DOI: https://doi.org/10.3892/ijmm.2025.5492
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39930816
تاريخ النشر: 2025-01-23
المؤلف: Shi-Tao Zhao وآخرون
الموضوع الرئيسي: الأحماض النووية الدائرية في الأمراض
نظرة عامة
تدرس الدراسة التأثيرات الوقائية للكركمين (cur) ضد إصابة نقص تروية القلب/إعادة التروية (MIRI)، مع التركيز على دور الموت الخلوي المعتمد على الالتهام الذاتي في هذا السياق. باستخدام نموذج الفئران من نوع Sprague-Dawley ونموذج إصابة نقص الأكسجة/إعادة الأكسجة لخلايا H9c2، تُظهر الأبحاث أن المعالجة المسبقة بالكركمين تقلل بشكل كبير من MIRI من خلال تحسين علم الأمراض النسيجية القلبية، وزيادة بقاء خلايا القلب، ومنع الموت الخلوي المعتمد على الحديد، والموت المبرمج، والالتهام الذاتي. تشير النتائج الرئيسية إلى أن MIRI يقلل من تعبير المنظم الصامت للمعلومات 1 (Sirt1) ويقلل من الفسفرة لـ AKT وصندوق forkhead O3A (FoxO3a)، مما يسهل انتقال FoxO3a إلى النواة وتفعيل الجينات المتعلقة بالالتهام الذاتي، وبالتالي تعزيز الموت الخلوي المعتمد على الحديد والموت المبرمج.
على النقيض من ذلك، أظهرت المعالجة المسبقة بالكركمين أنها تنشط Sirt1، مما يؤدي إلى زيادة الفسفرة لـ AKT وFoxO3a، مما يمنع FoxO3a من دخول النواة. تؤدي هذه الآلية إلى تقليل ترجمة الجينات المتعلقة بالالتهام الذاتي وانخفاض لاحق في الموت الخلوي المعتمد على الحديد والموت المبرمج والالتهام الذاتي الناتج عن MIRI. من الجدير بالذكر أن إسكات Sirt1 أو تثبيط AKT باستخدام التريسيبين ألغى التأثيرات الوقائية للكركمين، مما يبرز أهمية مسار الإشارة Sirt1/AKT/FoxO3a في العمل الوقائي القلبي للكركمين. وبالتالي، تستنتج الدراسة أن الكركمين يحافظ بفعالية على وظيفة خلايا القلب من خلال تثبيط الموت الخلوي المعتمد على الالتهام الذاتي من خلال هذه السلسلة من الإشارات.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على التحدي الكبير الذي تمثله الصحة العامة الناتج عن احتشاء عضلة القلب (MI)، والذي من المتوقع أن يزداد بنسبة 40.5% بحلول عام 2030. بينما تعتبر استراتيجيات إعادة تروية الدم فعالة في تقليل الوفيات، إلا أنها يمكن أن تؤدي أيضًا إلى إصابة نقص تروية القلب/إعادة التروية (MIRI)، والتي تتميز بتدفق مفرط للكالسيوم، وتوليد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، والخلل الوظيفي الميتوكوندري. تتطلب تعقيدات الآليات الجزيئية لـ MIRI نهجًا علاجيًا متعدد الأوجه، حيث أظهرت العلاجات الفردية فعالية محدودة. من الجدير بالذكر أن الكركمين (cur)، وهو المكون الرئيسي للكركم، قد أظهر تأثيرات وقائية قلبية من خلال القضاء على الجذور الحرة وتعديل مسارات الإشارة المختلفة، بما في ذلك مسار JAK2/STAT3، لتقليل حجم الاحتشاء وتحسين وظيفة القلب.
تستكشف الورقة أيضًا دور الموت الخلوي المعتمد على الحديد، وهو شكل من أشكال موت الخلايا يعتمد على الحديد، في تفاقم MIRI. يرتبط الموت الخلوي المعتمد على الحديد بزيادة الحديد وإنتاج ROS، مما يمكن أن يؤدي إلى موت خلايا القلب. يفترض المؤلفون أن الكركمين قد يخفف من MIRI من خلال تنظيم الالتهام الذاتي والموت الخلوي المعتمد على الحديد عبر مسار الإشارة Sirt1/AKT/FoxO3a. تدعم هذه الفرضية الأدلة التي تشير إلى أن الكركمين يمكن أن يؤثر على موضع FoxO3a، وبالتالي قد يعدل العمليات الالتهامية ويخفف من الإجهاد التأكسدي. تهدف الدراسة إلى التحقيق في هذه الآليات باستخدام نماذج خلايا H9c2 ونماذج MIRI للفئران لتوضيح التأثيرات الوقائية القلبية للكركمين وعلاقته بمسار Sirt1.
طرق البحث
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد والأساليب المستخدمة في أبحاثهم. تشمل المواد الأساسية الكركمين (نقاء ≥98%)، مثبط AKT (التريسيبين)، ومثبط الالتهام الذاتي 3-ميثيل أدينين (3-MA)، جميعها مصدرها من موردين مختلفين. بالإضافة إلى ذلك، تم تصنيع RNA صغير متداخل (siRNA) محدد لـ Sirt1 وsiRNA تحكم مختلط للاستخدام التجريبي.
استخدمت الدراسة مجموعة من الأجسام المضادة الأولية للتحقيق في بروتينات مختلفة، بما في ذلك Bcl-2، Bax، Sirt1، FTH1، FoxO3a الفسفوري، FoxO3a، وبروتين مرتبط بالميكروتوبول 1 سلسلة خفيفة 3β (LC3II)، مع أجسام مضادة ثانوية مرتبطة بالبيروكسيداز الفجل (HRP) للكشف. استهدفت أجسام مضادة أخرى الكاسبيز 3، P62، β-أكتين، PCNA، وNCOA4، مصدرها من شركات التكنولوجيا الحيوية ذات السمعة الطيبة. تم تضمين أجسام مضادة ضد AKT الفسفوري وAKT أيضًا لتقييم مسارات الإشارة ذات الصلة بتركيز الدراسة. تدعم هذه المجموعة الشاملة من المواد والأساليب الإطار التجريبي لنتائج البحث.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يوضح نتائج الاختبارات المختلفة، مع تسليط الضوء على نقاط البيانات والاتجاهات المهمة التي لوحظت طوال الدراسة. غالبًا ما يتم توضيح النتائج من خلال الجداول أو الرسوم البيانية أو الأشكال، التي توفر تمثيلًا بصريًا للبيانات، مما يسهل التفسير.
قد يتضمن القسم أيضًا تحليلات إحصائية تدعم النتائج، مثل قيم p أو فترات الثقة، مما يشير إلى موثوقية وأهمية النتائج. بشكل عام، يخدم هذا القسم لنقل الأدلة التجريبية التي تم جمعها خلال البحث، مما يمهد الطريق للمناقشات والاستنتاجات اللاحقة التي تم التوصل إليها في الأقسام اللاحقة من الورقة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثيرات الكركمين (Cur) على إصابة نقص تروية القلب-إعادة التروية (MIRI) باستخدام فئران Sprague Dawley (SD) وخلايا H9c2. التزم التصميم التجريبي بالإرشادات الأخلاقية، حيث تم إخضاع فئران SD لنموذج MIRI محكوم. أشارت النتائج إلى أن المعالجة المسبقة بالكركمين حسنت بشكل كبير من بقاء الخلايا وقللت من إفراز اللاكتات ديهيدروجيناز (LDH) في خلايا H9c2 بعد إصابة نقص الأكسجة/إعادة الأكسجة (A/R). من الجدير بالذكر أن الكركمين عزز تعبير علامات مضادة للموت المبرمج (Bcl-2) بينما قلل من علامات الموت المبرمج (Bax و الكاسبيز-3)، مما يشير إلى دوره الوقائي ضد الموت المبرمج الناتج عن A/R.
ميكانيكيًا، وُجد أن الكركمين ينشط مسار الإشارة Sirt1/AKT/FoxO3a، وهو أمر حاسم لتنظيم الالتهام الذاتي ومنع الموت الخلوي المعتمد على الحديد في خلايا القلب. أظهرت الدراسة أن إصابة A/R أدت إلى زيادة علامات الالتهام الذاتي (نسبة LC3II/I) ومؤشرات الموت الخلوي المعتمد على الحديد (NCOA4 وFTH1)، والتي تم عكسها بواسطة معالجة الكركمين. علاوة على ذلك، أدى إسكات Sirt1 إلى تقليل التأثيرات الوقائية للكركمين، مما يبرز أهمية Sirt1 في الوساطة لهذه التأثيرات. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن الكركمين يخفف من إصابة A/R في خلايا H9c2 من خلال تعديل Sirt1 ومسار AKT/FoxO3a، مما يبرز إمكانيته كعامل علاجي لحماية عضلة القلب.
DOI: https://doi.org/10.3892/ijmm.2025.5492
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39930816
Publication Date: 2025-01-23
Author(s): Shi-Tao Zhao et al.
Primary Topic: Circular RNAs in diseases
Overview
The study investigates the protective effects of curcumin (cur) against myocardial ischemia/reperfusion injury (MIRI), focusing on the role of autophagy-dependent ferroptosis in this context. Utilizing a Sprague-Dawley rat model and H9c2 cell anoxia/reoxygenation injury model, the research demonstrates that cur pretreatment significantly mitigates MIRI by enhancing myocardial histopathology, increasing cardiomyocyte viability, and inhibiting ferroptosis, apoptosis, and autophagy. Key findings indicate that MIRI reduces the expression of silent information regulator 1 (Sirt1) and decreases the phosphorylation of AKT and forkhead box O3A (FoxO3a), which facilitates FoxO3a’s nuclear translocation and subsequent activation of autophagy-related genes, thereby promoting ferroptosis and apoptosis.
In contrast, cur pretreatment was shown to activate Sirt1, leading to increased phosphorylation of AKT and FoxO3a, which prevents FoxO3a from entering the nucleus. This mechanism results in reduced translation of autophagy-related genes and a subsequent decrease in MIRI-induced ferroptosis, apoptosis, and autophagy. Notably, silencing Sirt1 or inhibiting AKT with triciribine negated the protective effects of cur, underscoring the importance of the Sirt1/AKT/FoxO3a signaling pathway in cur’s cardioprotective action. Thus, the study concludes that cur effectively preserves cardiomyocyte function by inhibiting autophagy-dependent ferroptosis through this signaling cascade.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significant public health challenge posed by myocardial infarction (MI), which is projected to increase by 40.5% by 2030. While blood reperfusion strategies are effective in reducing mortality, they can also lead to myocardial ischemia/reperfusion injury (MIRI), characterized by excessive calcium influx, reactive oxygen species (ROS) generation, and mitochondrial dysfunction. The complexity of MIRI’s molecular mechanisms necessitates a multifaceted therapeutic approach, as single treatments have shown limited efficacy. Notably, curcumin (cur), a primary component of turmeric, has demonstrated cardioprotective effects by scavenging free radicals and modulating various signaling pathways, including the JAK2/STAT3 pathway, to reduce infarct size and improve cardiac function.
The paper further explores the role of ferroptosis, an iron-dependent form of cell death, in exacerbating MIRI. Ferroptosis is linked to iron overload and ROS production, which can lead to cardiomyocyte death. The authors hypothesize that cur may mitigate MIRI by regulating autophagy and ferroptosis through the Sirt1/AKT/FoxO3a signaling pathway. This hypothesis is supported by evidence that cur can influence the localization of FoxO3a, thereby potentially modulating autophagic processes and alleviating oxidative stress. The study aims to investigate these mechanisms using H9c2 cell models and rat MIRI models to elucidate the cardioprotective effects of cur and its relationship with the Sirt1 pathway.
Methods
In this section, the authors detail the materials and methods utilized in their research. The primary materials include Cur (purity ≥98%), an Akt inhibitor (triciribine), and the autophagy inhibitor 3-methyladenine (3-MA), all sourced from various suppliers. Additionally, small interfering RNA (siRNA) specific to Sirt1 and a scrambled control siRNA were synthesized for experimental use.
The study employed a range of primary antibodies to investigate various proteins, including Bcl-2, Bax, Sirt1, FTH1, phosphorylated FoxO3a, FoxO3a, and microtubule-associated protein 1 light chain 3β (LC3II), with secondary antibodies conjugated with horseradish peroxidase (HRP) for detection. Other antibodies targeted caspase 3, P62, β-actin, PCNA, and NCOA4, sourced from reputable biotechnology companies. Antibodies against phosphorylated AKT and AKT were also included to assess signaling pathways relevant to the study’s focus. This comprehensive selection of materials and methods underpins the experimental framework for the research findings.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments or analyses. It details the outcomes of various tests, highlighting significant data points and trends observed throughout the study. The results are often illustrated through tables, graphs, or figures, which provide a visual representation of the data, facilitating easier interpretation.
The section may also include statistical analyses that support the findings, such as p-values or confidence intervals, indicating the reliability and significance of the results. Overall, this section serves to convey the empirical evidence gathered during the research, laying the groundwork for subsequent discussions and conclusions drawn in later sections of the paper.
Discussion
In this study, the effects of curcumin (Cur) on myocardial ischemia-reperfusion injury (MIRI) were investigated using Sprague Dawley (SD) rats and H9c2 cardiomyoblast cells. The experimental design adhered to ethical guidelines, with SD rats subjected to a controlled MIRI model. The results indicated that Cur pretreatment significantly improved cell viability and reduced lactate dehydrogenase (LDH) release in H9c2 cells following anoxia-reoxygenation (A/R) injury. Notably, Cur enhanced the expression of anti-apoptotic markers (Bcl-2) while decreasing pro-apoptotic markers (Bax and caspase-3), suggesting its protective role against A/R-induced apoptosis.
Mechanistically, Cur was found to activate the Sirt1/AKT/FoxO3a signaling pathway, which is crucial for regulating autophagy and preventing ferroptosis in cardiomyocytes. The study demonstrated that A/R injury led to increased autophagy markers (LC3II/I ratio) and ferroptosis indicators (NCOA4 and FTH1), which were reversed by Cur treatment. Furthermore, silencing Sirt1 diminished the protective effects of Cur, underscoring the importance of Sirt1 in mediating these effects. Overall, the findings suggest that Cur mitigates A/R injury in H9c2 cells through the modulation of Sirt1 and the AKT/FoxO3a pathway, highlighting its potential as a therapeutic agent for myocardial protection.