The ABA-LANCL1/2 Hormone-Receptors System Protects H9c2 Cardiomyocytes from Hypoxia-Induced Mitochondrial Injury via an AMPK- and NO-Mediated Mechanism

ABA-LANCL12 激素受體系統通過 AMPK 和 NO 介導的機制保護 H9c2 心肌細胞免受缺氧引起的線粒體損傷

來源：Cells 2022, 11, 2888

 

摘要核心內容

 

本研究首次揭示植物激素脫落酸（ABA）及其受體LANCL1/2通過AMPK/NO信號通路保護心肌細胞免受缺氧損傷的機制：

 

缺氧激活ABA系統：缺氧誘導H9c2心肌細胞釋放ABA（圖1A），ABA通過受體LANCL1/2激活AMPK/Akt-eNOS通路，促進NO生成（圖1B）。

 

 

NO介導細胞保護：ABA提高缺氧心肌細胞存活率（圖1C），NOS抑制劑L-NAME取消此效應，證實NO的關鍵作用。

 

線粒體功能維持：LANCL1/2過表達增強線粒體膜電位（ΔΨ）（圖4-5），提升葡萄糖攝取和NADPH水平（圖6A），改善缺氧后細胞活力（圖6B）。

 

 

 

 

 

 

代謝重編程：ABA激活AMPK/PGC-1α/Sirt1軸，上調GLUT4、CAT-2A（精氨酸轉運體）和GTPCH（BH4合成酶），優化能量代謝與NO合成（圖2-3）。

 

 

 

 

 

研究目的

 

驗證假說：探究ABA-LANCL1/2系統是否通過AMPK/NO通路保護心肌細胞缺氧損傷。

 

解析機制：明確LANCL1/2在調控eNOS活性、線粒體功能和葡萄糖代謝中的作用。

 

轉化意義：為糖尿病心肌病等缺氧相關心臟疾病提供新治療靶點。

 

研究思路與技術路線

 

采用 基因操控+代謝檢測 策略：

 

細胞模型：大鼠H9c2心肌細胞，模擬缺氧/復氧損傷。

 

基因干預：

 

過表達/沉默LANCL1/2（慢病毒轉染）（圖2A, 3A）。

 

藥理學干預：AMPK抑制劑（Dorsomorphin）、Akt抑制劑（AZD5363）、NOS抑制劑（L-NAME）。

 

檢測指標：

 

細胞存活：Trypan藍排斥/MTT法（圖1C, 6B）。

 

NO生成：熒光探針DAN檢測亞硝酸鹽（圖1A, 2D, 3D）。

 

線粒體功能：JC-1探針測ΔΨ（圖4-5）、丹麥Unisense電極測耗氧率（方法2.4）。

 

代謝指標：2-NBDG測葡萄糖攝取、NADPH含量（圖1A, 6A）。

 

信號通路：Western blot測AMPK/Akt/eNOS磷酸化（圖1B, 2C, 3C）；qPCR測基因表達（圖2B, 3B）。

 

關鍵數據及研究意義

1. ABA-NO缺氧保護軸（圖1）

 

數據：

 

缺氧使ABA釋放增加3倍（圖1A左），ABA刺激NO生成（L-NAME可阻斷）（圖1A中）。

 

ABA提升細胞存活率40%（圖1C），L-NAME取消此效應。

 

意義：確立ABA-NO為心肌缺氧損傷的核心保護機制。

 

2. LANCL1/2調控eNOS（圖2-3）

 

數據：

 

LANCL1/2過表達使eNOS轉錄增加30倍，磷酸化eNOS↑2倍（圖2B-C）；沉默LANCL1/2則顯著降低（圖3B-C）。

 

CAT-2A（精氨酸轉運體）和GTPCH（BH4合成酶）表達同步變化，優化NO合成微環境。

 

意義：LANCL1/2通過轉錄調控優化NO合成效率，獨立于iNOS/nNOS。

 

3. 線粒體功能與代謝（圖4-6）

 

數據：

 

LANCL1/2過表達細胞ΔΨ（紅綠熒光比）高1個數量級（圖4B），缺氧后維持良好（圖5B）。

 

葡萄糖攝取↑40%，NADPH↑35%（圖6A），細胞活力↑50%（圖6B）。

 

意義：ABA-LANCL1/2系統通過增強能量代謝和抗氧化能力維持線粒體穩態。

 

4. 信號通路整合（圖7）

 

機制圖：ABA-LANCL1/2→AMPK/Akt→eNOS→NO→線粒體保護，形成完整通路。

 

丹麥Unisense電極數據的核心價值

1. 技術原理

 

電極型號：Unisense氧微電極（OX-100，尖端100μm），集成于微呼吸系統。

 

檢測原理：密閉腔室（2mL）實時監測O?濃度變化，計算耗氧率（μmol O?/min/10?細胞）。

 

2. 關鍵發現（方法2.4）

 

數據：ABA處理使H9c2耗氧率↑30%（圖1A右），證實ABA增強線粒體氧化磷酸化。

 

校準：空氣飽和/無氧水校準確保精度（方法2.4）。

 

3. 研究意義

 

代謝量化：直接證明ABA提升心肌細胞呼吸效率，支持"ABA→AMPK→葡萄糖氧化"假說。

 

技術優勢：相比間接代謝檢測（如Seahorse），提供更真實的耗氧動力學數據，尤其適用于低細胞量樣本。

 

核心結論

 

缺氧激活ABA釋放：心肌細胞通過ABA應對缺氧應激。

 

LANCL1/2為核心受體：任一受體過表達均激活AMPK/Akt-eNOS軸，沉默則抑制。

 

NO為關鍵效應分子：通過維持ΔΨ和能量代謝提升細胞存活。

 

臨床潛力：ABA或LANCL激動劑有望治療缺血性心肌病，尤其適用于糖尿病心肌病變（伴內源性ABA缺乏）。

 

研究啟示

 

機制創新：首次將植物激素ABA納入心肌保護信號網絡，揭示跨物種保守性。

 

轉化價值：口服ABA改善糖耐量（前期臨床研究），或可拓展至心臟保護。

 

技術亮點：Unisense電極為心肌細胞代謝研究提供高精度工具。

 

未來方向：

 

驗證LANCL1/2在人類原代心肌細胞的作用。

 

探索ABA在心肌缺血再灌注損傷中的治療潛力。

 

Figure 1: ABA釋放、NO生成與細胞保護

 

Figure 2-3: LANCL1/2調控eNOS與基因表達

 

Figure 4-5: 線粒體膜電位（JC-1檢測）

 

Figure 6: 代謝與細胞活力

 

Figure 7: 機制整合圖