研究背景:阿霉素(Doxorubicin,DOX)是一种有效的抗肿瘤蒽环类药物,广泛应用于卵巢癌、乳腺癌、白血病等各种实体肿瘤和血液系统恶性肿瘤的治疗,在各种化疗方案中发挥不可替代的作用。阿霉素通过嵌入DNA的相邻碱基对之间,抑制拓扑异构酶II影响DNA的复制和转录,从而达到杀死肿瘤细胞的作用。然而与肿瘤细胞不同,心肌细胞是高度分化的终末细胞,特别容易受到此类毒性药物的影响,心脏特异性心磷脂对阿霉素有较高的亲和力,使其更容易在心脏富集,同时对血管内皮细胞造成严重损害。随着累积剂量的增加会产生急性或慢性心脏毒性(Doxorubicin-induced CardiBMS-354825试剂otoxity,DIC),造成心律失常、不可逆的心肌损伤、扩张型心肌病,严重时可出现充血性心力衰竭,目前这类心血管事件已成为患者非癌症相关死亡的主要原因。阿霉素诱导心脏毒性的机制较为复杂,其中氧化应激与铁死亡发挥重要作用。铁死亡(Ferroptosis)是一种铁依赖性的以脂质过氧化物积累和抗氧化物质减少为特点的程序性细胞死亡。阿霉素进入机体后,通过与一氧化氮合酶(NOS)和烟酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸(NADPH)氧化酶作用,产生大量活性氧自由基(ROS),同时伴随抗氧化酶的减少引起氧化应激。另一方面阿霉素与铁形成络合物并催化过氧化氢(H2O2)转化cancer and oncology为羟基自由基,从而导致活性氧的产生。此外,阿霉素与铁的络合物通过调节铁相关蛋白,使不稳定铁池增加,并介导细胞膜磷脂中多不饱和脂肪酸(PUFA)发生脂质过氧化反应,进而使心肌细胞诱发损伤或铁死亡。临床上采用多种药物治疗方式来降低阿霉素心脏毒性风险,但是心脏毒性的发生风险仍然很高。有氧运动作为一种安全有效的非药物辅助治疗方式,在癌症患者的康复计划中必不可少。临床前研究也表明,运动可以减轻甚至逆转心脏毒性,而且不会损害阿霉素的抗肿瘤疗效。但是有氧运动能否通过抑制细胞铁死亡改善阿霉素诱导的心脏毒性,尚未可知。研究目的:本研究以阿霉素诱导产生心脏毒性的小鼠为研究对象,探讨有氧运动对阿霉素心脏毒性及细胞铁死亡的影响,以期为研究运动改善化疗患者心脏毒性的机制提供证据,为支持运动作为一种非药物辅助疗法提供理论依据。研究方法:将4月龄雌性BALB/C小鼠随机分为安静对照组(C,n=10)、阿霉素组(D,n=10)、运动对照组(CE,n=12)、阿霉素+运动组(DE,n=10)。通过每周1次腹腔注射阿霉素,注射剂量为5mg/kg,连续4周,累积剂量20mg/kg,建立小鼠阿霉素心脏毒性模型。对照组按同等剂量注射0.9%生理盐水。在小鼠完成一周的跑台运动适应性训练后,进行最大摄氧量测试,最终确定以50%最大摄氧量强度进行跑台运动干预。有氧运动干预方案为热身10min*10m/min,正式训练40min*12m/min,放松10min*10m/min,60min/d,5d/w,共干预4周。运动干预在阿霉素第一次注射24小时后进行,对照组小鼠在笼中进行正常的活动。运动干预结束后24小时,进行超声心动图检测及最大摄氧量测试,48小时后取各组小鼠心脏及血液。通过计算心脏/胫骨长(HW/TL),评估小鼠心肌肥厚;通过超声心动过图检测小鼠心脏功能,用1.5%异氟烷对小鼠进行麻醉,并使用小动物超声心电图机和23 MHz探头进行成像。采用乳头肌水平的长轴、短轴视图心脏2D、M模式,测试心脏2D、M模式,取连续三个心动周期的平均值获得左室射血分数(LVEF)和左室短轴缩短率(LVFS);ELISA检测血清中肌钙蛋白(c-TnT)、N端脑钠肽前体(NT-pro-BNP),以评估心肌损伤及心力衰竭;通过HE染色观察心肌组织病理变化;通过Western blot检测SLC7A11、GPX4、Nrf2、Tf R1的表达水平,评估细胞铁死亡。研究结果:(1)HW/TL各组小鼠之间没有显著差异(p>0.05),说明注射DOX没有产生心肌肥厚;(2)与C组相比,D组LVEF、LVFS显著降低;与D组相比,DE组LVEF、LVFS显著提高(p<0.05),说明有氧运动可以缓解阿霉素导致的小鼠心功能下降。(3)与C组相比,D、DE组的c TNT显著升高(p<0.05),说明阿阿霉素使小鼠心脏收缩功能受损;与C组相比,D组NT-pro-BNP显著性升高(p<0.05),说明阿霉素使小鼠左心室功能降低,并出现心力衰竭;但与D组相比,DE组NT-pro-BNP浓度低,但是并没有显著性差异(p>0.05)。(4)HE染色结果显示C组心肌细胞结构完整,心肌纤维排列整齐,横纹清新,无明显损伤。D组心肌细胞内出现空泡变性,肌原纤维丢失,心肌细胞间隙明显增宽,细胞排列紊乱。与D组相比,DE组有明显改善,说明有氧运动减轻了心肌损伤。(5)与C组相比,D组SLC7A11、GPX4、Nrf2蛋白表达水平显著降低(p<0.05);与D组相比,DE组Nrf2、SLC7A11、GPX4蛋白表达水平显著升高(p<0.05),说明运动降低了细胞铁死亡,但组间比较Tf R1蛋白表达水平并没有显著性差异(p>0.05)。研究结论:有氧运动可以有效改善阿霉素诱导的小鼠心脏毒性,包括提高心脏功能、降低心肌结构损伤以及可能通过上GSK J4价格调Nrf2/GPX4信号通路抑制细胞的铁死亡。