红景天中草质素作为SGK1抑制剂抗心肌肥大机理

今天为大家分享的是浙江大学王毅教授课题组于2022年1月发表于《Advanced Science》上的研究论文《Discovery of Herbacetin as a Novel SGK1 Inhibitor to Alleviate Myocardial Hypertrophy》。

心脏肥大是一种适应性过程，其特征是左心室壁对各种内在和外在刺激作出反应而增厚。适应性肥大有助于减少高血容量压力并维持心脏功能，但这一过程是有限的，并且由于病理性重塑而在长期压力存在的情况下会导致心力衰竭。而心力衰竭是全球死亡率和发病率的主要原因，是60岁以上人群住院的最常见心血管原因。红景天提取物(Ext.R)是缓解心血管疾病的天然产品的杰出代表。在增强免疫力、改善高原反应、对抗衰老和减少疲劳综合征患者的倦怠方面有着悠久的历史。

作者研究发现Ext.R通过抑制SGK1磷酸化来减轻压力诱导的心脏肥大。并开发了一种基于质谱的测定法来评估SGK1活性，筛选来自Ext.R.的SGK1抑制剂。一组结构相关的黄酮类化合物包括草本素(HBT)被鉴定为新型SGK1抑制剂。作者采用热位移法、KINOMEscan体外试验结合分子对接技术揭示HBT与SGK1的结合域，进一步研究HBT抗心肌肥厚的药理作用机制。

作者为了确定Ext.R是否可以直接调节心脏肥大，通过动物实验，建立横向主动脉缩窄(TAC)的小鼠肥大模型。将Ext.R施用于TAC小鼠，通过检测左心室(LV)质量指数、收缩期和舒张期室间隔厚度(IVS;s,IVS;d)等参数，发现Ext.R能够阻断TAC在小鼠中诱导的心脏肥大反应。

为了确定Ext.R介导的心脏保护的下游目标，作者通过比较Ext.R调控的基因表达谱与CMAP中记录的已知化合物的基因表达谱，可以推测其可能的药理机制。搜索基因表达综合(GEO)数据库后，发现SGK1在扩张型心肌病(DCM)患者中心脏mRNA表达的增加趋势，表明SGK1在心脏肥大进展中的潜在作用。

为了验证Ext.R对FoxO1信号通路的影响，作者进一步测量了TAC模型心脏组织中的FoxO1和GSK3β蛋白水平。结果显示，与Sham组相比，TAC组FoxO1和糖原合成酶激酶3β(GSK3β)的磷酸化水平显著升高，Ext.R处理可显着降低FoxO1和GSK3β磷酸化。总之，结果表明Ext.R中的抗SGK1化合物可能介导其心脏保护作用。

随后作者从Ext.R中鉴定具有SGK1抑制活性的活性化合物，开发了一种基于质谱的新型激酶抑制测定法。对SGK1的已知底物糖原合酶激酶3(GSK3)衍生的多肽序列(CKRPRAASFAE,m/z:618.6)进行了优化和合成。得到了一种作为SGK1抑制剂很有前景的先导化合物——HBT。

作者为了进一步阐述SGK1和HBT之间的相互作用，基于从蛋白质数据库(PDB)检索到的SGK1晶体结构，通过分子对接构建了SGK1-HBT复合物。结果表明SGK1的D177残基对于HBT和SGK1之间的结合是必不可少的。

HBT和rhodiosin共享相同的黄酮药效团，表明它是SGK1结合的关键结构特征。收集了20种结构相关的HBT黄酮类化合物，它们在-OH基团的数量和位置上有所不同，并检查了它们对SGK1活性的影响。结果表示HBT羟基数目和位置对其与SGK1的相互作用至关重要。

随后作者进一步验证了HBT在用广泛使用的心脏肥大兴奋剂去氧肾上腺素(PE)处理的原代大鼠心肌细胞中的抗肥大作用。结果表明，HBT可能会改变SGK1的活性，而不是影响其与蛋白质靶标的结合。

由于增加的氧化应激和细胞质钙被认为是心肌细胞肥大的两个关键病理机制，作者检查了Ext.R和HBT对这些过程的影响。结果表明HBT能够在肥大刺激下降低心肌细胞的氧化应激水平。

最后，作者评估了HBT在注入肥厚激动剂异丙肾上腺素(ISO)的小鼠中的心脏保护作用。通过皮下注射用ISO攻击小鼠21天，然后每天一次给予10mgkg-1的HBT直到小鼠被处死。HBT给药有效改善了ISO小鼠的心脏功能。此外，HBT治疗的小鼠显示NT-proBNP减少反应水平降低，这是心力衰竭的金标准生物标志物。

在这项研究中，作者证明了Ext.R的抗心脏肥大作用，并确定其主要活性成分为HBT，它可能通过抑制SGK1活性来保护心脏功能。作者的研究还说明了这种基于质谱的策略，可从复杂的中药混合物中鉴定新型SGK1抑制剂。使用这种策略，将HBT鉴定为SGK1的新型抑制剂，并且表明HBT能够在体外和体内阻断心脏肥大的进展。此外，还提出了一组具有SGK1抑制活性的九种黄酮类化合物，可用作寻找和设计心脏肥大以及其他SGK1驱动疾病的新疗法的宝贵线索。