氮杂双膦酸盐诱导内皮细胞线粒体辅酶Q缺乏对生物能量学的适应性调控机制研究

本研究针对氮杂双膦酸盐(N-BPs)治疗骨病时可能引发内皮细胞线粒体功能障碍的临床问题，通过慢性暴露实验揭示了N-BPs通过抑制甲羟戊酸通路导致线粒体辅酶Q(mtCoQ)缺乏，进而引起氧化磷酸化(OXPHOS)系统重构、ATP合成效率下降及活性氧(mtROS)增加等机制。该成果为理解N-BPs心血管副作用提供了分子基础，发表于《Scientific Reports》。

　　

骨质疏松症治疗药物氮杂双膦酸盐(N-BPs)通过抑制破骨细胞活性发挥疗效，但其对血管内皮细胞的潜在影响长期未被阐明。内皮细胞作为血管功能的关键调控者，其线粒体功能障碍与心血管疾病密切相关。尤其值得注意的是，N-BPs通过抑制甲羟戊酸通路关键酶FPPS（法尼基焦磷酸合成酶），不仅影响胆固醇合成，还可能干扰线粒体辅酶Q(mtCoQ)的生物合成——这一分子既是呼吸链电子载体又是重要抗氧化剂。波兰亚当密茨凯维奇大学生物学院线粒体生物化学研究组的Adrianna Budzinska、Lukasz Galganski等研究人员在《Scientific Reports》发表的研究，首次系统揭示了慢性N-BPs暴露如何通过mtCoQ缺乏重塑内皮细胞线粒体生物能量学景观。

研究采用EA.hy926人内皮细胞系进行6天慢性暴露实验，通过氧电极法测定呼吸功能，HPLC分析mtCoQ氧化还原状态，BN-PAGE（蓝绿温和胶电泳）解析呼吸链超复合体重构，并结合免疫印迹和荧光探针等技术。实验浓度选择临床相关剂量（5μM阿仑膦酸/1μM唑来膦酸），确保在不影响细胞存活前提下观察特异性效应。

总mtCoQ和还原型mtCoQ水平显著降低
慢性N-BPs暴露使内皮细胞线粒体总mtCoQ池减少45-50%，并完全消除还原型mtCoQ(mtCoQH₂)的抗氧化储备池（对照组的12%）。这种失衡伴随超氧化物歧化酶2(SOD2)表达上调10-20%，反映氧化应激防御系统的激活。

呼吸底物氧化的整体抑制与脂肪酸代谢代偿
除棕榈酰肉碱氧化增强20%外，N-BPs处理组线粒体对苹果酸（复合物I底物）、琥珀酸（复合物II底物）等TCA循环中间体的最大氧化能力普遍降低13-25%。脂肪酸氧化酶ACADS蛋白水平相应升高，提示代谢重编程向脂质供能倾斜。

呼吸效率与膜电位受损
磷酸化状态下，琥珀酸氧化的ADP/O比值下降16%，ATP合成速率降低40%，显著甚于苹果酸氧化的30%降幅。非磷酸化呼吸中，△Ψ（线粒体膜电位）在琥珀酸氧化时降幅最大，与复合物II(SDHB)蛋白水平和活性特异性降低20%的现象一致。

mtCoQ还原水平升高驱动ROS生成
N-BPs使所有呼吸条件下的mtCoQH₂/mtCoQ_tot比值提升13-18%，直接导致H₂O₂产量增加22-25%。值得注意的是，复合物III（泛醌氧化酶）活性降低20%与III₂+IV超复合体下调共同构成电子传递瓶颈，而复合物IV（细胞色素c氧化酶）最大活性虽保持稳定，但其血红素a含量减少17%，反映甲羟戊酸通路对多种线粒体组分的影响。

UCP2上调的适应性反应
解偶联蛋白2(UCP2)表达增加27%，其脂肪酸诱导的质子漏活性增强40%，可能通过缓解mtCoQ过度还原状态发挥抗氧化保护作用。这种调节与mitoBK_Ca通道（线粒体大电导钙激活钾通道）的稳定性形成鲜明对比。

该研究首次建立N-BPs→mtCoQ缺乏→呼吸链重构→代谢重编程的完整病理链条，为临床观察到的N-BPs心血管风险提供机制解释。特别重要的是，发现内皮细胞通过下调复合物II活性、上调UCP2表达等代偿机制应对mtCoQ缺乏，这种适应性反应虽然短期内维持细胞存活，但长期可能导致血管功能异常。作者建议未来研究探索辅酶Q10补充策略，并强调在骨质疏松治疗中需权衡骨骼与心血管收益。这些发现不仅拓展了对N-BPs药理毒理学的认知，也为线粒体靶向的心血管保护提供了新思路。