治疗压力超负荷心脏肥大患者新选择
文章题目：GLUT4 mediates the protective function of gastrodin against pressure overload-induced cardiac hypertrophy
发表期刊: Biomedicine & Pharmacotherapy
影响因子: 7.419
发表日期（online）: 2023-03-21
作者及单位: 第四军医大学附属西京医院普通内科张苗与第四军医大学西京医院心血管外科谭延振为本文的共同第一作者，第四军医大学附属西京医院普通内科孙阳教授为通讯作者。
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研究背景
长期高血压会增加左心室负荷，导致心脏肥大和心力衰竭进一步进展。心力衰竭是全球发病率和死亡的主要原因。因此，延缓心脏肥大进展为心力衰竭是一个关键的临床问题。天麻素（GAS）是一种从天麻素中提取的多功能化天然化合物。GAS已被临床证明在许多疾病中具有显著的药理活性和低毒性。例如，癫痫和偏头痛等神经系统疾病已经用GAS治疗。它最近也被用于治疗心血管和消化系统疾病，如高血压和非酒精性脂肪性肝病]。有报道GAS可以治疗老年性高血压，改善血浆内皮素和一氧化氮水平。GAS预处理可以通过降低ORAI钙释放激活的钙调节剂1和基质相互作用分子1的水平来改善去氧肾上腺素（PE）诱导的心脏肥大。GAS通过抑制胰岛素样生长因子2型/胰岛素样生长因子2型受体表达来防止心脏肥大。基于GAS与葡萄糖的结构相似性，以及上皮细胞可以通过钠葡萄糖共转运蛋白1增强GAS吸收的假设，假设GAS通过葡萄糖转运蛋白（GLUT4）进入细胞发挥抗心脏肥大作用。
该研究探讨了GAS的GLUT4介导的保护作用在体内和体外心脏肥大中的作用，并证明GLUT抑制剂BAY-876削弱了GAS的抗肥大作用，而胰岛素增强了GAS的抗肥大作用。这些发现表明，天麻素的抗肥大作用取决于其通过GLUT4进入心肌细胞。
论文概述
在本研究中，作者研究了GAS对小鼠病理性心肌肥厚模型的影响，该模型是用横向主动脉收缩(TAC)诱导的。雄性C57BL / 6 J小鼠接受TAC或假手术。手术后给药GAS 6周，显着改善小鼠因压力超负荷，心脏肥大和纤维化引起的心脏收缩功能恶化。GAS治疗6周后，肌球蛋白重链α表达上调，肌球蛋白重链β和心房钠尿肽表达下调，而胰岛素则增强了GAS抗心肌肥大的作用。体外研究表明，GAS对苯肾上腺素诱导的心肌细胞肥大也有保护作用，BAY-876可减弱其作用，胰岛素可增强其作用。该研究表明，天麻素的抗肥大作用取决于其通过GLUT4进入心肌细胞。
研究成果
1.GAS减轻 TAC 引起的心脏肥大
C57BL / 6J雄性小鼠接受了假手术或TAC手术。用GAS治疗6周可减少TAC诱导的心脏肥大，超声心动图数据证实了这一点。TAC手术6周后EF%和FS%显著降低，而GAS治疗6周后EF%增加13.428%，FS%增加6.41%（图2A）。这表明GAS治疗可以改善心脏功能。WGA染色显示TAC手术增加了心肌细胞的大小（图2B），心脏的大小（图2C）和心脏重量：体重比（HW/BW）（图2D）。然而，这些趋势被GAS治疗逆转了。GAS治疗还减轻了TAC诱导的心脏和心肌纤维化，如血管周围和间质染色所示（图2E）TAC手术后，肥厚基因如Myh6，Myh7，Nppa和Nppb（图2F）的表达增加。TAC手术后，肥大蛋白如α-MHC、β-MHC和ANP和纤维化蛋白如平滑肌α-肌动蛋白（α-SMA）和纤连蛋白（图2G）的表达也有所增加。GAS治疗有效调节这些基因和蛋白质的表达，抑制TAC诱导的心脏肥大。这些结果表明，GAS可以改善心脏功能并延缓心脏肥大向心力衰竭的进展。
2.GAS 缓解去氧肾上腺素（PE）诱导的心肌细胞肥大
为了研究GAS对新生大鼠心肌细胞（NRCMs）的影响，建立了时间梯度来阐明实验条件。我们向NRCMS施用不同剂量的GAS，培养48小时，然后用CCK-8进行细胞计数（图3A）。结果表明，100 μmol/L剂量最佳，细胞活力随浓度的增加逐渐降低。此外，PE处理诱导NRCMs的肥大生长，如细胞横截面积增加（图3B），Myh7，Nappa和Nppb的mRNA水平增加（图3C），以及β-MHC和ANP的蛋白质水平（图3D）。然而，这些影响被GAS部分逆转，进一步验证了其在体外对心脏肥大的保护作用。
3.GLUT4/GLUT1可能介导GAS对PE诱导的心肌细胞肥大的保护作用
研究人员研究了GLUT4抑制剂对PE诱导的心肌细胞肥大中GAS抗肥大活性的影响。质谱分析表明，加入BAY-876后细胞内GAS水平显著降低（图4A），表明BAY可以抑制GAS进入心肌细胞。与PE组相比，PE+BAY-876处理略微增加了细胞横截面积（图4B）、肥大相关基因（图4C）和肥大相关蛋白的表达水平（图4D），但这些变化并不显著。与PE+GAS组相比，PE+GAS+BAY-876增加了细胞横截面积（图4B）、肥大相关基因（图4C）和肥大相关蛋白的表达水平（图4D）。高剂量的BAY抑制了GLUT1和GLUT4，削弱了GAS的抗肥大作用，并降低了细胞内GAS水平。
4.GLUT1 不介导 GAS 对 PE 诱导的心肌细胞肥大的保护作用
接下来，作者研究了低剂量的BAY是否会影响PE诱导的心肌细胞肥大中GAS的抗肥大活性。质谱分析表明，加入BAY-876后GAS的细胞内含量显着降低（图5 A）。与PE+GAS组相比，PE+GAS+BAY-876处理的细胞表现出相似的横截面积（图5B）、肥大相关基因（图5C）和肥大相关蛋白表达水平（图5D）。这表明仅抑制GLUT1的低剂量BAY-876对GAS的抗肥大活性没有影响。
5.GLUT4 敲降后减弱了GAS对PE诱导的心肌细胞肥大的保护作用
接下来，作者研究了GAS对siRNA 敲降slc2a4后PE诱导的心肌细胞肥大的保护作用。敲降效率如图6A-B所示。选择siRNA2作为进一步研究。质谱分析表明，Slc2a4敲降后细胞内GAS水平显著降低（图6 C），提示GLUT4敲降可抑制GAS进入心肌细胞。与NC + PE组相比，siRNA+PE处理略微增加了肥大相关基因表达水平（图6 D）和肥大相关蛋白表达水平（图6 E-6F）。与NC+PE+GAS组相比，siRNA+PE+GAS增加了肥大相关基因表达水平（图6D）和肥大相关蛋白表达水平（图6 E-6F）。Slc2a4 siRNA抑制GLUT4的表达，削弱了GAS的抗肥大作用，也降低了细胞内GAS水平。
6.抑制 GLUT4 削弱了 GAS 对 TAC 诱导的心脏肥大的保护作用
接下来，作者验证了GLUT4是否影响GAS介导的体内心脏肥大改善。根据超声心动图结果，与TAC+GAS组相比，TAC+GAS+BAY-876组小鼠EF%和FS%显著降低（图7A）。这表明用GAS+BAY-876治疗会削弱心脏功能。WGA染色显示TAC增加了心肌细胞大小（图7 B）、心脏大小（图7 C）和心脏/体重比值（图7D）。然而，与TAC+GAS组相比，TAC+GAS+BAY-876治疗削弱了GAS的抗肥大作用。根据血管周围和间质染色的结果（图7E），Tgfb1，Nappa和Nppb等基因（图7 F）以及α-MHC，β-MHC和ANP等肥大蛋白（图7G）的表达增加。这些结果表明，抑制GLUT4削弱了GAS的抗肥大作用。
7. GAS增加 GLUT4 表达
最后，作者研究了GAS对GLUT1和GLUT4表达的影响。发现TAC组的GLUT4蛋白和基因表达下降，而GLUT1的表达增加。GAS给药增加了GLUT4的表达，而GLUT1的表达没有变化（图8A-B）。这些发现与NRCM中的发现一致（图8C-D）。BAY给药后，与TAC+GAS组相比，TAC+GAS+BAY组的GLUT4蛋白和基因表达显著下降（图8E-F），提示GAS可能增加GLUT4的表达。
本研究结果表明，GLUT4可以介导GAS抵抗超负荷心脏肥大的作用，天麻素的抗肥大作用取决于其通过GLUT4进入心肌细胞，延缓向心衰竭的发展。然而，目前的挑战是300 nM BAY同时抑制GLUT1和GLUT4的能力。当抑制GLUT4时，不确定GLUT1是否会产生协同作用。因此，在未来的研究中，对GLUT1和GLUT4基因进行干预是必要的。由于目前的研究仅限于小鼠模型和体外细胞实验，因此需要在与人类更相似的动物模型中研究GAS对心脏肥大的影响，以确认其治疗效果和作用机制。尽管存在这种局限性，但目前的研究将GAS确定为治疗压力超负荷心脏肥大患者的一种新的潜在治疗选择。