丹参素通过减轻氧化应激和JNK介导的线粒体功能障碍来改善多柔比星的心脏毒性

丹参酮通过抑制ROS-JNK通路改善多柔比星诱导的心脏毒性，恢复线粒体动态平衡。摘要：本研究通过体内（C57BL/6J小鼠）和体外（新生大鼠心肌细胞）模型，评估丹参酮（DSS）对多柔比星（DOX）诱导的心脏毒性的保护作用，并阐明其机制。DSS通过直接结合JNK抑制ROS激活的JNK磷酸化，上调线粒体融合蛋白Mfn1/2表达，抑制线粒体分裂蛋白Drp1活性，同时减少PINK1/Parkin介导的过度自噬。实验证实DSS可显著改善DOX处理小鼠的生存率、心脏功能、心肌萎缩和纤维化，并降低心肌细胞凋亡。该研究揭示了DSS通过调控线粒体动态和ROS-JNK通路发挥心脏保护作用的机制，为天然产物防治化疗性心脏毒性提供了新策略。

王雪梅|黄文静|沈琳|郑莉|顾伦达|林岚|李凌宇|刘琳琳|王英玲|李新月|毛燕|刘晓|陈一欣|孔佳怡|姜琪颖|严妍|李如莉|何莉|张俊彦|张冉|蒋伟

四川大学华西医院心血管外科与心血管外科研究所，生物治疗国家重点实验室，成都，四川610041，中国

摘要

背景

多柔比星（DOX）是一种广泛应用于癌症治疗的强效化疗药物，但其临床应用受到剂量依赖性心脏毒性的限制。其潜在机制涉及氧化应激、线粒体功能障碍和细胞凋亡；然而，有效的心脏保护策略仍然不足。

目的

评估丹参素（DSS）这种从丹参中提取的生物活性化合物对DOX诱导的心脏毒性的保护作用，并阐明其恢复DOX损伤的线粒体质量控制的机制。

方法

在体内使用DOX处理的C57BL/6J小鼠和体外使用新生大鼠心肌细胞（NRCMs）建立了心脏毒性模型。分析了公开可用的snRNA-seq数据集GSE292067，以确定DOX相关的人类心肌细胞转录变化。通过分子对接和细胞热位移测定法鉴定DSS的作用靶点。以多种剂量给予DSS，并与FDA批准的心脏保护剂右雷佐生（ICRF-187）进行比较。通过超声心动图和侵入性血流动力学评估心脏功能。使用组织病理学、免疫印迹、流式细胞术、荧光成像和线粒体功能测定法评估细胞凋亡、氧化应激、线粒体动态和线粒体自噬。

结果

DSS补充剂提高了DOX处理小鼠的存活率，改善了心室功能障碍，并减轻了心脏萎缩和纤维化。在DOX暴露的NRCMs中，DSS增加了细胞活力和面积，减轻了氧化应激，并抑制了细胞凋亡。在机制上，DOX处理的人类心肌细胞中与线粒体损伤相关的通路显著富集。DSS直接与JNK结合并抑制ROS诱导的c-Jun N末端激酶（JNK）磷酸化，从而恢复Mfn1/2的表达并限制Drp1的磷酸化，以重新平衡线粒体融合-分裂动态；它还抑制了过度、由Drp1促进和PINK1/Parkin介导的线粒体自噬。总体而言，这些效应保持了线粒体完整性，降低了ROS水平，最终减少了心肌细胞凋亡。

结论

DSS通过破坏ROS和JNK形成的恶性循环来提供心脏保护，该循环导致线粒体质量控制受损，减轻了氧化应激并减少了细胞凋亡。这些发现表明DSS是减轻化疗相关心脏毒性的有希望的治疗候选物。

引言

多柔比星（DOX）是一种蒽环类抗生素，由于其广谱疗效和明确的抗癌机制（包括DNA插层、拓扑异构酶II抑制和活性氧（ROS）生成），被广泛用于实体瘤和血液系统恶性肿瘤的治疗（Bodley等人，1989年）。尽管治疗效果显著，但DOX的临床应用受到累积剂量依赖性心脏毒性的严重限制。据估计，高达26%的接受DOX治疗的患者会出现某种程度的心脏功能障碍，当累积剂量超过550 mg/m²时，出现症状性心力衰竭的风险显著增加（Swain等人，2003年）。这种心脏毒性可能是进行性和不可逆的，导致扩张型心肌病、心力衰竭和癌症患者的长期生存率降低（Harake等人，2012年）。目前，右雷佐生（ICRF187）是唯一获得FDA批准用于减轻DOX诱导的心脏毒性的药物（Kolaric等人，1995年）；然而，由于其抗肿瘤效果降低和潜在的继发性恶性肿瘤风险，其应用受到限制（Swain等人，1997年）。因此，迫切需要更安全、更有效的心脏保护策略。

DOX诱导的心脏毒性的机制复杂且多因素。氧化应激被认为是主要驱动因素，因为DOX经历氧化还原循环产生过量ROS，并形成铁-DOX复合物，催化羟基自由基的生成，从而损伤蛋白质、脂质和DNA（Horenstein等人，2000年）。在机制上，DOX与线粒体内膜的心脏脂质结合，损害电子传递链（Marcillat等人，1989年），并促进线粒体通透性转变孔的开放（Basit等人，2017年），导致线粒体功能障碍和细胞凋亡（Goormaghtigh等人，1980年）。应激反应信号通路的激活，特别是c-Jun N末端激酶（JNK），进一步加剧了线粒体钙超载和促凋亡蛋白（如Bax和Bad）的转运，放大心肌细胞死亡（Shore等人，2011年；Yarmohammadi等人，2021年）。

新的证据强调了线粒体动态在此过程中的关键作用。线粒体质量控制（MQC）是一个综合网络，可以检测、隔离和清除线粒体损伤，同时恢复其功能。其核心组成部分包括蛋白质稳态、动态（融合-分裂）和线粒体自噬。这些过程按顺序工作：如果可能，线粒体会在局部得到修复；否则，通过分裂分离线粒体损伤；然后通过线粒体自噬消除它。在生理条件下，线粒体通过持续的融合和分裂来维持细胞器的完整性、能量稳态和质量控制（Zhou等人，2021年）。DOX治疗通过下调外膜融合蛋白Mitofusin 1（Mfn1）和Mitofusin 2（Mfn2）以及内膜融合蛋白Optic atrophy 1（OPA1）（Li等人，2014年；Tang等人，2017年），并增强Drp1介导的分裂，导致线粒体碎片化、线粒体自噬和细胞凋亡（Xia等人，2017年），破坏了这种平衡。恢复这种平衡的实验策略，如过表达Mfn2（Ding等人，2022年）、杂合敲除Dynamin相关蛋白1（Drp1）（Catanzaro等人，2019年）或用Mdivi-1药理学抑制线粒体分裂（Xia等人，2017年），已显示出对DOX诱导的心肌病的显著保护作用。总体而言，这些发现表明线粒体动态是DOX诱导损伤的核心介质，也是心脏保护的有希望的治疗靶点。

天然产物和植物化学物质因其多靶点作用和良好的安全性而受到广泛关注，作为心脏保护剂。例如，肉桂醛通过激活Nrf2/HO-1信号通路来缓解DOX诱导的氧化应激（Mao等人，2023年）；香草醛通过增强抗氧化防御来保护线粒体功能（Sirangelo等人，2020年）。这些研究共同强调了天然化合物在减轻化疗相关心脏毒性方面的治疗潜力。然而，大多数这些物质主要作为抗氧化剂起作用，很少有证据表明它们可以直接调节线粒体动态，这代表了当前研究中的一个关键空白。

丹参素（DSS）是丹参的主要水溶性活性成分，在传统中医中广泛应用，并以其心血管保护特性而闻名（Li等人，2016年；Tang等人，2018年，2011年；Yin等人，2013年）。先前的研究表明，DSS可以减少缺血-再灌注模型中的心肌梗死面积，缓解氧化应激，并通过激活PI3K/Akt和ERK1/2通路来抑制细胞凋亡（Li等人，2016年；Yin等人，2013年）。此外，据报道DSS可以抑制JNK磷酸化并调节线粒体功能，提示其与线粒体动态调节有机制联系（Meng等人，2016年；Tang等人，2011年）。尽管有这些有希望的发现，但DSS在DOX诱导的心脏毒性中的潜在作用，特别是其对线粒体融合、分裂和线粒体自噬的影响，仍大部分未得到探索。

在这项研究中，我们建立了体内和体外的DOX诱导的心脏毒性模型，以系统评估DSS的保护作用。我们重点探讨了DSS在调节JNK磷酸化和线粒体动态中的作用，旨在阐明其心脏保护的机制基础。我们的发现表明，DSS直接与JNK结合，并通过抑制ROS诱导的JNK磷酸化有效缓解DOX诱导的心脏损伤，从而恢复线粒体动态平衡，减少氧化应激并防止细胞凋亡。这些结果不仅提供了关于DSS作用的新机制见解，还支持其作为减轻化疗相关心脏毒性的有希望的治疗策略的潜力，从而为天然心脏保护剂提供了新的机制见解。

试剂和抗体

本研究中使用的所有试剂、抗体和寡核苷酸序列的详细信息见补充材料。

动物和DOX诱导的心脏毒性模型

野生型（WT）雄性C57BL/6J小鼠来自华富康生物科技有限公司（北京，中国）。小鼠饲养在配备有单独通风笼子的无特定病原体设施中。环境条件维持在20-25°C，每日温度波动≤3°C，相对湿度为55 ± 15%，光照时间为12小时

DSS提高了DOX处理小鼠的存活率并减轻了体重损失

为了评估DSS的心脏保护作用，小鼠单独接受DOX治疗或与DSS（5或25 mg/kg）联合治疗，剂量基于已发表的临床前证据选择（Chuang等人，2024年），并在我们的6周仅DSS方案中确认耐受良好（主要器官无明显的组织病理学异常；补充图3G）。对照组的存活率保持不变，而DOX组的存活率逐渐下降到33.3%

讨论

蒽环类抗生素的心脏毒性仍然是癌症治疗的主要限制。在这项研究中，我们证明DSS通过提高存活率和心室功能，以及减轻心肌萎缩、纤维化和细胞凋亡，提供了对DOX诱导的心脏损伤的强大保护。在机制上，DSS通过上调Mfn1/2来恢复线粒体动态平衡，从而改善线粒体质量控制，同时抑制...

结论

总之，我们的研究表明，DSS对DOX诱导的心脏毒性提供了强大的保护，通过减少氧化应激和细胞凋亡来减轻心脏损伤和改善心肌细胞存活（图10）。在机制上，DSS主要通过与JNK直接结合并抑制ROS诱导的JNK磷酸化来改善线粒体质量控制，而降低的JNK活性进一步通过上调Mfn1/2来重新平衡线粒体动态

CRediT作者贡献声明

王雪梅、黄文静、沈琳、郑莉：研究、正式分析、概念化、撰写-原始草稿。顾伦达、林岚、李凌宇、刘琳琳、王英玲：数据收集、正式分析。李新月、毛燕：验证、正式分析。刘晓、陈一欣：监督。孔佳怡、姜琪颖：动物实验、资源提供。严妍、李如莉、何莉、张俊彦：软件和数据管理。张冉、王帆：项目管理。郭英强、蒋伟：资金支持

数据可用性声明

所有作者同意发表。本研究中使用和/或分析的数据集可根据合理请求从相应作者处获得。本研究中分析的snRNA-seq数据集可在GEO上以访问号GSE292067获取。

研究的伦理批准和知情同意

所有实验程序和方案均获得了四川大学动物护理和使用委员会以及华西医院实验动物伦理委员会的批准，并按照中国卫生部医学伦理委员会关于动物实验的指南进行（许可编号：20250922003，许可日期：2025.09.22）。

CRediT作者贡献声明

王雪梅：撰写 – 原始草稿、研究、正式分析、概念化。黄文静：撰写 – 原始草稿、研究、正式分析、概念化。沈琳：撰写 – 原始草稿、研究、正式分析、概念化。郑莉：撰写 – 原始草稿、研究、正式分析、概念化。顾伦达：正式分析、数据管理。林岚：正式分析、数据管理。李凌宇：正式分析、数据管理。刘琳琳：

利益冲突声明

作者声明本研究在没有任何可能被视为潜在利益冲突的商业或财务关系的情况下进行。

致谢

这项工作得到了国家自然科学基金（资助编号82270465、82070299、81870221和81670249给蒋伟博士，82470284给郭英强博士，82102267给严妍博士）的支持。