《Advanced Science》：Melatonin Mitigates Doxorubicin-Induced Cardiotoxicity by Targeting the USP18/PKM2 Axis Without Compromising Antitumor Efficacy
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多柔比星（DOX）仍是广泛使用的化疗药，但其临床价值受显著心脏毒性限制。尽管已知褪黑素（Mel）护心，但其如何拮抗多柔比星诱导心脏毒性（DIC）及是否干扰化疗尚不明确。研究人员旨在界定褪黑素在多柔比星治疗期间护心机制，并在荷瘤动物中验证该保护。研究人员采用急性
多柔比星（DOX）仍是广泛使用的化疗药，但其临床价值受显著心脏毒性限制。尽管已知褪黑素（Mel）护心，但其如何拮抗多柔比星诱导心脏毒性（DIC）及是否干扰化疗尚不明确。研究人员旨在界定褪黑素在多柔比星治疗期间护心机制，并在荷瘤动物中验证该保护。研究人员采用急性与慢性DIC小鼠模型及同基因黑色素瘤荷瘤模型，联合转录组学、药理干预、心肌细胞特异性Usp18过表达与敲除、免疫共沉淀、质谱、泛素化实验及PKM2抑制剂处理。褪黑素主要经MT1/2受体显著改善心功能。机制上，DOX激活STAT1并驱动心肌USP18上调；USP18结合PKM2，通过移除K33连接泛素链、促进K27连接泛素化稳定PKM2，加重损伤。心肌特异性过表达Usp18恶化DIC并消除褪黑素保护；缺失Usp18或抑制PKM2可重现褪黑素获益。在黑色素瘤与淋巴瘤荷瘤模型中，褪黑素缓解DIC且不减弱DOX抗肿瘤活性。该工作定义新护心通路，并为褪黑素作为肿瘤心脏病学安全辅助疗法提供临床前依据。
研究背景与立项依据
多柔比星（DOX，anthracycline类蒽环化疗药）是乳腺癌、淋巴瘤、肉瘤与白血病等恶性肿瘤治疗的基石药物，但其剂量依赖性心脏毒性（dic，doxorubicin-induced cardiotoxicity）严重限制长期用药安全。现有病理机制涉及拓扑异构酶IIβ抑制、氧化应激、线粒体功能障碍与程序性死亡，但分子调控网络仍不完整。临床唯一获批护心药右雷佐生（dexrazoxane）存在削弱抗肿瘤效力的争议，理想策略应选择性保护心肌而不影响化疗疗效，此为肿瘤心脏病学（cardio-oncology）未满足需求。褪黑素（Mel）具抗氧化、抗炎、抗凋亡与线粒体保护功能，且经MT1/MT2受体（melatonin receptors）信号发挥作用；其在肿瘤与心肌双重调控潜力使其成为DIC预防候选。USP18（ubiquitin-specific protease 18，泛素特异性蛋白酶18）既往主要被视为干扰素信号负反馈因子，PKM2（pyruvate kinase M2，丙酮酸激酶M2型）则是糖酵解限速酶并具核内转录共激活功能。二者是否在化疗应激下形成轴控尚未知。
研究人员开展的研究与结论
研究人员系统揭示褪黑素经MT1/2受体抑制DOX诱导的STAT1-USP18轴，使USP18不再稳定PKM2，减少PKM2核转位，从而减轻炎症、纤维化、氧化损伤与心功能下降；且在荷瘤模型中护心不削弱DOX疗效。该发现发表于《Advanced Science》，意义在于提出可转化的护心通路及USP18、PKM2新靶点。
主要关键技术方法
研究使用雄性C57BL/6小鼠构建慢性与急性DIC模型，及B16-F10黑色素瘤、EL-4淋巴瘤同基因荷瘤队列；采用心肌特异性Usp18条件敲除（Myh6-Cre;Usp18Fl/Fl）与AAV9-cTNT过表达、MT1/MT2敲除鼠。细胞层面用AC16人心肌细胞、原代新生/成年心肌细胞。核心方法含转录组测序、免疫共沉淀（co-IP）联合质谱底物鉴定、泛素链类型（K27/K33等）修饰分析、核质分离、染色质免疫沉淀（ChIP-qPCR）、PKM2药理激活/抑制干预及超声心功能评估，人体样本来自脂质体多柔比星治疗乳腺癌患者血清队列。
研究结果
3.1 褪黑素保护急慢性多柔比星心肌病：经慢性4周DOX模型，褪黑素提升存活率、左室射血分数（LVEF）与缩短分数（LVFS），逆转心肌萎缩、纤维化、活性氧（ROS）积累及LDH/MDA升高，急性与延迟给药同样有效。
3.2 褪黑素经MT1与MT2受体抑制损伤：MT1或MT2缺失均取消褪黑素对面积、胶原、氧化指标的保护，证明受体偶联信号为核心而非单纯自由基清除。
3.3 USP18为褪黑素护心关键下游：转录组筛查USP家族，DOX上调USP18且褪黑素回降；心肌过表达Usp18恶化表型并抵消褪黑素获益，提示USP18促损伤。
3.4 心肌特异性缺失Usp18直接缓解DIC：cKO小鼠死亡率降低、心功能改善、纤维化与氧化应激减弱，印证USP18为病理效应器。
3.5 靶向该轴护心不损抗肿瘤效力：黑色素瘤荷瘤模型中，褪黑素或Usp18缺失均保心且肿瘤生长曲线、体积、PCNA（增殖标志物）与DOX单药无差异。
3.6 STAT1介导DOX诱导USP18转录：DNA pull-down-质谱锁定STAT1结合USP18启动子；DOX促STAT1磷酸化，褪黑素经受体抑该通路。
3.7 USP18互作PKM2并抑制其泛素化：co-IP、对接与截断定位证明结合域为USP18 51–151 aa；USP18延长PKM2半衰期、降低泛素化。
3.8 USP18改写PKM2修饰促核转位：去除K33连接（自噬降解相关）、保留K27连接（核定位相关），使PKM2入核并结合IL1B、IL6启动子驱动炎症转录，降解主要靠溶酶体途径。
3.9 PKM2抑制模拟褪黑素保护：PKM2抑制剂3K重现护心并挽救Usp18过表达损伤；激动剂TEPP-46加重损伤；淋巴瘤模型示3K不削弱DOX疗效。
讨论总结
讨论指出褪黑素护心以受体GPCR（G蛋白偶联受体）级联为主，非仅直接抗氧化；USP18首次被定义为心肌化疗应激传感器与效应器；其通过双向泛素编辑稳定并核转位PKM2，把蛋白稳态异常转化为炎症纤维化基因表达。PKM2抑制下游有效且不影响抗肿瘤，具转化潜力。局限含临床样本量小、未绘PKM2全基因组占位、需乳腺瘤等多癌种验证与剂量优化。
结论翻译
研究人员发现褪黑素通过MT1/2-USP18-PKM2轴拮抗多柔比星诱导心脏毒性，该轴关联GPCR信号、蛋白稳态与代谢重编程，为褪黑素作为安全护心剂临床探索提供完整证据链，并将USP18与PKM2确立为DIC新治疗靶点，推动在保抗癌效力同时减毒的目标。
