Redox Biology｜华中科技大学付琴教授团队提出靶向抑制PDE4D治疗心力衰竭的新兴策略
心力衰竭（HF）是全球主要死因之一，目前治疗手段有限。环磷酸腺苷（cAMP）在心脏的正常和病理信号传导中起着重要作用。PDE4是心脏中降解cAMP的主要磷酸二酯酶，PDE4的4B和4D亚型在心脏功能调节中的作用存在争议。PDE4B过表达对心脏重塑和HF有益，然而，PDE4D和PDE4抑制剂在心力衰竭中的作用仍不明确。2025年2月22日，华中科技大学同济医学院基础医学院付琴教授团队在Redox Biology (IF10.7) 发文“PDE4D inhibition ameliorates cardiac hypertrophy and heart failure by activating mitophagy”。该研究发现 PDE4D 在心力衰竭中表达增加，抑制PDE4D可通过激活线粒体自噬改善心肌肥厚和心力衰竭，为心力衰竭治疗提供新靶点和策略。
免疫荧光染色检测PDE4D在心肌细胞中特异性过表达
研究结果
1、PDE4D诱导心肌细胞肥大和氧化应激
体内实验数据显示使用PDE4抑制剂罗氟司特可抑制异丙肾上腺素诱导的心肌肥大和心力衰竭，同时ISO处理使小鼠心脏PDE4D mRNA和蛋白水平上调，并降低PKA 活性；罗氟司特处理可抑制PDE4D的诱导，使PDE4活性、cAMP含量以及CREB和受磷蛋白的磷酸化水平恢复正常，且对PDE4A和PDE4B的表达无显著影响。体外实验进一步验证了PDE4抑制剂的心脏保护作用，通过对比PDE4D 和PDE4B对心肌细胞的不同影响，发现PDE4D可诱导心肌细胞肥大和氧化应激，而PDE4B无此作用。与非衰竭心脏相比，衰竭人类心脏中PDE4D蛋白表达升高，其中 PDE4D5 变体表达显著增加。通过在NRVMs中过表达PDE4D5，发现PDE4D5可能参与心脏肥大和线粒体损伤的病理过程。进一步研究证实PDE4D5过表达会抑制心肌细胞中PINK1和Parkin的蛋白表达，降低LC3BII/I比值，增加P62表达，而PDE4B过表达对上述指标无明显影响，综合说明线粒体自噬受损与PDE4D诱导的心肌细胞肥大和线粒体损伤有关。
PDE4D，而不是PDE4B，诱导心肌细胞肥大和氧化应激
2、PDE4抑制剂通过SIRT1/PINK1/Parkin通路诱导线粒体自噬，保护心肌细胞免受肥大和氧化应激
使用siRNA敲低PINK1表达后，罗氟司特诱导的PINK1和Parkin表达增加被消除，其对ISO处理的NRVMs 细胞大小、氧化应激和线粒体损伤的保护作用也被阻断，且抑制了罗氟司特诱导的Parkin和LC3B与线粒体的共定位。SIRT1可通过改善PINK1/Parkin介导的线粒体自噬保护线粒体。ISO处理显著降低心肌细胞中SIRT1的表达，罗氟司特可减弱这一降低。用SIRT1 shRNA处理后，罗氟司特对ISO诱导的心脏肥大、氧化应激和线粒体损伤的保护作用被消除，其诱导的PINK1、Parkin和LC3B与线粒体的共定位也减弱，表明PDE4抑制剂通过激活SIRT1介导的PINK1/Parkin 信号通路诱导线粒体自噬，发挥心脏保护作用。进一步研究表明PDE4 抑制剂可减轻TAC诱导的心脏肥大和心力衰竭，主要通过促进心脏线粒体自噬实现。
PDE4抑制剂通过SIRT1激活诱导线粒体自噬，防止心肌细胞肥大和线粒体功能障碍
3、PDE4D5的心脏过表达抵消了PDE4D敲除对TAC小鼠的心脏保护作用
选用他莫昔芬诱导的心脏特异性杂合PDE4D敲除（PDE4DhCKO ）小鼠，进行TAC手术及他莫昔芬处理，通过评估心脏功能、细胞状态及线粒体自噬情况，证实下调PDE4D对TAC诱导的心脏肥大和心力衰竭有保护作用。为了进一步研究PDE4D5在体内病理性心肌肥大和心力衰竭中的作用，研究团队使用杂合PDE4D基因敲除小鼠（PDE4D+/-），通过静脉注射携带PDE4D5的AAV9载体，使心脏特异性过表达PDE4D5，这一操作加剧了TAC小鼠的心脏肥大和收缩功能障碍，同时恶化了细胞凋亡、ROS水平和MDA含量，还降低了线粒体嵴评分、线粒体自噬体形成和ATP含量。此外，PDE4D5 过表达抵消了PDE4D+/−小鼠因PDE4D基因敲除所产生的保护效果，表明PDE4D5在促进心脏肥大和心力衰竭中起到关键作用，它主要通过抑制线粒体自噬来实现这一过程。
PDE4D5的心脏过表达抵消了PDE4D敲除对TAC小鼠的心脏保护作用
研究结论
本研究阐明持续肾上腺素能激活通过cAMP-PKA信号上调PDE4D表达，抑制 CREB-SIRT1信号介导的线粒体自噬，导致心肌细胞肥大和线粒体损伤。强调抑制PDE4D表达可能是治疗HF的一种新策略。
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