低剂量胡桃醌通过Lys207依赖性FoxO1激活与线粒体保护减轻压力超负荷诱导的心脏肥厚

《Pharmacological Research》：Low-dose Juglone Attenuates Pressure Overload-Induced Cardiac Hypertrophy through Lys207-dependent FoxO1 activation and Mitochondrial protection

　　

压力超负荷诱导的心脏肥厚以线粒体功能障碍与氧化还原失衡为特征。研究人员在经主动脉弓缩窄（transverse aortic constriction，TAC）小鼠模型中观察到，高剂量胡桃醌（juglone，一种天然5-羟基-1,4-萘醌）可诱发心脏、肝脏及肾脏毒性，而1 mg/kg/day剂量耐受性良好，并可减轻心脏肥厚。胡桃醌在体外抑制血管紧张素II（angiotensin II，Ang II）诱导的心肌细胞肥厚，并维持线粒体超微结构、线粒体膜电位、呼吸功能、ATP生成及氧化还原稳态。单核RNA测序（single-nucleus RNA sequencing，snRNA-seq）显示胡桃醌减少应激相关心肌细胞状态并富集钙处理心肌细胞。整合转录组分析、生物素-胡桃醌pull-down、表面等离子共振、细胞热位移 assay、分子对接及突变分析确定FoxO1为胡桃醌的功能性靶点。胡桃醌以Lys207依赖方式结合FoxO1 DNA结合域，并伴随FoxO1去乙酰化、核聚集及转录激活。活化的FoxO1诱导Sesn3转录并恢复AMPK在Thr172位点的磷酸化。沉默Sesn3可显著削弱胡桃醌诱导的AMPK激活，并损害其对抗心肌细胞肥厚与线粒体功能障碍的保护作用。沉默FoxO1、FoxO1-K207Q突变、阻断FoxO1去乙酰化或抑制FoxO1转录活性均可损害上述获益。重要的是，主动脉瓣狭窄相关肥厚患者心肌中FoxO1乙酰化增加、心肌细胞核内FoxO1定位减少、Sesn3表达与AMPK磷酸化下降，4-HNE增加。综上，低剂量胡桃醌通过FoxO1-Sesn3-AMPK轴减轻病理性肥厚并维持线粒体稳态，同时凸显剂量依赖性氧化还原效应在其治疗效力与全身毒性中的重要性。

研究背景方面，病理性心脏肥厚是慢性压力超负荷后向心力衰竭演变的关键前驱状态，长期高血压或主动脉瓣狭窄等状态下，心室壁增厚虽可短期降低室壁应力，但持续压力超负荷会转为不良重塑，表现为心肌细胞增大、顺应性下降及心衰风险升高。现有压力超负荷相关心衰治疗主要降低血流动力学负荷与神经激素激活，仍不足以直接维护心肌细胞稳态或阻断代偿性肥厚向失代偿衰竭转化。线粒体功能障碍是这一转化的核心驱动因素，成年心肌细胞高度依赖线粒体氧化代谢以维持兴奋-收缩耦联，压力超负荷下呼吸受损、活性氧（reactive oxygen species，ROS）过多、脂质过氧化、线粒体结构破坏、膜电位崩溃与ATP耗竭共同损害心肌能量学并放大炎症与基质沉积。叉头框蛋白O（Forkhead box O，FoxO）转录因子调控氧化防御、线粒体稳态、代谢与存活，其中FoxO1通过磷酸化与乙酰化整合营养、氧化及翻译后修饰信号；sirtuin依赖的FoxO去乙酰化与应激抵抗和代谢适应相关。胡桃醌是天然5-羟基-1,4-萘醌，常作为肽基脯氨酰异构酶Pin1抑制剂，但其氧化还原活性醌骨架可 redox cycling、与蛋白巯基反应并在高浓度促ROS，因此具有双相、剂量与情境依赖效应。尚不清楚低剂量胡桃醌是否通过可药理靶向的FoxO1-Sestrin通路恢复线粒体稳态并减轻压力超负荷病理性肥厚。该研究发表于《Pharmacological Research》。

主要关键技术方法方面，研究人员构建小鼠TAC模型与Ang II诱导原代新生小鼠心肌细胞（neonatal mouse cardiac myocytes，NMCMs）肥厚模型，并纳入主动脉瓣狭窄相关左室肥厚患者心肌与非肥厚供体心肌队列；采用snRNA-seq与bulk RNA-seq解析细胞与转录重编程，用生物素-胡桃醌pull-down、表面等离子共振（surface plasmon resonance，SPR）、细胞热位移 assay（cellular thermal shift assay，CETSA）、分子对接验证靶点结合，以FoxO1野生型与K207Q/K207R突变体、siRNA敲低、启动子报告与染色质免疫沉淀（chromatin immunoprecipitation，ChIP）明确下游转录机制，并以电镜、Seahorse耗氧率、JC-1膜电位、MitoSOX超氧、ATP与4-HNE染色评估线粒体表型。

研究结果方面，低剂量胡桃醌在良好耐受窗内改善压力超负荷心脏肥厚：剂量探索显示0.25与1 mg/kg/day耐受良好，正式实验中1 mg/kg/day降低HW/BW、HW/TL、LW/BW，改善射血分数（ejection fraction，EF%）与短轴缩短率（fractional shortening，FS%），减轻心肌横截面积、间质与血管周围纤维化，雌性小鼠验证一致。胡桃醌抑制肥厚与纤维化程序：TAC上调Anp、Bnp、Myh7、Acta2、Col1a1、Col3a1、Ctgf，胡桃醌显著抑制这些促肥厚与促纤维化基因及BNP、MYH7、α-SMA、Collagen III蛋白；Ang II模型中0.25 μM胡桃醌不损活力并抑制ANP/BNP/MYH7与细胞表面积增大。snRNA-seq揭示心肌细胞状态与心脏细胞组成重塑：19个细胞群中胡桃醌减少活化成纤维细胞、相对富集B/T细胞；心肌细胞再聚类为7个亚群，治疗减少cluster 1应激相关状态（Cox6a2、Cd44），增加cluster 3钙处理状态（Slc8a1、Cacna1c），FoxO1在cluster 3上调并关联氧化磷酸化与氧化应激程序。胡桃醌在体内外维护线粒体完整性与生物能：TAC心见肌节紊乱、线粒体肿胀空泡化与嵴丢失，胡桃醌缓解并恢复ATP、降低4-HNE；NMCMs中Ang II致线粒体碎裂、膜电位下降、MitoSOX升高与OCR降低，胡桃醌恢复形态、ΔΨm、降低线粒体ROS并改善基础与最大呼吸。FoxO1参与抗肥厚与线粒体保护：TAC与Ang II下FoxO1乙酰化升高，胡桃醌促去乙酰化并恢复核转位；Pin1过表达加重肥厚但与FoxO1乙酰化改变无关；敲低FoxO1消除胡桃醌抗肥厚与线粒体形态保护。胡桃醌直接结合FoxO1且Lys207决定响应：生物素-胡桃醌pull-down、SPR（KD 2.385±0.15 μM）、CETSA支持直接结合；对接定位于DNA结合域Tyr184、Glu185、Val188、Lys207；K207Q减弱热稳定与pull-down捕获且阻碍核聚集，K207R本身偏保护并伴低乙酰化。FoxO1转录激活Sesn3并经AMPK依赖保护：RNA-seq上调基因富集氧化磷酸化与AMPK信号，FoxO1靶基因交集获Sesn3等8个候选；荧光素酶与ChIP证实FoxO1结合Sesn3启动子并促其转录；沉默Sesn3削弱胡桃醌对Thr172位AMPK磷酸化、BNP/MYH7、细胞面积与膜电位保护，过表达Sesn3则减轻Ang II损伤并增强AMPK磷酸化。人主动脉瓣狭窄肥厚心肌显示FoxO1高乙酰化、核定位减少、4-HNE增加、Sesn3下调与AMPK Thr172磷酸化下降，与该轴在病理肥厚中受抑一致。

讨论与结论部分，研究人员指出胡桃醌并非仅通过Pin1抑制或广义氧化还原毒性发挥作用，低剂量下凭借明确安全窗进入适应性线粒体应激反应程序。FoxO1被胡桃醌以Lys207依赖方式结合并促进去乙酰化、核聚集与转录激活，进而上调Sesn3，恢复AMPK在Thr172位磷酸化，形成FoxO1-Sesn3-AMPK轴以维持氧化磷酸化、抑制脂质过氧化、保护线粒体结构与能量代谢，并最终减轻压力超负荷相关的病理性心脏肥厚与纤维化。人主动脉瓣狭窄心肌证据将该机制从小鼠模型延伸到人类疾病，说明FoxO1乙酰化异常、核定位不足与Sesn3-AMPK抑制可作为压力超负荷心肌病的病理特征。结论可译为：低剂量胡桃醌通过Lys207依赖性FoxO1激活与线粒体保护减轻压力超负荷诱导的心脏肥厚；FoxO1-Sesn3-AMPK轴是其主要保护通路；胡桃醌的治疗效力与全身毒性由剂量依赖性 redox 效应决定，因此界定其治疗窗比单纯将其视为Pin1抑制剂更具转化价值。