DHF改善線粒體功能緩解Rot誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞毒性研究機(jī)制詳解
線粒體是真核細(xì)胞中最重要的細(xì)胞器之一，維持著能量代謝和細(xì)胞凋亡等多種生物學(xué)過程。心肌細(xì)胞是機(jī)體內(nèi)線粒體最豐富的細(xì)胞類型之一。線粒體功能障礙以能量代謝損傷和氧化應(yīng)激為特征，與許多心臟病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，如心肌缺血再灌注損傷、心肌肥大和心力衰竭等。線粒體氧化磷酸化（OXPHOS）系統(tǒng)是線粒體能量代謝的中心，是真核細(xì)胞能量產(chǎn)生的關(guān)鍵。支持OXPHOS系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的是電子傳遞鏈（ETC）上的五種復(fù)合體I–V。復(fù)合體I作為ETC的起始點(diǎn)，在整個(gè)氧化磷酸化反應(yīng)過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其功能障礙會引起線粒體能量代謝至少40%的衰減，進(jìn)而導(dǎo)致多種心血管疾病，如心肌肥大、缺血再灌注損傷以及糖尿病并發(fā)癥等。因此，越來越多的研究集中在復(fù)合體I抑制后線粒體功能如何進(jìn)行恢復(fù)。魚藤酮（Rot）是線粒體復(fù)合體I的特異性抑制劑，已被廣泛用作殺蟲劑。先前的研究已經(jīng)證明Rot會導(dǎo)致線粒體功能障礙、氧化應(yīng)激和相關(guān)的DNA損傷。眾所周知，氧化應(yīng)激由活性氧（ROS）的產(chǎn)生和抗氧化活性之間的動態(tài)平衡決定。ROS是一種重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)物質(zhì)，與疾病進(jìn)展密切相關(guān)。然而，傳統(tǒng)抗氧化劑清除ROS的方法在臨床試驗(yàn)中沒有得到很好的轉(zhuǎn)化。這可能是由于ROS激活或抑制了如此多的不同分子，使其全面抑制無效。腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）在心肌細(xì)胞中表達(dá)，在能量代謝中起著至關(guān)重要的作用。最近的研究表明，BDNF在調(diào)節(jié)細(xì)胞能量學(xué)以應(yīng)對心臟應(yīng)激方面發(fā)揮著重要作用。作為一種明確定義的BDNF模擬物7，8-二羥基黃酮（7，8-DHF）已被發(fā)現(xiàn)可改善幾種器官/組織（如大腦和骨骼肌）的線粒體損傷。之前的研究表明，7,8-DHF通過增強(qiáng)線粒體OXPHOS和抑制過度線粒體分裂來抑制阿霉素誘導(dǎo)的心臟毒性和心肌缺血性損傷。然而，7,8-DHF是否能減輕由線粒體復(fù)合體I抑制引起的心肌細(xì)胞死亡還有待進(jìn)一步闡明。為此，來自中國江蘇省蘇北人民醫(yī)院的科研工作者于2023年在《Free Radical Biology and Medicine》發(fā)表了《BDNF mimetic 7,8-dihydroxyflavone rescues rotenone-induced cytotoxicity in cardiomyocytes by ameliorating mitochondrial dysfunction》。
摘要：
線粒體功能障礙與心血管疾病發(fā)病機(jī)制之間的關(guān)系已被公認(rèn)。7,8-二羥基黃酮（7,8-DHF）是一種腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的模擬物，可抑制線粒體損傷并改善心功能。然而，7，8-DHF在心肌細(xì)胞線粒體功能中的調(diào)節(jié)作用尚不完全清楚。為了研究7,8-DHF對心肌細(xì)胞的潛在線粒體保護(hù)作用，作者用線粒體呼吸復(fù)合體I抑制劑Rot處理H9c2細(xì)胞，作為線粒體功能障礙的體外模型。作者發(fā)現(xiàn)7,8-DHF有效地消除了不同濃度的Rot誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡，此外，在Rot處理的H9c2細(xì)胞中，7,8-DHF降低了常規(guī)呼吸和滲漏呼吸，恢復(fù)了線粒體復(fù)合體I-IV的蛋白質(zhì)水平，并增加了ATP的產(chǎn)生。
為了探討7,8-DHF對心肌細(xì)胞線粒體抑制的影響，作者檢測了100μM的7,8-DHF對ETC抑制劑Rot不同濃度（0.25、0.5、1、5和10μM）的影響。發(fā)現(xiàn)Rot以劑量依賴的方式導(dǎo)致顯著的細(xì)胞死亡。用大于1μM的Rot劑量處理后發(fā)現(xiàn)大量死細(xì)胞。用7,8-DHF處理顯著減輕了Rot誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞損傷。
作者進(jìn)一步研究了7,8-DHF對Rot處理的心肌細(xì)胞線粒體OXPHOS的影響。并且研究了7,8-DHF對線粒體OXPHOS急性影響。利用奧地利Oroboros高精度氧化磷酸化功能表征系統(tǒng)具有開放型試劑使用平臺、無專用限制性耗材及快速進(jìn)行線粒體功能差異表征的技術(shù)特點(diǎn)，對貼壁細(xì)胞樣品能量代謝檢測性價(jià)比非常合適；作者發(fā)現(xiàn)，與溶劑DMSO對照相比，7,8-DHF的瞬時(shí)處理增加了基礎(chǔ)代謝率（Routine）和質(zhì)子漏水平（Leak），但對最大呼吸率（MMR）和儲備呼吸率（RRC）沒有顯著影響（圖A,B）；
另外作者再利用奧地利Oroboros高精度氧化磷酸化功能表征系統(tǒng)對7,8-DHF對Rot誘導(dǎo)的線粒體功能狀態(tài)的潛在影響進(jìn)行了分析，Rot顯著抑制H9c2細(xì)胞的線粒體OXPHOS，其特征是MMR和RRC降低，Leak增加。相反，7,8-DHF處理降低了Rot誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞的Routine和Leak，但對MMR和RRC沒有顯著影響。同時(shí)，單獨(dú)使用7,8-DHF可顯著降低MMR和RRC，但不會顯著影響Routine和Leak。（圖C，D）
討論：
摘要：
線粒體功能障礙與心血管疾病發(fā)病機(jī)制之間的關(guān)系已被公認(rèn)。7,8-二羥基黃酮（7,8-DHF）是一種腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的模擬物，可抑制線粒體損傷并改善心功能。然而，7，8-DHF在心肌細(xì)胞線粒體功能中的調(diào)節(jié)作用尚不完全清楚。為了研究7,8-DHF對心肌細(xì)胞的潛在線粒體保護(hù)作用，作者用線粒體呼吸復(fù)合體I抑制劑Rot處理H9c2細(xì)胞，作為線粒體功能障礙的體外模型。作者發(fā)現(xiàn)7,8-DHF有效地消除了不同濃度的Rot誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡，此外，在Rot處理的H9c2細(xì)胞中，7,8-DHF降低了常規(guī)呼吸和滲漏呼吸，恢復(fù)了線粒體復(fù)合體I-IV的蛋白質(zhì)水平，并增加了ATP的產(chǎn)生。
為了探討7,8-DHF對心肌細(xì)胞線粒體抑制的影響，作者檢測了100μM的7,8-DHF對ETC抑制劑Rot不同濃度（0.25、0.5、1、5和10μM）的影響。發(fā)現(xiàn)Rot以劑量依賴的方式導(dǎo)致顯著的細(xì)胞死亡。用大于1μM的Rot劑量處理后發(fā)現(xiàn)大量死細(xì)胞。用7,8-DHF處理顯著減輕了Rot誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞損傷。
作者進(jìn)一步研究了7,8-DHF對Rot處理的心肌細(xì)胞線粒體OXPHOS的影響。并且研究了7,8-DHF對線粒體OXPHOS急性影響。利用奧地利Oroboros高精度氧化磷酸化功能表征系統(tǒng)具有開放型試劑使用平臺、無專用限制性耗材及快速進(jìn)行線粒體功能差異表征的技術(shù)特點(diǎn)，對貼壁細(xì)胞樣品能量代謝檢測性價(jià)比非常合適；作者發(fā)現(xiàn)，與溶劑DMSO對照相比，7,8-DHF的瞬時(shí)處理增加了基礎(chǔ)代謝率（Routine）和質(zhì)子漏水平（Leak），但對最大呼吸率（MMR）和儲備呼吸率（RRC）沒有顯著影響（圖A,B）；
討論：
本研究其他實(shí)驗(yàn)表明，7,8-DHF可以減少乳酸脫氫酶的釋放，顯著提高線粒體膜電位，抑制線粒體活性氧的產(chǎn)生，改善線粒體功能，調(diào)節(jié)AMPK活性，促進(jìn)心肌細(xì)胞中p-STAT3的核轉(zhuǎn)位來緩解Rot誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性，因此，7,8-DHF可作為新的抗心臟病線粒體功能障礙的候選藥物。
參考文獻(xiàn)：《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》
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