DHF改善线粒体功能缓解Rot诱导的心肌细胞毒性研究

前言：

线粒体是真核细胞中重要的细胞器之一，维持着能量代谢和细胞凋亡等多种生物学过程。心肌细胞是机体内线粒体丰富的细胞类型之一。线粒体功能障碍以能量代谢损伤和氧化应激为特征，与许多心脏病的发生发展密切相关，如心肌缺血再灌注损伤、心肌肥大和心力衰竭等。线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）系统是线粒体能量代谢的中心，是真核细胞能量产生的关键。支持OXPHOS系统运转的是电子传递链（ETC）上的五种复合体I–V。复合体I作为ETC的起始点，在整个氧化磷酸化反应过程中发挥着至关重要的作用，其功能障碍会引起线粒体能量代谢至少40%的衰减，进而导致多种心血管疾病，如心肌肥大、缺血再灌注损伤以及糖尿病并发症等。因此，越来越多的研究集中在复合体I抑制后线粒体功能如何进行恢复。鱼藤酮（Rot）是线粒体复合体I的特异性抑制剂，已被广泛用作杀虫剂。先前的研究已经证明Rot会导致线粒体功能障碍、氧化应激和相关的DNA损伤。众所周知，氧化应激由活性氧（ROS）的产生和抗氧化活性之间的动态平衡决定。ROS是一种重要的信号转导物质，与疾病进展密切相关。然而，传统抗氧化剂清除ROS的方法在临床试验中没有得到很好的转化。这可能是由于ROS激活或抑制了如此多的不同分子，使其全面抑制无效。脑源性神经营养因子（BDNF）在心肌细胞中表达，在能量代谢中起着至关重要的作用。近期的研究表明，BDNF在调节细胞能量学以应对心脏应激方面发挥着重要作用。作为一种明确定义的BDNF模拟物7，8-二羟基黄酮（7，8-DHF）已被发现可改善几种器官/组织（如大脑和骨骼肌）的线粒体损伤。之前的研究表明，7,8-DHF通过增强线粒体OXPHOS和抑制过度线粒体分裂来抑制阿霉素诱导的心脏毒性和心肌缺血性损伤。然而，7,8-DHF是否能减轻由线粒体复合体I抑制引起的心肌细胞死亡还有待进一步阐明。为此，来自中国江苏省苏北人民医院的科研工作者于2023年在《Free Radical Biology and Medicine》发表了《BDNF mimetic 7,8-dihydroxyflavone rescues rotenone-induced cytotoxicity in cardiomyocytes by ameliorating mitochondrial dysfunction》。

摘要：

线粒体功能障碍与心血管疾病发病机制之间的关系已被公认。7,8-二羟基黄酮（7,8-DHF）是一种脑源性神经营养因子的模拟物，可抑制线粒体损伤并改善心功能。然而，7，8-DHF在心肌细胞线粒体功能中的调节作用尚不完全清楚。为了研究7,8-DHF对心肌细胞的潜在线粒体保护作用，作者用线粒体呼吸复合体I抑制剂Rot处理H9c2细胞，作为线粒体功能障碍的体外模型。作者发现7,8-DHF有效地消除了不同浓度的Rot诱导的细胞死亡，此外，在Rot处理的H9c2细胞中，7,8-DHF降低了常规呼吸和渗漏呼吸，恢复了线粒体复合体I-IV的蛋白质水平，并增加了ATP的产生。

为了探讨7,8-DHF对心肌细胞线粒体抑制的影响，作者检测了100μM的7,8-DHF对ETC抑制剂Rot不同浓度（0.25、0.5、1、5和10μM）的影响。发现Rot以剂量依赖的方式导致显著的细胞死亡。用大于1μM的Rot剂量处理后发现大量死细胞。用7,8-DHF处理显著减轻了Rot诱导的心肌细胞损伤。

作者进一步研究了7,8-DHF对Rot处理的心肌细胞线粒体OXPHOS的影响。并且研究了7,8-DHF对线粒体OXPHOS急性影响。利用奥地利Oroboros高精度氧化磷酸化功能表征系统具有开放型试剂使用平台、无专用限制性耗材及快速进行线粒体功能差异表征的技术特点，对贴壁细胞样品能量代谢检测性价比非常合适；作者发现，与溶剂DMSO对照相比，7,8-DHF的瞬时处理增加了基础代谢率（Routine）和质子漏水平（Leak），但对maximum呼吸率（MMR）和储备呼吸率（RRC）没有显著影响（图A,B）；

另外作者再利用奥地利Oroboros高精度氧化磷酸化功能表征系统对7,8-DHF对Rot诱导的线粒体功能状态的潜在影响进行了分析，Rot显著抑制H9c2细胞的线粒体OXPHOS，其特征是MMR和RRC降低，Leak增加。相反，7,8-DHF处理降低了Rot诱导的心肌细胞的Routine和Leak，但对MMR和RRC没有显著影响。同时，单独使用7,8-DHF可显著降低MMR和RRC，但不会显著影响Routine和Leak。（图C，D）

讨论：

本研究其他实验表明，7,8-DHF可以减少乳酸脱氢酶的释放，显著提高线粒体膜电位，抑制线粒体活性氧的产生，改善线粒体功能，调节AMPK活性，促进心肌细胞中p-STAT3的核转位来缓解Rot诱导的细胞毒性，因此，7,8-DHF可作为新的抗心脏病线粒体功能障碍的候选药物。

参考文献：《Hang PZ, et al. BDNF mimetic 7,8-dihydroxyflavone rescues rotenone-induced cytotoxicity in cardiomyocytes by ameliorating mitochondrial dysfunction.  Free Radical Biology and Medicine. 2023 Mar; 198:83-91. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2023.02.006》