中药单体发13分！北京中医药大学等揭示川芎嗪可改善线粒体相关内质网膜结构和功能与肝纤维化

【写在前面】：本期推荐的是由北京中医药大学生命科学学院、山东大学第二医院，山东大学、北京中医药大学中药学院等研究团队合作近期发表于Journal of Advanced Research(IF13.0）的一篇文章，揭示川芎嗪改善线粒体相关内质网膜结构和功能与肝纤维化。

【期刊简介】

【题目及作者信息】

Tetramethylpyrazine improves the structure and function of mitochondrial-associated endoplasmic reticulum membrane and liver fibrosis

引言

线粒体相关内质网（ER）膜（MAM）的形态和功能异常已成为肝纤维化期间细胞器功能障碍的关键介质。川芎嗪（TMP）被研究为治疗肝纤维化的潜在疗法，但其机制尚不清楚。

目的

考虑到MAM数量和间隙距离在肝纤维化过程中的变化，我们旨在研究TMP抑制肝纤维化的潜在机制及其作为治疗靶点的潜力。

方法

通过不同的测序技术和一系列分子生物学实验，我们在体内和体外探索了TMP在CCl4诱导的纤维化模型中的作用和机制，并检测了纤维化患者的关键信号传导。

结果

在纤维化条件下，MAM数量的异常增加和ER和线粒体形态的剧烈改变伴随着大量Ca2+从ER流入线粒体。TMP在很大程度上恢复了这些变化。进一步分离不同的细胞组分表明，CCl4主要通过抑制丝裂融合蛋白2（MFN2）导致MAM蛋白的定位错误和局部集中。TMP通过激活转录和抑制K79泛素化介导的降解直接结合并刺激MFN2的表达，促进MFN2肌/内质网Ca2+ATP酶（SERCA2）复合物的相互作用和功能，以逆转线粒体中的Ca2+超载。值得注意的是，在纤维化患者和肝MFN2敲除小鼠中的发现进一步强调了MFN2介导的MAM正常化在改善肝纤维化中的关键作用以及TMP的治疗效果。

结论

在这里，我们通过阐明TMP在修复肝脏MAM中的作用，强调了TMP在肝纤维化中的治疗潜力。

图文摘要

【前言】

肝纤维化可进展为肝硬化和肝细胞癌，对全球健康构成重大威胁。目前，氧化应激、病毒感染和饮食失调等重大风险因素会损害肝脏中多种细胞器的结构和功能，从而扰乱代谢稳态并促进肝纤维化。内质网（ER）在钙（Ca2+）稳态以及蛋白质和脂质的合成中起着至关重要的作用。在饮食诱导的肝纤维化模型中，肝脏经历了广泛的结构重组，其特征是ER片堆的明显紊乱和管状ER扩张。由于错误折叠蛋白的积累，ER相关降解（ERAD）的特征是lin-12样蛋白1（SEL1L）-HMG-CoA还原酶降解蛋白1（HRD1）的抑制剂发生变化，从而降解错误折叠的ER蛋白。然而，如果ERAD系统不堪重负或功能失调，可能会导致慢性ER应激和纤维化。线粒体作为影响肝内代谢的另一个重要细胞器，在营养代谢和三磷酸腺苷（ATP）合成中起着至关重要的作用。在代谢相关脂肪肝（MAFLD）中，线粒体呼吸最初会增加以适应底物可用性的提高。随着疾病进展为代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH），线粒体功能恶化，线粒体动力学和生物能量学紊乱，导致氧化磷酸化受损。这些细胞器结构和功能的改变与肝纤维化发展之间的因果关系仍然是一个有争议的话题。

针对细胞内质网和线粒体之间细胞器通讯的药理学策略可能会影响肝纤维化的进展。目前，肝纤维化的有效临床治疗仍然难以实现。Rezafra是美国食品药品监督管理局专门批准用于MASH的独家药物，与多种副作用有关，包括腹泻和恶心。天然药物现在被认为是治疗肝纤维化和癌症等慢性疾病的新药开发的重要来源。四甲基吡嗪（TMP）具有多种生物活性，包括抗癌、抗动脉粥样硬化和抗血管生成作用[17]。目前，TMP注射液在临床上用于治疗黄疸型肝炎、胆囊炎、缺血性卒中、冠心病和糖尿病肾病等疾病。我们最近发现，TMP通过抑制细胞外小泡依赖性mtDNA的释放和逆转随后肝星状细胞（HSC）的激活，有效地恢复了肝细胞中的线粒体功能。令人惊讶的是，TMP还表现出抵消ER应激的能力，从而保护了血管内皮功能。然而，控制TMP影响的这些细胞器功能之间沟通的潜在机制仍然没有得到充分的理解。

【结果部分】

1.TMP的抗纤维化作用与肝细胞ER和线粒体的修复密切相关。

2.TMP显著改善了肝细胞中MAM的异常区域接触和数量。

3.TMP对MAM区内Ca2+流量和MFN2-SERCA2复合物的调节作用。

4.siRNA-MFN2和MFN2激活剂对CCl4诱导的肝细胞MAM损伤和细胞器功能障碍的影响。

5.MFN2的敲除逆转了TMP缓解的肝纤维化。

6.TMP抑制MFN2在K79位点的泛素化。

7.MFN2的表达与肝纤维化患者的纤维化恶化程度呈负相关。

【结论与讨论】

我们的研究表明，TMP通过靶向MFN2、增强其在MAM的表达和区域定位来促进线粒体融合和肾小管ER重建。该机制有效地逆转了CCl4诱导的MAM异常增加，进一步改善了两个细胞器之间的Ca2+输送，恢复了线粒体和ER功能，最终缓解了肝纤维化。总的来说，我们的研究表明，MFN2是治疗肝纤维化和鉴定天然产物新药的有前景的靶点，从而为相关疾病患者带来了希望。

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