Vericiguat 通过多种机制抑制心脏肥大的进展，并预防由肥大引起的心力衰竭

本研究通过TAC诱导小鼠心肌肥厚模型，发现vericiguat通过提升cGMP水平及多靶点机制改善心脏功能，抑制心肌肥厚和纤维化，恢复肌节排列及线粒体、自噬功能。

刘英琦|张毅|宋宇|杨琴|何国伟

天津医科大学附属天津泰达国际心血管医院心血管外科与心血管疾病研究所，中国天津，天津大学与中国医学科学院

摘要

心力衰竭（HF）通常是心脏肥大的结果，它仍然是主要的公共卫生挑战。尽管已经证明维库胍（vericiguat）通过可溶性鸟苷酸环化酶（sGC）对治疗心力衰竭有效，但其潜在的预防心肌肥大的作用及其相关机制仍不清楚。我们的目标是研究维库胍治疗心力衰竭的有效机制，重点关注其多靶点的治疗效果。维库胍治疗后的超声心动图评估显示，与未治疗的对照组（TAC+SS）相比，心脏功能有显著改善。生化检测表明，维库胍有效逆转了肥大小鼠心脏中cGMP水平的下降。组织学分析显示，肥大和纤维化减少，肌纤维排列、线粒体功能和自噬得到改善，肌浆网肿胀也有所减轻。这项研究首次证明，除了直接作用于cGMP信号通路外，维库胍还可能调节HDAC1的表达，并修复肥大心脏中的肌浆网肿胀和增强自噬。我们得出结论，维库胍通过多种机制预防心力衰竭，这些结果强调了其在预防心力衰竭进展方面的潜在临床价值。

引言

心脏肥大是心脏重塑过程中的关键因素，与高血压等心血管疾病的发病率上升密切相关，这些疾病使心力衰竭（HF）成为全球主要的死亡原因（Polovina等人，2023年）。心脏肥大涉及调节能量代谢、离子交换、炎症、纤维化和蛋白质结构变化的复杂途径（Martin等人，2023年）。这些机制共同导致了病理变化，包括心室壁异常增厚和顺应性降低。最终导致左心室扩张和收缩功能障碍，进而引发心力衰竭和猝死（Polovina，2023年）。不幸的是，许多心脏肥大的患者只有在出现症状或心脏事件后才能被诊断出来。

在慢性压力负荷和其他应激因素的作用下，心脏肥大常常伴随着一氧化氮（NO）-可溶性鸟苷酸环化酶（sGC）-环磷酸鸟苷（cGMP）通路的失调（Kamel等人，2023年）。内皮功能障碍降低了NO的生物利用度，导致sGC激活减少和cGMP水平下降（Wei等人，2007年；Yang等人，2011年；Park等人，2022年）。cGMP由鸟苷三磷酸（GTP）通过GC合成，随后被磷酸二酯酶（PDEs）降解，主要通过蛋白激酶G（PKG）激活来发挥作用，磷酸化下游靶点以引发细胞反应（Hu等人，2024a）。作为关键的细胞内第二信使，cGMP在各种细胞类型和组织中调节多种病理生理过程（Baudet等人，2023年）。cGMP介导NO的血管扩张效应，cGMP水平受损会导致钙流入增加和心肌细胞收缩力增强，以及成纤维细胞活性增加，从而促进肥大和纤维化（Baudet，2023年）。同样，cGMP-PKG通路通过抑制钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶II（CaMKII）和丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调节激酶（MAPK/ERK）通路发挥抗肥大作用，这两种通路都促进心肌细胞生长（Chen等人，2017年）。此外，心脏肥大的特征是线粒体功能障碍和氧化应激增加，cGMP-PKG通路可增强线粒体功能并减少活性氧（ROS）的产生（Wen等人，2020年）。自噬是清除受损或不需要的细胞器和蛋白质的过程，对心肌细胞的稳态和功能也至关重要（Jeong等人，2024年）。cGMP通过PKG激活增强自噬，通过清除受损的线粒体和蛋白质以及减少ROS损伤和细胞死亡来保护心肌细胞免受缺血/再灌注损伤（Hu，2024a；Jin等人，2024年）。此外，cGMP通过抑制mTOR通路促进自噬，调节心脏肥大并维持细胞稳态（Shi & Collins，2023年）。在这方面，自噬和cGMP信号通路之间的相互作用对心肌细胞的存活、功能和适应性反应至关重要。此外，cGMP-PKG信号通路还能减弱转化生长因子-β（TGF-β）的活性，后者是纤维化的主要介质，限制成纤维细胞的增殖和胶原蛋白合成（Jin，2024年）。上述结果共同表明，cGMP信号通路在心脏肥大的发生和发展中起着关键作用。

维库胍作为一种sGC刺激剂，在最近的心血管研究中已成为重要药物，特别是在心力衰竭的管理中（Reddy等人，2024年）。通过增加cGMP的产生，维库胍显著改善了心肌功能，从而降低了心血管死亡率和心力衰竭住院率（Tsutsui，2022年）。值得注意的是，其疗效还体现在通过调节CaMKII信号通路来减轻心肌梗死后的心室重塑和心律失常（Chen等人，2023b）。此外，维库胍通过利用蛋白激酶cGMP依赖性/PTEN诱导的假定的激酶蛋白1/干扰素基因刺激剂（PRKG1/PINK1/STING）信号轴，对多囊卵巢综合征（PCOS）患者的心脏毒性具有保护作用，并在具有保留射血分数（HFpEF）的肥胖糖尿病心力衰竭模型中显示出显著的益处（Mira Hernandez等人，2024年；Zeng等人，2024年）。这些发现也突显了NO-sGC-cGMP信号通路在心血管治疗中的广泛意义。基于以上研究，维库胍在人类和小动物模型中均显示出对心力衰竭的有益效果，证明了其改善预后的有效性（Correale等人，2024年）。然而，维库胍逆转心脏肥大的具体机制及其潜在作用尚未得到充分研究。本研究旨在探讨维库胍在逆转主动脉缩窄（TAC）引起的心脏肥大及其相关心力衰竭方面的潜力，并阐明其背后的机制。我们发现，在TAC诱导的肥大小鼠模型中，维库胍可以减缓心脏肥大的进展。通过对TAC诱导的肥大小鼠进行口服给药，我们观察到心脏功能显著改善。此外，我们的研究还发现，维库胍不仅通过提高cGMP水平来减轻心肌细胞肥大和纤维化，还通过增强肌浆网和线粒体功能、肌丝结构和自噬发挥心脏保护作用。利用药物靶点预测平台，我们发现维库胍有可能与多种蛋白质结合，并调节与心脏损伤相关的多种通路，从而帮助防止形态学损伤。

实验动物

共有35只雄性和12只雌性C57BL/6小鼠（8-12周龄，20-22克）用于体内研究。这些动物来自Vitalriver（北京，中国）。小鼠在温度为23±2°C、湿度为55±5%的受控环境中饲养，具有12小时的光照/黑暗周期，并可自由获取食物和水。所有动物实验均遵循美国国立卫生研究院（NIH）制定的指南，并获得了天津泰达国际心血管医院伦理委员会的批准

不同时间点TAC诱导的心脏肥大小鼠的心脏功能

为了研究TAC诱导的心脏肥大模型中心脏功能障碍随时间的进展，我们在不同时间点进行了超声心动图评估。由于血流动力学变化导致的心室后负荷增加经历了三个相互关联的阶段。在肥大的早期阶段，炎症是主要的生理变化，心肌细胞释放炎症细胞因子如肿瘤坏死因子（TNF）

讨论

在这项研究中，我们揭示了心力衰竭（HF）的分子机制以及维库胍在延缓心脏肥大向心力衰竭进展中的作用机制。我们首次发现：1）口服维库胍可以预防性地抑制心脏肥大向心力衰竭的进展；2）从机制上讲，维库胍可能通过多个潜在靶点显著改善TAC小鼠心脏中的肌丝结构、线粒体、肌浆网形态和自噬

本研究的可能局限性

我们研究的一个局限性是使用TAC模型来诱导小鼠的心脏肥大。虽然这是一个特定且成熟的模型，但TAC诱导的心脏肥大并未涵盖所有可能的心脏肥大相关机制。此外，维库胍逆转心脏肥大引起的心力衰竭的疗效需要进一步的临床验证，以确认其在人类中的治疗潜力。

结论

我们的研究表明，维库胍不仅通过增加cGMP水平来有效治疗心力衰竭，还通过改善肌浆网肿胀、增强线粒体功能和维持肌丝形态来发挥作用。我们的结果表明，维库胍显著逆转了TAC诱导的心脏肥大小鼠心脏中3',5'-环磷酸鸟苷（cGMP）含量的下降。此外，我们还观察到肌丝结构的改善

CRediT作者贡献声明

刘英琦：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，验证，方法学，研究设计，资金获取，正式分析，数据管理。张毅：方法学，研究设计。宋宇：资源支持。杨琴：项目管理。何国伟：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，监督，资源支持，方法学，研究设计，资金获取，正式分析，概念构思

数据和材料可用性

数据可应要求提供。

资助

作者得到了国家自然科学基金（编号82170353和82370350，资助GWH）、天津泰达国际心血管医院院级项目（编号2024-TD-001，资助YQL）、天津市重点医学学科建设项目（编号TJYXZDXK-3-036C，资助GWH）以及高质量发展项目专项基金的资助。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。