ALYREF相分离保护机制缓解阿霉素诱导的心肌细胞DNA损伤与心脏毒性

这篇研究揭示了抗癌药物阿霉素（DOX）心脏毒性的新机制：核蛋白ALYREF通过液-液相分离（LLPS）维持NORAD激活的核糖核蛋白复合体（NARC1）稳定性，而DOX通过结合ALYREF的D171位点破坏其相分离能力，导致DNA损伤和心肌细胞凋亡。研究首次阐明ALYREF相分离在心脏保护中的关键作用，为靶向干预化疗相关心脏毒性提供了新策略。

　　

引言

阿霉素（DOX）作为蒽环类化疗药物，其临床应用受到剂量依赖性心脏毒性的限制。传统研究多聚焦于DOX诱导线粒体功能障碍和氧化应激的机制，而本研究首次揭示核内ALYREF蛋白的相分离（LLPS）特性在DOX诱导心脏毒性（DIC）中的核心作用。ALYREF作为m⁵C结合蛋白，既往已知参与RNA代谢，但其通过相分离维持基因组稳定的功能在心脏保护中尚属空白。

结果

ALYREF过表达减轻心肌细胞DNA损伤

在DOX处理的鼠类心脏模型和人源iPSC心肌细胞中，ALYREF表达显著下调。通过siRNA敲低ALYREF会加剧γH2AX焦点形成、彗星尾DNA比例增加等DNA损伤标志，同时激活凋亡蛋白Caspase-3。反之，ALYREF过表达可逆转DOX诱导的上述损伤，证实其心肌保护作用独立于m⁵C读取功能。

心脏特异性基因编辑模型的验证

构建心肌特异性ALYREF敲除（CKO）小鼠后，DOX处理导致更严重的左心室射血分数（EF）下降和心肌纤维化。而通过AAV9载体心脏过表达ALYREF的小鼠则表现出存活率提升、血清肌钙蛋白T（cTnT）水平降低等保护效应。组织学分析显示，ALYREF缺失会加重心肌细胞核碎裂和TUNEL阳性凋亡。

DOX破坏ALYREF相分离的分子机制

活细胞成像显示ALYREF在心肌细胞核内形成动态液滴，可被相分离破坏剂1,6-己二醇（1,6-HEX）溶解。分子动力学模拟发现DOX特异性结合ALYREF的D171位点——该位点位于固有无序区（IDRs），是相分离的关键结构域。DARTS和CESTA实验证实，D171突变会完全阻断DOX与ALYREF的结合。

NARC1复合体解离的级联效应

ALYREF作为NORAD激活的核糖核蛋白复合体（NARC1）核心组分，其相分离状态对维持复合体稳定性至关重要。DOX处理2小时内即可引发ALYREF与RBMX、TOP1等组分的解离，而ALYREF降解会进一步导致RBMX蛋白水平下降，形成基因组不稳定的恶性循环。共表达ALYREF和RBMX可协同缓解DOX毒性，证实NARC1完整性是心脏保护的关键。

讨论

本研究突破性地将相分离理论与化疗心脏毒性机制相结合：DOX通过靶向ALYREF的D171位点，破坏其依赖IDRs的相分离能力，进而诱发泛素-蛋白酶体途径降解。这种相分离扰动会瓦解NARC1复合体，最终导致心肌细胞基因组不稳定。值得注意的是，保留相分离能力的ALYREF K163A突变体在肿瘤模型中不促进增殖，却仍具心脏保护作用，为开发选择性心脏保护剂提供了理论依据。

实验方法

研究采用CRISPR/Cas9构建心肌特异性ALYREF CKO小鼠，通过AAV9-cTnT载体实现心脏定向基因递送。表面增强拉曼光谱（SERS）证实DOX在心肌细胞核内富集度是线粒体的4倍。FRAP和体外液滴实验验证ALYREF相分离特性，分子对接采用AMBER力场进行100 ns模拟。所有动物实验均通过哈尔滨医科大学伦理委员会审批（SYDW2023-107）。