靶向乳酸代谢的异甘草素通过稳定PYGL蛋白改善心力衰竭的研究

本研究针对心力衰竭(HF)中乳酸代谢紊乱的关键病理机制，通过系统筛选发现天然化合物异甘草素(isoliquiritigenin)能直接结合糖原磷酸化酶L(PYGL)蛋白并增强其稳定性，促进心肌细胞乳酸生成，从而改善压力超负荷小鼠模型的心脏功能与重构，为HF治疗提供了新型靶点和候选药物。

　　

心力衰竭(HF)是全球范围内日益严重的健康负担，尽管现有指南指导的药物治疗包括利尿剂、神经激素抑制剂(ACEi/ARB/ARNI, β-blockers, MRAs)和SGLT2抑制剂，但仍存在疗效局限性和显著副作用，患者5年死亡率高达50-80%，迫切需要创新疗法。近年来研究发现，乳酸代谢在HF进程中扮演关键角色——心肌细胞内乳酸水平下降会破坏动作电位传播、钙处理过程和兴奋-收缩耦合，并损害α-肌球蛋白重链K1897乳酸化这一对肌节稳定性至关重要的翻译后修饰，最终导致心肌结构紊乱和HF进展。因此，靶向乳酸代谢成为极具前景的治疗策略，但现有调控手段（如锂盐和MCT抑制剂）存在治疗窗窄或脱靶效应等问题，亟需开发低毒性、高效的新型化合物。

为了系统探索靶向乳酸代谢治疗HF的方案，研究人员整合多组学分析、计算药理学和实验验证，最终发现天然黄酮化合物异甘草素(isoliquiritigenin)可通过稳定PYGL蛋白促进乳酸生成，显著改善心脏功能。该研究发表于《Scientific Reports》，为心力衰竭的代谢治疗提供了新思路。

本研究主要采用以下关键技术方法：基于六个GEO数据集和GeneCards筛选HF相关基因，与MSigDB中335个乳酸代谢相关基因取交集获得87个核心基因；通过Connectivity Map(CMap)计算平台筛选候选化合物，并结合ADMETlab进行毒性评估；运用分子对接(AutoDock Vina)和分子动力学模拟(GROMACS)验证化合物与靶蛋白结合；建立横主动脉缩窄(TAC)小鼠模型及血管紧张素II(AngII)诱导的心肌细胞肥大模型进行体内外功能验证；通过蛋白质稳定性实验（环己酰亚胺CHX追踪）、RNA稳定性分析（放线菌素D处理）及免疫组化、超声心动图、ELISA等多技术手段评估表型与机制。

Lactate inhibited the development of HF in mice

通过TAC手术构建小鼠心衰模型，发现术后8周心肌乳酸水平显著降低。补充乳酸钠(NALA)可恢复乳酸含量，改善心功能指标（EF、FS）、减轻心脏重量/体重比(HW/BW)、胶原面积和心肌细胞横截面积，并下调ANP、BNP、Myh7等心衰标志物；而乳酸脱氢酶A(LDHA)抑制剂gallocyanin则使假手术组心功能恶化，证实乳酸代谢是压力超负荷心衰的关键治疗靶点。

87 genes were both associated with lactate metabolism and HF

从MSigDB获取335个乳酸代谢相关基因，与6个HF患者GEO数据集差异基因交集得到159个基因，进一步结合单因素逻辑回归和GeneCards检索，最终鉴定出87个与HF和乳酸代谢共同相关的核心基因，功能富集显示它们主要参与线粒体功能、氨基酸代谢和生物合成过程。

CMap screening identified isoliquiritigenin as a low-toxicity candidate

利用87基因特征在CMap中筛选出50个潜在逆转化合物，其中29种为抑制剂。毒性评估显示异甘草素毒性最低，具有较好的类药性（SwissADME和ADMETlab验证），因此被选为后续研究对象。

Isoliquiritigenin directly binds and stabilizes PYGL protein

SwissTargetPrediction预测异甘草素靶点后，与87个基因取交集发现PYGL是唯一共同基因。Meta分析证实HF患者心肌中PYGL表达显著下调。分子对接显示异甘草素与PYGL蛋白(PDB:2QLL)结合能低至-8.5 kcal/mol，分子动力学模拟（100 ns）表明复合物结构稳定。体外实验证明异甘草素处理H9C2和新生小鼠心肌细胞后，PYGL蛋白稳定性增强（CHX追踪半衰期延长），但不影响其mRNA稳定性。

Isoliquiritigenin improves cardiac function in TAC-induced HF via PYGL-stabilization and lactate production

体内实验显示异甘草素处理显著提高TAC小鼠心肌乳酸水平、改善心功能（EF、FS提升）、减轻心脏肥大和纤维化，并下调ANP、BNP、Myh7表达。同时，异甘草素特异性增强心肌Pygl蛋白（而非mRNA）表达。机制上，LDHA抑制剂gallocyanin或Pygl siRNA敲低均部分减弱异甘草素对AngII诱导心肌细胞肥大的保护作用，表明其功效部分依赖于乳酸代谢和PYGL调控。

研究结论表明，异甘草素作为一种低毒性天然化合物，通过直接结合并稳定PYGL蛋白（糖原分解关键酶），促进心肌细胞乳酸生成，从而改善压力超负荷所致心衰的结构与功能异常。该发现不仅揭示了PYGL在心衰中的新作用，也为靶向乳酸代谢治疗HF提供了新型候选药物。讨论部分指出，尽管TAC模型有效模拟了压力超负荷心衰，但人类心衰病因多样，需在更多临床前模型和最终临床试验中验证异甘草素的疗效与机制。此外，研究仅使用雄性小鼠，未来需考察性别差异影响；分子层面上，异甘草素与PYGL结合后的具体调控方式（如泛素化或分子伴侣相互作用）仍有待阐明。总之，该研究为代谢性治疗心衰开辟了新的方向，具有重要的转化价值。