气血清和方（QBHF）经FTO驱动能量代谢与纤维化双重调控介导心肌梗死后心脏保护：多组学验证

《Chinese Medicine》：Qi-Blood Harmony Formula mediates post-MI cardioprotection via FTO-driven dual modulation of energy metabolism and fibrosis: a multi-omics validation

　　

心肌梗死（MI）仍是全球主要死因。MI后持续心肌纤维化和能量代谢失调促成不良心脏重构，并与临床预后不良相关。目前，尚无指南推荐治疗可同时有效长期干预这两个核心病理机制。气血清和方（Qi-Blood Harmony Formula, QBHF）是一种经典中药复方，已在MI中显示出减轻纤维化、保护线粒体完整性和恢复心肌三磷酸腺苷（ATP）水平的心脏保护潜力，但其潜在机制和治疗靶点仍不清楚。研究人员在小鼠MI模型中采用整合多组学方法，通过批量RNA测序（bulk RNA-sequencing）显示，QBHF重新激活能量代谢相关基因，同时抑制促纤维化通路。非靶向代谢组学（non-targeted metabolomics）进一步证实其逆转代谢失调的效力。单核RNA测序（single-nucleus RNA sequencing, snRNA-seq）显示，QBHF改变心脏细胞组成，表现为减少一个主要促纤维化成纤维细胞亚群并扩增一个代谢稳健的心肌细胞亚群。整合多组学分析鉴定脂肪量和肥胖相关蛋白（fat mass and obesity-associated protein, FTO）为QBHF在批量心脏组织、成纤维细胞和心肌细胞中调控的中心调节枢纽。关键的是，小鼠FTO杂合敲除（heterozygous knockout）消除了QBHF介导的心脏纤维化、ATP水平和心功能改善。一致地，心肌细胞中FTO敲低（knockdown）削弱QBHF诱导的ATP恢复。总之，这些发现表明QBHF通过FTO驱动的能量代谢和纤维化双重调控发挥MI后心脏保护作用。研究人员的发现突出FTO作为有前景的治疗靶点，并为基于中药的MI后损伤干预提供新的机制见解。

研究背景：心肌梗死（myocardial infarction, MI）是缺血性心脏病最严重表现和全球主要死亡原因。尽管冠状动脉旁路移植和经皮冠状动脉介入治疗取得进展，仍有部分患者不适合血运重建，部分接受干预者受冠状动脉微血管“无再流”现象影响而预后不佳。MI后能量代谢紊乱、炎症浸润、心肌细胞死亡、纤维化和不良结构重构可最终导致不可逆心力衰竭；现有治疗难以长期逆转分子失调驱动的结构和功能恶化，且多数仅带来单维度获益，尚无指南级药物可长期同时调控心脏能量代谢和心肌纤维化。表观转录调控，尤其N⁶-甲基腺苷（N⁶-methyladenosine, m⁶A）修饰及其去甲基化酶脂肪量和肥胖相关蛋白（fat mass and obesity-associated protein, FTO），日益被认为是损伤后心脏反应的关键决定因素；FTO可影响钙处理、线粒体生物发生、收缩功能、能量代谢和间质纤维化。中药（traditional Chinese medicine, TCM）多靶点特性为心血管保护提供互补策略。QBHF是源于“益气活血”治法的四味中药复方，由黄芪（Astragali Radix）、丹参（Salviae Miltiorrhizae Radix et Rhizoma）、川芎（Chuanxiong Rhizoma）和赤芍（Paeoniae Radix Rubra）组成，源于陈可冀（Chen Keji）院士20世纪70年代在西苑医院开发的抗心肌梗死合剂（KXGHJ），用于急性MI管理已逾50年；其成分具有改善心肌收缩力和能量代谢、减轻纤维化和氧化应激、增强线粒体功能及抑制炎症等作用。研究假设QBHF通过调节FTO协同改善MI后心脏能量代谢并抑制纤维化。研究人员在左前降支（left anterior descending coronary artery, LAD）结扎诱导的小鼠MI模型中整合药效学与多组学分析，包括批量RNA测序（bulk RNA-sequencing）、非靶向代谢组学和单核RNA测序（single-nucleus RNA sequencing, snRNA-seq），并结合FTO^+/?小鼠和AC16心肌细胞氧糖剥夺（oxygen and glucose deprivation, OGD）模型进行FTO依赖性验证。研究结论表明，QBHF通过FTO驱动的能量代谢和纤维化双重调控发挥MI后心脏保护作用，FTO是有前景的治疗靶点，并为中药干预MI后损伤提供新的机制见解。

关键技术方法概括（不超过250字）：研究采用8周龄雄性C57BL/6J小鼠（维通利华）及FTO^+/?与野生型小鼠（GemPharmatech）建立LAD结扎MI模型；以超声心动图、2,3,5-氯化三苯基四氮唑（TTC）染色、苏木精-伊红（H&E）染色、Masson三色染色、透射电镜（TEM）和ATP检测评价心功能、梗死、纤维化、线粒体及能量状态；采用批量RNA测序、液相色谱-质谱联用（LC-MS）非靶向代谢组学和snRNA-seq进行多组学整合；通过FTO^+/?小鼠和AC16人心肌细胞OGD模型，结合FTO过表达/敲低、Seahorse ATP产生速率、逆转录定量PCR（RT-qPCR）和Western blot验证FTO依赖性；含药血清来自Wistar大鼠（HFK）。

研究结果：
QBHF改善LAD诱导MI小鼠心功能并减轻心肌重构：在LAD结扎MI小鼠中，QBHF提高左心室射血分数（LVEF）和左心室缩短分数（LVFS），降低左心室舒张末内径（LVIDd）、收缩末内径（LVIDs）、舒张末容积（LVVold）、收缩末容积（LVVols）及心重/胫骨长度比（HW/TL），缩小TTC梗死面积，降低血清心肌型肌酸激酶同工酶（CK-MB），减少Masson胶原沉积，改善H&E所示心肌坏死、炎症和纤维化，保护线粒体超微结构并恢复心肌ATP；中剂量11.70 g/kg/day效果最突出。

批量转录组分析揭示QBHF逆转MI后代谢功能障碍并减轻心肌纤维化：bulk RNA-seq显示QBHF上调嘌呤核苷酸代谢、脂质代谢、脂肪酸代谢、氧化磷酸化、电子传递链、心肌收缩及钙/cAMP/糖酵解/HIF-1/昼夜节律相关通路，抑制细胞外基质（ECM）-受体相互作用、黏着斑、PI3K-Akt、细胞因子-细胞因子受体相互作用及胶原形成等促纤维化和炎症通路；QBHF上调FTO mRNA和蛋白。

非靶向代谢组学显示QBHF缓解MI后能量代谢紊乱：LC-MS结合偏最小二乘判别分析显示MI与QBHF组代谢谱明显分离，QBHF回调29种差异代谢物，主要富集于丙酮酸代谢、甘氨酸/丝氨酸/苏氨酸代谢和AMPK信号通路，提示其改善MI后能量失调。

snRNA-seq识别QBHF的益处：改善心功能、恢复能量代谢并减轻纤维化：研究获得36,625个高质量单核，解析巨噬细胞、心肌细胞、内皮细胞、B细胞、成纤维细胞、T细胞、平滑肌细胞和心外膜细胞等8类细胞；MI增加成纤维细胞和巨噬细胞、减少心肌细胞/内皮/平滑肌细胞，QBHF部分逆转；心肌细胞代谢活性最高；QBHF上调心肌收缩、血管生成、脂肪酸氧化和氧化磷酸化相关程序，下调TGF-β、凋亡、纤维化和ECM组织相关程序。

QBHF调节成纤维细胞亚群并抑制MI损伤中的心脏纤维化：snRNA-seq解析3个成纤维细胞亚群，FB1富集TGF-β响应和纤维化过程并表达Kif26b、Cthrc1、Ddah1、Ltbp2等促纤维化标志，MI后扩增而QBHF显著减少；QBHF下调Col1a1、Col1a2、Col3a1、Col5a2、Meg3和Postn等胶原相关基因；FTO在成纤维细胞中富集，MI后表达降低，QBHF部分恢复。

QBHF通过调节心肌细胞能量代谢赋予MI后心脏保护：snRNA-seq解析4个心肌细胞亚群，CM1富集肌肉系统过程、心脏收缩和氧化能量代谢，CM2呈应激/糖酵解适应表型，CM3富集免疫相关通路，CM4富集ECM通路；MI减少CM1并扩增CM2，QBHF恢复CM1并抑制CM2；QBHF上调心肌收缩、钙离子稳态、脂肪酸氧化、AMPK信号和嘌呤代谢，抑制肥厚型心肌病、糖酵解/糖异生、ECM-受体相互作用和凋亡相关通路；FTO在心肌细胞MI后降低，QBHF部分恢复。

FTO是QBHF诱导MI后病理性重构心脏保护作用的必需介质：在FTO^+/?小鼠中，QBHF对LVEF/LVFS、HW/TL、心肌纤维化面积、I型胶原、ATP及FTO mRNA/蛋白的改善作用消失或显著减弱；FTO^+/?基线心功能较低、纤维化和炎症基础较高，MI后结构损伤更重，提示FTO为QBHF心脏保护不可或缺的介导因子。

QBHF在体外通过上调FTO改善心肌细胞能量代谢：AC16心肌细胞OGD模型中，QBHF含药血清提高细胞活力、恢复FTO转录和ATP水平；FTO过表达进一步增强QBHF效应，FTO敲低或选择性FTO抑制剂FB23-2阻断QBHF诱导的ATP恢复；Seahorse分析显示QBHF增加总ATP产生速率、线粒体ATP产生速率和糖酵解ATP产生速率，FTO敲低消除该增强，证实QBHF通过FTO依赖机制改善缺血心肌细胞能量代谢。

讨论部分总结：研究在永久LAD结扎MI模型中证明QBHF改善心功能、限制梗死、减少纤维化、降低CK-MB释放、保护线粒体超微结构并恢复ATP，提示其同时抑制纤维化和恢复能量代谢。多组学整合显示，bulk转录组恢复代谢和收缩基因程序并抑制促纤维化和促炎特征；代谢组学调节丙酮酸代谢、甘氨酸/丝氨酸/苏氨酸代谢和AMPK信号；snRNA-seq保留富集氧化代谢和收缩基因的CM1心肌细胞亚群，抑制TGF-β驱动ECM产生的FB1成纤维细胞亚群；跨平台整合显示FTO在成纤维细胞和心肌细胞中一致上调并成为关键枢纽。FTO^+/?小鼠和OGD心肌细胞实验证实FTO为QBHF效益的必需介导因子。讨论指出，MI后代谢从脂肪酸β-氧化转向糖酵解，FTO通过维持线粒体功能、促进线粒体生物发生、调控糖酵解和葡萄糖利用及直接抗纤维化作用参与心脏保护；QBHF上调FTO并协调相互连接通路，从而限制纤维化并增强能量代谢。TCM多通路协调为其提供整体治疗范式；QBHF四味药及其成分（如黄芪甲苷IV等）具有互补机制，黄芪甲苷IV曾被报道可调节FTO介导的m⁶A甲基化，提示特定成分可能具FTO调节活性。讨论亦指出局限：未进行成纤维细胞自主的体外直接验证；QBHF中负责上调FTO的具体化合物尚未鉴定；FTO依赖的m⁶A修饰全谱尚待系统绘制；小鼠模型结果需在大动物和人类中验证。

研究结论翻译：MI后心肌能量代谢失调和纤维化是不良结局的中心驱动因素，并强烈影响长期预后，但目前尚无普遍建立的特异性纠正这些缺陷的治疗。本研究显示，QBHF通过同时恢复能量能力和限制纤维化重构发挥强效多细胞心脏保护。多组学整合和功能验证鉴定FTO为QBHF协调这些益处的不可或缺介导因子。这些发现揭示可用于MI管理的药理靶点，为QBHF临床部署提供机制依据，并例证整合组学如何解码传统医学的治疗逻辑。