Tec可直接结合EGFR蛋白的E762/M793位点,并抑制EGFR异常激活。EGFR信号受到抑制后,下游EGFR-EGR2轴受到调控,进一步促进Acot1表达,从而改善心肌脂质代谢稳态。

心脏特异性Acot1敲低或药理学激活EGFR均可明显削弱Tec对心脏功能、心肌重构以及脂质代谢改善的作用。

结论:

Tec通过调控EGFR-EGR2-Acot1信号轴改善HFpEF,其作用机制与恢复心肌脂质代谢稳态密切相关,提示EGFR-EGR2-Acot1轴可能成为HFpEF治疗中的潜在干预方向。


01

研究背景及科学问题

心力衰竭(heart failure, HF)是一种由多种结构或功能异常导致的复杂临床综合征,可引起心室收缩和(或)舒张功能障碍,进一步导致心输出量下降、外周组织灌注不足以及肺循环和全身循环淤血。射血分数保留型心力衰竭(HFpEF)是心力衰竭的重要亚型,约占全球心衰病例的50%。然而,与射血分数降低型心力衰竭(HFrEF)相比,HFpEF目前仍缺乏明确有效的靶向治疗策略。现有用于HFrEF治疗的多种药物在HFpEF患者中的获益有限,目前钠-葡萄糖协同转运蛋白2抑制剂(SGLT2 inhibitors, SGLT2i)是少数被证实能够改善HFpEF预后的药物类别之一,但其具体作用机制仍未完全明确。因此,寻找新的HFpEF治疗靶点具有重要意义。

近年来,来源于传统中药的天然活性单体因具有多靶点调控、低毒性以及丰富药理活性的特点,逐渐成为心血管疾病干预研究的重要方向。射干素(Tec)是一种异黄酮类化合物,主要存在于射干(Iris tectorum)根部以及葛花(Pueraria lobata)中。已有研究发现,Tec具有抗癌、降糖、肝保护、抗炎、抗氧化以及神经保护等多种药理活性。

在心血管疾病研究中,Tec已被报道能够减轻压力负荷诱导的心肌肥厚,并改善糖尿病相关心肌纤维化,同时可通过抑制铁死亡减轻脓毒症相关心肌损伤。这些研究提示Tec具有潜在心脏保护作用。然而,目前尚无系统研究明确Tec是否能够直接改善HFpEF,以及其发挥心肌保护作用的具体分子机制。

表皮生长因子受体(EGFR)是一种重要的跨膜信号分子,在组织发育及疾病过程中发挥关键作用。已有研究发现,异常激活EGFR参与病理性心脏重构和心肌纤维化过程,而抑制EGFR信号能够改善部分心脏疾病模型中的舒张功能障碍。然而,Tec是否能够通过调节EGFR相关通路改善HFpEF仍有待研究。

此外,Acot1作为酰基辅酶A硫酯酶家族成员,在脂质代谢稳态调控中发挥重要作用。Acot1能够调节脂肪酸代谢,并在多种心肌损伤模型中发挥保护作用。由于脂质代谢紊乱和PPAR-α通路异常是HFpEF的重要病理特征,因此研究Tec与Acot1是否参与调控心肌脂质代谢,对于揭示HFpEF新的治疗机制具有重要意义。

02

重要发现及亮点

射干素可改善HFpEF小鼠心脏舒张功能并减轻心肌重构

为了明确射干素(Tectorigenin, Tec)是否能够改善射血分数保留型心力衰竭(HFpEF)的疾病表型,研究人员首先采用高脂饮食(high-fat diet, HFD)联合L-NAME的“两击(two-hit)”策略建立HFpEF小鼠模型。

研究人员使用8周龄雄性C57BL/6小鼠,通过HFD(60%热量来源于猪油)联合L-NAME饮水刺激诱导HFpEF模型。经过8周“两击”处理后,小鼠表现出明显的心脏舒张功能障碍,而收缩功能未发生明显改变。超声心动图检测显示,模型小鼠E/A和E/e′比值升高,提示左心室充盈压力增加;斑点追踪超声分析显示心肌整体纵向应变(global longitudinal strain, GLS)下降;冠状动脉血流储备(coronary flow reserve, CFR)亦受到损害。

在确认模型建立后,研究人员进一步评价Tec对HFpEF发生发展的影响。实验设置正常饮食对照组、HFpEF模型组以及低、高剂量Tec干预组,其中Tec剂量分别为25 mg/kg/d和75 mg/kg/d,经口灌胃给予。结果显示,Tec能够显著减轻HFpEF小鼠心脏舒张功能障碍,同时不影响射血分数(ejection fraction, EF),提示Tec主要改善心脏舒张功能,而非增强收缩功能。

进一步组织学分析显示,Tec能够改善HFpEF小鼠心脏扩大及心肌纤维排列紊乱。H&E染色显示Tec减轻了心脏结构异常;Masson三色染色和Sirius Red染色证实Tec减少了心肌纤维化,其中高剂量Tec作用更加明显。此外,Tec降低了肺重量/胫骨长度(LW/TL)比值,提示其能够缓解HFpEF相关肺淤血。

在功能评价方面,跑台运动实验显示Tec提高了HFpEF小鼠运动耐力,高剂量处理组改善更加明显。Western blot检测进一步发现,Tec呈剂量依赖性降低心肌纤维化相关蛋白Periostin(Postn)、α-SMA、CTGF以及心衰标志物ANP的表达。

此外,研究人员进一步观察Tec对HFpEF相关病理过程的影响。WGA染色和HW/TL比值分析显示,Tec能够减轻心肌细胞肥大;HFpEF模型中升高的MYH7以及炎症相关因子TNF-α、MCP-1表达均可被Tec剂量依赖性抑制。同时,Tec能够减少HFpEF心肌细胞凋亡水平,降低cleaved-caspase3表达异常变化。

除心脏表型外,Tec还改善了HFpEF相关代谢异常。Tec处理后,小鼠体重下降,葡萄糖耐量改善,血液胆固醇水平降低,同时收缩压和舒张压均下降。

综上,Tec能够有效抑制HFpEF模型中的心脏舒张功能障碍、心肌纤维化、心肌肥厚、炎症反应以及代谢异常,提示Tec具有改善HFpEF疾病进程的潜在作用。


图1:Tec prevents the progression of HFpEF in mice.

图1 射干素(Tec)可阻止HFpEF小鼠疾病进展。

a,动物实验处理时间流程图。

b,代表性M型超声心动图图像。右侧显示小鼠射血分数(EF)。

c,代表性二尖瓣血流速度图(上图)和二尖瓣环组织多普勒成像(TDI)图(下图)。右侧显示小鼠E/A和E/e′比值。

d,代表性心肌纵向应变图像。右侧显示小鼠整体纵向应变(GLS)。

e,代表性小鼠完整心脏H&E染色图像。

f,代表性Masson三色染色和Sirius Red染色心肌纤维化区域图像。右侧显示纤维化区域比例。

g,肺重量/胫骨长度(LW/TL)比值。

h,跑台耐力实验中的运动距离。

i,心脏组织中Postn、α-SMA、CTGF和ANP蛋白表达的代表性Western blot图像,GAPDH作为内参。右侧显示灰度定量分析。

a–i,每组n=7。

****P < 0.0001,与Chow组相比;

< 0.05,# < 0.01,## < 0.001,### < 0.0001,与HFpEF组相比;

&P < 0.05,&&P < 0.01,与HFpEF+TEC25组相比。

EF,射血分数(ejection fraction);E/A,舒张早期二尖瓣血流速度/舒张晚期二尖瓣血流速度;E/e′,舒张早期二尖瓣血流速度/二尖瓣环舒张早期速度;GLS,整体纵向应变(global longitudinal strain);LW/TL,肺重量/胫骨长度。


射干素在HFpEF建立后仍具有治疗作用

在明确Tec能够预防HFpEF发生后,研究人员进一步探讨Tec对于已经形成的HFpEF是否仍具有治疗效果。

研究人员首先利用HFD联合L-NAME刺激小鼠8周建立HFpEF模型,随后继续给予Tec或vehicle处理4周,以模拟疾病形成后的干预模式。结果显示,与vehicle处理组相比,HFpEF建立后给予Tec并未改变射血分数(EF),但显著改善心脏舒张功能,表现为E/A和E/e′比值降低。

同时,Tec治疗改善了心肌功能指标,包括GLS升高、肺淤血减轻、运动耐力增加以及心脏肥厚减轻。进一步检测发现,Tec恢复了HFpEF小鼠心肌CPT1活性,并降低Postn、α-SMA、CTGF以及ANP等纤维化和心衰相关蛋白水平。组织学分析同样显示Tec减少了Masson染色和Sirius Red染色所反映的心肌纤维化。

这些结果表明,Tec不仅能够预防HFpEF相关病理改变,在HFpEF形成后仍具有一定治疗作用。


射干素缓解PA诱导的心肌细胞脂毒性

为了进一步探索Tec保护心肌的细胞基础,研究人员建立棕榈酸(palmitic acid, PA)诱导的新生大鼠心室肌细胞(neonatal rat ventricular myocytes, NRVMs)脂毒性模型。

首先,通过CCK-8实验评价Tec的细胞毒性。结果显示,80 μM Tec处理导致明显细胞毒性并降低细胞活力。因此,后续实验选择20 μM和40 μM Tec作为干预浓度。

在PA刺激条件下,心肌细胞活力明显下降,而20 μM和40 μM Tec均能够发挥保护作用。进一步Western blot检测发现,PA诱导pro-caspase3降低、cleaved-caspase3升高,提示细胞凋亡增加;Tec处理能够逆转这些变化,减少PA诱导的心肌细胞凋亡。

流式细胞术Annexin V/PI双染结果进一步验证,PA显著增加心肌细胞凋亡比例,而Tec能够降低凋亡细胞比例。

此外,PA刺激导致心肌细胞脂滴大量积累。Oil Red O染色显示,Tec能够显著减少细胞内脂滴沉积,缓解脂质过载。同时,PA诱导的ROS过量产生也被Tec明显抑制,提示Tec能够减轻氧化应激损伤。

因此,体外实验表明,Tec能够通过抑制凋亡、脂质积累以及氧化应激,缓解PA诱导的心肌细胞脂毒性。


图2:Tec mitigates PA-mediated cardiomyocyte lipotoxicity.

图2 射干素(Tec)缓解PA介导的心肌细胞脂毒性。

a,CCK-8检测不同浓度Tec处理NRVMs后的细胞活力。n=3/组。****P < 0.0001,与0 μM Tec相比。

b,PA处理NRVMs后,不同浓度Tec干预的细胞活力检测。n=3/组。****P < 0.0001,与0 μM PA相比;## < 0.001,### < 0.0001,与400 μM PA相比。

c,NRVMs中pro-caspase3和cleaved-caspase3蛋白表达的代表性Western blot图像,GAPDH作为内参。右侧显示灰度定量分析。

d,Annexin V/PI双染流式细胞术检测NRVMs凋亡的代表性结果。右侧显示凋亡率相对定量。

e,NRVMs脂滴积累的Oil Red O染色代表性图像。右侧显示细胞内脂滴沉积相对定量。

f,NRVMs中ROS水平荧光检测代表性图像。右侧显示ROS荧光强度相对定量。

c–f,每组n=5。

****P < 0.0001,与Vehicle组相比;

< 0.05,## < 0.001,### < 0.0001,与PA组相比;

&P < 0.05,与PA+TEC 20 μM组相比。

CCK-8,细胞计数试剂盒-8;ROS,活性氧。

射干素通过上调Acot1改善HFpEF心肌脂质代谢异常

为了进一步解析Tec改善HFpEF的分子机制,研究人员对正常对照组、HFpEF模型组以及Tec干预HFpEF组小鼠左心室组织进行了RNA测序(RNA sequencing, RNA-seq)分析。

首先,主成分分析(principal component analysis, PCA)结果显示,三组样本在转录表达谱上形成了明显不同的聚类,提示HFpEF模型建立以及Tec干预均导致了显著的基因表达变化。研究人员进一步筛选HFpEF组与HFpEF+Tec组之间的差异表达基因(differentially expressed genes, DEGs),筛选标准为校正后P值(adjusted P value)<0.05以及绝对log2 fold change > log2 1.5。

KEGG通路富集分析显示,Tec干预后发生变化的差异基因主要富集于脂质代谢相关通路,而脂质代谢异常被认为是HFpEF发生发展的重要病理基础。进一步基因集富集分析(gene set enrichment analysis, GSEA)显示,与HFpEF模型组相比,Tec处理组心肌组织脂肪酸降解能力明显增强,提示脂肪酸代谢恢复可能是Tec改善HFpEF的重要机制之一。

与转录组分析结果一致,Tec能够逆转HFpEF状态下脂肪酸代谢关键调控蛋白的异常变化,包括肉碱棕榈酰转移酶1B(carnitine palmitoyltransferase 1B, CPT1B)、羟酰辅酶A脱氢酶亚基(hydroxyacyl-CoA dehydrogenase trifunctional multienzyme complex subunit alpha, HADHA)、过氧化物酶体增殖物激活受体α(peroxisome proliferator-activated receptor alpha, PPAR-α)以及NADH脱氢酶铁硫蛋白8(NDUFS8)。同时,Tec恢复了心肌PGC-1α和CPT1A表达,提示其可能促进线粒体氧化代谢以及脂肪酸进入线粒体的过程。

进一步检测显示,Tec处理显著提高HFpEF小鼠心肌CPT1活性,而CPT1是介导肉碱依赖性脂质转运进入线粒体的重要酶。

随后,研究人员通过Venn分析进一步筛选Tec调控的关键候选基因。在Control与HFpEF比较中获得462个差异表达基因,在HFpEF与HFpEF+Tec比较中获得488个差异表达基因,两组交集获得99个共同基因。经过低表达基因过滤后,最终筛选得到13个候选基因。

在这些候选基因中,Acot1表现出最显著的Tec响应变化。Acot1编码酰基辅酶A硫酯酶1(Acyl-CoA thioesterase 1),是调控脂质代谢的重要蛋白。火山图分析显示,Tec处理后Acot1以及多个脂质代谢相关基因表达明显升高。进一步热图分析显示,Tec降低了损伤、心室重构以及脂质代谢异常相关基因表达,同时进一步提高Acot1水平。

RT-qPCR验证结果显示,在Tec诱导升高的多种脂质代谢相关基因中,Acot1表达升高最为显著;Western blot进一步证实,HFpEF小鼠心肌中Acot1蛋白水平升高,并且Tec处理后进一步增加。

这些结果提示,Acot1可能是Tec改善HFpEF过程中调控心肌脂质代谢的重要下游分子。


图3:Tec upregulates Acot1 and ameliorates lipid metabolism in HFpEF heart.

图3 射干素(Tec)上调Acot1并改善HFpEF心脏脂质代谢。

a,正常对照组、HFpEF组以及HFpEF+Tec组左心室组织RNA测序样本的主成分分析(PCA)。

b,HFpEF组与HFpEF+Tec组之间差异表达基因的KEGG通路富集分析。

c,HFpEF组与HFpEF+Tec组之间脂肪酸降解通路的基因集富集分析(GSEA)。

d,Western blot检测心肌组织中脂肪酸代谢相关蛋白CPT1B、HADHA、PPAR-α和NDUFS8表达水平。右侧显示灰度定量分析。

e,心肌CPT1活性检测。

f,Control与HFpEF组以及HFpEF与HFpEF+Tec组差异表达基因交集分析的Venn图。

g,差异表达基因火山图分析。

h,候选基因表达热图分析。

i,RT-qPCR检测心肌组织中候选脂质代谢相关基因表达。

j,Western blot检测心肌组织中Acot1蛋白表达水平,GAPDH作为内参。右侧显示灰度定量分析。

a–j实验具体样本量及统计学信息见原文图注。

射干素通过Acot1介导改善HFpEF心脏功能及脂质代谢稳态

在发现Tec能够上调Acot1表达并改善HFpEF心肌脂质代谢后,研究人员进一步验证Acot1是否是Tec发挥心脏保护作用的关键介质。

研究人员利用AAV9-cTNTp-shAcot1病毒系统实现心脏特异性Acot1敲低,并评价Acot1缺失对Tec治疗效果的影响。AAV9-cTNTp-shAcot1经尾静脉注射后,可使心肌组织Acot1蛋白表达降低约60%,且这种敲低具有心脏组织特异性,在肝脏、肾脏、脑以及骨骼肌中未观察到明显Acot1表达变化。进一步分离心肌细胞(cardiomyocytes, CMs)、心脏成纤维细胞(fibroblasts, FBs)以及内皮细胞(endothelial cells, ECs)后发现,Acot1主要在心肌细胞中被有效敲低,而成纤维细胞和内皮细胞中的Acot1水平未明显改变。

随后,研究人员在HFpEF小鼠中评价Acot1敲低对于Tec保护作用的影响。结果显示,Acot1敲低并未明显影响Tec对于心肌收缩功能的改善,但显著削弱了Tec对舒张功能的保护作用。超声心动图分析显示,Acot1敲低后,左心室充盈压力指标E/A和E/e′比值升高,Tec改善心室顺应性的作用部分消失。

组织学检测进一步证实,Acot1缺失削弱了Tec改善心脏扩大和心肌纤维化的效果。Masson三色染色及Sirius Red染色显示,Acot1敲低后Tec减少纤维化面积的能力明显下降。同时,Tec改善肺淤血和运动耐力的作用也受到明显影响。

Western blot检测发现,Tec能够降低HFpEF小鼠心肌纤维化相关蛋白Postn、α-SMA、CTGF以及心衰标志物ANP表达,而Acot1敲低部分逆转了这些作用。此外,Acot1缺失还削弱了Tec对于心肌肥大、炎症反应、细胞凋亡以及脂肪酸氧化相关蛋白恢复的调节作用,并降低Tec恢复CPT1活性的能力。

值得注意的是,心肌特异性Acot1敲低并未影响Tec对于代谢综合征指标和循环血压的改善,提示Acot1主要介导Tec在心肌局部的保护作用,而不是其全身代谢调节效应。

进一步研究Acot1本身在HFpEF中的作用发现,在HFD+L-NAME诱导的HFpEF模型中,Acot1敲低本身即可进一步加重舒张功能障碍、降低心肌应变能力、增加肺淤血和心肌肥厚,并降低运动耐力。同时,Acot1缺失降低心肌CPT1活性,提高Postn、α-SMA、CTGF和ANP表达,并促进心肌纤维化。

这些结果说明,Acot1不仅是Tec发挥保护作用的重要下游分子,同时也是维持HFpEF心肌脂质代谢稳态和功能的重要保护性调控因子。


射干素通过Acot1缓解PA诱导的心肌细胞脂毒性

为了进一步明确Acot1在Tec改善心肌细胞脂毒性中的作用,研究人员在PA刺激的NRVM模型中进行了验证。

首先,研究人员检测PA和Tec处理后Acot1蛋白水平变化。结果显示,与动物实验结果一致,PA刺激能够提高Acot1蛋白表达,而Tec处理可进一步剂量依赖性增加Acot1水平。随后利用siRNA敲低Acot1表达,建立Acot1缺失细胞模型。

在PA刺激条件下,心肌细胞出现凋亡增加表现,包括pro-caspase3下降以及cleaved-caspase3升高。Tec能够逆转这些变化,但Acot1敲低后,Tec调节凋亡相关蛋白的作用明显减弱。流式细胞术进一步显示,Tec能够降低PA诱导的心肌细胞凋亡比例,而Acot1缺失削弱了这一抗凋亡作用,使细胞凋亡水平恢复至接近PA模型组。

在脂质代谢方面,Tec能够减少PA诱导的细胞内脂滴积累并缓解脂质过载,而Acot1敲低阻断了Tec清除脂滴的作用,使脂滴数量和面积明显增加。ROS检测进一步显示,Tec能够抑制PA诱导的ROS升高,但Acot1缺失可逆转这一抗氧化作用。

进一步的直接结合实验显示,Tec并不能直接结合Acot1。体外pull-down实验以及细胞热迁移实验(cellular thermal shift assay, CETSA)均未发现Tec与Acot1之间存在直接结合关系。

因此,Acot1虽然是Tec发挥保护作用的重要靶点,但Tec并非通过直接结合Acot1发挥作用,而是需要进一步寻找Tec调控Acot1表达的直接作用分子。


图4:Knockdown of Acot1 blocks the protective effects of Tec in HFpEF.

图4 Acot1敲低阻断射干素(Tec)对HFpEF的保护作用。

a,动物实验处理时间流程图。

b,代表性M型超声心动图图像。右侧显示小鼠EF。

c,代表性二尖瓣血流速度图(上图)及二尖瓣环TDI图(下图)。右侧显示E/A和E/e′比值。

d,代表性心肌纵向应变图像。右侧显示GLS。

e,代表性小鼠完整心脏H&E染色图像。

f,代表性Masson三色染色和Sirius Red染色心肌纤维化区域图像。右侧显示纤维化面积比例。

g,LW/TL比值。

h,跑台耐力实验运动距离。

i,心脏组织中Postn、α-SMA、CTGF和ANP蛋白表达的代表性Western blot图像,GAPDH作为内参。右侧显示灰度定量分析。

a–i,每组n=7。

****P < 0.0001,与Chow组相比;

## < 0.001,### < 0.0001,与HFpEF组相比;

&P < 0.05,&&P < 0.01,&&&P < 0.001,&&&&P < 0.0001,与HFpEF+Tec75组相比。

EF,射血分数;E/A,舒张早期二尖瓣血流速度/舒张晚期二尖瓣血流速度;E/e′,舒张早期二尖瓣血流速度/二尖瓣环舒张早期速度;GLS,整体纵向应变;LW/TL,肺重量/胫骨长度。


图5:Acot1 knockdown impairs Tec’s protection against cardiomyocyte lipotoxicity.

图5 Acot1敲低削弱射干素对心肌细胞脂毒性的保护作用。

a,NRVMs中Acot1蛋白表达的代表性Western blot图像,GAPDH作为内参。右侧显示灰度定量分析。n=5/组。

***P <0.001,****P <0.0001,与0 μM Tec相比。

b,NRVMs中Acot1 siRNA敲低效率检测的代表性Western blot图像,GAPDH作为内参。右侧显示灰度定量分析。n=3/组。

***P <0.001,与NCsi相比。

c,NRVMs中pro-caspase3和cleaved-caspase3蛋白表达代表性Western blot图像,GAPDH作为内参。右侧显示灰度定量分析。

d,Annexin V/PI双染流式细胞术检测NRVMs凋亡代表性结果。右侧显示凋亡率相对定量。

e,NRVMs脂滴积累Oil Red O染色代表性图像。右侧显示细胞内脂滴沉积定量。

f,NRVMs ROS水平荧光检测代表性图像。右侧显示ROS荧光强度定量。

c–f,每组n=5。

****P <0.0001,与Vehicle组相比;

## <0.001,### <0.0001,与PA组相比;

&P <0.05,&&P <0.01,与PA+Tec 40 μM组相比。

ROS,活性氧;siRNA,小干扰RNA。


射干素直接结合EGFR并作为EGFR抑制剂发挥作用

由于前期研究发现Acot1是Tec发挥心肌保护作用的重要下游分子,但Tec并不能直接结合Acot1,因此研究人员进一步寻找Tec调控Acot1表达的直接作用靶点。

研究人员首先利用网络药理学方法筛选Tec可能作用的关键靶点。结果显示,Tec预测靶点与HFpEF相关靶点存在42个共同交集。随后,通过蛋白互作网络(protein-protein interaction, PPI)分析发现,表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor, EGFR)位于网络核心位置,提示EGFR可能是Tec发挥作用的重要靶点。

进一步检测HFpEF小鼠心脏组织发现,HFpEF状态下EGFR异常激活,而Tec处理能够明显降低EGFR磷酸化水平,提示Tec可能抑制HFpEF相关EGFR过度激活。

为了验证Tec与EGFR之间是否存在直接结合关系,研究人员首先利用表面等离子共振(surface plasmon resonance, SPR)实验进行检测。结果显示,Tec能够直接与EGFR结合,其结合动力学分析显示两者之间存在微摩尔级亲和作用,解离常数(KD)为6.78×10⁻⁵ M。

随后,研究人员进一步采用体外pull-down实验验证Tec与EGFR的直接结合关系。实验中,将Tec偶联于CNBr活化Sepharose 4B磁珠,并使用经典EGFR抑制剂Erlotinib作为阳性对照。结果证实,Tec能够直接结合具有生物活性的重组EGFR蛋白。

为了进一步解析Tec与EGFR的结合模式,研究人员进行了分子对接模拟。结果预测EGFR蛋白中两个空间邻近的氨基酸残基——谷氨酸762位点(E762)和蛋氨酸793位点(M793)可能参与Tec结合。

随后,研究人员构建FLAG标记EGFR野生型(EGFR WT)质粒,并通过定点突变将E762和M793分别突变为丙氨酸,获得EGFR E762A/M793A双突变体(EGFR 2A)。在H9C2细胞中表达EGFR WT或EGFR 2A后,通过Tec偶联磁珠进行pull-down检测。结果显示,E762A和M793A双突变完全破坏了Tec与EGFR之间的结合。

进一步的CETSA实验显示,Tec能够剂量依赖性提高EGFR WT蛋白热稳定性,但无法稳定EGFR 2A突变蛋白,进一步证明E762和M793是Tec结合EGFR的重要位点。

综上,研究表明Tec能够直接结合EGFR,并通过E762和M793关键位点发挥EGFR抑制作用。


图6:Tec directly binds to EGFR at specific sites and acts as an EGFR inhibitor.

图6 射干素直接结合EGFR特定位点并发挥EGFR抑制作用。

a,Tec预测靶点与HFpEF相关靶点交集的Venn图。

b,42个共同靶点的蛋白互作网络(PPI)分析,EGFR作为核心节点。

c,Western blot检测HFpEF小鼠心脏组织中EGFR磷酸化水平变化。

d,SPR实验检测Tec与EGFR之间的直接结合关系,显示两者之间存在微摩尔级结合亲和力。

e,利用CNBr活化Sepharose 4B磁珠进行Tec-EGFR体外pull-down实验,Erlotinib作为阳性对照。

f,Tec与EGFR结合模式的分子对接分析,预测E762和M793为潜在结合位点。

g,EGFR WT和EGFR E762A/M793A双突变体(EGFR 2A)构建示意图。

h,Tec偶联磁珠pull-down检测Tec与EGFR WT或EGFR 2A结合能力。

i、j,CETSA检测Tec对EGFR WT和EGFR 2A热稳定性的影响。


EGFR激活削弱射干素对心肌脂毒性的保护作用,并通过EGR2-Acot1轴发挥调控作用

在确认Tec能够直接结合并抑制EGFR后,研究人员进一步探讨EGFR信号是否参与Tec改善心肌脂毒性的过程。

首先,研究人员利用EGFR激动剂NSC228155激活EGFR通路,并通过CCK-8实验确定适合的实验浓度。结果显示,NSC228155在10 μM及以下浓度不会明显影响基础细胞活力,而12.5 μM和15 μM会降低细胞活力,因此后续实验选择10 μM NSC228155。

在PA诱导的NRVM脂毒性模型中,Tec能够明显恢复细胞活力,而EGFR激活剂NSC228155处理后,Tec的保护作用显著减弱。

Western blot结果显示,NSC228155削弱了Tec提高pro-caspase3以及降低cleaved-caspase3的作用。流式细胞术进一步证实,Tec能够降低PA诱导的心肌细胞凋亡比例,而EGFR激活可抵消这一抗凋亡作用,使细胞凋亡水平恢复至PA模型组水平。

在脂质代谢方面,Tec能够减少PA诱导的细胞内脂滴积累,而NSC228155预处理阻断了Tec促进脂滴清除的作用,使脂滴数量和面积明显增加。ROS检测显示,Tec能够抑制PA诱导的氧化应激,而EGFR激活能够逆转这一抗氧化作用。

进一步机制研究发现,EGFR激活后,Acot1蛋白表达明显降低,提示EGFR信号可能通过抑制Acot1参与调节Tec保护作用。

研究人员进一步关注EGR2(early growth response 2)。EGR2是一种转录因子,同时也是EGFR信号下游调控分子,并参与Acot1表达调节。Western blot结果显示,Tec处理能够降低EGR2表达,而EGFR激活能够部分逆转Tec对EGR2的抑制作用。

为了验证EGR2功能,研究人员利用siRNA敲低EGR2。结果显示,EGR2沉默能够显著提高Acot1表达,其效果与Tec处理相似。同时,EGR2敲低能够模拟Tec作用,降低脂毒性诱导的心肌细胞凋亡。

进一步实验显示,在PA、Tec以及EGFR激动剂共同处理条件下,EGR2敲低能够阻断EGFR激活对Tec诱导Acot1上调作用的抑制。相反,EGR2过表达能够削弱Tec对于细胞凋亡、脂质积累以及氧化应激的保护作用。

这些结果表明,Tec通过抑制EGFR信号降低EGR2表达,从而解除EGR2对Acot1的调控限制,提高Acot1水平并保护心肌细胞免受脂毒性损伤。


图7:EGFR agonist impairs Tec’s protection against cardiomyocyte lipotoxicity via the EGR2-Acot1 axis.

图7 EGFR激活通过EGR2-Acot1轴削弱射干素对心肌细胞脂毒性的保护作用。

(注:Fig.7图注位于PDF后续页面,当前读取范围仅包含前半部分正文及Fig.7开始前内容,完整图注将在下一部分读取后继续补全,避免根据实验内容自行扩展。)

EGR2介导EGFR-Acot1调控轴并直接调节Acot1转录

在发现EGFR激活能够削弱Tec诱导的Acot1表达升高后,研究人员进一步探讨EGFR下游分子如何调控Acot1。

研究发现,EGR2(early growth response 2)是EGFR信号的重要下游调控因子,同时也是Acot1表达调节相关转录因子。Tec处理能够降低NRVMs中EGR2蛋白表达,而EGFR激活则能够部分逆转Tec对EGR2的抑制作用。

进一步利用EGR2特异性siRNA进行敲低实验发现,EGR2沉默能够显著提高Acot1表达水平,其作用效果与Tec处理相似。同时,在PA诱导的心肌细胞脂毒性模型中,EGR2敲低能够模拟Tec的保护作用,减少心肌细胞凋亡。

在PA、Tec以及EGFR激动剂共同处理条件下,研究人员进一步观察到,EGR2敲低能够阻断EGFR激活对于Tec诱导Acot1表达升高的抑制作用。相反,EGR2过表达(Ad-EGR2)能够明显削弱Tec对于心肌细胞凋亡、脂质积累以及氧化应激的保护作用。

为了进一步证明EGR2是否直接调控Acot1表达,研究人员首先利用JASPAR数据库预测Acot1启动子调控区域中的EGR2潜在结合位点。随后,染色质免疫共沉淀(chromatin immunoprecipitation, ChIP)实验验证了EGR2能够结合Acot1启动子区域。ChIP-qPCR结果进一步证实,与IgG阴性对照相比,EGR2抗体能够显著富集预测结合区域,证明EGR2能够特异性结合Acot1调控区域。

这些结果表明,Tec通过抑制EGFR信号降低EGR2表达,从而解除EGR2对Acot1表达的调控作用,提高Acot1水平并保护心肌细胞免受脂毒性损伤。其中,EGR2是连接EGFR信号和Acot1表达的重要调控节点。


EGFR通路激活阻断射干素对HFpEF的治疗作用

为了进一步在动物水平验证EGFR信号在Tec改善HFpEF过程中的关键作用,研究人员在HFpEF小鼠模型中给予EGFR激动剂NSC228155,并观察其是否能够削弱Tec的治疗效果。

实验中,HFpEF小鼠接受Tec联合NSC228155处理。结果显示,NSC228155并未明显影响Tec对于心肌收缩功能的作用,但显著降低了Tec对于舒张功能障碍的改善效果。超声心动图检测发现,与单独Tec治疗组相比,联合NSC228155处理后,小鼠左心室充盈压力相关指标E/A和E/e′比值明显升高,提示Tec改善心室舒张功能和顺应性的作用受到抑制。

进一步组织学分析显示,EGFR激活明显削弱了Tec减轻心脏扩大和心肌纤维化的作用。Masson三色染色和Sirius Red染色结果表明,NSC228155处理后,Tec降低心肌纤维化程度的效果明显下降。同时,Tec改善HFpEF相关肺淤血以及运动耐力下降的作用也被显著削弱。

Western blot结果显示,Tec能够降低HFpEF心肌组织中纤维化相关蛋白及心衰标志物表达,而NSC228155能够部分逆转Tec产生的调节作用。进一步检测发现,EGFR激活削弱了Tec对于心肌肥大、HW/TL比值以及MYH7、TNF-α和MCP-1表达的改善作用,同时降低了Tec对于细胞凋亡和脂肪酸氧化相关蛋白恢复的影响。

此外,NSC228155处理后,心肌组织中EGR2表达升高,而Acot1表达降低,进一步支持EGFR-EGR2-Acot1信号轴参与Tec介导的心脏保护作用。值得注意的是,EGFR激活并未影响Tec对于代谢综合征指标和循环血压的改善作用,提示EGFR主要参与Tec在心肌组织中的保护效应。

综上,EGFR通路激活能够显著阻断Tec改善HFpEF的作用,进一步验证EGFR是Tec发挥心脏保护作用的重要功能靶点。


射干素在人源iPSC来源心肌细胞中验证EGFR-EGR2-ACOT1调控轴

为了进一步评价Tec作用机制的潜在转化价值,研究人员在人诱导多能干细胞来源心肌细胞(human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes, iPSC-CMs)中进行了验证。

研究人员首先利用已建立的小分子诱导分化方法获得iPSC-CMs。随后使用PA刺激模拟心肌细胞脂毒性损伤。结果显示,PA处理显著增加iPSC-CMs中cleaved-caspase 3表达,提示细胞凋亡增强;而Tec处理能够明显降低cleaved-caspase 3水平,减轻PA诱导的凋亡反应。

进一步机制检测显示,Tec能够抑制PA诱导的EGFR磷酸化,同时降低EGR2表达并提高ACOT1表达。在人源iPSC-CMs中,Tec同样能够重现啮齿类心肌细胞中观察到的EGFR-EGR2-ACOT1调控关系。

这些结果进一步支持Tec通过调控EGFR-EGR2-Acot1轴发挥心肌保护作用,并为该机制向人源细胞模型中的延伸提供实验依据。


图8:Activation of the EGFR pathway blocks the therapeutic effects of Tec in HFpEF.

图8 EGFR通路激活阻断射干素对HFpEF的治疗作用。

a,动物实验处理时间流程图。

b,代表性M型超声心动图图像。右侧显示小鼠EF。

c,代表性二尖瓣血流速度图(上图)和二尖瓣环TDI图(下图)。右侧显示小鼠E/A和E/e′比值。

d,代表性心肌纵向应变图像。右侧显示GLS。

e,代表性小鼠完整心脏H&E染色图像。

f,代表性Masson三色染色和Sirius Red染色心肌纤维化区域图像。右侧显示纤维化面积比例。

g,LW/TL比值。

h,跑台耐力实验运动距离。

i,心脏组织中Postn、α-SMA、CTGF和ANP蛋白表达的代表性Western blot图像,GAPDH作为内参。右侧显示灰度定量分析。

a–i,每组n=7。

****P <0.0001,与Chow组相比;

## <0.001,### <0.0001,与HFpEF组相比;

&&P <0.01,&&&P <0.001,&&&&P <0.0001,与HFpEF+Tec75组相比。

EF,射血分数(ejection fraction);E/A,舒张早期二尖瓣血流速度/舒张晚期二尖瓣血流速度;E/e′,舒张早期二尖瓣血流速度/二尖瓣环舒张早期速度;GLS,整体纵向应变(global longitudinal strain);LW/TL,肺重量/胫骨长度。

【贡献】★★★★★

本研究发现,天然异黄酮类化合物射干素(Tectorigenin, Tec)能够改善射血分数保留型心力衰竭(HFpEF)的心脏功能障碍及病理重构。

研究人员利用HFD联合L-NAME建立HFpEF小鼠模型,发现Tec不仅能够预防HFpEF相关病理改变,在疾病形成后给予治疗同样能够改善心脏舒张功能、心肌纤维化、运动耐力下降以及心肌代谢异常。

机制研究显示,Tec并非直接结合Acot1,而是通过直接结合表皮生长因子受体(EGFR),抑制EGFR异常激活。随后,EGFR下游转录因子EGR2受到调控,导致Acot1表达升高,从而促进心肌脂质代谢恢复并缓解脂毒性损伤。

进一步实验表明,心肌特异性Acot1敲低或EGFR药理学激活均能够削弱Tec对于HFpEF的保护作用,证明EGFR-EGR2-Acot1轴是Tec发挥心肌保护作用的重要调控通路。

此外,在人源iPSC来源心肌细胞中,Tec同样能够调节EGFR-EGR2-ACOT1轴并减轻PA诱导的细胞凋亡,进一步支持该机制的转化潜力。

总体而言,本研究揭示了Tec通过靶向EGFR-EGR2-Acot1轴改善心肌脂质代谢稳态,从而缓解HFpEF的新机制,为天然产物调控心肌代谢重塑提供了新的研究方向。

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