《Letters in Drug Design & Discovery》：Ginsenoside Rb1 ameliorates myocardial ischemia/reperfusion injury in rats by inhibiting cardiomyocytes ferroptosis via the Nrf2/HO-1/GPX4 signaling pathway
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本研究针对心肌缺血再灌注损伤(MI/RI)临床治疗困境，探索人参皂苷Rb1(GRb1)的心脏保护机制。研究人员通过建立大鼠MI/RI模型，发现GRb1能显著改善心功能指标(CF、LVSP、dp/dt等)，降低心肌损伤标志物(cTnT、CK-MB、LDH)，并通过激活Nrf2/HO-1/GPX4通路抑制铁死亡关键蛋白(ACSL4、Ptgs2)表达。该研究首次揭示GRb1通过调控铁死亡途径发挥心脏保护作用，为MI/RI治疗提供新靶点。
心肌梗死作为全球范围内致残和致死的主要心血管疾病，给患者带来沉重负担。虽然及时再灌注治疗能够改善患者预后，但再灌注过程本身可能引发心肌缺血再灌注损伤(MI/RI)，这种在缺血缺氧状态下出现的组织功能障碍成为临床治疗的重要挑战。MI/RI的病理生理过程复杂，涉及炎症、氧化应激、代谢紊乱和心肌细胞死亡调控失常等多种致病因素。尽管医学界持续努力，MI/RI仍然是心血管疾病临床治疗中的主要难题，提高心肌对再灌注损伤的抵抗能力成为研究热点。
在当前临床药物效果有限的情况下，研究人员将目光转向传统中医药。人参作为天然草药在中国广泛应用，人参皂苷是其提取的主要生物活性成分，其中人参皂苷Rb1(GRb1)是重要的活性代表物质。既往研究表明GRb1对神经系统具有显著保护作用，虽然其神经保护和心脑血管效应已得到证实，但GRb1在MI/RI治疗中的作用机制尚不明确。
细胞死亡是自然细胞发展的终点，最终导致细胞功能不可逆丧失。根据细胞死亡命名委员会(NCCD)的定义，细胞死亡可分为意外细胞死亡(ACD)和调节性细胞死亡(RCD)。铁死亡(ferroptosis)作为RCD的一种独特亚型，其主要生化特征包括铁积累、铁依赖性脂质过氧化促进、谷胱甘肽耗竭以及谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)失活。新兴证据表明，铁死亡通过铁依赖性脂质过氧化导致心肌细胞丢失，加重缺血再灌注后的心肌损伤。先前研究提示GRb1主要通过限制再灌注触发的线粒体ROS生成和激活PI3K/Akt/mTOR等促存活信号通路来发挥心脏保护作用，但GRb1是否通过调节心肌细胞铁死亡来发挥对MI/RI的保护作用尚不清楚。
本研究建立大鼠MI/RI模型，通过多种实验技术评估GRb1的保护效应，并深入探究其通过核因子E2相关因子2(Nrf2)/血红素氧合酶-1(HO-1)/谷胱甘肽过氧化物酶4(GPX4)通路调控心肌细胞铁死亡的分子机制。
研究人员采用的主要技术方法包括：通过结扎左前降支冠状动脉建立大鼠MI/RI模型；使用EMKA系统进行心脏血流动力学测量评估心功能；采用HE染色观察心肌组织病理变化；通过ELISA检测血清心肌损伤标志物；使用荧光显微镜和比色法分别检测活性氧(ROS)和氧化应激指标；运用免疫组化检测Nrf2蛋白表达；通过Western blotting分析心肌组织中Nrf2、HO-1、GPX4、ACSL4和Ptgs2蛋白水平。
3.1. GRb1减轻MI/RI诱导的大鼠心功能障碍和心肌损伤
通过心脏血流动力学测量和心肌损伤指标评估，研究发现MI/RI导致心脏血流动力学参数CF、LVSP、dp/dtmin和dp/dtmax显著降低，而25、50和100 mg/kg GRb1治疗能够剂量依赖性地改善这些参数。HE染色结果显示MI/RI引起心肌组织结构水肿和病理改变，GRb1治疗有效缓解了这些症状。同时，MI/RI大鼠血清中cTnT、CK-MB和LDH水平明显升高，GRb1治疗显著降低了这些心肌损伤标志物水平。
3.2. GRb1保护MI/RI诱导的大鼠心肌组织氧化应激调节
为探究GRb1对MI/RI诱导的氧化应激调节功能，研究检测了各组心肌组织中ROS、MDA、SOD和CAT水平。结果显示MI/RI导致心肌组织ROS和MDA水平升高，而SOD和CAT活性降低。GRb1治疗有效降低了ROS和MDA水平，提高了SOD和CAT活性，表明GRb1能够减轻MI/RI引起的氧化应激损伤。
3.3. GRb1的保护作用涉及铁死亡相关的NRF2/HO-1/GPX4通路
通过免疫组化和Western blotting评估心肌组织中Nrf2蛋白表达，发现MI/RI降低了大鼠心肌组织中Nrf2蛋白水平，而GRb1治疗能够剂量依赖性地提高Nrf2蛋白表达。同时，MI/RI导致HO-1和GPX4蛋白水平降低，ACSL4和Ptgs2蛋白水平升高，GRb1治疗逆转了这些蛋白表达变化，表明GRb1的保护作用与调节铁死亡相关的Nrf2/HO-1/GPX4通路密切相关。
3.4. Nrf2抑制剂可逆转GRb1对MI/RI诱导心功能障碍和心肌损伤的缓解作用
为进一步确定GRb1通过Nrf2/HO-1/GPX4通路对MI/RI诱导的心肌细胞铁死亡的保护作用，研究使用Nrf2抑制剂ML385进行干预。结果显示Nrf2抑制剂显著降低了GRb1改善的心脏血流动力学参数，加重了心肌组织结构水肿和病理改变，提高了血清cTnT、CK和LDH水平，表明Nrf2通路在GRb1的心脏保护作用中发挥关键作用。
3.5. Nrf2抑制剂可逆转GRb1对MI/RI诱导的大鼠心肌组织氧化应激调节的保护作用
氧化应激水平检测表明，Nrf2抑制剂提高了MI/RI+GRb1治疗组心肌组织的ROS和MDA水平，降低了SOD和CAT活性，进一步证实GRb1通过Nrf2通路调节氧化应激的机制。
3.6. Nrf2抑制剂可逆转GRb1对MI/RI诱导的Nrf2/HO-1/GPX4通路的激活作用
Western blotting结果显示，Nrf2抑制剂阻断了GRb1对Nrf2蛋白水平的提升作用，同时抑制了HO-1和GPX4蛋白表达，提高了ACSL4和Ptgs2蛋白水平，明确证实GRb1通过激活Nrf2/HO-1/GPX4通路抑制心肌细胞铁死亡。
研究结论与讨论部分强调，GRb1作为人参的主要生物活性成分，已被证实对MI/RI具有保护作用，但其治疗机制尚不完全清楚。本研究证实GRb1能够改善MI/RI引起的心功能障碍、心肌损伤和氧化应激积累，并通过激活Nrf2/HO-1/GPX4通路抑制铁死亡相关蛋白表达。Nrf2作为解毒过程中抗氧化剂的关键调节因子，能够提高SLC7A11和GPX4蛋白水平，通过结合下游ARE基因促进铁死亡抵抗。其中HO-1启动子区域是常见的结合位点，HO-1通过多种机制抑制铁死亡。Nrf2/HO-1轴是细胞抗氧化反应的主要调节器，破坏NRF2/HO-1/GPX4通路抗氧化轴是诱导铁死亡的主要机制。
与仅限于细胞模型的异甘草素研究不同，本研究提供了体内证据，这是向临床前转化的重要进展。研究证实GRb1通过Nrf2/HO-1/GPX4通路抑制心肌细胞铁死亡来改善MI/RI，为MI/RI治疗提供了新的治疗策略。考虑到铁死亡作为可药物干预的细胞死亡途径日益受到认可，该研究结果可能指导开发整合传统草药化合物与现代机制见解的下一代心脏保护剂。此外，GRb1作为具有明确安全性特征的天然产物，被认为是心血管医学中重新应用的有前景候选物，可能加速与全新药物开发相比的转化时间线。
该研究发表在《Letters in Drug Design》期刊，为心肌缺血再灌注损伤的临床治疗提供了新的理论依据和治疗思路，同时也为中医药现代化研究提供了典范。通过深入探索天然药物活性成分的作用机制，不仅有助于推动药物研发进程，也为理解疾病发病机制提供了新的视角。未来研究需要进一步验证GRb1在大型动物或人类心肌组织中的心脏保护作用，评估长期心脏功能和重塑情况，以获得GRb1基于铁死亡靶向治疗的临床可行性更全面证据。
