蹭上国自然双重热点！外泌体+铁死亡发表10分+，发文思路轻松GET

        阿霉素（DOX）属于蒽环类药物家族，被广泛用于治疗各种类型的癌症。然而，DOX相关的心脏毒性，其特点是心肌细胞丧失、进行性心脏增大，最终导致充血性心力衰竭，限制了其临床应用。当累积接受DOX剂量超过550 mg/m²时，大约四分之一的患者会导致心力衰竭。因此，阐明潜在的机制并开发治疗策略以避免不良反应，是迫切需要的。

        湾湾今天分享的是发表在【Journal of Nanobiotechnology】（IF：10.6）上题为“Ultrasound targeted microbubble destruction assisted exosomal delivery of siHmox1 effectively inhibits doxorubicin-induced cardiomyocyte ferroptosis”的研究。在本研究中，作者进一步发现DOX诱导小鼠心肌铁死亡与Hmox1上调有关。UTMD辅助siHomox1的外泌体递送几乎阻断了阿霉素诱导的铁死亡和随后的心脏毒性。该研究结果表明，HMOX1的上调可诱导心肌细胞铁死亡，UTMD辅助的siHmox1外泌体递送可作为DIC的潜在治疗策略

 

研究成果

1、DOX诱导心肌铁死亡呈时间和剂量依赖性

图1A：实验过程示意图，小鼠接受10 mg/kg Dox治疗，然后在治疗后的不同时间点检测铁死亡。

图1B：qPCR分析接受DOX治疗的小鼠心脏中铁死亡标志物Ptgs2 mRNA表达，结果显示，Ptgs2 mRNA表达在第2天达到峰值，此后逐渐下降。升高持续到第5天。

图1C-G：同上处理小鼠心脏各时间点的MDA水平、小鼠心脏组织代表性DHE染色和TUNEL染色，数据显示，脂质过氧化标志物MDA、ROS指标DHE和细胞死亡也显示出Ptgs2 mRNA类似的趋势。

图1H-I：同上处理小鼠各时间点血清LDH和CKMB水平，数据显示，血清LDH和CKMB随时间增加，表明Dox具有明显的心脏毒性。

以上数据表明，DOX可诱导心脏铁死亡，且具有时间和剂量依赖性。

 

2、反复使用Ferrostatin-1抑制剂治疗具有全身毒性

图2A：实验过程示意图。在指定时间给予DOX和Fer-1治疗小鼠并监测体重和存活率。

图2B：按指示处理小鼠的体重变化。

图2C：按图示处理小鼠Kaplan-Meier生存曲线。

以上数据表明，Fer-1具有全身毒性作用。

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3、DOX诱导的铁死亡主要与Hmox1上调有关

图3A：调控铁死亡的基因网络示意图。

图3B：实验过程示意图。用DOX治疗小鼠，在第2天分析基因表达。

图3C：qPCR分析对照组和DOX治疗小鼠中候选基因。

图3D：Western blot分析对照组和DOX治疗小鼠心脏中Hmox1蛋白。

图3E：Western blot分析用或不用DOX处理的HL-1细胞中心脏Homx1蛋白。

图3F：Western blot测定siHomx1的敲除效率。

图3G：流式细胞术分析脂质过氧化。在流式细胞术分析之前，用荧光探针C11-BODIPY对指定处理的细胞进行染色。

以上结果表明，DOX诱导的铁死亡主要归因于Hmox1的上调。

 

4、UTMD辅助外泌体递送siHmox1减少铁死亡和心脏毒性

图4A：实验过程示意图。小鼠注射或不注射DiO或DiR标记的外泌体，然后在UTMD组的心脏区域进行UTMD辐射。

图4B：体外荧光图像显示对照或UTMD处理小鼠心脏中外泌体的分布。

图4C：外泌体在TNNT-2阳性心肌细胞定位的代表性图像。

图4D：体外荧光图像显示外泌体在小鼠心脏中的分布。对于UTMD治疗组，小鼠在UTMD后的指定时间额外注射外泌体。

图4E：D组量化数据。

图4F：实验过程的示意图。

图4G：qPCR分析siHmox1在小鼠心脏中的体内敲除效率。

以上数据表明，当前的策略可以功能性地将siRNA递送到心脏中。

图5A：实验过程示意图。

图5B：qPCR分析接受指定治疗的小鼠在指定时间点心脏中Ptgs2 mRNA表达。

图5C：同上处理小鼠心脏各时间点的MDA水平。

图5D：同上处理小鼠心脏组织代表性DHE染色。

图5E：D组量化数据。

图5F：同上处理小鼠心脏组织代表性TUNEL染色。

图5G：F组量化数据。

上述数据表明UTMD + Exo ^siHmox1治疗可以抑制DOX诱导的铁死亡。

图6A：实验过程示意图。

图6B：指定组小鼠心肌HE染色的代表性图像。

图6C：指定治疗小鼠心肌天狼星红染色的代表性图像。

图6D：胶原蛋白含量的定量。

图6E：小鼠心脏/体重比。

以上数据表明，研究中的心脏重量变化主要是由DOX治疗引起的细胞损失决定的，而不是随后的纤维化。

图7A：超声心动图的代表性图像。

图7B：通过EF值确定收缩功能的量化。

图7C：由E/A值决定的舒张功能。EF，射血分数；FS：缩短分数；MV：二尖瓣。

以上数据表明，各组中未观察到死亡和体重显著下降，该策略应该是安全的。

 

结论

该研究进一步证实了铁死亡通过上调Hmox1介导DOX诱导的心脏毒性的发病机制。结果表明，通过UTMD辅助外泌体递送选择性地敲低心肌细胞中的Hmox1可能是一种实用的治疗方法，可以在不影响药物抗癌特性的情况下治疗DOX诱导的心脏毒性。需要进一步的研究来检验这一治疗策略的潜在临床意义。