DHF改善線粒體功能緩解Rot誘導的心肌細胞毒性研究機制詳解
線粒體是真核細胞中最重要的細胞器之一，維持著能量代謝和細胞凋亡等多種生物學過程。心肌細胞是機體內(nèi)線粒體最豐富的細胞類型之一。線粒體功能障礙以能量代謝損傷和氧化應激為特征，與許多心臟病的發(fā)生發(fā)展密切相關，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，是真核細胞能量產(chǎn)生的關鍵。支持OXPHOS系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的是電子傳遞鏈（ETC）上的五種復合體I–V。復合體I作為ETC的起始點，在整個氧化磷酸化反應過程中發(fā)揮著至關重要的作用，其功能障礙會引起線粒體能量代謝至少40%的衰減，進而導致多種心血管疾病，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合體I抑制后線粒體功能如何進行恢復。魚藤酮（Rot）是線粒體復合體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會導致線粒體功能障礙、氧化應激和相關的DNA損傷。眾所周知，氧化應激由活性氧（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)導物質(zhì)，與疾病進展密切相關。然而，傳統(tǒng)抗氧化劑清除ROS的方法在臨床試驗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）在心肌細胞中表達，在能量代謝中起著至關重要的作用。最近的研究表明，BDNF在調(diào)節(jié)細胞能量學以應對心臟應激方面發(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通過增強線粒體OXPHOS和抑制過度線粒體分裂來抑制阿霉素誘導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合體I抑制引起的心肌細胞死亡還有待進一步闡明。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)病機制之間的關系已被公認。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對心肌細胞的潛在線粒體保護作用，作者用線粒體呼吸復合體I抑制劑Rot處理H9c2細胞，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誘導的細胞死亡，此外，在Rot處理的H9c2細胞中，7,8-DHF降低了常規(guī)呼吸和滲漏呼吸，恢復了線粒體復合體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致顯著的細胞死亡。用大于1μM的Rot劑量處理后發(fā)現(xiàn)大量死細胞。用7,8-DHF處理顯著減輕了Rot誘導的心肌細胞損傷。
作者進一步研究了7,8-DHF對Rot處理的心肌細胞線粒體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行線粒體功能差異表征的技術特點，對貼壁細胞樣品能量代謝檢測性價比非常合適；作者發(fā)現(xiàn)，與溶劑DMSO對照相比，7,8-DHF的瞬時處理增加了基礎代謝率（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誘導的線粒體功能狀態(tài)的潛在影響進行了分析，Rot顯著抑制H9c2細胞的線粒體OXPHOS，其特征是MMR和RRC降低，Leak增加。相反，7,8-DHF處理降低了Rot誘導的心肌細胞的Routine和Leak，但對MMR和RRC沒有顯著影響。同時，單獨使用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)病機制之間的關系已被公認。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對心肌細胞的潛在線粒體保護作用，作者用線粒體呼吸復合體I抑制劑Rot處理H9c2細胞，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誘導的細胞死亡，此外，在Rot處理的H9c2細胞中，7,8-DHF降低了常規(guī)呼吸和滲漏呼吸，恢復了線粒體復合體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致顯著的細胞死亡。用大于1μM的Rot劑量處理后發(fā)現(xiàn)大量死細胞。用7,8-DHF處理顯著減輕了Rot誘導的心肌細胞損傷。
作者進一步研究了7,8-DHF對Rot處理的心肌細胞線粒體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行線粒體功能差異表征的技術特點，對貼壁細胞樣品能量代謝檢測性價比非常合適；作者發(fā)現(xiàn)，與溶劑DMSO對照相比，7,8-DHF的瞬時處理增加了基礎代謝率（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：
本研究其他實驗表明，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，促進心肌細胞中p-STAT3的核轉(zhuǎn)位來緩解Rot誘導的細胞毒性，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：《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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