《Genes & Diseases》：S100A9 deficiency mitigates cardiac oxidative stress and improves function via SIRT3 in HFpEF mice
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本研究针对射血分数保留型心力衰竭（HFpEF）治疗靶点匮乏的现状，揭示了S100A8/A9蛋白在HFpEF心脏中异常上调及其作用。研究人员利用HFpEF小鼠模型，发现S100A9缺陷可通过上调SIRT3减轻心脏氧化应激、改善线粒体功能，从而缓解心肌肥厚和纤维化，最终改善心脏舒张功能。该研究为HFpEF的发病机制提供了新见解，并提示S100A8/A9是潜在的治疗靶点。
射血分数保留型心力衰竭（Heart failure with preserved ejection fraction, HFpEF）正迅速成为全球心衰的主要类型，超过半数的心衰患者属于HFpEF。这种疾病的治疗一直是心血管领域的巨大挑战，因为传统的、针对射血分数降低型心衰（HFrEF）的治疗方案对HFpEF患者效果有限，其根本原因在于我们对HFpEF背后的“作案机制”知之甚少。这种疾病常常与肥胖、糖尿病、高血压等代谢问题“结伴而行”，形成了一个复杂的临床综合征。科学家们发现，在这些因素导致的“卡路里过剩”和慢性炎症背后，心肌细胞内部的“发电站”——线粒体功能紊乱和随之而来的氧化应激，是推动疾病发展的关键“推手”。然而，究竟是哪些分子充当了这个病理过程的“启动开关”和“催化剂”，仍有待揭示。
为了寻找HFpEF新的治疗靶点，来自重庆医科大学附属第一医院心血管内科及心血管研究中心的研究团队，在《Genes》发表了一项研究。他们首先对HFpEF小鼠的心脏进行了“地毯式”的蛋白质组学筛查，试图找出那些在疾病中异常活跃的“嫌疑分子”。结果，两个名为S100A8和S100A9的蛋白（通常作为损伤相关分子模式分子，在炎症中起作用）引起了研究者的高度关注。与健康小鼠相比，HFpEF小鼠心脏中这两个蛋白的表达量显著飙升，分别增加了13.79倍和5.05倍。这一发现为后续研究提供了关键的切入点。
为了搞清楚S100A9对HFpEF到底扮演了什么角色，研究人员动用了基因敲除技术，培育出天生就缺少S100A9蛋白的小鼠。他们使用“双重打击”模型（高脂饮食联合一氧化氮合酶抑制剂L-NAME）来诱导小鼠产生HFpEF表型。神奇的是，当这些“天生缺憾”的S100A9敲除小鼠患上HFpEF后，它们的心脏状况比同病相怜的普通小鼠要好得多。具体表现为：改善心脏功能与结构。S100A9缺失显著降低了HFpEF小鼠的收缩压，改善了心脏舒张功能（反映为E/e'比值降低），并减轻了肺淤血。同时，心脏的“不良重构”也得到遏制：心肌细胞横截面积减小、心脏重量/胫骨长度比下降，以及由I型和III型胶原沉积构成的心肌纤维化也显著减少。这表明，S100A9的缺失能够有效减轻HFpEF小鼠的心脏损伤和功能障碍。
更深入的分析揭示了背后的可能机制：减轻氧化应激，改善线粒体功能。研究团队发现，HFpEF小鼠心脏中氧化应激水平升高，具体表现为一种重要的氧化产物——丙二醛（Malondialdehyde, MDA）水平增加，而关键的抗氧化酶超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase, SOD）活性却下降了。然而，S100A9的缺失扭转了这种失衡，它降低了MDA水平，提升了SOD活性。线粒体是氧化应激的主要“战场”和“策源地”，研究进一步发现，S100A9缺失能够恢复心脏中下降的NAD+/NADH比值和ATP含量。同时，一个位于线粒体中、对维持细胞氧化还原平衡至关重要的蛋白——SIRT3（Sirtuin 3，线粒体去乙酰化酶）的表达，在HFpEF心脏中显著降低，而S100A9缺失则使其得以恢复。与SIRT3功能受损一致，其重要的“工作对象”——SOD2（超氧化物歧化酶2，即MnSOD）在K68位点的过度乙酰化（这会导致其活性被抑制），以及一个重要的活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）产生酶——NADPH氧化酶2（NOX2）的表达增加，都在S100A9缺失的HFpEF心脏中得到缓解。这些结果串联起来，描绘出S100A9缺失通过恢复SIRT3表达、减轻氧化应激、改善线粒体能量代谢，从而保护心脏的线索。
研究并未止步于此，科学家们还在体外培养的心肌细胞（HL-1细胞）中进行了“一对一”的验证和机制探索。体外实验揭示上下游关系。他们发现，用高脂饮食中的主要脂肪酸——棕榈酸（Palmitic Acid, PA）刺激心肌细胞，会通过诱发氧化应激，从而上调S100A8和S100A9的表达。反之，如果使用外源性的重组S100A9蛋白处理心肌细胞，则会降低SIRT3的表达，诱发氧化应激，并损害线粒体功能，导致线粒体膜电位下降和ATP生成减少。而通过基因沉默技术敲低心肌细胞自身的S100A9，则可以减轻PA诱导的这些损伤。最关键的“终审判决”实验是：当使用SIRT3的抑制剂3-TYP阻断其活性时，S100A9敲低所带来的抗氧化和改善线粒体功能的保护作用就被“抵消”了。同样，在体内实验中，给S100A9敲除的HFpEF小鼠注射3-TYP抑制SIRT3，也会削弱S100A9缺失对心脏舒张功能的改善作用。这证明，S100A9的保护作用，很大程度上是通过SIRT3来实现的。
为了完成这项研究，作者团队运用了多项关键技术方法。他们使用高脂饮食联合L-NAME饮水的方法建立了模拟人类疾病特征的“双重打击”HFpEF小鼠模型。利用无标记定量蛋白质组学技术对心脏组织进行了分析，筛选差异表达蛋白。通过超声心动图评估小鼠心脏结构和功能。采用组织染色（如H&E、WGA、天狼星红染色）和免疫组织化学评估心肌肥厚与纤维化。通过生化试剂盒检测心脏组织中MDA、SOD、NAD+/NADH和ATP水平以评估氧化应激和能量代谢。使用Western blotting和实时荧光定量PCR（RT-qPCR）检测关键蛋白和基因的表达。在体外实验中，使用棕榈酸处理HL-1心肌细胞模拟脂毒性刺激，并通过siRNA敲低或重组蛋白处理来操作S100A9的表达，使用DHE、MitoSOX和TMRE荧光探针检测细胞氧化应激和线粒体功能。最后，通过给予SIRT3特异性抑制剂3-TYP，在体内和体外验证了SIRT3在S100A9作用通路中的必要性。
综合所有研究结果，文章在讨论部分总结并强调了其重要意义。本研究首次在体内证实了S100A9在HFpEF病理过程中的关键作用。研究揭示了一条新的分子通路：HFpEF中，由高脂饮食诱导的脂肪酸氧化应激驱动了心肌细胞S100A8/A9的表达上调；上调的S100A9（可能通过其同源或异源二聚体形式）进一步抑制了SIRT3的表达，加剧了线粒体功能障碍和氧化应激，形成恶性循环，最终导致心脏舒张功能不全和不良重构。S100A9缺陷通过恢复SIRT3水平，打破这一循环，从而发挥心脏保护作用。这些发现为理解HFpEF，特别是其中心肌代谢-氧化应激轴紊乱的机制提供了新的视角。鉴于已有针对S100A8/A9的小分子抑制剂正在开发中，本研究为HFpEF的治疗提供了一个极具潜力的新靶点。当然，研究也存在一些局限，例如使用的是全身性S100A9敲除小鼠，未能区分其作用是源于心肌细胞自身还是免疫细胞；体外研究使用了HL-1细胞系而非原代心肌细胞。未来的研究利用细胞特异性敲除模型，并评估S100A8/A9抑制剂对HFpEF的治疗效果，将能更精准地验证这一靶点的转化医学价值。
