BDH1-LCN2 轴：治疗糖尿病心肌病的新希望

为探究糖尿病心肌病（DbCM）发病机制，研究人员研究 BDH1 作用，发现 BDH1-LCN2 轴可改善 DbCM，有潜在治疗意义。

　　糖尿病，这个如今常见的慢性代谢疾病，正像一个隐匿的 “健康杀手”，严重威胁着全球人类的健康。国际糖尿病联盟（IDF）的数据显示，2021 年，20 - 79 岁人群中糖尿病的全球患病率约为 10.5%（5.366 亿人），预计到 2045 年将飙升至 12.2%（7.832 亿人）。其中，2 型糖尿病（T2DM）最为常见，占全球糖尿病患者总数的 90% 以上。而更令人担忧的是，心血管并发症是 2 型糖尿病患者死亡的主要原因，超过半数的患者因此失去生命。

糖尿病心肌病（DbCM）作为糖尿病常见的心血管并发症之一，是一种在无高血压和冠状动脉疾病的情况下，由糖尿病引发的病理生理状态。患者常表现为左心室肥大、舒张功能降低，部分还伴有收缩功能障碍。目前，DbCM 的潜在发病机制尚未完全阐明，强化血糖控制的主要益处并非针对心血管方面，现有的治疗方法也主要基于心力衰竭的治疗。因此，明确 DbCM 的发病机制并探索精准的治疗靶点迫在眉睫。

在此背景下，西南医科大学的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Cardiovascular Diabetology》上。该研究为 DbCM 的治疗带来了新的曙光，有望开辟全新的治疗途径。

研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。在动物实验方面，选用了 5 周龄的雄性 db/m 和 db/db 小鼠，以及 Bdh1 基因敲除（Bdh1^-/-）小鼠，并通过尾静脉注射腺相关病毒（AAV）来调控基因表达。细胞实验则采用了大鼠心肌细胞（H9C2），通过不同的刺激建立细胞模型。同时，利用 RNA 测序（RNA-seq）分析基因表达变化，采用组织学检测、免疫染色、TUNEL 检测等方法观察心脏组织的病理变化，运用免疫沉淀和蛋白质免疫印迹分析等技术探究蛋白间的相互作用及表达水平。此外，还使用了染色质免疫沉淀实验（ChIP）来研究基因的表观遗传调控。

研究结果如下：

1. BDH1 在糖尿病心脏和 PA 处理的 H9C2 细胞中表达降低：研究人员利用 db/db 小鼠建立 DbCM 小鼠模型，通过 RNA-seq 发现酮体代谢的限速酶 BDH1 在 db/db 小鼠心脏组织中表达下调，这一结果在蛋白质和 mRNA 水平均得到验证。同时，在糖尿病患者的心脏组织中也观察到 BDH1 表达显著降低。在细胞实验中，用棕榈酸（PA）刺激 H9C2 细胞建立脂毒性模型，发现 PA 刺激可使 BDH1 的蛋白和 mRNA 水平明显下降，高糖刺激则对 BDH1 的影响较小。这些结果表明，心脏 BDH1 的降低是 T2DM 条件下的一个突出现象，可能与糖尿病心肌病的发病机制有关。
2. BDH1 缺乏加重糖尿病诱导的心脏功能障碍和 PA 诱导的心肌细胞损伤：通过将 db/m 小鼠与 Bdh1^-/-小鼠杂交，获得 BDH1 缺失的 db/db 小鼠（db/db;Bdh1^-/-）。研究发现，与野生型 Bdh1 的 db/db 小鼠（db/db;WT）相比，db/db;Bdh1^-/-小鼠出现了收缩功能障碍，舒张功能也进一步恶化。病理分析显示，db/db;Bdh1^-/-小鼠心脏组织中的脂毒性、纤维化、细胞凋亡和炎症反应均加重。在细胞实验中，干扰 H9C2 细胞中 BDH1 的表达后用 PA 处理，发现细胞的炎症和凋亡加剧。这些数据表明，BDH1 缺乏可能通过脂毒性介导糖尿病诱导的心脏功能障碍。
3. BDH1 过表达保护糖尿病诱导的心脏功能障碍和 PA 诱导的脂毒性：研究人员通过向 6 周龄的 db/m 或 db/db 小鼠注射表达 BDH1 的腺相关病毒（AAV9-Bdh1）来使其过表达 BDH1。结果显示，AAV9-Bdh1 注射可逆转 db/db 小鼠的舒张功能障碍，减轻心脏组织中的脂毒性、纤维化、细胞凋亡和炎症反应。在 H9C2 细胞实验中，过表达 BDH1 同样能逆转 PA 诱导的炎症和凋亡。这表明 BDH1 过表达可通过抵抗脂毒性减轻糖尿病诱导的心脏功能障碍。
4. BDH1 过表达通过抑制 LCN2 减轻糖尿病心肌病：为探究 BDH1 过表达保护 DbCM 的分子机制，研究人员进行了 RNA 测序分析，发现 LCN2 可能是 BDH1 的潜在靶点。进一步研究证实，BDH1 负向调节 LCN2 的表达。LCN2 过表达会加重 PA 诱导的 H9C2 细胞凋亡和炎症，而 LCN2 敲低则能消除 BDH1 敲低诱导的细胞凋亡和炎症增加。在体内实验中，共表达 BDH1 和 LCN2 可消除 BDH1 过表达对 db/db 小鼠心脏功能的保护作用。这些数据表明，BDH1 过表达通过抑制 LCN2 减轻糖尿病心肌病。
5. BDH1 抑制 LCN2 依赖的 NF-κB 激活：已知 LCN2 可通过与 RPS3 相互作用促进 NF-κB 激活，且 NF-κB 激活参与 DbCM 的发展。研究人员通过免疫沉淀等实验发现，PA 处理会增强 LCN2 与 NF-κB 的相互作用，而 BDH1 过表达可消除这种增强作用。LCN2 过表达会增强 NF-κB 与 RPS3 的相互作用及 NF-κB 的磷酸化，使其进入细胞核发挥作用；而 LCN2 敲低则产生相反的效果。免疫染色结果显示，BDH1 过表达可逆转 PA 诱导的 NF-κB 核定位，而 BDH1 和 LCN2 共表达则会消除这种逆转作用。这些结果表明，BDH1 过表达通过抑制 LCN2 依赖的 NF-κB 激活减轻 DbCM。
6. BDH1 下调心脏 βOHB 水平并通过抑制 H3K9bhb 抑制 LCN2 表达：BDH1 催化 β- 羟基丁酸（βOHB）和乙酰乙酸（AcAc）之间的转化，研究人员推测 BDH1 可能通过代谢物介导的表观遗传重编程调节 LCN2 表达。实验结果显示，在 db/db 小鼠心脏组织和 PA 处理的 H9C2 细胞中，βOHB 水平升高，AcAc 水平降低，而 BDH1 过表达可逆转这种变化。同时，PA 处理会增加 H3K9bhb 水平，BDH1 过表达则使其降低；BDH1 敲低则会增加 H3K9bhb 水平。ChIP-PCR 实验表明，BDH1 过表达可降低 Lcn2 启动子区域的 H3K9bhb 水平，从而抑制 Lcn2 的转录。这表明 BDH1 过表达通过下调 βOHB 水平和 Lcn2 启动子区域的 βOHB 依赖的 H3K9bhb，最终抑制 Lcn2 的转录。
7. A485 通过抑制 H3K9bhb 抑制 LCN2 表达并减轻糖尿病心肌病：研究人员使用 H3K9bhb 的抑制剂 A485 进行实验。结果发现，A485 处理可逆转 PA 诱导的 LCN2 mRNA 和蛋白水平的增加，以及 H3K9bhb 水平的升高。ChIP-PCR 实验显示，A485 处理可消除 PA 诱导的 Lcn2 启动子区域 H3K9bhb 的升高。在动物实验中，给 db/db 小鼠口服 A485 可逆转其舒张功能障碍，减轻心脏组织的纤维化、细胞凋亡和炎症反应。这些数据表明，BDH1 通过 H3K9bhb 介导的 LCN2 转录抑制减轻 DbCM。

研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了 BDH1-LCN2 轴通过酮体代谢重编程介导的表观遗传调控抑制 DbCM 发病机制的新分子机制。BDH1 作为酮体代谢的限速酶，其表达在糖尿病心脏组织和 PA 处理的 H9C2 细胞中降低。BDH1 过表达或功能增强可通过抑制 LCN2/NF-κB 信号通路，减轻糖尿病诱导的心脏功能障碍、炎症、细胞凋亡和纤维化。这一发现为 DbCM 的治疗提供了新的潜在靶点，即恢复心脏 BDH1 的表达可能是治疗 DbCM 的一种有前景的方法。然而，该研究也存在一定的局限性，如 BDH1 的全身敲除会导致肝脏酮体代谢重编程，影响心脏 βOHB 水平；AAV9 介导的 BDH1 表达不仅限于心脏细胞，还可能影响其他细胞的酮体代谢。未来的研究可使用心脏特异性敲除或过表达 BDH1 的小鼠模型来进一步探究其作用机制。此外，该研究使用的人类样本为死后采集，限制了其在生化检测中的应用。尽管如此，该研究成果仍为糖尿病心肌病的治疗开辟了新的方向，具有重要的理论和临床意义。