有氧运动通过刺激维生素D受体来抑制铁死亡（Ferroptosis），从而减轻小鼠的心脏纤维化

《Molecular and Cellular Endocrinology》：Aerobic Exercise Attenuates Cardiac Fibrosis in Mice via Stimulating Vitamin D Receptor to Suppress Ferroptosis

　　

崔晓宁|卢世祺|刘静静|王凯|张静华|牛彦军|朱峥|曹振波

上海体育大学运动与健康学院，中国上海

摘要：

有氧运动可以减轻维生素D缺乏（VDD）小鼠的心脏纤维化，但其具体机制尚不清楚。本研究探讨了有氧运动改善心肌纤维化的潜在机制。通过12周的饮食干预（摄入0 IU/kg维生素D₃），成功建立了VDD小鼠模型。8只维生素D充足的鼠作为对照组（C组；摄入1000 IU/kg维生素D₃），32只VDD小鼠被随机分配到VDD组（0 IU/kg维生素D₃）、VDD + 运动组（VDDE组；0 IU/kg维生素D₃）、VDD + 维生素D₃补充组（VDDS组；摄入10,000 IU/kg维生素D₃）以及VDD + 维生素D₃补充 + 运动组（VDDSE组；摄入10,000 IU/kg维生素D₃）。VDDE组和VDDSE组的小鼠进行了有氧跑步机运动训练。所有干预措施持续了12周。VDD小鼠表现出心肌维生素D受体（VDR）表达减少和纤维化加剧，同时Nrf2/GPX4通路受到抑制，线粒体出现异常，并存在铁死亡（ferroptosis）现象。有氧运动和维生素D补充能够提高VDR表达并逆转上述不良变化。我们利用腺相关病毒（AAV）构建了心脏特异性VDR敲低小鼠。注射AAV-shRNA（NC）的小鼠作为对照组，而注射AAV-shRNA（VDR）的小鼠被分为shVDR组和shVDR + 运动组。shVDR组表现出明显的心肌纤维化，伴随Nrf2/GPX4通路的抑制和铁死亡的发生。在有氧运动的情况下，shVDR小鼠的Nrf2/GPX4通路未能被激活，铁死亡及相关因素的表达也未被抑制，导致其对缓解心肌纤维化的效果减弱。总之，有氧运动部分通过VDR/Nrf2/GPX4通路抑制铁死亡来减轻心脏纤维化。

引言

心血管疾病（CVD）是全球主要的健康负担，约占所有死亡人数的32%。仅2022年，CVD就导致了约1980万例死亡，其中超过五分之四的死亡病例由心脏病发作和中风引起（1）。心肌纤维化是心脏疾病进展中的常见病理变化，是多种心脏病理状态下心脏功能障碍和心力衰竭的关键决定因素，并预示不良结局和死亡率（2）。纤维化的标志性病理特征包括活化的成纤维细胞增殖、炎症介质释放以及细胞外基质成分（主要是胶原I（Col1）、胶原III（Col3）和纤维连接蛋白）的过度沉积（3, 4）。新的证据表明，铁死亡介导成纤维细胞活化，并显著促进心肌纤维化的发生（5, 6, 7）。实验结果还显示，靶向抑制铁死亡是一种有前景的治疗策略，可用于减轻心肌纤维化（8, 9）。

有氧运动作为一种有效的非药物治疗方法，已被证明可以显著改善由各种心脏疾病引起的心肌纤维化，从而延缓疾病进展（11, 12, 13, 14）。现有证据表明，有氧运动可以通过抑制心脏铁死亡来缓解心肌纤维化（15, 16）。然而，其具体机制仍需进一步阐明。

维生素D缺乏是一个全球性的健康问题，影响约45%的人口（17），并且在机制上与CVD的发病机制有关（18, 19, 20）。在我们的前期研究中，VDD小鼠表现出心肌维生素D受体（VDR）表达减少，并伴有心肌纤维化（21）。目前的研究表明，VDR与某些组织中的铁死亡可能存在关联。作为VDR激动剂，帕拉卡西醇（paricalcitol）可以通过抑制铁死亡来减轻糖尿病性肾脏损伤（22）。VDR激活通过调节核因子E2相关因子2（Nrf2）通路及其在肾脏、骨骼和海马体中的相关靶点来抑制铁死亡（22, 23, 24）。在之前的研究中，我们发现有氧运动可以通过上调VDD小鼠的VDR表达来发挥抗纤维化作用（21）。综上所述，这些发现提示我们，运动通过VDR依赖的铁死亡抑制机制来改善心肌纤维化。

因此，我们构建了VDD小鼠模型，通过有氧运动和维生素D补充干预来研究VDR对铁死亡的影响。此外，还生成了心脏特异性VDR敲低小鼠模型，以进一步验证VDR抑制铁死亡和介导运动诱导的心肌纤维化改善的分子机制。

节选内容

VDD小鼠

上海体育大学伦理委员会在实验开始前批准了所有程序（批准编号：102772023DW001）。实验中使用来自江苏南京GemPharmatech有限公司的6周龄C57BL/6J雄性小鼠（n = 40）。小鼠在特定无病原体屏障设施中获得食物和自由水源，环境处于受控状态。

在实验过程中使用过滤紫外线波长的黄光源来抑制维生素D的生成

有氧运动和维生素D补充恢复了VDD小鼠的心脏功能

经过12周的VDD饮食和黄光暴露后，成功建立了VDD小鼠模型（p < 0.01；图S1）。干预后，VDD组的体重（p < 0.01）、脂肪质量（p < 0.05）和体脂百分比（p < 0.05）显著高于C组。与VDD组相比，VDDE组和VDDSE组的脂肪质量和体脂百分比显著降低（p < 0.01），而VDDS组没有观察到统计学差异（图S2）。

讨论

在本研究中，成功建立了VDD小鼠模型和心脏特异性VDR敲低小鼠模型，这些模型表现出VDR表达减少、显著的心肌纤维化和铁死亡。有氧运动和维生素D补充提高了VDR表达并减轻了这些病理变化。然而，在缺乏VDR的情况下，有氧运动的抗纤维化效果受到削弱。从机制上讲，这可能是因为VDR通过

结论

总之，维生素D缺乏可导致心脏纤维化。其潜在机制可能涉及抑制Nrf2/GPX4通路，进而导致线粒体功能障碍和铁死亡。心肌铁死亡随后激活TGF-β1-Smad2/3信号通路，最终促进纤维化。有氧运动可以通过VDR/Nrf2/GPX4通路部分减轻心肌纤维化（图11）。我们的发现提供了证据，证明VDR介导了有氧运动对

CRediT作者贡献声明

朱峥：验证、监督、方法学。 牛彦军：验证、监督、方法学。 曹振波：写作——审稿与编辑、监督、资金获取。 崔晓宁：写作——审稿与编辑、初稿撰写、方法学、数据管理、概念构思。 刘静静：验证、监督、方法学。 卢世祺：验证、监督、方法学。 张静华：验证、监督、方法学。 王凯：验证、监督、方法学

数据和材料的可用性

如需获取本研究中的所有数据，可联系相应作者。

利益冲突声明

作者声明没有需要披露的相关利益关系。

资助

本研究得到了上海体育大学研究生 研究与创新项目的资助（项目编号：YJSCX-2023-021）。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢Editage（www.editage.cn）对英文稿件的编辑，以及BioRender（biorender.com）对图11制作的协助。