FGF2减轻炎症介导的心脏损伤：AMPK–FUNDC1–线粒体自噬作用的新机制见解

《Research》：FGF2 Attenuated Inflammation-Mediated Cardiac Damage: A Novel Mechanistic Insight into the AMPK–FUNDC1–Mitophagy

脓毒症性心肌病中FGF2通过激活AMPK-FUNDC1介导的线粒体自噬通路减轻心肌损伤，补充FGF2可逆转炎症、氧化应激和细胞凋亡，为治疗提供新策略。

　　### 研究背景与意义

在现代医学中，败血症是一种由多种内源性或外源性病原体引发的全身性炎症反应综合征，常常导致多个重要器官功能衰竭，其后果可能危及生命。败血症引发的心肌病（septic cardiomyopathy）是其严重并发症之一，其特点是高发病率和高死亡率，且目前对这一病症的有效管理仍是一个重要的挑战。尽管已有研究表明成纤维细胞生长因子2（FGF2）在心脏保护方面具有重要作用，但其在败血症相关心肌病中的具体作用尚未得到充分研究。本研究旨在填补这一知识空白，通过建立体内的败血症心肌病模型，分析FGF2在心肌细胞中的表达变化及其对心脏损伤的影响，从而揭示其潜在的治疗价值。

### FGF2在心肌细胞中的表达变化

为了探讨FGF2在败血症心肌病中的作用，研究人员利用小鼠模型模拟败血症，并通过免疫组化技术检测心脏组织中FGF2的表达情况。结果显示，与假手术组相比，接受脂多糖（LPS）处理的小鼠心脏中FGF2的表达显著下降。为进一步明确FGF2的主要来源，研究者对现有的小鼠心肌组织单细胞RNA测序数据进行了重新分析，发现心肌细胞是FGF2表达的主要细胞类型。在体外实验中，研究人员从野生型（WT）小鼠中提取心肌细胞，并在LPS刺激下观察其表达变化。结果显示，LPS处理显著降低了心肌细胞中FGF2的表达水平，这一趋势在HL-1心肌细胞中也得到了验证。这些发现表明，FGF2可能在败血症心肌病的发展过程中扮演关键角色，值得进一步探索其在治疗中的应用潜力。

### FGF2基因敲除加剧心脏损伤

为了进一步验证FGF2在败血症心肌病中的作用，研究人员使用FGF2基因敲除小鼠（FGF2^?/?）建立了败血症模型。通过酶联免疫吸附测定（ELISA）检测了血清中与心脏损伤相关的生物标志物，包括肌钙蛋白T（Tn-T）、肌酸激酶同工酶MB（CK-MB）、乳酸脱氢酶（LDH）和B型利钠肽（BNP）。结果表明，LPS处理显著增加了这些生物标志物的水平，而FGF2缺失的小鼠表现出更高的指标值，表明其对心脏损伤的易感性增加。此外，研究还评估了FGF2对炎症反应和氧化应激的影响。LPS处理导致血清中促炎因子如IL-6、TNFα、MCP-1和IL-1β的显著升高，而FGF2缺失进一步加剧了这一趋势。在体外实验中，通过定量聚合酶链反应（qPCR）检测心肌细胞中促炎因子的mRNA表达水平，结果与体内实验一致，显示FGF2的缺失显著增强了炎症反应。通过免疫荧光染色，研究人员还发现FGF2缺失导致心肌组织中Gr-1⁺中性粒细胞的沉积显著增加，进一步支持了FGF2在抑制炎症反应中的作用。此外，使用二氢乙锭（DHE）染色评估心脏中的活性氧（ROS）水平，发现FGF2缺失的小鼠在败血症条件下ROS水平显著升高，表明其在缓解氧化应激方面具有重要作用。这些结果表明，FGF2的缺失显著加剧了败血症心肌病中的心脏损伤。

### FGF2缺失导致心脏功能障碍加重

为了进一步评估FGF2在败血症心肌病中的功能影响，研究人员利用超声心动图技术检测了心脏功能相关指标，包括左心室射血分数（LVEF）、缩短分数（FS）、左心室舒张末期直径（LVDd）和收缩末期直径（LVSd）。结果显示，FGF2缺失的小鼠在LPS处理后，心脏功能显著下降，表现为LVEF和FS的降低，以及LVDd和LVSd的增加。随后，研究人员对分离的心肌细胞进行了收缩参数分析，发现LPS处理显著损害了心肌细胞的收缩和舒张功能，表现为峰值缩短（PS）和±dL/dt的降低，以及舒张时间（TR90）和收缩时间（TPS）的延长。尽管FGF2缺失并未在基线条件下改变这些参数，但在LPS刺激下显著加剧了心肌细胞的功能障碍。为了探究这一功能障碍的结构基础，研究人员采用透射电镜（TEM）观察了LPS处理后的心肌组织超微结构变化，发现FGF2缺失的心肌组织中线粒体肿胀、空泡化以及肌原纤维的破坏现象更为明显，而野生型小鼠的心肌组织则保持相对完整。这些结果表明，FGF2的缺失显著加重了败血症心肌病中的心脏功能障碍。

### FGF2缺失加剧心肌细胞线粒体功能障碍

为了深入探讨FGF2在败血症心肌病中的作用机制，研究人员对LPS处理后的FGF2缺失小鼠和野生型小鼠的心脏组织进行了无偏倚的蛋白质组学分析。结果表明，差异表达的蛋白质主要富集在与线粒体功能和代谢相关的生物学过程中，包括线粒体翻译、线粒体自噬（mitophagy）以及呼吸链复合物的组装。细胞成分分析进一步揭示，这些蛋白质主要定位于内质网-线粒体膜接触位点、自噬、线粒体核糖体、线粒体膜的组成部分以及线粒体蛋白复合物中。此外，通过KEGG数据库进行的通路分析显示，FGF2的缺失显著改变了线粒体自噬和代谢通路的表达模式，提示FGF2在维持线粒体质量控制和能量代谢中具有关键作用。基因集富集分析（GSEA）进一步证实，FGF2缺失显著降低了线粒体自噬和三羧酸循环（TAC）的活性。这些结果表明，FGF2的缺失通过影响线粒体相关蛋白的表达，导致线粒体功能障碍，从而加剧心脏损伤。

### FGF2补充减轻心脏损伤和功能障碍

为了验证FGF2在败血症心肌病中的保护作用，研究人员对小鼠进行了25 μg的重组FGF2（rFGF2）注射。结果显示，rFGF2显著减轻了LPS诱导的心脏损伤，包括血清中心脏损伤生物标志物（Tn-T、CK-MB、LDH和BNP）的减少。此外，rFGF2还有效抑制了LPS引发的炎症反应，表现为促炎因子（如IL-6、TNFα、MCP-1和IL-1β）水平的下降。通过透射电镜观察，rFGF2处理后的心肌组织超微结构得到改善，线粒体损伤显著减轻。进一步的体外实验显示，rFGF2显著降低了HL-1心肌细胞的凋亡水平，包括TUNEL染色显示的凋亡细胞数量减少以及促凋亡蛋白（如cleaved caspase-3、caspase-9和Bax）表达的下调，同时抗凋亡蛋白（如Bcl-2）的表达增加。此外，rFGF2还显著改善了线粒体功能，包括ATP生成的增加、线粒体膜电位的恢复以及活性氧（ROS）水平的降低。这些结果表明，FGF2的补充能够有效减轻败血症条件下的心脏损伤和功能障碍。

### FGF2通过AMPK-FUNDC1通路调控线粒体自噬

为了进一步探讨FGF2在败血症心肌病中的作用机制，研究人员分析了FGF2处理后的心脏组织和HL-1细胞中的蛋白表达变化。KEGG分析显示，AMPK信号通路可能是FGF2的下游效应器。AMPK是一种重要的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶复合物，已知在调节线粒体自噬和细胞存活中发挥关键作用。在LPS处理后，野生型小鼠的心脏组织中p-AMPKα水平显著降低，而FGF2缺失的小鼠中这一变化更为明显。通过体外实验，研究人员发现LPS处理显著抑制了p-AMPKα的表达，而rFGF2处理则能有效恢复其表达水平。此外，AICAR（一种已知的AMPK激活剂）和Compound C（一种AMPK抑制剂）被用作对照，以验证FGF2通过AMPK通路调控线粒体自噬的假设。AICAR处理显著增强了AMPK的磷酸化水平，并促进了p-FUNDC1的表达，同时改善了线粒体膜电位和ATP生成，减少了线粒体膜渗透性转换孔（mPTP）的开放时间以及凋亡细胞的数量。相比之下，Compound C处理则抑制了这些保护效应。这些结果表明，FGF2通过AMPK信号通路激活FUNDC1介导的线粒体自噬，从而减轻线粒体损伤和细胞凋亡。

### FGF2与FUNDC1介导的线粒体自噬之间的关系

FUNDC1是一种关键的线粒体自噬受体蛋白，其表达水平和磷酸化状态对线粒体自噬的调控至关重要。在本研究中，研究人员发现FGF2通过激活AMPK信号通路，进而增强FUNDC1的磷酸化，促进线粒体自噬。通过Western blotting检测，LPS处理显著降低了p-FUNDC1、Beclin1、LC3II和ATG5的表达水平，同时增加了p62的表达。然而，rFGF2处理能够逆转这些变化，恢复p-FUNDC1的表达并促进线粒体自噬。此外，通过共免疫荧光染色，研究人员观察到rFGF2处理后线粒体与溶酶体的共定位显著增强，表明线粒体自噬的激活。这些结果进一步支持了FGF2通过AMPK-FUNDC1通路调控线粒体自噬的观点，揭示了其在败血症心肌病中的保护机制。

### FGF2的治疗潜力与未来研究方向

本研究揭示了FGF2在败血症心肌病中的关键作用，表明其通过激活AMPK-FUNDC1介导的线粒体自噬，减轻线粒体损伤和细胞凋亡，从而改善心脏功能。这一发现为败血症心肌病的治疗提供了新的思路，即通过调控FGF2-FUNDC1轴来增强线粒体自噬，减少炎症反应和氧化应激，进而保护心脏。然而，尽管FGF2具有显著的保护作用，其在临床应用中仍面临挑战。FGF2具有较短的半衰期，且由于其多效性（pleiotropy），可能引发非目标的血管生成或细胞增殖效应。因此，未来研究需要探索更稳定的递送方式，如纳米颗粒或控释系统，以提高其在心脏中的特异性。此外，研究还指出，FGF2的两种不同分子量形式（高分子量和低分子量）可能在调控线粒体功能和自噬方面具有不同的作用，这一现象值得进一步探讨。

### 研究方法与实验设计

为了验证FGF2在败血症心肌病中的作用，研究人员采用了多种实验方法，包括动物模型构建、细胞培养、蛋白质组学分析、免疫荧光染色、超声心动图检测、实时定量PCR（qPCR）和Western blotting等。在动物模型构建方面，FGF2^?/?小鼠被用于模拟败血症心肌病，通过LPS注射建立模型，并在72小时后评估心脏损伤情况。在细胞实验中，HL-1心肌细胞被用于体外模拟，LPS处理后检测其线粒体功能和凋亡水平。此外，研究还采用了单细胞测序技术，分析不同细胞类型中FGF2的表达情况，并通过基因集富集分析（GSEA）和KEGG通路分析揭示其调控的生物学过程。这些实验方法的综合应用为研究FGF2在败血症心肌病中的作用提供了全面的证据。

### 研究的局限性与未来展望

尽管本研究提供了关于FGF2在败血症心肌病中作用的深入见解，但仍存在一些局限性。首先，LPS诱导的败血症模型虽然具有实验可控性和可重复性，但仅能模拟败血症的部分病理特征，无法完全反映临床败血症的复杂性，包括多种病原体感染、不同的免疫反应和动态的病理生理变化。因此，未来研究应考虑使用多微生物模型（如结肠穿刺和结扎模型）以验证FGF2在不同败血症情境下的普遍适用性。其次，尽管研究主要基于HL-1细胞和原代心肌细胞，但这些细胞系与天然心肌组织之间可能存在差异，影响其对败血症刺激的反应。此外，全球FGF2敲除模型可能掩盖了非心脏组织中FGF2的补偿效应，因此未来研究应采用可诱导、心肌细胞特异性的FGF2缺失模型，以更准确地评估其在心脏中的细胞自主作用。最后，本研究主要聚焦于FGF2的保护机制，但其在其他心血管疾病中的作用仍需进一步探讨，以全面了解其在心血管系统中的潜在治疗价值。

### 结论

综上所述，本研究揭示了FGF2在败血症心肌病中的重要作用，表明其通过激活AMPK-FUNDC1介导的线粒体自噬，减轻线粒体损伤和细胞凋亡，从而改善心脏功能。这一发现不仅为败血症心肌病的治疗提供了新的靶点，还为理解败血症相关心脏损伤的分子机制提供了重要线索。未来的研究应进一步探索FGF2的不同分子量形式在调控线粒体功能和自噬中的具体作用，并开发更有效的递送策略以提高其临床应用的可行性。此外，结合其他信号通路（如MAPK/ERK、PI3K-Akt和PKC通路）的研究也将有助于全面解析FGF2在心血管疾病中的多重作用机制。