水素吸入はAMPK/mTOR経路を介してオートファジーを促進し、ドキソルビシン誘発心筋障害を抑制する

Hydrogen inhalation enhances autophagy via the AMPK/mTOR pathway, thereby attenuating doxorubicin-induced cardiac injury.

抄録

目的:

ドキソルビシンはがん治療に広く用いられている薬剤であるが、重篤な心毒性により臨床応用が制限されている。オートファジーの障害は、ドキソルビシン誘発性心傷害のメカニズムにおける重要な因子である。自然界で最も小さい分子である水素は、抗酸化作用、抗アポトーシス作用、オートファジー制御作用など、様々な生物学的作用を有する。現在、水素療法は新たな治療法として注目されているが、ドキソルビシン誘発心筋傷害に対する水素の効果や機序は明らかにされていない。本研究の目的は、ドキソルビシン誘発慢性心筋傷害に対する水素吸入の保護効果、およびオートファジーに対する水素吸入の効果と機序を検討することである。

AIMS: Doxorubicin is a drug widely used in clinical cancer treatment, but severe cardiotoxicity limits its clinical application. Autophagy disorder is an important factor in the mechanism of doxorubicin-induced cardiac injury. As the smallest molecule in nature, hydrogen has various biological effects such as anti-oxidation, anti-apoptosis and regulation of autophagy. Hydrogen therapy is currently considered to be an emerging therapeutic method, but the effect and mechanism of hydrogen on doxorubicin-induced myocardial injury have not been determined. The purpose of this study was to investigate the protective effect of hydrogen inhalation on doxorubicin-induced chronic myocardial injury and its effect and mechanism on autophagy.

方法:

本研究では、ラットにドキソルビシンを20mg/kgずつ30日間腹腔内投与し、慢性心筋傷害モデルを構築した。心機能に対する水素吸入の影響を、心エコー、Elisa、H&E染色により検討した。オートファジーの影響を明らかにするため、in vivoおよびin vitroにおけるLC3および関連オートファジー蛋白の発現を免疫蛍光法およびウェスタンブロット法により検出した。オートファジーのメカニズムをさらに検討するため、経路阻害剤を添加し、ウェスタンブロット法を用いて、ドキソルビシンによる心筋傷害に対する水素吸入の保護効果を予備的に検討した。

METHODS: In this study, we established a chronic heart injury model by intraperitoneal injection of doxorubicin in rats for 30 days, accumulating 20 mg/kg. The effect of hydrogen inhalation on the cardiac function in rats was explored by echocardiography, Elisa, and H&E staining. To clarify the influence of autophagy, we detected the expression of LC3 and related autophagy proteins in vivo and in vitro by immunofluorescence and western blot.In order to further explore the mechanism of autophagy, we added pathway inhibitors and used western blot to preliminarily investigate the protective effect of hydrogen inhalation on myocardial injury caused by doxorubicin.

結果:

水素吸入は、ラットのドキソルビシン誘発心機能低下および病理学的構造異常を改善することができる。水素吸入により、ドキソルビシンにより減少した心筋細胞におけるオートファジーのマーカータンパク質LC3（微小管関連タンパク質1軽鎖3）の発現が回復し、心筋細胞のアポトーシスが減少することが免疫蛍光法により確認された。メカニズム的には、ウェスタンブロットの結果から一貫して、水素投与はp-AMPK（リン酸化AMP依存性プロテインキナーゼ）とAMPKの比率をアップレギュレートし、p-mTOR（リン酸化哺乳類ラパマイシン標的）とmTORの比率をダウンレギュレートすることが示された。

RESULTS: Hydrogen inhalation can improve doxorubicin-induced cardiac function decline and pathological structural abnormalities in rats. It was confirmed by immunofluorescence that hydrogen treatment could restore the expression of autophagy marker protein LC3 (microtubule-associated protein 1 light chain 3) in cardiomyocytes reduced by doxorubicin, while reducing cardiomyocyte apoptosis. Mechanistically, Western blot results consistently showed that hydrogen treatment up-regulated the ratio of p-AMPK (phosphorylated AMP-dependent protein kinase) to AMPK and down-regulated p-mTOR (phosphorylated mammalian target of rapamycin) and mTOR ratio.

結論:

これらの結果は、水素吸入がAMPK/mTOR経路を介してオートファジーを活性化し、ドキソルビシンによって誘導される心筋傷害から保護できることを示唆している。水素吸入療法は、ドキソルビシン誘発心筋傷害に対する治療法の可能性がある。

CONCLUSIONS: These results suggest that hydrogen inhalation can activate autophagy through the AMPK/mTOR pathway and protect against myocardial injury induced by doxorubicin. Hydrogen inhalation therapy may be a potential treatment for doxorubicin-induced myocardial injury.