Elamipretide通过改善线粒体功能治疗线粒体三功能蛋白缺陷的机制研究

《Journal of Inherited Metabolic Disease》：Elamipretide Improves Mitochondrial Function in Mitochondrial Trifunctional Protein-Deficient Mice and Human Fibroblasts

本刊推荐：本研究深入探讨了线粒体靶向肽Elamipretide在治疗线粒体三功能蛋白（TFP）缺陷中的潜力。研究证实，该药物能显著改善TFP缺陷小鼠模型和患者来源成纤维细胞的运动耐力、线粒体呼吸链（ETC）复合物活性及脂肪酸氧化-电子传递链（FAO-ETC）桥接功能，并降低活性氧（ROS）水平。值得注意的是，这些改善作用独立于心磷脂（CL）含量的变化，提示Elamipretide可能通过稳定FAO酶与ETC复合物间的相互作用发挥疗效，为TFP/长链3-羟基酰基辅酶A脱氢酶（LCHAD）缺陷症提供了新的治疗策略。

　　

引言

线粒体脂肪酸β-氧化（FAO）是机体在饥饿、发热或运动等葡萄糖受限状态下产生能量的关键代谢途径。线粒体三功能蛋白（TFP）作为FAO过程中的核心异源四聚体酶，其缺陷会导致低血糖、横纹肌溶解、心肌病及周围神经病变等一系列临床问题。尤其值得注意的是，TFP还参与心磷脂（CL）的重塑过程，而CL是维持线粒体内膜结构和电子传递链（ETC）超复合物稳定的重要磷脂。本研究旨在评估合成肽Elamipretide——一种能够与CL特异性结合的线粒体靶向化合物——在TFP缺陷模型中对线粒体功能及CL代谢的调控作用。

材料与方法

研究采用βTFP基因突变小鼠模型（C57BL/6J-Hadhb^m1Ytc）及TFP/LCHAD缺陷患者来源的成纤维细胞系。通过微型渗透泵持续皮下给药Elamipretide（约3 μg/g/天，持续28天），评估小鼠在空腹状态下对跑步机运动及冷应激（9°C）的耐受性。利用蓝绿原生凝胶电泳（BN-PAGE）、线粒体酶活性检测及脂质组学分析等技术，系统评估了药物对ETC复合物活性、FAO-ETC桥接功能、ROS生成及CL谱的影响。

结果

Elamipretide未能改善βTFP缺陷小鼠的冷耐受性，但显著延长了雌雄突变小鼠的跑步机运动距离。在分子机制层面，药物处理提升了肝脏及骨骼肌线粒体中ETC复合物Ⅰ+Ⅲ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ的活性，并增强了FAO-ETC桥接功能。BN-PAGE及Western blot分析进一步显示，Elamipretide促进了TFPα与TFPβ亚基在高分子量超复合物区域的富集。在患者成纤维细胞中，药物处理显著降低了部分基因型（如FB822、FB847）的ROS水平，并改善了HADHB缺陷细胞（FB861）的线粒体生物能量学参数（包括最大呼吸能力和备用呼吸容量）。然而，无论是短期注射还是长期泵注给药，Elamipretide均未逆转βTFP缺陷小鼠肝脏线粒体中CL总量的减少或单溶血心磷脂（MLCL）/双溶血心磷脂（DLCL）的异常积累。

讨论

本研究首次揭示了Elamipretide在TFP/LCHAD缺陷模型中改善线粒体功能的双重特性：一方面，它通过稳定ETC超复合物组装、增强FAO-ETC代谢通道效率，显著缓解了能量代谢障碍；另一方面，这种改善作用独立于CL含量的恢复，提示其可能通过防止CL过氧化、维持细胞色素c功能等机制发挥作用。这种不依赖CL总量调节的作用模式，与Elamipretide在Barth综合征等其它线粒体病中的报道一致。此外，研究观察到性别与年龄对CL代谢参数的显著影响，强调了在后续研究中需充分考虑这些生物学变量。

结论

Elamipretide能有效改善TFP缺陷模型的线粒体功能缺陷，其作用机制涉及FAO-ETC功能耦联的增强及氧化应激的缓解，而非CL含量的直接调控。这一发现为开发TFP/LCHAD缺陷症的靶向治疗提供了新的理论依据和实验支持，值得进一步开展临床前研究。