Formononetin 是 RAS-RH 的活性成分，它通过 TCs-ECs 之间的相互作用，改善辐射引起的内皮细胞线粒体分裂功能障碍

时间：2026年2月25日

来源：Microvascular Research

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研究探讨了丹参-远志超滤液（RAS-RH）及其活性成分佛手柑内酯通过调控心脏间充质细胞（TCs）介导的旁分泌信号通路，缓解X射线辐射诱导的动脉内皮细胞（CMECs）损伤的机制。发现formononetin激活TCs中AR通路，促进miR-151a-5p分泌，抑制CMECs中Fis1蛋白介导的线粒体过度分裂，从而改善内皮功能。

刘爱|卢伟杰|江虎刚|李林灿|郭泽奥|刘家坤|卢国策|袁建芳|赵新科|李英东

甘肃中医药大学中西医结合医学系，中国甘肃省兰州市730000

摘要

目的

本研究旨在探讨当归根和红景天根的超滤物（RAS-RH）及其活性成分福尔莫内汀通过调节心脏祖细胞（TCs）介导的旁分泌信号通路，缓解X射线辐射对大鼠心脏微血管内皮细胞（CMECs）损伤的机制。

方法

建立了体外辐射诱导的CMEC损伤模型。利用透射电子显微镜、流式细胞术、线粒体探针、5-乙炔基-2′-脱氧尿苷染色、伤口愈合和管形成试验、Western blotting以及免疫荧光技术评估了线粒体功能、增殖、迁移、血管生成和细胞凋亡。通过单细胞RNA测序、网络药理学、分子对接和分子动力学模拟，确定福尔莫内汀为RAS-RH的关键活性成分，并预测其调控靶点。逆转录定量实时聚合酶链反应和原位杂交进一步验证了这些机制。

结果

X射线辐射降低了线粒体膜电位，增加了活性氧水平，并上调了与线粒体分裂相关的蛋白质（如线粒体分裂1蛋白Fis1和动力蛋白相关蛋白1）的表达，从而引发线粒体功能障碍。这些变化抑制了内皮细胞（ECs）的增殖、迁移和管形成，并下调了血管内皮生长因子、基本成纤维细胞生长因子和血管生成素-2等内皮生长因子的表达。相反，作为RAS-RH的活性成分，福尔莫内汀上调了TCs中的雄激素受体（AR）转录，并增强了TCs来源的miR-151a-5p的分泌，进而下调了ECs中的Fis1表达，抑制了Fis1介导的过度线粒体分裂。通过这些机制，福尔莫内汀减轻了X射线辐射引起的内皮功能障碍。

结论

福尔莫内汀作为RAS-RH的活性成分，通过AR/miR-151a-5p/Fis1轴介导TCs与ECs之间的相互作用，这是抑制ECs中过度线粒体分裂并减轻EC损伤的核心机制。

引言

研究表明，现代生活方式的改变在疾病发展中起着重要作用（Chang等人，2024a）。预计到2050年，新发癌症病例将达到3500万例，比2022年增加77%，其中增长最多（142%）发生在人类发展指数较低至中等的国家。因此，癌症仍然是一种严重影响人类生活质量的重大恶性疾病（Bray等人，2024）。癌症治疗正迅速从传统的广谱细胞毒性化疗转向精准化和个体化治疗策略。尽管放疗作为一种传统的癌症治疗方法与心脏损伤有关，但它仍在肿瘤学管理中发挥着不可或缺的作用（Benoff和Schweitzer，1995）。冠状微血管疾病（CMVD）是指由冠状循环前动脉、小动脉和毛细血管的结构和功能异常引起的急性及慢性心肌缺血的临床综合征，其成因包括动脉粥样硬化和非动脉粥样硬化因素（Pu等人，2025；《中国心脏病学杂志》，2024）。流行病学数据显示，在表现为心肌缺血症状但冠状动脉造影显示无阻塞病变的患者中，CMVD的患病率约为45%-60%。此外，这些患者发生重大不良心血管事件（包括非致命性心肌梗死、心力衰竭和心血管死亡）的风险显著增加（Konst等人，2020）。我们之前的研究表明，电离辐射也会诱发CMVD，这是导致辐射诱导的心脏损伤的病理因素之一（Jiang等人，2025）。CMVD的发病机制复杂多因素，涉及内皮功能障碍、微血管痉挛、血管外压迫和微血栓形成以及血管重塑（Balta，2021）。内皮细胞（ECs）不仅构成了血管的物理屏障，更重要的是，它们通过分泌一氧化氮（NO）、前列腺素和内皮素-1等生物活性介质精确调节血管张力、炎症反应和血管生成（Lüscher和Noll，1995；Yang等人，2019）。因此，CMECs的增殖、黏附、迁移和管形成功能障碍会促进CMVD的发生和发展（Pan等人，2018）。研究表明，在缺血微环境下，大多数心脏细胞类型（包括心肌细胞、ECs和巨噬细胞）都会发生细胞凋亡（Zhang等人，2024）。因此，有效促进ECs增殖和抑制缺血心肌中的内皮细胞凋亡是实现心肌血管生成的关键策略（Gao等人，2025）。此外，在导致内皮损伤的各种因素中，医源性辐射值得特别关注。辐射通过两种主要途径引起细胞损伤：直接DNA损伤和由自由基生成引起的间接损伤（Kshama等人，2024）。作为细胞的能量工厂和活性氧（ROS）的主要生成场所，线粒体对辐射暴露高度敏感（Averbeck和Rodriguez-Lafrasse，2021）。线粒体是内皮细胞损伤的核心调节器，线粒体ROS的产生和功能障碍决定了细胞走向坏死或凋亡。线粒体分裂/融合是一个早期事件（Pang等人，2024a，Pang等人，2024b），其特征是线粒体分裂1蛋白（Fis1）、动力蛋白相关蛋白1（Drp1）和线粒体分裂因子（Mff）的表达上调，以及融合蛋白Mitofusin 1、Mitofusin 2和Optic atrophy 1的表达下调（Li等人，2025；Wang等人，2024）。Kleele等人证明，Fis1介导了外周线粒体分裂，将受损成分分离成较小的线粒体片段，这些片段随后通过线粒体自噬被清除（Kleele等人，2021）。

研究表明，在急性心肌梗死后血管生成阶段，一种称为心脏祖细胞（TCs）的新类型心脏间质细胞的数量在梗死边缘区显著增加。TCs参与损伤后的修复和再生过程（Manole等人，2011）。此外，将TCs预防性注射到梗死边缘区已被证明可以显著减小心肌梗死面积，同时促进血管生成（Zhao等人，2013）。研究表明，TCs通过其独特的长距离细胞质延伸物（称为telopodes）形成三维网络，这些延伸物可以从每个细胞延伸几毫米，从而直接改善周围组织的缺血状况（Bani，2016）。此外，TCs通过分泌多种生物活性分子来精细调节邻近细胞的生理功能（Gao等人，2025）。进一步的研究发现，TCs分泌多种微RNA（miRNAs），这些miRNAs促进ECs的增殖、迁移和管形成（Zhou等人，2019）。我们的研究小组使用超滤膜提取技术从当归根和红景天根中分离出生物活性成分，将其命名为当归根和红景天根超滤物（RAS-RH）。我们建立了稳定的提取方案和质量控制标准。此外，广泛的基础研究证实RAS-RH可以促进血管生成并改善心肌灌注（Li，2009）。值得注意的是，这种方法和相关发现已获得中国发明专利（专利号CN200910021504.0）。

基于这一背景，本研究采用多学科方法探讨RAS-RH的治疗潜力。首先，我们验证了X射线照射通过过度线粒体分裂引起内皮功能障碍，并证明RAS-RH通过靶向这一途径缓解了这种损伤。进一步假设RAS-RH的生物活性成分可能通过调节miRNA表达和TCs的旁分泌功能来调节CMECs中的线粒体动态。通过这种机制，RAS-RH有望抑制CMECs的细胞凋亡并促进血管生成，从而为CMVD提供一种潜在的治疗策略。我们利用单细胞RNA测序（ScRNA-seq）分析了心脏TCs和冠状动脉ECs的转录组，并筛选了相关的miRNAs。结合网络药理学、分子对接和分子动力学（MD）模拟，我们预测了涉及福尔莫内汀调控的转录因子、TCs来源的miRNAs以及调节线粒体动态的基因的相互作用网络。这些预测通过体外共培养模型进行了验证，以评估TCs来源的miRNAs对冠状动脉ECs的线粒体动态、增殖、迁移和管形成的影响。最终，我们的研究表明，RAS-RH通过其活性成分福尔莫内汀激活转录因子雄激素受体（AR），促进TCs分泌miR-151a-5p。这种miRNA靶向并抑制CMECs中的线粒体分裂蛋白Fis1，从而恢复线粒体稳态并减轻氧化应激。因此，这一途径抑制了内皮细胞凋亡，促进了增殖、迁移和管形成，最终改善了冠状微血管功能障碍（图1）。

部分摘录

单细胞数据处理与分析

从基因表达综合数据库（Gene Expression Omnibus）下载了来自冠状动脉和心脏组织的ScRNA-seq数据集（GSE131778和GSE249517）（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo）。原始表达矩阵被导入R/RStudio（版本4.3.1）中，并使用Seurat包（版本4.4.0）构建Seurat对象。使用R及相关工具进行了质量控制、数据预处理、归一化、降维以及下游的无监督和监督分析。

实验试剂

RAS-RH由甘肃龙申荣发制药有限公司提供（批号20220706）。福尔莫内汀购自Good Laboratory Practice Bioscience（美国）（批号GN10527）。ARV-110也购自Good Laboratory Practice Bioscience（美国）（批号GC62118）。

主要试剂和仪器

主要试剂：D-Hanks平衡盐溶液（H1045，Solarbio，中国）；胶原酶II（C8150，Solarbio，中国）；胰蛋白酶（T1300，Solarbio，中国）；CD34抗体（SC-74499，Santa Cruz Biotechnology，美国）；波形蛋白抗体

TCs的培养和鉴定

按照方法部分描述的程序，成功分离并培养了TCs。在光学显微镜下观察了它们的形态特征（图2A）。TCs的细胞体相对较小，呈不规则的多边形或纺锤形。一个显著且独特的特征是存在多个极长、细且厚度不均的细胞质延伸物（telopodes），这些延伸物可以延伸很长的距离。

讨论

通过一系列系统的体外实验，本研究证明了X射线辐射诱导的CMEC功能障碍的核心机制是线粒体动态的失衡，特别是由Fis1-Drp1轴介导的过度线粒体分裂。更重要的是，我们进一步确定并全面阐明了RAS-RH及其活性成分福尔莫内汀调节TCs中的转录因子AR，从而上调其表达和旁分泌功能。

结论

本研究发现了一个先前未被认识的信号通路，其中RAS-RH的活性成分福尔莫内汀与TCs中的AR结合，促进miR-151a-5p的旁分泌释放。升高的miR-151a-5p随后抑制了Fis1介导的过度线粒体分裂，从而减轻了辐射引起的内皮功能障碍。

CRediT作者贡献声明

刘爱：研究、数据分析、初稿撰写。卢伟杰：验证、数据管理、概念化、初稿撰写。江虎刚：可视化。李林灿：方法学。郭泽奥：软件。刘家坤：项目管理。卢国策：方法学。袁建芳：数据分析。赵新科：监督、项目管理、资金获取。李英东：监督、项目管理、资金获取、审稿与编辑。