《Free Radical Biology and Medicine》：Bergapten mitigates doxorubicin-induced cardiotoxicity via NOX4/Nrf2/HO-1 axis: Insights from in vitro and in vivo models
编辑推荐：
贝格廷通过抑制NOX4并激活Nrf2/HO-1通路减轻阿霉素诱导的心脏氧化应激和凋亡，在细胞和动物模型中证实其保护效果。
Bijoy Krishna Banik|Sourav Kundu|Swati Tirunal Achary|Bedilipi Das|Shobhit Verma|Madhav Nilakanth Mugale|Bidya Dhar Sahu
药理学与毒理学系，印度阿萨姆邦古瓦哈提国家制药教育与研究学院（NIPER）- Changsari 781101
摘要
多柔比星（DOX）是一种常用的化疗药物。尽管其临床疗效显著，但由于其剂量依赖性和累积性的心脏毒性，限制了其临床应用。Bergapten（BeG）是一种天然存在于柑橘类水果中的呋喃香豆素。我们研究了BeG对DOX诱导的心脏毒性的保护作用。在体外和体内模型中，BeG干预可以减少DOX诱导的活性氧（ROS）的产生，维持线粒体膜电位，降低心肌细胞凋亡，并恢复抗氧化防御系统。从机制上讲，BeG通过下调NADPH氧化酶4（NOX4）的表达来减轻氧化损伤，而NOX4是心肌细胞中ROS生成的关键介质。BeG干预显著抑制了DOX对核因子红细胞2相关因子2（Nrf2）及其下游抗氧化蛋白血红素加氧酶-1（HO-1）的下调。相反，沉默Nrf2会消除BeG对DOX处理的H9c2细胞的有益作用。这些分子事件通过调节NOX4/Nrf2/HO-1信号通路，共同恢复氧化还原平衡，减少脂质过氧化，并通过抑制caspase-3蛋白来抑制促凋亡信号通路，同时上调抗凋亡蛋白Bcl-2。此外，BeG干预改善了超声心动图参数，保持了心脏组织结构，并减少了DOX处理动物中的TUNEL阳性细胞数量。这些发现表明，BeG是一种有前景的心脏保护剂，能够针对关键的氧化和凋亡途径，可能作为DOX诱导毒性的辅助治疗手段。
引言
多柔比星（DOX）是一种从Streptomyces peucetius突变株中提取的强效蒽环类抗生素，常用于治疗多种类型的癌症，包括乳腺癌、卵巢癌、肺癌以及淋巴瘤[1]、[2]。然而，由于DOX的剂量依赖性和累积性心脏毒性，其使用受到限制，这显著增加了死亡风险[3]。心脏毒性通常表现为心脏损伤，包括心肌、血管和心脏瓣膜的损伤[4]。在累积剂量为550 mg/m2时，蒽环类药物的心脏毒性发生率为9%至16%[5]。有些患者在使用蒽环类药物后出现了左心室功能障碍和心力衰竭症状[6]、[7]。DOX诱导的心脏损伤机制是复杂多方面的，涉及多种病理过程，包括氧化应激、线粒体功能障碍、过量自由基产生、钙稳态紊乱和心肌细胞凋亡[8]。DOX会导致心脏细胞中活性氧（ROS）的增加。由于心肌细胞本身的抗氧化能力较低，且保护性巯基团含量少，因此它们更容易受到DOX诱导的氧化损伤。这种不平衡导致了明显的氧化应激。在氧化应激过程中，NADPH氧化酶4（NOX4）是ROS生成和氧化还原信号传导的关键酶。DOX在心肌细胞中激活NOX4，导致细胞内ROS过量产生[9]。过度的氧化应激会损害心肌细胞中的脂质和DNA，从而增加心脏损伤和心肌功能障碍的风险[10]。细胞内的氧化还原平衡由转录因子Nrf2维持。Nrf2通常以非常低的水平存在于细胞质中，通过与Kelch样ECH相关蛋白1（Keap1）结合，随后被蛋白酶体降解[11]。Nrf2对细胞抗氧化防御系统的正常功能至关重要[12]。因此，针对Nrf2的方法可能有助于减轻DOX诱导的心脏毒性[13]。与DOX诱导的心脏毒性相关的另一个机制是心肌细胞凋亡。DOX促进caspase的激活，尤其是caspase-3，这是一种关键的凋亡效应因子。心肌细胞和内皮细胞都会经历程序性细胞死亡，从而加剧心肌的形态学恶化和功能下降[14]。
Bergapten（BeG）是一种天然存在的呋喃香豆素，主要来源于柠檬、葡萄柚等芸香科植物[15]。BeG具有多种生物学作用，包括神经保护、肾保护、抗癌、抗菌、抗炎和抗糖尿病作用[16]。此外，BeG在Wistar大鼠的心肌梗死模型中显示出抗氧化和抗炎作用以及心脏保护作用[17]。最近的研究还发现，BeG通过抑制TGF-β1/Smad通路并激活抗氧化Nrf2/HO-1信号通路来减轻慢性肾脏损伤[18]。然而，BeG对DOX诱导的心脏毒性的潜在作用尚未得到研究。本研究利用DOX诱导的心脏毒性模型，探讨了BeG在大鼠和H9c2心肌细胞中的治疗作用。
部分内容摘录
化学物质和试剂
BeG（纯度>98%，商品编号B2840）购自印度东京化学工业有限公司。盐酸多柔比星（纯度>99%）作为赠品样品由印度Sterling Biotech有限公司提供。放射免疫沉淀（RIPA）裂解缓冲液（商品编号20-188）、（3-(4, 5-二甲基噻唑基-2)-2,5-二苯基四唑溴化物（MTT）（商品编号M2128）和用于蛋白质测定的比色酸（BCA）试剂盒（商品编号BCA1-1KT）均购自美国密苏里州圣路易斯的Sigma-Aldrich公司。
BeG对DOX诱导的细胞活力变化的影响
BeG的化学结构如图1A所示。H9c2细胞被不同浓度的BeG（1.25、2.5、5、10、20、40和80 μM）处理24小时后，使用MTT检测法评估细胞活力。结果表明，浓度高达40 μM的BeG并未引起细胞活力的显著变化（图1B）。因此，我们选择了2.5、5和10 μM这种无毒浓度的BeG进行后续的机制研究。
讨论
DOX诱导的心脏毒性的病理机制包括心脏组织的结构和功能改变、缺血性心肌损伤、病理性的心脏重塑以及心力衰竭，这些都与细胞死亡导致的心肌细胞功能丧失有关[36]。在DOX治疗期间保持心脏功能仍然是一个临床挑战。对于接受DOX治疗的患者，早期检测、监测和心脏保护策略是必要的
CRediT作者贡献声明
Bedilipi Das：可视化处理、方法学设计。Shobhit Verma：方法学设计。Sourav Kundu：可视化处理、验证、方法学设计、实验研究、数据整理。Swati Tirunal Achary：可视化处理、方法学设计、实验研究。Bijoy Krishna Banik：初稿撰写、可视化处理、验证、方法学设计、实验研究、数据分析。Madhav Nilakanth Mugale：方法学设计。Bidya Dhar Sahu：撰写与编辑、监督、资源协调、概念构思
致谢
作者感谢印度政府化学与肥料部下属的NIPER古瓦哈提分院以及PRIP计划下的植物药学和草药产品中心提供的必要基础设施和设施。本研究还得到了印度医学研究委员会（ICMR）的支持。
