GSDMD抑制剂GI-Y1通过抑制线粒体功能障碍来减轻多柔比星引起的心脏毒性

《Toxicology》：GSDMD inhibitor GI-Y1 alleviates doxorubicin-induced cardiotoxicity via the inhibition of mitochondrial dysfunction

本研究旨在探讨GSDMD抑制剂GI-Y1对多柔比星诱导的心脏毒性（DIC）的保护作用及机制。通过体内小鼠实验和体外细胞实验，发现GI-Y1显著改善心脏功能，减少心肌损伤和炎症反应，其机制涉及抑制GSDMD裂解、降低IL-1β分泌及改善线粒体功能。

　　

张宇聪|郑瑞涵|谢敏妮|陈云轩|夏彬彬|杨泽欣|李卓宁|李宇正|罗莉|黄伟健|戴珊珊|叶博志|张文丽

中国浙江省温州市温州医科大学第一附属医院老年医学科

摘要

目的

本研究旨在探讨GI-Y1（一种GSDMD抑制剂）对多柔比星（Dox）诱导的心脏毒性（DIC）的保护作用，并阐明其分子机制。

方法

在体内实验中，野生型小鼠和Gsdmd^?/^?小鼠分别接受多柔比星（5 mg/kg/周，持续4周）和GI-Y1（10或20 mg/kg/天）治疗。通过AAV9介导的GSDMD过表达验证了其靶点特异性。采用超声心动图评估心脏功能；通过H&E染色、TUNEL检测和血清生物标志物（CK-MB、LDH、cTnT）检测心肌损伤。在体外实验中，HL-1心肌细胞分别用多柔比星（0.5 μg/mL）和GI-Y1（10或20 μM）处理。通过Western blot、ELISA、JC-1染色和TEM检测焦亡标志物（GSDMD切割、IL-1β分泌、LDH释放）和线粒体功能。

结果

GI-Y1提高了多柔比星处理小鼠的生存率和心脏功能，降低了血清中心脏损伤生物标志物水平，并减轻了心肌组织损伤。在体内和体外实验中，GI-Y1均抑制了多柔比星诱导的心肌细胞焦亡，表现为GSDMD切割减少、IL-1β分泌降低和细胞死亡减少。其机制可能是GI-Y1与GSDMD结合，干扰了其脂质结合和孔洞形成能力；同时通过减少线粒体中的GSDMD-N、恢复MMP活性、提升ATP水平和抑制mtDNA释放来缓解线粒体功能障碍。

结论

GI-Y1通过直接靶向GSDMD，抑制焦亡和线粒体损伤，从而减轻心脏毒性。本研究表明GI-Y1是治疗化疗相关心脏损伤的有前景的药物，并为心血管疾病中的焦亡研究提供了有价值的工具。

引言

多柔比星（DOX）及其他蒽环类药物（ANTs）作为抗癌化疗药物已在临床实践中广泛应用超过五十年（Johnson-Arbor和Doxorubicin，2025）。DOX是一种有效的抗肿瘤药物，用于治疗多种恶性肿瘤。然而，其广泛的临床应用受到许多全身性不良反应的限制。尽管存在这些挑战，DOX仍然是治疗包括儿童恶性肿瘤、白血病和乳腺癌在内的多种癌症的最成熟和最常用的药物之一（Rawat等人，2021）。然而，研究表明蒽环类药物会诱导剂量依赖性心脏毒性（Renu等人，2018），长期使用可能导致左心室射血分数下降、不可逆的心室功能障碍和心力衰竭（Nebigil和Désaubry，2018；Raber和Asnani，2019）。 先前的研究证实，多柔比星引起的心肌损伤通过多种机制实现，如心肌细胞凋亡、氧化应激（Marinello等人，2018）、肌浆网Ca²⁺耗竭（Zhao等人，2020）以及心肌细胞线粒体损伤（Ghigo等人，2016）。这些因素被认为是多柔比星诱导的心肌病（DIC）的主要致病因素。尽管DIC的部分发病机制已得到阐明，但具体的预防和治疗策略仍不完善（Cui等人，2024）。与其它形式的细胞死亡不同，焦亡主要表现为caspase-1介导的gasdermin D（GSDMD）切割，该切割将GSDMD的N端（GSDMD-NT）和C端（GSDMD-CT）域分离。这种切割解除GSDMD-NT的自我抑制作用，使其能够与细胞膜结合并插入膜中，逐渐形成孔洞或预孔。一旦形成，这些孔洞会促进离子和水的流动，导致细胞肿胀。成熟的细胞因子如IL-1β和IL-18可通过这些孔洞直接释放（Broz，2025）。我们之前的研究发现焦亡与多柔比星引起的心脏功能障碍之间存在密切关联。焦亡可通过依赖GSDMD的方式直接触发，从而参与DIC的发病机制（Ye等人，2022）。因此，靶向GSDMD或焦亡可能有助于减轻DIC引起的心脏损伤，并改善患者的临床预后。 我们的团队通过虚拟筛选、药理学实验以及体内和体外验证，首次发现了一种具有心脏保护作用的选择性GSDMD抑制剂——GSDMD抑制剂Y1（GI-Y1）。进一步的研究表明，GI-Y1通过特异性靶向GSDMD，对心肌缺血/再灌注损伤和心脏重塑具有保护作用（Zhong等人，2023）。然而，目前尚不清楚GI-Y1是否对DIC具有保护作用。因此，本研究旨在探讨GI-Y1在DIC中的保护作用及其机制，为DIC及相关心血管疾病的临床管理提供新的见解。

动物实验

我们从位于中国江苏的Gem Pharmatech有限公司购买了8周大的C57BL/6J背景的Gsdmd^?/?雄性小鼠及其野生型（WT）对照小鼠。小鼠被饲养在恒温25°C的无特定病原体环境中。通过计算机生成的随机化方法，将小鼠随机分配到不同的实验组。它们接受了多柔比星（D1515，Sigma-Aldrich，美国密苏里州圣路易斯）的腹腔注射。

GI-Y1改善了多柔比星引起的心脏功能障碍并提高了生存率

GI-Y1的化学结构如图1A所示。接下来我们研究了GI-Y1对接受多柔比星处理的小鼠生存率的影响。到第7周末，所有对照组小鼠均存活；而多柔比星处理组的小鼠存活率降至20%。相比之下，给予GI-Y1后，多柔比星处理组的小鼠存活率上升至60%（图1B）。这些结果表明GI-Y1显著减轻了多柔比星引起的小鼠死亡效应，这种差异具有统计学意义。

讨论

本研究旨在探讨GI-Y1对多柔比星诱导的心肌功能障碍的保护作用及其机制。结果表明，GI-Y1通过抑制焦亡介导的炎症和线粒体损伤，减轻了心肌损伤并增强了心脏功能。

资助

本研究得到了台州市科技项目（项目编号：25ywb209）、温州市科技项目（项目编号：Y20240044）、浙江省自然科学基金（项目编号：LMS25H020006）、国家自然科学基金（项目编号：82570321）、浙江省医疗卫生科技项目（项目编号：2025KY995）、上海市卫生健康委员会临床研究项目（项目编号：20234Y0095）以及青年项目的支持。

作者贡献声明

张宇聪：撰写初稿、数据管理、概念构思。 郑瑞涵：撰写初稿、方法学设计、数据分析。 谢敏妮：撰写初稿、数据分析、概念构思。 陈云轩：数据分析、概念构思。 夏彬彬：方法学设计、数据管理。 杨泽欣：数据分析。 李卓宁：撰写初稿、数据管理。 李宇正：撰写初稿、方法学设计。 罗莉：方法学设计。 黄伟健：项目监督。

利益冲突声明

所有作者均声明没有利益冲突。

致谢

我们衷心感谢温州医科大学科研中心的张梦欣和王文婷在免疫荧光实验中的宝贵帮助，同时也感谢温州医科大学科研中心的侯玲丽和董彦妮在超声心动图检查方面的协助。