芪苈强心通过HIF-1α/MIF/AMPK轴改善心肌梗死后心脏葡萄糖代谢

《Journal of Cellular and Molecular Medicine》：Qiliqiangxin Improves Cardiac Glucose Metabolism After Myocardial Infarction Through a HIF-1α/MIF/AMPK Axis

　　

心脏葡萄糖代谢（cardiac glucose metabolism）在心肌梗死（myocardial infarction, MI）的病理生理学中至关重要。本研究探讨了芪苈强心（Qiliqiangxin, QL）——一种传统中药，是否能够改善心肌梗死后心肌葡萄糖摄取和有氧氧化，并探究其潜在机制。QL治疗显著提高了左心室射血分数（LVEF），增强了心肌葡萄糖摄取，减少了纤维化、凋亡和活性氧（ROS）生成，并提升了三磷酸腺苷（ATP）生成以及丙酮酸脱氢酶（pyruvate dehydrogenase, PDH）和柠檬酸合酶（citrate synthase, CS）的活性。这些效应被HIF-1α-shRNA转导所消除。QL还上调了HIF-1α、巨噬细胞迁移抑制因子（macrophage migration inhibitory factor, MIF）、磷酸化AMPKα（p-AMPKα）、葡萄糖转运蛋白4（GLUT-4）、己糖激酶2（hexokinase 2, HK2）、PDH和CS的表达，这些上调同样被HIF-1α敲低所减弱。总之，研究人员的研究表明，QL在心肌梗死后心力衰竭小鼠模型中增强了心肌葡萄糖摄取和有氧氧化。HIF-1α的遗传抑制逆转了这些有益效应，提示了HIF-1α/MIF/AMPK信号轴的参与。

**论文解读**

**研究背景与问题**
心肌梗死（MI）是全球发病率和死亡率的主要原因。尽管早期再灌注和优化药物治疗显著降低了急性期死亡率，但梗死后左心室重构和心力衰竭的患病率及死亡率仍持续攀升，构成临床挑战。心脏作为能量需求最高的器官，其能量代谢效率至关重要。心脏能量代谢包括底物利用、氧化磷酸化及ATP转移/利用三个关键环节。既往研究表明，增强心肌能量供应有益，例如冠状动脉内输注丙酮酸可改善短期心功能，葡萄糖利用增加与左心室功能改善相关。相反，氧化磷酸化受损会因无法满足心肌细胞ATP需求而损害心脏功能。葡萄糖有氧氧化是重要的产能途径，受氧供和关键酶（如丙酮酸脱氢酶PDH、柠檬酸合酶CS）调控。因此，靶向调控这些代谢调节因子可能改善心脏能量代谢及缺血性心力衰竭的预后。

芪苈强心（QL）是一种由11味中药组成的复方，已证实对缺血性或压力超负荷继发的慢性心力衰竭具有疗效和安全性。新证据表明，QL可能通过调节葡萄糖代谢和促进线粒体生物合成发挥心脏保护作用。然而，QL是否能特异性地促进MI后心力衰竭中的葡萄糖有氧氧化，及其代谢效应的确切机制尚未明确。因此，本研究旨在探讨QL是否在MI后心力衰竭小鼠模型中增强心肌葡萄糖摄取和有氧氧化，并阐明相关机制。

**研究内容与结论**
研究人员采用雄性C57BL/6小鼠，通过永久性左冠状动脉结扎建立MI模型，并通过尾静脉注射腺相关病毒血清型9（AAV9）携带HIF-1α-shRNA实现心脏特异性HIF-1α敲低。术后1周，仅纳入左心室射血分数（LVEF）<50%的小鼠，随后给予QL（0.5 g/kg/天，灌胃）或生理盐水，持续4周。研究评估了心功能、心肌葡萄糖摄取、组织病理学改变、氧化应激、凋亡、能量代谢及关键信号分子的表达。结论：QL通过HIF-1α/MIF/AMPK信号轴增强心肌葡萄糖摄取和有氧氧化，改善MI后心功能，减轻纤维化、凋亡和氧化应激，并促进ATP生成。该研究发表在《Journal of Cellular and Molecular Medicine》。

**主要技术方法**
（1）构建腺相关病毒血清型9（AAV9）载体：分别携带靶向HIF-1α的短发夹RNA（shRNA）或乱序对照shRNA，经尾静脉注射实现心脏特异性基因敲低（小鼠来源：C57BL/6，购自上海斯莱克实验动物有限责任公司）。
（2）小动物正电子发射断层扫描（PET）成像：使用¹⁸F-FDG评估心肌葡萄糖摄取，计算标准化摄取值（SUV）。
（3）组织病理学与免疫组化：HE染色观察心肌结构，Masson三色染色评估胶原容积分数（CVF），CD31免疫组化检测微血管密度，TUNEL法检测凋亡，二氢乙啶（DHE）荧光探针检测活性氧（ROS）。
（4）生化检测：血清NT-proBNP（ELISA）和LDH（比色法）测定；心肌ATP含量、PDH和CS活性测定（试剂盒）。
（5）蛋白与基因表达分析：Western blot检测HIF-1α、MIF、p-AMPKα、GLUT-4、HK2、PDH、CS蛋白水平；qRT-PCR检测HIF-1α、MIF、GLUT-4、HK2、PDK4、CS mRNA水平。

**研究结果**
3.1 验证心脏AAV9转导与HIF-1α敲低：AAV9-HIF-1α-shRNA转导后，心肌纤维约70%–80%表达绿色荧光蛋白，HIF-1α蛋白和mRNA水平降低约70%，而乱序shRNA无影响。

3.2 芪苈强心减轻MI诱导的心脏重构并改善心功能：QL治疗显著降低心重/体重比、左心室舒张末期内径（LVIDd）和收缩末期内径（LVIDs）、左心室舒张末期容积（LVEDV）和收缩末期容积（LVESV）及血清NT-proBNP，提高左心室短轴缩短率（LVFS）和LVEF；而HIF-1α敲低消除这些效应。

3.3 芪苈强心以HIF-1α依赖性方式增强心肌葡萄糖摄取：PET显示QL组¹⁸F-FDG标准化摄取值（SUV_mean）显著高于MI组，HIF-1α敲低组SUV_mean降低，乱序shRNA无影响。

3.4 芪苈强心减轻心肌纤维化、促进血管新生、降低氧化应激并抑制心肌细胞凋亡：QL降低胶原容积分数，增加CD31阳性微血管密度，减少DHE荧光强度（ROS），降低TUNEL阳性凋亡指数；HIF-1α敲低逆转这些效应。

3.5 芪苈强心促进心肌葡萄糖有氧氧化与ATP生成：QL降低血清LDH活性，提高心肌PDH和CS活性及ATP含量；HIF-1α敲低减弱这些改善。

3.6 芪苈强心通过HIF-1α/MIF/AMPK轴上调葡萄糖代谢相关酶：QL上调HIF-1α、MIF、p-AMPKα、GLUT-4、HK2、PDH、CS蛋白及mRNA表达，下调PDK4 mRNA；HIF-1α敲低拮抗所有这些变化。

**讨论与结论**
讨论部分指出，本研究主要发现：QL在MI后心力衰竭小鼠模型中促进心肌葡萄糖摄取和有氧氧化，改善心脏重构，且HIF-1α敲低消除这些效应，提示HIF-1α/MIF/AMPK信号轴参与介导。QL通过激活HIF-1α促进微血管新生，改善氧供，进而支持线粒体有氧代谢；同时，HIF-1α上调MIF表达，MIF激活AMPK，后者促进GLUT-4转位和HK2表达，增强葡萄糖摄取和糖酵解，并上调PDH和CS，抑制PDK4，从而促进丙酮酸转化为乙酰辅酶A，推动有氧氧化。这些变化共同减少氧化应激和凋亡，保护心脏。研究局限性包括：使用AAV9敲低而非全身敲除小鼠，且未进行代谢通量分析。

结论：研究表明，QL在MI后心力衰竭小鼠模型中增强心肌葡萄糖摄取和有氧氧化，增加ATP生成，减少氧化应激、凋亡和纤维化，促进心脏逆重构。QL的有益效应至少部分由HIF-1α依赖性微血管新生和HIF-1α/MIF/AMPK信号轴激活介导。这些发现凸显QL作为靶向心脏能量代谢治疗缺血性心力衰竭的潜在策略。