《Journal of Physiology》：Age- and sex-specific modulation of human cardiac electrophysiology by doxorubicin
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本研究通過人類心臟切片模型，揭示了阿霉素（DOX）誘導的急性心臟電生理毒性具有顯著的年齡與性別依賴性。研究發(fā)現(xiàn)，在年輕女性與老年個體心臟中，DOX可劑量依賴性地延長動作電位時程（APD80），并與特定離子通道基因（如CACNA1C, KCNJ2）表達變化相關。同時，DOX可減慢傳導速度（CVT）。機制上，特異性抑制p38α/β MAPK（SB203580）無保護作用，而泛p38 MAPK抑制劑（C62）可減輕DOX的毒性效應，提示p38γ/δ亞型是關鍵介導者。本研究為開發(fā)基于性別和年齡的個體化心臟保護策略提供了新的診斷標志物和治療靶點。
引言：阿霉素的心臟電生理挑戰(zhàn)
阿霉素（Doxorubicin, DOX）是一種源自鏈霉菌的蒽環(huán)類抗生素，廣泛用于治療肉瘤、白血病和淋巴瘤等多種腫瘤。然而，其顯著的心臟毒性（DIC）可導致慢性心肌病、心力衰竭乃至死亡。DIC呈劑量依賴性，且年齡和性別是重要影響因素。例如，女性兒科患者心臟毒性風險更高，而絕經(jīng)前成年女性效應較輕，絕經(jīng)后女性風險則與同齡男性相似，這種差異通常歸因于雌激素的保護作用。除了機械功能障礙，DOX也會引起急性電生理改變，如QT間期延長、QRS波電壓降低和T波異常。臨床前研究表明，DOX可改變多種離子通道、泵和轉運體的功能，但其對人類心臟電生理影響的性別與年齡特異性尚不清楚。本研究旨在探究DOX對人類心臟電生理的年齡與性別依賴性調節(jié)，并評估靶向p38 MAPK通路的保護潛力。
年齡與性別相關的人類心臟電生理差異
研究分析了38個人類供體心臟，按性別和年齡（年輕≤50歲，老年>50歲）分為四組：年輕男性（MY）、年輕女性（FY）、老年男性（MO）和老年女性（FO）。通過光學標測左心室切片，測量了動作電位時程（APD80）、上升時間（RT）和橫向傳導速度（CVT）。基線條件下，四組間的RT和APD80無顯著差異，但老年女性組的CVT顯著慢于年輕女性組。這為后續(xù)評估DOX效應提供了基線參照。
DOX對人類心臟電生理的性別與年齡特異性效應
將心臟切片與不同濃度DOX（0.5-50 μM）共培養(yǎng)24小時后進行光學標測。高劑量DOX降低了切片的存活率，且這種降低存在劑量和群體依賴性。年輕男性心臟切片在所有濃度下均保持100%存活，而其他組別，尤其是老年組，在較低劑量下存活率即開始下降。在電生理效應方面，DOX在不同群體中引起了差異化的改變：
- 1.
動作電位時程（APD80）延長：DOX在年輕女性、老年男性和老年女性心臟中引起了劑量依賴性的APD80顯著延長。例如，在5 μM DOX作用下，年輕女性心臟APD80延長了35%，老年男性延長了32%，老年女性延長了31%。然而，在年輕男性心臟中，DOX未引起顯著的APD80變化。
- 2.
傳導速度（CVT）減慢：DOX在年輕男性、年輕女性和老年男性心臟中引起了劑量依賴性的CVT減慢。例如，在1 μM DOX作用下，年輕男性和女性的CVT分別減慢12%和18%。老年男性心臟在0.5 μM時即出現(xiàn)7%的減慢。老年女性心臟的基線CVT較慢，且DOX未引起其進一步顯著減慢。
- 3.
上升時間（RT）變化：未觀察到劑量依賴性的RT變化，但在1 μM DOX時，老年男性和年輕女性心臟的RT分別縮短了8%和11%。
DOX誘導的人類心臟切片全局轉錄組變化
對對照組和DOX處理組心臟切片進行RNA測序分析。主成分分析顯示，在女性樣本中，DOX處理組與對照組沿第二主成分軸明顯分離，但在男性樣本中分離不明顯。年輕與老年組之間未觀察到分離。熱圖和火山圖分析進一步證實，DOX處理引起了大量差異表達基因（DEGs），且這些變化在不同性別和年齡組中持續(xù)存在。在年輕男性、年輕女性、老年男性和老年女性組中，分別鑒定出3037、2456、2019和1953個DEGs。
DOX誘導年齡與性別依賴性離子通道重塑
研究進一步考察了DOX對編碼心臟離子通道、交換體、泵以及縫隙連接蛋白Cx43的基因表達的影響。關鍵發(fā)現(xiàn)包括：
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年輕女性心臟：DOX顯著增加了CACNA1C（編碼L型鈣通道Cav1.2，介導ICaL）和GJA1（編碼Cx43）的表達。ICaL的增加與觀察到的APD50和APD80延長（動作電位第3時相）相符。
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年輕男性心臟：DOX增加了KCNQ1（IKs）和KCNH2（IKr）的表達，但降低了KCNJ2（IK1）的表達。這些復極化鉀電流的相反變化可能導致其APD未發(fā)生顯著變化。
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老年女性心臟：DOX顯著降低了KCNJ2（IK1）的表達，這可能導致IK1降低，從而引起觀察到的APD50和APD80延長。
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鈉通道基因：DOX增加了年輕男性、年輕女性和老年女性心臟中SCN5A（編碼鈉通道Nav1.5，介導INa）的表達。然而，基因表達的增加與觀察到的CVT減慢相矛盾，提示可能存在通道功能、定位或翻譯后修飾的改變。
DOX影響的機制通路
KEGG通路富集分析揭示了DOX處理在各組中共同上調的頂級通路，包括神經(jīng)退行性疾病相關通路、氧化磷酸化、產(chǎn)熱、細胞骨架和糖尿病心肌病相關通路。在年輕女性組中，化學致癌-活性氧（ROS）通路被特異性上調。而下調的通路大多與炎癥和免疫反應相關，如細胞因子-細胞因子受體相互作用、TNF信號通路和NF-κB信號通路。
應激激活的p38 MAPK信號在人類心臟DIC中的性別特異性作用
DOX通過增加氧化應激激活包括p38 MAPK在內的多種應激反應通路。本研究使用兩種抑制劑探討了p38 MAPK在人類心臟DIC中的作用：SB203580（特異性抑制p38α和p38β）和C62（泛p38抑制劑，抑制所有四種亞型）。
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SB203580（p38α/β抑制劑）的效果：單獨使用SB203580或與DOX聯(lián)用，均導致男性和女性心臟出現(xiàn)顯著的APD80延長和CVT減慢，其程度與單獨DOX處理相似。這表明同時抑制p38α和p38β本身具有心臟毒性，且不能減輕DOX的毒性效應。
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C62（泛p38抑制劑）的效果：單獨使用C62對電生理參數(shù)無影響。當與DOX聯(lián)用時，C62阻止了DOX誘導的男性心臟APD80延長，并減輕了DOX引起的男性和女性心臟CVT減慢。這表明阻斷所有p38亞型，特別是可能涉及p38γ和p38δ，能夠對DOX心臟毒性產(chǎn)生保護作用。
討論與意義
本研究證實，DOX引起的急性電生理重塑具有年齡和性別依賴性。性別差異在年輕患者中更為明顯，APD延長僅見于女性心臟。這種延長主要發(fā)生在動作電位第3時相，在年輕女性中與CACNA1C表達上調相關，提示靶向Cav1.2通道或ICaL電流可能是潛在的抗心律失常策略。盡管SCN5A和GJA1基因表達上調，DOX仍導致CV減慢，其確切機制（如通道磷酸化、定位、電流改變）有待未來研究。p38 MAPK抑制實驗揭示了重要的治療啟示：僅抑制p38α/β（如SB203580）非但無益，反而有害；而泛p38抑制（如C62）則表現(xiàn)出保護作用。這強烈提示p38γ和/或p38δ亞型在介導DIC中扮演關鍵角色，未來應致力于開發(fā)針對這些亞型的特異性抑制劑，為接受DOX化療的患者提供新的心臟保護療法。
結論
綜上所述，DOX治療誘發(fā)的急性心臟電生理毒性是年齡和性別依賴性的。在年輕心臟中，性別差異顯著，女性更易出現(xiàn)APD延長。該延長與年輕女性心臟中CACNA1C表達增加相關。此外，抑制所有四種p38 MAPK亞型可減輕DOX的心臟電生理毒性，而僅抑制p38α/β則具有害性。因此，針對p38γ和p38δ亞型的干預策略，有望成為預防DOX化療相關心臟毒性的新型個體化治療方向。
