治療壓力超負荷心臟肥大患者新選擇
文章題目：GLUT4 mediates the protective function of gastrodin against pressure overload-induced cardiac hypertrophy
發表期刊: Biomedicine & Pharmacotherapy
影響因子: 7.419
發表日期（online）: 2023-03-21
作者及單位: 第四軍醫大學附屬西京醫院普通內科張苗與第四軍醫大學西京醫院心血管外科譚延振爲本文的共同第一作者，第四軍醫大學附屬西京醫院普通內科孫陽教授爲通訊作者。
啓衡星合作產品:
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研究背景
長期高血壓會增加左心室負荷，導致心臟肥大和心力衰竭進一步進展。心力衰竭是全球發病率和死亡的主要原因。因此，延緩心臟肥大進展爲心力衰竭是一個關鍵的臨牀問題。天麻素（GAS）是一種從天麻素中提取的多功能化天然化合物。GAS已被臨牀證明在許多疾病中具有顯著的藥理活性和低毒性。例如，癲癇和偏頭痛等神經系統疾病已經用GAS治療。它最近也被用於治療心血管和消化系統疾病，如高血壓和非酒精性脂肪性肝病]。有報道GAS可以治療老年性高血壓，改善血漿內皮素和一氧化氮水平。GAS預處理可以通過降低ORAI鈣釋放激活的鈣調節劑1和基質相互作用分子1的水平來改善去氧腎上腺素（PE）誘導的心臟肥大。GAS通過抑制胰島素樣生長因子2型/胰島素樣生長因子2型受體表達來防止心臟肥大。基於GAS與葡萄糖的結構相似性，以及上皮細胞可以通過鈉葡萄糖共轉運蛋白1增強GAS吸收的假設，假設GAS通過葡萄糖轉運蛋白（GLUT4）進入細胞發揮抗心臟肥大作用。
該研究探討了GAS的GLUT4介導的保護作用在體內和體外心臟肥大中的作用，並證明GLUT抑制劑BAY-876削弱了GAS的抗肥大作用，而胰島素增強了GAS的抗肥大作用。這些發現表明，天麻素的抗肥大作用取決於其通過GLUT4進入心肌細胞。
論文概述
在本研究中，作者研究了GAS對小鼠病理性心肌肥厚模型的影響，該模型是用橫向主動脈收縮(TAC)誘導的。雄性C57BL / 6 J小鼠接受TAC或假手術。手術後給藥GAS 6周，顯着改善小鼠因壓力超負荷，心臟肥大和纖維化引起的心臟收縮功能惡化。GAS治療6周後，肌球蛋白重鏈α表達上調，肌球蛋白重鏈β和心房鈉尿肽表達下調，而胰島素則增強了GAS抗心肌肥大的作用。體外研究表明，GAS對苯腎上腺素誘導的心肌細胞肥大也有保護作用，BAY-876可減弱其作用，胰島素可增強其作用。該研究表明，天麻素的抗肥大作用取決於其通過GLUT4進入心肌細胞。
研究成果
1.GAS減輕 TAC 引起的心臟肥大
C57BL / 6J雄性小鼠接受了假手術或TAC手術。用GAS治療6周可減少TAC誘導的心臟肥大，超聲心動圖數據證實了這一點。TAC手術6周後EF%和FS%顯著降低，而GAS治療6周後EF%增加13.428%，FS%增加6.41%（圖2A）。這表明GAS治療可以改善心臟功能。WGA染色顯示TAC手術增加了心肌細胞的大小（圖2B），心臟的大小（圖2C）和心臟重量：體重比（HW/BW）（圖2D）。然而，這些趨勢被GAS治療逆轉了。GAS治療還減輕了TAC誘導的心臟和心肌纖維化，如血管周圍和間質染色所示（圖2E）TAC手術後，肥厚基因如Myh6，Myh7，Nppa和Nppb（圖2F）的表達增加。TAC手術後，肥大蛋白如α-MHC、β-MHC和ANP和纖維化蛋白如平滑肌α-肌動蛋白（α-SMA）和纖連蛋白（圖2G）的表達也有所增加。GAS治療有效調節這些基因和蛋白質的表達，抑制TAC誘導的心臟肥大。這些結果表明，GAS可以改善心臟功能並延緩心臟肥大向心力衰竭的進展。
2.GAS 緩解去氧腎上腺素（PE）誘導的心肌細胞肥大
爲了研究GAS對新生大鼠心肌細胞（NRCMs）的影響，建立了時間梯度來闡明實驗條件。我們向NRCMS施用不同劑量的GAS，培養48小時，然後用CCK-8進行細胞計數（圖3A）。結果表明，100 μmol/L劑量最佳，細胞活力隨濃度的增加逐漸降低。此外，PE處理誘導NRCMs的肥大生長，如細胞橫截面積增加（圖3B），Myh7，Nappa和Nppb的mRNA水平增加（圖3C），以及β-MHC和ANP的蛋白質水平（圖3D）。然而，這些影響被GAS部分逆轉，進一步驗證了其在體外對心臟肥大的保護作用。
3.GLUT4/GLUT1可能介導GAS對PE誘導的心肌細胞肥大的保護作用
研究人員研究了GLUT4抑制劑對PE誘導的心肌細胞肥大中GAS抗肥大活性的影響。質譜分析表明，加入BAY-876後細胞內GAS水平顯著降低（圖4A），表明BAY可以抑制GAS進入心肌細胞。與PE組相比，PE+BAY-876處理略微增加了細胞橫截面積（圖4B）、肥大相關基因（圖4C）和肥大相關蛋白的表達水平（圖4D），但這些變化並不顯著。與PE+GAS組相比，PE+GAS+BAY-876增加了細胞橫截面積（圖4B）、肥大相關基因（圖4C）和肥大相關蛋白的表達水平（圖4D）。高劑量的BAY抑制了GLUT1和GLUT4，削弱了GAS的抗肥大作用，並降低了細胞內GAS水平。
4.GLUT1 不介導 GAS 對 PE 誘導的心肌細胞肥大的保護作用
接下來，作者研究了低劑量的BAY是否會影響PE誘導的心肌細胞肥大中GAS的抗肥大活性。質譜分析表明，加入BAY-876後GAS的細胞內含量顯着降低（圖5 A）。與PE+GAS組相比，PE+GAS+BAY-876處理的細胞表現出相似的橫截面積（圖5B）、肥大相關基因（圖5C）和肥大相關蛋白表達水平（圖5D）。這表明僅抑制GLUT1的低劑量BAY-876對GAS的抗肥大活性沒有影響。
5.GLUT4 敲降後減弱了GAS對PE誘導的心肌細胞肥大的保護作用
接下來，作者研究了GAS對siRNA 敲降slc2a4後PE誘導的心肌細胞肥大的保護作用。敲降效率如圖6A-B所示。選擇siRNA2作爲進一步研究。質譜分析表明，Slc2a4敲降後細胞內GAS水平顯著降低（圖6 C），提示GLUT4敲降可抑制GAS進入心肌細胞。與NC + PE組相比，siRNA+PE處理略微增加了肥大相關基因表達水平（圖6 D）和肥大相關蛋白表達水平（圖6 E-6F）。與NC+PE+GAS組相比，siRNA+PE+GAS增加了肥大相關基因表達水平（圖6D）和肥大相關蛋白表達水平（圖6 E-6F）。Slc2a4 siRNA抑制GLUT4的表達，削弱了GAS的抗肥大作用，也降低了細胞內GAS水平。
6.抑制 GLUT4 削弱了 GAS 對 TAC 誘導的心臟肥大的保護作用
接下來，作者驗證了GLUT4是否影響GAS介導的體內心臟肥大改善。根據超聲心動圖結果，與TAC+GAS組相比，TAC+GAS+BAY-876組小鼠EF%和FS%顯著降低（圖7A）。這表明用GAS+BAY-876治療會削弱心臟功能。WGA染色顯示TAC增加了心肌細胞大小（圖7 B）、心臟大小（圖7 C）和心臟/體重比值（圖7D）。然而，與TAC+GAS組相比，TAC+GAS+BAY-876治療削弱了GAS的抗肥大作用。根據血管周圍和間質染色的結果（圖7E），Tgfb1，Nappa和Nppb等基因（圖7 F）以及α-MHC，β-MHC和ANP等肥大蛋白（圖7G）的表達增加。這些結果表明，抑制GLUT4削弱了GAS的抗肥大作用。
7. GAS增加 GLUT4 表達
最後，作者研究了GAS對GLUT1和GLUT4表達的影響。發現TAC組的GLUT4蛋白和基因表達下降，而GLUT1的表達增加。GAS給藥增加了GLUT4的表達，而GLUT1的表達沒有變化（圖8A-B）。這些發現與NRCM中的發現一致（圖8C-D）。BAY給藥後，與TAC+GAS組相比，TAC+GAS+BAY組的GLUT4蛋白和基因表達顯著下降（圖8E-F），提示GAS可能增加GLUT4的表達。
本研究結果表明，GLUT4可以介導GAS抵抗超負荷心臟肥大的作用，天麻素的抗肥大作用取決於其通過GLUT4進入心肌細胞，延緩向心衰竭的發展。然而，目前的挑戰是300 nM BAY同時抑制GLUT1和GLUT4的能力。當抑制GLUT4時，不確定GLUT1是否會產生協同作用。因此，在未來的研究中，對GLUT1和GLUT4基因進行干預是必要的。由於目前的研究僅限於小鼠模型和體外細胞實驗，因此需要在與人類更相似的動物模型中研究GAS對心臟肥大的影響，以確認其治療效果和作用機制。儘管存在這種侷限性，但目前的研究將GAS確定爲治療壓力超負荷心臟肥大患者的一種新的潛在治療選擇。