《Redox Biology》：Piceatannol-3'-O-β-D-glucopyranoside mitigates myocardial ischemia-reperfusion injury by inhibiting ferroptosis through the regulation of NDUFS1 lactylation via metabolic reprogramming
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心肌缺血再灌注损伤（MIRI）是影响心肌梗死患者预后的关键因素。目前缺乏针对MIRI的特异性药物，且尚不清楚Piceatannol-3'-O-β-D-glucopyranoside（PG）是否通过代谢重编程改善MIRI。因此，本研究采用临床导向的方法，利用多组
心肌缺血再灌注损伤（MIRI）是影响心肌梗死患者预后的关键因素。目前缺乏针对MIRI的特异性药物，且尚不清楚Piceatannol-3'-O-β-D-glucopyranoside（PG）是否通过代谢重编程改善MIRI。因此，本研究采用临床导向的方法，利用多组学技术探讨PG如何调节代谢重编程以改善MIRI，重点关注PG对乳酸和乳酸化的调控。结果显示，PG可增强左心室射血分数（LVEF）和左心室短轴缩短率（LVFS），降低心肌肌钙蛋白I（cTnI）和肌酸激酶同工酶（CK-MB）水平，减少活性氧（ROS）、乳酸和乳酸脱氢酶（LDH）水平，并增加三磷酸腺苷（ATP）表达，从而改善心功能。基于临床血清样本的代谢组学结果表明，PG可降低乳酸和丙酮酸水平。动物实验表明，外源性乳酸补充可减弱PG的心脏保护作用。PG干预显著抑制了PDK4、单羧酸转运蛋白1（MCT1）和长链脂酰辅酶A合成酶4（ACSL4）蛋白的表达，同时增强了谷胱甘肽过氧化物酶4（GPX4）蛋白的表达，抑制脂质过氧化，并改善线粒体结构和功能。然而，PDK4的过表达导致PG介导的对MIRI的改善作用减弱。NDUFS1 K170位点的乳酸化过表达同样损害了PG介导的对MIRI的改善作用。因此，研究人员得出结论，PG通过代谢重编程抑制NDUFS1 K170乳酸化来改善MIRI。本研究为MIRI干预提供了新的靶点和治疗药物，同时也为MIRI的发病机制提供了新见解。
论文解读：Piceatannol-3'-O-β-D-glucopyranoside 通过代谢重编程调控 NDUFS1 乳酸化抑制铁死亡减轻心肌缺血再灌注损伤
研究背景
缺血性心脏病（IHD）是最常见的心血管疾病之一，其发病率和死亡率持续上升。心肌缺血再灌注损伤（MIRI）是影响心肌梗死患者预后的关键因素，其病理机制涉及铁死亡、氧化应激、炎症等多种因素。然而，目前仍缺乏针对MIRI的特异性药物。心脏代谢在缺血再灌注期间会发生重编程，糖酵解成为主要能量来源，导致丙酮酸转化为乳酸并在细胞内积累，过量的乳酸会导致线粒体功能障碍。乳酸化修饰已被证明在MIRI的病理过程中起关键作用。Piceatannol-3'-O-β-D-glucopyranoside（PG）是一种从药用植物中提取的二苯乙烯苷类化合物，既往研究表明其具有抑制氧化应激和铁死亡的作用，但其是否通过代谢重编程改善MIRI尚不明确。
研究方法概述
研究人员构建了小鼠心肌I/R模型和HL-1细胞氧糖剥夺/复氧（OGD/R）模型。通过超声心动图评估心功能，TTC/Evans蓝染色检测梗死面积，ELISA检测血清标志物，生化试剂盒检测乳酸、LDH及ATP水平。利用透射电镜观察线粒体超微结构，Western blot及免疫荧光检测蛋白表达。基于I期临床试验受试者血清样本进行非靶向代谢组学分析，并通过乳酸化蛋白质组学筛选关键靶点。利用慢病毒和外源性乳酸进行反向验证，并构建腺相关病毒（AAV9）介导的NDUFS1 K170位点突变小鼠模型进行体内功能验证。
研究结果
3.1 PG抑制MIRI并降低乳酸水平
研究人员通过建立I/R小鼠模型和HL-1细胞OGD/R模型，观察到PG干预显著改善了MIRI。具体表现为降低梗死面积，增强LVEF和LVFS，降低cTnI、CK-MB、ROS、乳酸和LDH水平，增加ATP表达，并改善线粒体结构。这表明PG的保护作用可能与抑制乳酸水平和改善线粒体功能有关。
3.2 PG通过调节代谢重编程降低受试者血清乳酸水平
基于临床血清样本的代谢组学分析显示，PG给药后，受试者血清中乳酸和丙酮酸水平显著降低。KEGG通路富集分析表明，丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢以及糖酵解/糖异生途径与乳酸代谢密切相关。这证实了PG可以通过调节糖酵解代谢重编程来降低血清乳酸水平。
3.3 外源性乳酸补充减弱PG改善MIRI的作用
体内外实验均表明，与PG组相比，外源性乳酸补充组显著降低了LVEF和LVFS，升高了cTnI和CK-MB，扩大了梗死面积，增加了ROS产生和乳酸、LDH水平，降低了ATP水平，并加剧了线粒体损伤。这说明外源性乳酸补充削弱了PG对MIRI的改善作用。
3.4 体内实验表明PG通过抑制PDK4抑制乳酸积累进而抑制铁死亡
生物信息学和分子对接分析提示PDK4是潜在靶点。Western blot结果显示，PG干预显著抑制了PDK4、MCT1和ACSL4蛋白的表达，同时增加了GPX4蛋白的表达。外源性乳酸补充则逆转了这种调节作用。这表明PG通过调节PDK4及其下游的铁死亡相关蛋白来发挥作用。
3.5 体外实验表明PG通过抑制PDK4防止乳酸积累进而抑制铁死亡
在HL-1细胞OGD/R模型中，PG干预同样抑制了PDK4、MCT1和ACSL4的表达，增加了GPX4表达，并降低了细胞内和线粒体ROS、脂质过氧化水平及亚铁离子含量。外源性乳酸补充减弱了PG对这些铁死亡标志物的抑制作用。
3.6 PDK4过表达减弱PG对铁死亡的抑制作用
利用慢病毒过表达PDK4后，研究人员发现PG对ACSL4和GPX4的调控作用被削弱，细胞对铁死亡的敏感性增加。这进一步验证了PG的作用依赖于对PDK4的抑制。
3.7 PG抑制NDUFS1 K170乳酸化
乳酸化蛋白质组学分析显示，PG处理后，氧化磷酸化通路显著富集。研究人员筛选出关键枢纽蛋白NDUFS1，并发现PG显著抑制了NDUFS1 K170位点的乳酸化水平，且该位点在物种间高度保守。
3.8 PG通过下调NDUFS1 K170乳酸化改善心功能
利用AAV9构建的NDUFS1突变小鼠模型显示，模拟乳酸化（K170T）加剧了心肌损伤，而模拟去乳酸化（K170R）则缓解了损伤。此外，在PG治疗背景下，NDUFS1 K170T突变显著削弱了PG的心脏保护功效。这表明PG通过抑制NDUFS1 K170乳酸化发挥治疗作用。
3.9 PG维持NDUFS1蛋白稳定性并抑制铁死亡
Western blot分析表明，PG增加了NDUFS1蛋白的表达，而外源性乳酸则呈剂量依赖性地下调NDUFS1蛋白水平。进一步验证发现，NDUFS1 K170乳酸化促进了ACSL4表达并抑制了GPX4表达，而PG通过抑制该位点的乳酸化来维持NDUFS1蛋白稳定性，从而抑制铁死亡。
结论与讨论
综上所述，该研究结果表明，PG通过抑制PDK4减少乳酸积累，进而抑制NDUFS1 K170位点的乳酸化，维持NDUFS1蛋白的稳定性，最终抑制铁死亡并改善MIRI。本研究通过多组学整合分析，揭示了代谢重编程与翻译后修饰之间的沟通功能，为MIRI的干预提供了新的靶点和治疗药物，也为其发病机制提供了新视角。
