LncRNA FAF通过调控NLRP3-Caspase-1通路抑制焦亡缓解阿霉素心脏毒性的机制研究

《Scientific Reports》：Involvement of LncRNA FAF in chemotherapy-induced cardiotoxicity by mediating pyroptosis through modulation of the NLRP3-Caspase-1 signaling pathway

本研究针对阿霉素（DOX）化疗引发心肌损伤的临床难题，首次揭示长链非编码RNA FAF（lncRNA FAF）通过负向调控NLRP3-Caspase-1信号轴抑制心肌细胞焦亡的新机制。团队通过体内外实验证实，过表达lncRNA FAF可显著改善DOX诱导的心功能异常、降低LDH/CK-MB水平，并抑制GSDMD-N介导的焦亡关键蛋白表达。该发现为化疗相关性心脏毒性的靶向干预提供了新型理论依据。

　　

当抗癌利器变身为心脏杀手，医学界如何破解这道难题？阿霉素（DOX）作为临床广泛应用的蒽环类化疗药物，虽能有效杀伤肿瘤细胞，却可能引发剂量依赖性的心肌损伤，严重时导致不可逆的心力衰竭。据统计，高达25%的患者会出现阿霉素诱导的心脏毒性（DIC），而目前美国FDA批准的唯一心脏保护剂右雷佐生（dexrazoxane）因存在骨髓抑制和继发恶性肿瘤风险，临床应用受限。更令人担忧的是，β受体阻滞剂等传统心肌保护药物对DIC收效甚微。这种"救癌伤心"的困境，促使科学家们深入探索DIC的新型分子机制。

在《Scientific Reports》最新发表的研究中，新疆医科大学附属肿瘤医院麻醉围术期医学中心冯子煜、孙金辉等研究者将目光投向了一种特殊的细胞死亡方式——焦亡（pyroptosis）。这种依赖于半胱天冬酶（caspase）的程序性细胞死亡，主要通过NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NLRP3）炎症小体激活，引发细胞膜孔洞形成和炎症因子释放。近年研究表明，NLRP3-Caspase-1信号通路在DOX心肌损伤中扮演关键角色，但上游调控机制尚不明确。长链非编码RNA（lncRNA）作为长度超过200个核苷酸的非编码RNA分子，可通过转录调控、表观遗传修饰等方式参与疾病进程。其中，lncRNA FGF9相关因子（FAF）曾被报道在心肌梗死中低表达并抑制细胞凋亡，但其在化疗心脏毒性中的作用仍是未知领域。

为解开这一谜团，研究团队构建了模拟临床给药方案的大鼠DIC模型：通过每周腹腔注射2 mg/kg DOX（累计剂量12 mg/kg），持续六周诱导慢性心脏损伤。

超声心动图结果显示，DOX处理组左心室射血分数（LVEF）和短轴缩短率（LVFS）显著降低，同时左心室收缩末期内径（LVESD）增大、左心室收缩压（LVSP）下降，充分证实心功能受损。血清学检测发现乳酸脱氢酶（LDH）和肌酸激酶同工酶（CK-MB）水平升高，组织染色显示心肌结构紊乱、纤维化面积增加，这些经典指标共同印证DOX成功诱发心肌损伤。

研究进一步发现，DOX处理的大鼠心肌组织中焦亡关键指标异常激活：TUNEL染色显示细胞死亡增加，ELISA检测到血清白细胞介素-1β（IL-1β）和IL-18水平上升，Western blot结果显示NLRP3、活化型Caspase-1（C-Caspase-1）以及gasdermin D蛋白N端片段（GSDMD-N）表达均显著上调。

值得注意的是，qRT-PCR检测揭示lncRNA FAF在损伤心肌组织中表达下调，提示其可能参与DIC的病理过程。

在细胞层面，研究者从新生SD大鼠分离培养原代心肌细胞（经cTnT免疫荧光鉴定纯度达98%），建立1 μg/mL DOX刺激24小时的体外模型。

CCK-8法显示DOX显著抑制细胞活力，流式细胞术检测到焦亡细胞比例增加，Western blot再次验证NLRP3-Caspase-1通路激活。与此对应，lncRNA FAF在DOX处理组表达降低，进一步支持其保护作用。

为验证lncRNA FAF的功能，团队通过质粒转染实现其在心肌细胞中的过表达。

结果发现，过表达lncRNA FAF可逆转DOX引起的细胞活力下降和凋亡增加。更重要的是，流式细胞术和免疫荧光显示lncRNA FAF过表达显著抑制焦亡发生，Western blot证实NLRP3、C-Caspase-1和GSDMD-N蛋白表达同步下调。

机制探索阶段，研究者使用焦亡激动剂polyphyllin VI（5 μM）处理过表达lncRNA FAF的细胞，发现其保护作用被逆转：细胞活力再次下降，焦亡指标重新升高。

而采用NLRP炎症小体特异性激动剂nigericin（10 μM）干预后，同样消除了lncRNA FAF的获益效果，

明确证实lncRNA FAF通过调控NLRP3-Caspase-1轴发挥心脏保护作用。

本研究主要采用动物模型构建（SD大鼠DOX腹腔注射）、细胞生物学（原代心肌细胞分离培养、质粒转染）、功能检测（超声心动图、CCK-8法、流式细胞术）、分子生物学（Western blot、qRT-PCR、ELISA）以及组织学分析（HE染色、Masson染色、TUNEL染色）等技术手段。

Chemotherapeutic agents promote myocardial injury in rats

通过大鼠在体实验证实DOX诱发心功能指标异常（LVEF、LVFS降低）、心肌损伤标志物（LDH、CK-MB）升高以及组织病理改变（纤维化面积增加），建立DIC经典模型。

Chemotherapeutic agents promote pyroptosis in rat myocardial tissue and inhibit IncRNA FAF expression

发现DOX处理促进心肌细胞焦亡关键分子（NLRP3、C-Caspase-1、GSDMD-N）表达上调，同时伴随lncRNA FAF表达下调，提示二者可能存在负调控关系。

LncRNA FAF is lowly expressed in a model of chemotherapy-induced cardiomyocyte injury

在细胞水平验证DOX诱导心肌细胞焦亡现象，并确认lncRNA FAF在损伤模型中低表达，为其保护功能研究奠定基础。

LncRNA FAF inhibits chemotherapy-induced cardiomyocyte injury

过表达lncRNA FAF可显著改善DOX引起的细胞活力下降和凋亡增加，初步证明其心肌保护作用。

LncRNA FAF inhibits chemotherapy-induced cardiomyocyte pyroptosis

深入机制研究发现lncRNA FAF过表达能抑制焦亡关键蛋白表达，减少焦亡细胞比例，提示其通过调控焦亡途径发挥作用。

LncRNA FAF alleviates chemotherapy-induced cardiomyocyte injury by inhibiting pyroptosis

使用焦亡激动剂逆转lncRNA FAF的保护效应，证实焦亡抑制是其发挥心脏保护的重要途径。

LncRNA FAF alleviates chemotherapy-induced cardiomyocyte pyroptosis by suppressing the NLRP3-Caspase-1 axis

通过NLRP3激动剂实验最终确认lncRNA FAF通过靶向NLRP3-Caspase-1信号通路抑制焦亡的分子机制。

该研究首次阐明lncRNA FAF在DIC中的保护作用及具体机制，不仅为理解化疗心脏毒性的分子基础提供新视角，更为开发针对性的心脏保护策略开辟了新途径。值得注意的是，研究者采用激动剂反向验证的策略，增强了结论的可靠性。然而，该研究主要聚焦细胞水平机制，未来需通过基因敲除/过表达动物模型进一步验证lncRNA FAF的体内功能。此外，lncRNA FAF是否影响DOX的抗肿瘤效果仍需评估，这是其临床转化前必须明确的关键问题。总体而言，这项研究为实现"抗癌护心"双赢目标提供了有价值的候选靶点，对改善肿瘤患者长期预后具有重要临床意义。