IFN-γ通过调控P-糖蛋白介导阿霉素心脏转运影响小鼠心脏毒性敏感性的机制研究

本研究针对阿霉素(DOX)心脏毒性(DIC)个体差异机制不明的临床难题，通过构建小鼠模型结合表面增强拉曼光谱(SERS)和单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术，揭示了心脏微血管内皮细胞(ECs)在IFN-γ调控下通过上调P-糖蛋白(P-gp)表达促进DOX外排的分子机制。研究发现DIC不敏感小鼠心脏组织中DOX含量显著降低，而血清中浓度升高，关键机制在于IFN-γ/STAT1通路激活诱导ECs重编程为INS-ECs亚型，通过增强P-gp介导的药物外排功能形成"血-心肌屏障"。该研究为临床预测DIC风险及开发靶向干预策略提供了新思路，发表于《Experimental & Molecular Medicine》。

　　

阿霉素(DOX)作为一线广谱蒽环类抗生素，在肿瘤化疗中具有不可替代的地位，但其致命的心脏毒性(DIC)严重限制了临床应用。令人困惑的是，临床观察发现接受相同剂量DOX治疗的患者中，约10%-48%会出现心功能损伤，而其他患者则表现出显著耐受性。这种个体差异背后的分子机制长期不明，成为肿瘤心脏病学领域的重大科学问题。传统研究多聚焦于DOX直接损伤心肌细胞的机制，如氧化应激、钙稳态失衡等，却忽视了心脏微环境特别是内皮细胞(ECs)可能发挥的调控作用。

为破解这一难题，哈尔滨医科大学的研究团队创新性地构建了DIC敏感性差异的小鼠模型，通过多组学技术揭示了心脏微血管ECs通过IFN-γ-P-gp轴调控DOX分布的关键机制。研究发现，DIC不敏感(insDIC)小鼠心脏组织中DOX蓄积量显著低于敏感(senDIC)组，而血清浓度更高，提示存在主动的药物外排机制。单细胞转录组分析首次发现，心脏ECs在DOX刺激后分化为功能迥异的INS-ECs和SEN-ECs亚群：前者高表达IFN-γ通路基因和药物转运蛋白P-gp，形成类似血脑屏障的"血-心肌屏障"；后者则激活PPAR-γ通路导致血管通透性增加。机制上，IFN-γ通过STAT1磷酸化上调P-gp表达，促进DOX从心肌组织向血液外排；而PPAR-γ激动剂罗格列酮可阻断这一保护效应。该研究发表于《Experimental & Molecular Medicine》，为临床预测DIC风险和开发靶向干预策略提供了全新视角。

研究主要采用四种关键技术：1) 建立临床相关性DOX心脏毒性小鼠模型(12.3 mg/kg累积剂量)；2) 表面增强拉曼光谱(SERS)定量检测心肌组织和血清DOX分布；3) 单细胞RNA测序解析心脏细胞异质性；4) 跨室共培养模型验证内皮-心肌细胞互作机制。

不同小鼠对DIC的敏感性差异
通过超声心动图筛选发现，DOX处理后31.03%小鼠保持正常射血分数(EF≥60%)被定义为insDIC组，68.96%出现心功能损伤(EF<60%)为senDIC组。透射电镜和凋亡检测显示senDIC组心肌细胞损伤更严重，而insDIC组仅见轻微改变。

insDIC小鼠心肌DOX分布减少
SERS检测揭示senDIC组心肌DOX浓度显著高于insDIC组，血清浓度则呈现相反趋势。Evans蓝染色证实insDIC组心脏外源物质摄取能力降低，提示存在功能性药物转运屏障。

心脏ECs发生重编程
单细胞转录组分析鉴定出8个ECs亚群，其中CTL-ECs(对照组)、INS-ECs(insDIC组)和SEN-ECs(senDIC组)具有显著组别偏好性。INS-ECs高表达IFN-γ应答基因，而SEN-ECs富集血管通透性调控相关基因。

阻断IFN-γ或激活PPAR-γ增加DIC发生率
PPAR-γ激动剂罗格列酮和STAT1抑制剂氟达拉滨处理使DIC发生率升至80%，SERS显示心肌DOX蓄积增加。

靶向IFN-γ通路可预防DIC
重组IFN-γ蛋白或PPAR-γ抑制剂T007处理使DIC发生率降至20%以下，伴随心肌DOX含量降低和血清浓度升高。

P-gp受IFN-γ调控参与DOX转运
免疫染色证实insDIC组心脏ECs高表达P-gp，且可被IFN-γ诱导、被PPAR-γ抑制。P-gp抑制剂Tariquidar(Tar)处理导致100%致死率，证实其在DIC抵抗中的核心作用。

PPAR-γ和IFN-γ通路在人ECs中的调控
体外共培养模型显示，IFN-γ预处理使HUVECs形成药物屏障，减少DOX向心肌细胞渗透，该效应可被罗格列酮或Tar逆转。

这项研究首次系统阐释了心脏微血管ECs通过IFN-γ-P-gp轴调控DOX分布的分子机制，提出"血-心肌屏障"的概念框架。临床转化方面，检测患者心脏ECs中IFN-γ通路活性或可作为DIC风险预测标志物；靶向激活该通路可能成为防治蒽环类药物心脏毒性的新策略。值得注意的是，研究还揭示了PPAR-γ激动剂类降糖药可能增加肿瘤患者DIC风险的潜在药物相互作用，为临床用药安全提供了重要参考。该发现不仅深化了对药物性心脏损伤机制的认识，也为其他器官特异性毒性的研究提供了范式借鉴。