文獻解析
阿霉素（Doxorubicin）是一種廣泛應用于臨床的蒽環(huán)類化療藥物，具有廣譜的抗腫瘤活性，但其存在嚴重的心臟毒性，可導致急性或遲發(fā)性心力衰竭。已有研究表明，阿霉素能夠靶向拓撲異構(gòu)酶 IIβ，增加活性氧的產(chǎn)生，引發(fā)線粒體功能障礙，進而導致心肌細胞喪失和心力衰竭。
在臨床上，阿霉素誘導的心肌病具有劑量累積依賴性，且可能在治療后很長時間才會發(fā)生。當阿霉素的累積劑量達到 600 毫克/平方米時，發(fā)生阿霉素誘導的心肌病的風險會增加到 36%。血液中升高的心房鈉尿肽（ANP）和腦鈉肽（BNP）水平是遲發(fā)性心臟毒性的常見生物標志
物，其水平顯著高于肌鈣蛋白 T（cTnT）和肌鈣蛋白 I（cTnI）。
盡管存在阿霉素的給藥指南，但由于缺乏可靠的預測性生物標志物，無法有效預防阿霉素誘導的心肌病。已有的心血管疾病情況可提供一些指導意見，但由于該病具有遲發(fā)性的特點，阿霉素誘導的心肌病對于癌癥患者而言仍然是一個風險因素，阿霉素誘導的心肌損傷機制仍未完全闡明。
文獻來源
近日，上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院和上海精準醫(yī)學研究院張家毓教授、雷鳴教授和心內(nèi)科張俊峰教授團隊合作在《Advanced Science》雜志上發(fā)表了題為“線粒體數(shù)量決定阿霉素誘導心肌細胞的心臟毒性(Mitochondrial Amount Determines Doxorubicin-Induced Cardiotoxicity in Cardiomyocytes)” 的研究論文。
該研究利用人誘導多能干細胞來源的心肌細胞 (hiPSC-CMs)和動物模型，揭示了阿霉素心臟毒性的雙重機制。本研究發(fā)現(xiàn)阿霉素誘導的心肌病（DIC）的毒性取決于線粒體的數(shù)量。從分子層面來看，線粒體 DNA（mtDNA）的泄漏會引發(fā)cGAS-STING的炎癥反應以及心肌細胞的衰老。
項目研究
在隨訪阿霉素誘導的心臟損傷模型中，患者用藥前外周血單個核細胞(PBMC)中的線粒體拷貝數(shù)與用藥后全血中BNP(心衰標志物)的變化呈負相關(guān)。
作者進一步通過線粒體移植和YFP-Parkin介導的線粒體自噬手段構(gòu)建了不同線粒體拷貝數(shù)的人hiPSC來源的心肌細胞，線粒體含量較高的心肌細胞(mitohigh)在阿霉素處理后表現(xiàn)出更強的存活能力，并伴隨較少的mtDNA外漏，而線粒體拷貝數(shù)較低的心肌細胞(mitolow)則更容易進入凋亡。
這提示線粒體拷貝數(shù)可能成為預測阿霉素心臟毒性的潛在生物標志物。
圖1 不同線粒體DNA拷貝數(shù)的HiPSC‐CMs表現(xiàn)出不同程度的阿霉素耐受性
阿霉素直接攻擊線粒體，破壞線粒體膜完整性，降低膜電位，并誘導線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(mPTP)開放，導致活性氧(ROS)大量積累。這一過程中，線粒體DNA (mtDNA)泄漏至胞質(zhì)，觸發(fā)天然免疫系統(tǒng)cGAS-STING通路，從而激活下游炎癥反應，引發(fā)心肌細胞的程序性死亡和衰老表型，最終導致心臟衰老和心臟功能的進一步惡化。
圖2 線粒體DNA泄漏激活的cGAS‐STING通路促進心肌細胞的衰老
針對阿霉素引起的心肌損傷，作者探索了三種不同的救援策略，均能不同程度緩解心臟毒性。
作者將熒光標記的人hiPSC-CM來源線粒體原位注射至小鼠心臟，結(jié)果顯示外源性線粒體可在心臟組織中存留超過一周，并促進線粒體生物合成，增強心肌抗氧化能力，并且在阿霉素作用后可以顯著緩解小鼠心臟功能降低和線粒體的損傷。
同時作者通過構(gòu)建小鼠心肌細胞Sting特異性敲除和過表達線粒體定位的DNase1，雖然無法挽救上游的線粒體膜電位降低和線粒體膜結(jié)構(gòu)損傷，但抑制了阿霉素激活的mtDNA-cGAS-STING通路，緩解阿霉素引起的炎癥反應和心肌細胞衰老。實驗結(jié)果證明了阿霉素在體內(nèi)對心肌細胞的損傷具有兩層打擊，可以通過線粒體移植和抑制mtDNA-cGAS-STING通路進行心肌細胞功能的挽救。
圖3 心肌特異性STING敲除和線粒體靶向DNase1的過表達均能對抗阿霉素誘導的心臟毒性
研究結(jié)論
綜上所述，本研究證明了線粒體含量決定了心肌對阿霉素的易感性。從分子層面來看，阿霉素通過打開線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔（包括BAX、BAK 和VDAC）破壞了線粒體膜的完整性，從而導致線粒體 DNA（mtDNA）泄漏到細胞質(zhì)中。隨后cGAS- STING通路的激活會促使心肌細胞衰老。通過基因敲除心肌中的STING，或者通過過表達線粒體脫氧核糖核酸酶 1（mito-DNase1）來降解細胞質(zhì)中的mtDNA，又或是進行線粒體移植，均可阻止cGAS- STING通路的激活，并挽救心臟功能障礙。
傳統(tǒng)觀點認為阿霉素心臟毒性主要由氧化應激和DNA損傷驅(qū)動，而本研究首次系統(tǒng)性地揭示了mtDNA泄漏-免疫激活軸在心肌損傷中的核心作用，并提出線粒體移植、mtDNA清除和cGAS-STING抑制作為潛在的干預策略。
這一發(fā)現(xiàn)不僅拓展了對蒽環(huán)類藥物心臟毒性的理解，也為個體化心臟保護策略提供了新方向。此外，該研究填補了阿霉素心肌病與線粒體拷貝數(shù)相關(guān)性研究的空白，并首次提出PBMC線粒體拷貝數(shù)可能作為預測阿霉素心臟毒性的生物標志物，這對臨床上高風險患者的早期篩查和預防具有重要意義。
圖4 mtDNA‐cGAS‐STING通路在阿霉素損傷中的信號機制及治療策略
吉滿助力
本研究中所用的AAV9‐cTnT由吉滿生物（Genomeditech）提供。
了解更多質(zhì)粒構(gòu)建,病毒包裝,穩(wěn)轉(zhuǎn)株構(gòu)建,敲除細胞株,報告基因檢測等相關(guān)服務(wù)。歡迎訪問吉滿生物官網(wǎng)：www.zxpdf.cn
免費咨詢電話：400-627-9288
原文引用
“To overexpress mito‐DNase1, 2 weeks prior to Dox induction, mice received a 1E11 vg single i.v. injection of adeno‐associated serotype 9 (AAV9) virus carrying cardiac troponin T (cTnT) promoter‐driven mito‐DNase1 cDNA (AAV9‐mito‐DNase1). Empty AAV9‐cTnT served as vector control (AAV9‐Vector) (Genomeditech).”
文獻原文
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11948046/
來源：課題組供稿
