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心肌梗死引發(fā)的心力衰竭（HF）是全球范圍內導致死亡和殘疾的主要因素。研究揭示，HF的病理特征之一是線粒體能量產(chǎn)生的功能障礙。因此，針對能量產(chǎn)生途徑的藥物靶向策略展現(xiàn)出巨大的潛力。類視黃素X受體α（RXRα）是一種配體激活型轉錄因子，能夠形成同型或異型二聚體，并促進底物利用及氧化磷酸化相關基因的轉錄激活。然而，目前尚缺乏能夠高親和力特異性激活RXRα同型二聚體的激動劑。因此，開發(fā)針對RXRα同型二聚體的選擇性激動劑，作為心臟保護劑，已成為一項迫切需求。 黃芪甲苷作為黃芪中的主要活性成分，多項研究已證實其能夠改善線粒體功能。特別是黃芪甲苷Ⅳ，已被觀察到在腹膜纖維化過程中對RXRa具有調節(jié)作用，這表明黃芪甲苷家族的化合物具備激活RXRa和改善線粒體功能的潛能?；诖耍芯客茰y黃芪甲苷可能作為RXRa同型二聚體的潛在激活劑。 日前，一篇題為“Activation of RXRa exerts cardioprotection through transcriptional upregulation of Ndufs4 in heart failure”的文章深入探討了黃芪甲苷III（AS-III），該物質作為一種直接作用于RXRa的激動劑，在HF治療領域顯示出顯著的心肌保護效果。 圖1 論文首頁 AS-Ⅲ靶向RXRα，保護線粒體功能，發(fā)揮心臟保護作用 該研究利用分子對接、表面等離子共振（SPR）以及微尺度熱泳（MST）技術，鑒定出AS-III為黃芪甲苷家族中具有最高親和力的化合物。SPR和MST的實驗結果揭示了AS-III與RXRα的特異性結合，其解離常數(shù)（KD值）分別為3.05×10^-7 mol/L（圖2a）和1.35×10^-7 mol/L（圖2b），這表明AS-III對RXRα具有顯著的高親和力。結合預測分析進一步顯示，AS-III已成功地對接至RXRα二聚體的界面（圖2c）。通過均方根偏差（RMSD）模擬，研究了AS-III與RXRα蛋白的相互作用，模擬結果表明在20納秒后，兩者達到穩(wěn)定構象（圖2d）。接下來，研究探討了AS-III是否能夠誘導RXRα的轉錄活性。鑒于Ccl6受RXRα同二聚體的轉錄調節(jié)，研究采用了Ccl6啟動子熒光素酶報告基因進行報告基因測定。通過RXRα siRNA逆轉了oxygen-glucose剝奪/恢復(OGD/R)損傷中AS-III依賴性的保護作用，從而證明RXRα是AS-III的重要治療靶點（圖2e）。隨后，研究通過超聲心動圖評估了LAD結扎誘導的體內HF小鼠的心功能。與假手術組相比，模型組顯示出嚴重的心功能障礙，表現(xiàn)為功能性縮短（FS）和射血分數(shù)（EF）顯著下降。心功能的其他指標和HF的直接指標也得到了評估。與模型組相比，不同劑量的AS-III顯著增加了EF和FS，與辛伐他汀具有相似的療效（圖2f，g）。低劑量和高劑量的AS-III均展現(xiàn)出相當?shù)男呐K保護作用，因此，后續(xù)實驗選擇了低劑量的AS-III。研究還使用透射電子顯微鏡（TEM）和高效液相色譜（HPLC）檢查了心肌組織中的線粒體結構和功能。LAD結扎心臟中的線粒體出現(xiàn)腫脹，脊消失（圖2h）。AS-III部分減輕了線粒體損傷。HPLC結果顯示，模型組的ATP和ADP濃度顯著低于假手術組。盡管如此，AS-III提高了ATP濃度（圖2i），表明它促進了HF小鼠中ATP的產(chǎn)生。此外，蛋白質印跡顯示AS-III抑制了小鼠HF模型中RXRα的下調（圖2j）。RNA測序分析結合qPCR驗證證實了AS-III治療上調了模型組中嚴重受損的線粒體復合體亞基（Ndufs1-6和8）（圖2k，l）。
圖2 AS-III靶向RXRa保護線粒體功能作用 RXRα以其同二聚體方式調控Ndufs4轉錄，AS-Ⅲ通過上調心臟中Ndufs4的表達促進線粒體功能 基于現(xiàn)有文獻和先前的實驗結果，研究推測RXRa通過Ndufs調控線粒體復合體I，利用HUMAN TFDB網(wǎng)站和Cytoscape軟件確定Ndufs1-8為RXRa的直接轉錄靶基因。隨后，通過qPCR驗證了RXRa與Ndufs1-8之間的關系，結果表明RXRa siRNA下調了Ndufs2、Ndufs4、Ndufs6和Ndufs8的表達（圖3a），而RXRa過表達則上調了Ndufs4的表達（圖3b）。Western blot結果顯示，RXRa敲低顯著降低了Ndufs4的水平，而RXRa過表達則上調了Ndufs4的水平。CUT和Tagseq分析用于確定RXRa和nduf4之間的調控關系，在Ndufs4基因中鑒定出RXRa結合序列（圖3c）。此外，采用ChIP-qPCR方法證實了RXRa與Ndufs4的互作。雙熒光素酶報告基因實驗發(fā)現(xiàn)RXRa激活了ndufs4驅動的熒光素酶基因表達。然而，在突變的Ndufs4熒光素酶活性中未觀察到這種差異（圖3d）。這些結果支持RXRa直接靶向Ndufs4從而促進其轉錄的觀點。qPCR結果顯示，在轉染RXRa質粒的H9c2細胞中，9-cis RA（RXRa泛激動劑）能誘導Ndufs4表達，而LG100754（PPAR/RXR的激動劑，但為RXR同型二聚體的拮抗劑）不能誘導Ndufs4表達，且LG100754和9-cis RA共處理未能上調Ndufs4的表達，這表明RXRa以其同二聚體形式調控Ndufs4的轉錄（圖3e）。進一步研究發(fā)現(xiàn)，已知與RXRa同型二聚體結合的rxre -熒光素酶報告基因表明AS-III通過激活RXRa同型二聚體發(fā)揮作用。與分子對接結果一致，AS-III可以誘導RXRa同型二聚體的轉錄激活（圖3f）。此外，AS-III上調了Ndufs4 mRNA的表達，RXRa siRNA顯著減弱了Ndufs4 mRNA的表達（圖3g）。還有，AS-III改善了OGD/R損傷的線粒體結構和功能，在LAD模型中發(fā)現(xiàn)AS-III通過rxra - ndufs4介導的線粒體功能發(fā)揮心臟保護作用（圖3h，i）。Western blot結果亦顯示AS-III處理強烈誘導Ndufs4表達，然而這種效應在AAV-RXRa KD小鼠中被破壞（圖3j）。AAV-RXRa KD+LAD結扎組，AS-III對線粒體的保護作用減弱（圖3K）。
圖3 AS-III在心臟中通過激活RXRa上調Ndufs4的表達促進線粒體功能 結論 總之，AS-Ⅲ是一種理想的直接靶向RXRα的激動劑，該化合物通過激活RXRα同源二聚體，進而上調Ndufs4的轉錄，從而改善線粒體損傷和心功能障礙。該研究為HF治療提供了一種新的潛在藥物，并揭示了通過反式激活RXRα同源二聚體上調Ndufs4并促進能量代謝途徑，作為一種HF治療新策略的可能性。Shao M, Li L, Ma L, Song C, Li W, Zhang Y, Cheng W, Chen Y, Yang Y, Wang Q, Li C, Wang Q, Wang W, Wang Y. Activation of RXRα exerts cardioprotection through transcriptional upregulation of Ndufs4 in heart failure. Sci Bull (Beijing). 2024 May 15;69(9):1202-1207. doi: 10.1016/j.scib.2024.01.031
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