《Phytomedicine》：Acteoside targeting glutamine synthetase ameliorates doxorubicin-induced cardiotoxicity by inhibiting ferroptosis
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心脏毒性（DIC）的代谢调控机制及天然化合物ACT的心脏保护研究。通过蛋白质组学发现谷氨酰胺合成酶（GS）在DIC中显著上调，并证实ACT作为GS抑制剂通过调控谷氨酸-谷胱甘肽-谷胱甘肽过氧化物酶4抗氧化轴，抑制脂质过氧化和铁死亡，改善心脏功能。
肖楚|郑慧|孙静怡|刘珂|邵阳|韩思远|赵良格|窦若诗|贾新杰|黄家瑶|刘梦|张子良|李涛|李浩|郭志平|金国国
中国河南省慢性病管理重点实验室，华中阜外心血管医院，郑州450000
摘要
背景
多柔比星引起的心脏毒性（DIC）是化疗的一种严重剂量限制并发症。Acteoside（ACT）是一种从多种药用植物中天然提取的生物活性苯乙烷苷，如Plantago lanceolata和Acanthus ilicifolius，具有多种药理活性。然而，其在DIC中的具体作用和分子靶点尚未得到充分研究。
目的
评估ACT在DIC中的心脏保护作用，并确定其直接的分子靶点和心脏保护机制。
方法
通过对DOX处理的心脏进行蛋白质组学分析，并结合AAV9介导的心脏特异性沉默技术，鉴定出谷氨酰胺合成酶（GS）是DIC的关键病理驱动因素。随后，通过基于结构的虚拟筛选发现ACT是一种有效的GS抑制剂。通过分子对接、 pull-down实验和细胞热位移测定验证了ACT与GS的相互作用。使用H9C2/HL-1细胞和C57BL/6J小鼠模型进行了功能性和机制性验证。
结果
蛋白质组学分析显示，在DIC中GS显著上调，谷氨酸代谢发生重塑。ACT被确定为一种直接结合GS的抑制剂。机制上，ACT介导的GS抑制作用防止了病理性谷氨酸耗竭，并恢复了GLU–GSH–GPX4抗氧化轴，从而在体外和体内均抑制了脂质过氧化和铁死亡（ferroptosis）。因此，ACT的给药显著减轻了DOX引起的心脏功能障碍、纤维化和心肌萎缩，有效地再现了基因敲低GS后的保护效果。
结论
ACT作为一种强效的天然GS抑制剂，通过抑制铁死亡（ferroptosis）来缓解DIC。本研究确立了ACT作为DIC管理的有前景的天然先导化合物。
引言
多柔比星（DOX）是一种强效的蒽环类抗癌药物，对于治疗多种恶性肿瘤仍然不可或缺。然而，长期暴露于DOX会导致进行性的结构和功能心脏损伤，最终导致心力衰竭（Burridge等人，2016年；Cardinale等人，2015年）。这种剂量限制的不良反应称为多柔比星引起的心脏毒性（DIC），极大地限制了DOX的临床应用（Swain等人，2003年）。目前预防或缓解DIC的治疗选择仍然有限，主要是因为其发病机制尚未完全阐明（Zheng和Zhan，2024年）。DIC是一种由氧化应激、线粒体紊乱和细胞死亡程序失调引起的多因素疾病。新兴证据表明，代谢重编程和铁死亡（一种由脂质过氧化驱动的铁依赖性细胞死亡形式）是DIC中心肌损伤的关键驱动因素。
Acteoside，也称为verbascoside（以及其他较少为人知的名称如kusaginin和russetinol），是从许多植物中提取的苯乙烷苷，如Plantago lanceolata、Acanthus ilicifolius和Colebrookea oppositifolia（Ali等人，2011年；Van Kiem等人，2008年；Murai等人，1995年）。ACT具有广泛的生物活性，包括抗炎、抗氧化、抗菌和抗癌作用（Marcetic等人，2025年；Zhang等人，2024年；Saha等人，2024年；Zacchino等人，2017年）。大量证据表明，ACT通过抑制促炎级联反应、减轻线粒体氧化应激和保护心肌收缩功能，在缺血-再灌注和炎症损伤模型中发挥强大的心脏保护作用（Zhang等人，2025b年；Li等人，2025年；Zhang等人，2024年；Zhu等人，2022年；Pennacchio等人，1996年）。值得注意的是，除了其经典的抗氧化作用外，ACT还被发现是铁死亡（一种在心血管病理中越来越受到关注的调节性细胞死亡途径）的强效调节剂（Zhang等人，2025a年；Jia等人，2025年；Han等人，2024年）。尽管有这些发现，ACT对DIC的潜在心脏保护作用尚未得到报道。鉴于DOX引起的独特代谢紊乱，确定介导ACT保护作用的特定酶对于明确其治疗潜力至关重要。
在代谢调节因子中，谷氨酰胺-氨连接酶（GLUL，也称为谷氨酰胺合成酶，GS）通过催化谷氨酸（GLU）转化为谷氨酰胺来维持氮平衡和氧化还原稳态（Kim等人，2025年；Eelen等人，2018年；Hakvoort等人，2017年；Bolzoni等人，2016年）。由于GLU是谷胱甘肽（GSH）生物合成的限速前体，GS活性的调节可能决定了向抗氧化防御的代谢流（Yu等人，2025年）。我们假设在DIC期间，GS驱动的代谢变化可能会破坏GSH-GPX4轴，从而使心肌细胞更容易受到铁死亡损伤（Xue等人，2025年；Zhang等人，2023年；Koppula等人，2021年；Sun等人，2024年）。然而，GS在DIC中的确切作用机制仍有待确定。
在本研究中，我们系统地评估了ACT这种天然存在于多种药用植物中的生物活性苯乙烷苷对DIC的心脏保护潜力，并阐明了其主要分子靶点。通过结合基于结构的虚拟筛选和心脏蛋白质组学分析，我们试图确定ACT的直接结合伙伴，并表征其在DOX诱导的压力下对心肌蛋白质组的广泛调控作用。我们研究了ACT与GS之间的相互作用，特别是探讨了这种调节如何通过GLU–GSH–GPX4代谢途径来抑制心肌铁死亡。通过体外心肌细胞实验和心脏特异性AAV9介导的基因沉默小鼠模型，本研究旨在建立ACT作为DIC管理靶向天然先导化合物的全面药理学框架。
部分摘录
细胞培养和处理
小鼠心肌细胞HL-1（CSTR:19375.09.3101MOUGNM46，中国上海生物化学与细胞生物学研究所）和大鼠心肌细胞H9C2(2-1) GNR 5（H9C2，CSTR:19375.09.3101RATGNR11，中国上海生物化学与细胞生物学研究所）在添加了10%胎牛血清（FBS，Biological Industries，以色列）的高葡萄糖Dulbecco改良Eagle培养基（DMEM，VivaCell，上海）中培养。细胞在95%的湿润环境中标准条件下培养。
GS水平与DIC相关
为了研究多柔比星引起的心脏毒性（DIC）的机制，我们在C57BL/6小鼠中建立了急性DIC模型，以体内检查DOX对心脏损伤的影响。C57BL/6小鼠被分为DOX诱导损伤组（13 mg/kg DOX-HCl，n=3）和对照组（生理盐水，n=3）。两组小鼠的心脏被采集用于质谱（MS）分析，随后进行数据分析和实验验证（图1）。共检测到4407个基因
讨论
发现有效的心脏保护剂是心脏肿瘤学的基石，特别是考虑到DOX的剂量限制性质。天然产物，尤其是来自药用草本植物的生物活性化合物，由于其多靶点潜力和已建立的安全性谱，为药物发现提供了广阔的化学空间（Zhang等人，2020年）。在本研究中，我们采用了“从靶点到药物”的药理学策略：首先确定GS是DIC的关键病理驱动因素
结论
总之，本研究表明ACT是一种强效且具有针对性的心脏保护剂，可对抗DIC。通过采用精准驱动的药理学方法，我们首先通过高通量心脏蛋白质组学分析确定了GS是DIC的关键代谢驱动因素。随后的基于结构的虚拟筛选成功地将ACT优先确定为一种高亲和力的天然配体，它可以直接结合并抑制GS。机制上，我们的发现揭示了DOX诱导的GS
CRediT作者声明
肖楚：数据整理、正式分析、资金获取、研究、项目管理、可视化、初稿撰写、审稿与编辑。郑慧：正式分析、方法学研究、验证、初稿撰写、审稿与编辑。孙静怡：研究、验证、可视化。刘珂：数据整理、研究。邵阳：数据整理、正式分析、研究。韩思远：研究。赵良格：研究。
写作过程中使用生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本工作时，作者使用了ChatGPT来润色文本。使用该工具后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对出版物的内容负全责。
CRediT作者贡献声明
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致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金（编号82103194）；河南省中医药研究重点计划（编号2024ZY2149）；河南省重大医药卫生科学技术研究项目（SBGJ202101004）；河南省重大科技项目（编号221100310100）；河南省青年和中青年卫生科学技术创新优秀人才培训项目（编号YXKC2022022）的支持。
