青委专刊 | 通过阻断IL-1α 挽救急性髓系白血病化疗期间的心功能不全

通过阻断IL-1α 挽救急性髓系白血病化疗期间的心功能不全

急性髓系白血病(AML)患者在使用基于柔红霉素(DNR)的化疗期间会出现严重的心肌损伤，心因性死亡风险高。肿瘤细胞和心肌细胞之间可能存在相互作用并在化疗相关心脏毒性中发挥重要作用，但尚未得到证实。本研究旨在明确其潜在机制并探索潜在治疗靶点。

方法

采集急性髓系白血病(AML)患者行DNR化疗后的心脏组织并进行单核RNA序列。采用正电子DNR治疗AML小鼠，通过发射断层扫描、磁共振成像和稳定同位素示踪代谢组学方法评价其心肌代谢和功能。在 DNR治疗后的 AML小鼠中筛选血浆细胞因子。基因修饰小鼠和细胞系用于验证和鉴定细胞因子的作用并探索其下游效应物。

结果

在AML患者中，心肌代谢稳态的破坏与DNR为基础化疗的心功能障碍有关。在AML小鼠中，心脏脂肪酸利用减弱，导致DNR治疗后心功能障碍。但在接受类似治疗的无肿瘤小鼠中未观察到这些表型。此外，肿瘤细胞来源白介素(IL)-1α 被认为是导致DNR诱导的心功能障碍和给药的主要因素。抗IL-1α 抗体的中和可改善DNR治疗后AML小鼠的心功能。

结论

本研究揭示了化疗过程中肿瘤细胞和心肌细胞之间的交互作用可以干扰心肌能量代谢紊乱，并损害心脏功能。IL-1α抗体中和治疗是一种有前景的策略，可缓解AML患者化疗引起的心脏毒性。

急性髓系白血病(AML)患者在以柔红霉素(DNR)为基础的化疗后，如何降低心源性死亡的风险?

在这项基于人类心脏组织和AML小鼠模型的转化研究中，肿瘤细胞来源的IL-1α 在DNR化疗过程中扰乱了心肌能量代谢，损害了心脏功能。给予抗IL-1α 抗体中和可逆转这些改变。

化疗过程中肿瘤细胞和心肌细胞之间的相互作用会扰乱心肌能量代谢，损害心脏功能。IL-1α 抗体中和治疗是缓解AML患者化疗诱导心脏毒性的一种有效的策略。

白血病是儿童最常见的癌症。急性髓性白血病(AML)治疗的进展和改进的支持性护理使化疗的平均长期生存率达到约70%。然而，在癌症生存者中，该病生存者的迟发效应累积负担最高，而心血管疾病在迟发效应中占很高比例。具体来说，AML的特点是：在儿童和青少年发生的癌症类型中，标准化死亡率和心力衰竭死亡率的绝对风险最高。

癌症患者的心源性死亡风险很大程度上与抗肿瘤治疗相关。在AML患者中，蒽环类药物化疗是主要的治疗方法，据报道其可引起严重的心肌损伤，主要表现为心力衰竭。柔红霉素(DNR)是一种蒽环类药物，是化疗方案中最有效的药物，在可预见的未来可能仍是AML治疗的支柱。然而在临床实践中，仍然没有有效的策略来减轻DNR相关的心脏毒性。

在正常生理条件下，心脏能量的70%由脂肪酸氧化产生，其余由葡萄糖代谢产生。然而在心力衰竭时，心脏脂肪酸的利用受损，而葡萄糖的利用增强。这些异常的心脏代谢模式可引起疾病状态，反之亦然。因此，代谢疗法可能是治疗无药可治心力衰竭的另一种方法。然而，目前还没有研究系统地调查AML患者接受DNR治疗后心脏能量代谢的情况。

此外，许多研究表明肿瘤与心血管系统之间存在交互作用。值得注意的是，先前的研究表明，超过70%的AML患者在方案期内（而不是在方案外）随访期间出现心脏毒性，这表明肿瘤细胞可能在化疗诱导的心肌损伤中发挥作用。因此，有必要进一步研究体内肿瘤细胞的存在是否以及如何调节DNR对心肌细胞的影响。然而大多数用于研究DNR相关心脏毒性的临床前模型都是在无肿瘤小鼠（TF）中建立的，研究人员尚未探索肿瘤细胞和心肌细胞之间的相互作用是否会加剧这一过程。

为了解决这些知识空白，我们首先对AML患者的心脏组织进行了单核RNA 测序，我们发现心脏代谢稳态对于DNR化疗后心脏功能的维持是重要的。然后，给予AML小鼠和TF小鼠DNR，通过无创成像和代谢组学分析评估心能代谢和心功能的变化。我们发现AML小鼠和TF小鼠在DNR治疗后表现出完全不同的心肌能量代谢和心功能表型。通过血浆细胞因子分析和基因修饰小鼠，我们发现肿瘤来源的白细胞介素1α (IL-1α)破坏心脏代谢，导致DNR治疗后心脏功能受损，而这些变化可以通过IL-1α抗体中和治疗逆转。这些发现表明IL-1α可能是减轻 AML患者化疗引起的心脏毒性的一个有希望的治疗靶点。

详细方法见在线补充数据。

采用GraphPad Prism软件(version 8.3.0)进行统计学分析。采用Shapiro-Wilk检验评估分布的正态性。组间比较采用非配对t检验或Mann-Whitney U检验。三组间差异采用单因素方差分析和Tukey多重比较检验。相关性分析采用Pearson相关系数和简单耳道回归分析。采用主成分分析 (PCA)将原始数据转换为主成分，在降维的同时获取显著的方差结果。所有P值均为双侧，以P < 0.05 为有统计学意义。数据以均数±标准差表示。

为了研究化疗相关心功能障碍的机制，我们通过心肌内膜活检收集了一名典型AML患者的心脏组织，该患者在DNR化疗后短时间内发生心力衰竭(超声心动图和病理检查显示)。组织进行单核RNA测序分析，对照材料为年龄匹配供体的心脏组织(图1A-C)。基于典型标记的聚类分析将起源细胞分为8种细胞类型(图 1D，在线补充数据，图S1A)。

在心肌细胞中共鉴定出737个差异表达基因(DEGs)，排名最高的DEGs与心肌损伤(NPPA、NPPB)和细胞代谢(GAPDH、PDK4、CD36) 相关(见在线补充数据，图S1B)。DEGs的途径富集分析也显示，AML患者心肌细胞的代谢过程明显受到干扰(图1E)。

为了模拟疾病进展轨迹，我们随后对供者和患者的心肌细胞进行排列，并观察到两个人的心肌细胞的独特分布(图1F)。来自患者的心肌细胞被聚类成两种代表性细胞状态：适应不良和适应。与适应状态相比，适应不良状态的特征是心肌损伤相关基因(MYH6 和 MYH7) 的表达显著增加，脂肪酸代谢相关基因(CD36 和 CPT1B)的表达显著下调，糖酵解相关基因(PKM、LDHA和GAPDH)的表达显著上调(图1G)。为了进一步识别受化疗影响的心肌细胞的特定亚群，我们对心肌细胞进行了无监督聚类分析。这表明，DNR导致 2、3、4 三个亚簇中的心肌细胞比例显著增加(见在线补充数据，图 S1C和D)。值得注意的是，亚簇4中的心肌细胞主要处于不适应状态，与其他亚簇相比，心肌收缩、代谢途径和糖酵解/糖异生相关的基因表达更丰富(见在线补充数据，图S1E-G)。

总的来说，这些发现表明，一些心肌细胞在基于DNR的化疗后出现代谢紊乱，其特征是脂肪酸代谢相关基因下调，葡萄糖代谢相关基因上调。这种适应不良的代谢状态以化疗后心肌损伤和心功能不全为特征。

为了进一步研究DNR对AML患者心脏代谢和功能的影响，我们建立了如前所述的AML小鼠模型，并用DNR治疗它们。简而言之，我们首先用表达MLL-AF9融合蛋白的逆转录病毒转导野生型(WT)造血干细胞/祖细胞，这种病毒在高达25%的新发AML病例中发现。然后，我们将细胞注射到WT小鼠体内，以重现t (9;11)+ AML(见在线补充数据，图S2A)。注射后约3周，70%以上的骨髓细胞表达携带绿色荧光蛋白的融合蛋白，并且在外周血和骨髓中观察到白血病原始细胞(见在线补充数据，图 S2B和C)，表明AML小鼠模型建立成功。接下来，我们连续两天静脉给药5mg /kg DNR(以下称为AML+DNR小鼠) 来模拟缓解诱导方案中的临床化疗。为了进行比较，用磷酸盐缓冲盐水(PBS)治疗的AML小鼠作为阴性对照(图2A)。结果显示，与PBS治疗相比，DNR有效地减轻了AML小鼠的肿瘤负担(见在线补充数据，图S3)。

化疗完成后4天，通过超声心动图和心脏磁共振成像(cMRI)评估心功能，结果显示AML + DNR小鼠的左心室收缩功能明显低于AML小鼠(图2B，在线补充数据，图S4A)。此外，与AML小鼠相比，AML + DNR小鼠的心脏内膜Nppa和Nppb mRNA表达水平、血浆NT-proBNP水平和血浆心肌肌钙蛋白T (cTnT)水平显著高于AML小鼠(见在线补充数据，图 S4B和C)。

综上所述，这些结果表明AML小鼠在DNR治疗后表现出心肌损伤和心功能下降，这与AML患者在DNR化疗后的心功能障碍表型相似。

为了研究AML + DNR小鼠心功能损害是否与能量代谢紊乱有关，我们分别使用F-FTHA和18F-FDG、PET/CT评估心肌脂肪酸和葡萄糖摄取。我们发现，与 AML小鼠相比，AML+DNR小鼠的脂肪酸摄取显著降低，心肌葡萄糖摄取显著增加(图2C)。此外，这些代谢变化与AML+DNR小鼠心脏ATP水平下降有关，表明这些小鼠遭受心脏能量短缺的过程(图2D)。

由于线粒体是心脏中产生ATP的主要部位，对维持心脏能量代谢稳定至关重要，因此我们通过透射电镜(TEM)和海马实验研究了AML+DNR小鼠和AML小鼠心肌线粒体在结构或功能上是否存在差异。TEM结果显示，两组之间线粒体结构存在细微差异。具体而言，在AML+ DNR小鼠的心脏中，断裂肌纤维之间的线粒体堆积似乎略少，偶见嵴轻微扩张(图 2E)，但线粒体自噬减弱，线粒体数量增加(见在线补充数据，图S5)。此外，海马实验显示，与AML小鼠相比，AML+DNR 小鼠的基础呼吸和最大呼吸、ATP 产生率和剩余呼吸能力显著降低(图2F和G)，表明AML+ DNR组线粒体呼吸功能降低。

我们还发现DNR可以在另一种AML小鼠模型(NUP98-HOXA9) 中诱导心功能障碍和代谢重塑，这表明遗传异质性不是导致表型的原因(见在线补充数据，图S6A-H)。此外，未经DNR治疗的AML小鼠和TF小鼠在基线时的心功能和代谢相当。

证明AML本身不会损害心功能或心肌代谢(见在线补充数据，图S6I-P)。总的来说，这些发现表明DNR 治疗后，AML小鼠的心肌底物从脂肪酸转变为葡萄糖，这种转变伴随着线粒体功能和心脏收缩功能的损害。

为了研究DNR治疗是否可以直接诱导心脏代谢重塑，我们使用与上述 AML 小鼠相同的化疗方案治疗TF小鼠(图2H)。

有趣的是，TF + DNR小鼠的收缩功能与对照组小鼠相当(图 2I，在线补充数据，图S4D)。TF组和TF + DNR组之间的脂肪酸或葡萄糖摄取没有显著差异(图2J 和K)。此外，两组之间的线粒体结构和功能相似(图2L-N)。此外，通过酶联免疫吸附法(ELISA)和RT-PCR检测血浆和心脏组织中的心肌损伤标志物，结果显示TF 和TF + DNR小鼠之间没有差异(见在线补充数据，图S4E和F)。延长观察时间也得到了类似的结果(见在线补充数据，图S7)。

考虑到我们的动物模型是在C57BL/6J毒株上建立的，该毒株具有烟酰胺核苷酸转氢酶基因突变，可能影响了心肌细胞对DNR心脏C57BL/6N TF小鼠心功能受损(见在线补充数据，图S8)。

总体而言，本研究中使用的DNR剂量对TF小鼠的心能代谢或心功能没有明显影响。因此，我们在后续实验中用AML小鼠代替TF小鼠来探讨DNR诱导心功能障碍的机制。

鉴于PET/CT结果显示DNR治疗后AML小鼠心脏葡萄糖摄取显著增加，脂肪酸摄取显著减少，我们假设底物利用重塑可能导致心脏能量不足。为了直接研究化疗期间心脏底物利用的变化，我们在AML和AML + DNR小鼠中建立了同位素标记的代谢组学途径追踪。

[U-13C]棕榈酸通量组分析用于评估脂肪酸利用(图3A和B)。AML + DNR小鼠中，TCA循环中C标记中间体的水平明显低于AML小鼠(图3C)。AML + DNR小鼠中(m+2)标记的柠檬酸盐和苹果酸盐的显著减少直接表明，DNR处理的AML 小鼠中脂肪酸衍生的碳用于能量生产的程度低于未处理的AML小鼠(图3D)。此外，与AML小鼠相比，AML + DNR小鼠的脂肪酸代谢相关蛋白(见在线补充数据，图S9)、长链酰基肉碱、酰基辅酶A (CoA) 和游离脂肪酸(见在线补充数据，图S10)显著较低。此外，我们发现一种有效的脂肪酸代谢激动剂GW7647可以挽救AML+DNR小鼠的心功能障碍，这进一步说明脂肪酸代谢紊乱在AML+DNR小鼠心功能下降中起主要作用(见在线补充数据，图S11)。

在[U-13C]葡萄糖通量组分析中(图3E和F)， AML+DNR小鼠组呈现出更高的C13标记中间体糖酵解和TCA循环 (图3G)。与AML小鼠相比，AML+DNR小鼠中糖酵解中(m+3)标记的中间体和TCA循环中(m+2) 标记的中间体的分数也更高，这表明化疗后葡萄糖用于能量产生的使用增加(图3H和I)。矛盾的是，中间体定量显示AML+ DNR小鼠中TCA中间体的水平明显低于AML小鼠(图3J)。这表明，心脏内葡萄糖分解代谢的增加不会增加弥补脂肪酸利用受损导致的能量生成减少。

戊糖磷酸途径(PPP)是一种与糖酵解平行的代谢途径，它产生保护心脏的还原性物质，但同时降低心脏能量供应的效率。因此，我们想知道增加的心肌葡萄糖通量是否部分分流到 PPP，因此我们通过 [1,2-13C]葡萄糖通量组分析来揭示糖酵解和PPP中的葡萄糖通量分布(图3K)。它进一步证实了AML + DNR小鼠中糖酵解的增强，如图3L所示，与AML小鼠相比，这些小鼠中参与糖酵解的(m + 2)标记中间体的比例显著增加。更重要的是，AML+DNR小鼠中C标记的6-磷酸葡萄糖酸(6PG)的量和TCA循环中(m+1)标记的中间体的比例显著高于AML+DNR小鼠，这表明更多的葡萄糖通过AML + DNR小鼠心脏的PPP进入TCA循环(图3M和N)。

总的来说，这些发现表明化疗在AML小鼠中扰乱心脏脂肪酸代谢和葡萄糖利用，以补偿脂肪酸利用的受损；然而这种代偿机制并不能完全弥补ATP生成的缺口。

为了确定DNR治疗引起AML小鼠心肌能量代谢紊乱的上游因素，我们通过大量RNA测序比较了AML和AML+DNR小鼠的心脏基因。KEGG基因组对DEGs 的富集分析显示，细胞因子-细胞因子受体相互作用途径显著富集，表明细胞因子信号传导可能有助于AML + DNR小鼠的心肌代谢紊乱(图4A)。

因此，我们筛选了TF组、TF+DNR组、AML组和AML+DNR组之间显著不同的血浆细胞因子。IL-1α被确定为可能参与这一现象的细胞因子，因为其水平在TF和TF+DNR小鼠中相当，但在AML+DNR小鼠中明显高于AML小鼠(图4B，在线补充数据，图S12)。心脏组织 IL-1α 的免疫荧光染色在这两组中也显示出类似的趋势(图4C和D)。此外，血浆蛋白质组学结果显示，AML和AML+DNR小鼠的血浆蛋白质组成存在显著差异(见在线补充数据，图S13A-D)。AML+DNR小鼠血浆中与细胞因子和细胞因子受体相关的差异表达蛋白(DEPs)数量增加(见在线补充数据，图S13E和F)。此外，DEGs和DEPs的蛋白-蛋白相互作用(PPI)分析显示，IL-1信号相关基因在枢纽基因中得分最高(见在线补充数据，图S13G)。此外，IL-1信号传导辅助蛋白(Il1rap)和诱饵蛋白(Il1r2)在AML+DNR小鼠中的表达水平高于AML小鼠，但在TF和TF+DNR小鼠中表达水平相当(见在线补充数据，图S13H和I)。这些结果表明 IL-1α可能是DNR治疗后AML小鼠心肌能量代谢紊乱的原因。

为了直接研究IL-1α在体内是否会干扰心肌能量代谢和损害心脏功能，我们给TF小鼠注射了重组小IL-1α。结果表明，IL-1α对心肌能量代谢有明显影响，治疗直接破坏了TF小鼠的心脏代谢并损害了心功能(图 4E-H)。此外，与野生型小鼠相比，DNR治疗后特异性 Il1r1消融的AML小鼠心功能显著改善，心脏ATP浓度升高，线粒体功能改善(图 4I-M，在线补充数据，图S14和S15)。最后我们还发现，在体内IL-1α干预可损害人H7分化源性心肌细胞(H7-CMs)的线粒体功能(见在线补充数据，图S16)。这些结果表明，IL-1信号在DNR诱导的心功能障碍中起重要作用。重要的是，我们发现与对照组相比，AML患者心脏组织中的IL-1α蛋白水平升高(图 4N)。此外，我们招募了另外 15名接受DNR治疗的AML患者来评估血浆IL-1α与心功能障碍之间的关系。在我们的队列研究中，我们发现血浆IL-1α 浓度的升高与左心室射血分数(LVEF)的降低呈正相关(图 40)，这表明我们在动物中的研究结果与AM患者的研究结果一致。

综上所述，这些结果表明DNR治疗后，AML小鼠血浆IL-1α水平升高，进一步扰乱心肌代谢，损害心功能。

由于IL-1α是一种与损伤相关的分子模式，是一系列来自受损细胞的分子，我们推测DNR引起的肿瘤细胞损伤可能诱导肿瘤中大量 IL-1α的产生。首先，我们在体外用 DNR处理THP-1细胞，验证了这一假设。流式细胞术显示，随着DNR浓度的升高，坏死细胞比例显著增加(图5A)。此外，DNR处理后，其细胞沉淀物中IL-1a的表达在转录水平上显著增加，并且这种增加伴随着培养上清中IL-1α蛋白水平的显著增加(图5B和C)。其次，AML+DNR小鼠中约20%的肿瘤细胞出现坏死(图5D)。苏木精-伊红(HE)和免疫荧光染色进一步显示，AML+DNR小鼠骨髓中坏死细胞数量和IL-1α荧光强度增加(图5E和F)。这些结果表明，DNR治疗后，AML肿瘤细胞可以释放IL-1α。为了进一步在体内证明IL-1α主要来自肿瘤细胞而非非肿瘤细胞，我们建立了IL-1敲除(Il1a, IL−/− -1α- ko)小鼠。然后，将MLL- AF9 AM细胞注射到 IL-1α-KO小鼠和WT小鼠体内(图 5G)。大约 3周后，两组患者在 AML 进展或基线心功能方面无显著差异(见在线补充数据，图 S17A-E)。重要的是，在IL-1α-ko小鼠中，DNR治疗后心肌IL-1α荧光强度升高和心肌功能受损并未减轻(图 5H-J)。这些发现表明，在化疗后血浆中检测到的IL-1α并非主要来源于非肿瘤细胞。接下来，我们构建了短发夹RNA诱导 IL-1a下调(shIL-1α AML)的MLL-AF9AML 细胞系。DNR 治疗前，AML细胞中IL-1a的下调不影响AML 的进展或心功能(见在线补充数据，图 S17F-J)。后化疗后，我们发现接受 shIL-1α 处理的 AML 细胞(shIL-1α)治疗的小鼠心功能明显改善，心肌ATP 水平高于注射对照AML细胞(接受打乱RNA)的小鼠。心肌组织IL-1α免疫荧光染色显示，shIL-1α组 IL- 1α水平明显低于对照组，进一步证实AML细胞是化疗期间 IL-1α 升高导致心功能受损的主要来源(图 5K-N)。

此外，我们在体外DNR处理AML细胞，细胞沉淀物中IL-1a的表达显著增加。然后收集裂解物，注射到DNR预处理或未预处理的TF小鼠体内。结果显示，注射后TF小鼠心功能明显下降，但DNR预处理并未使其心功能恶化，表明DNR本身并未增加心肌细胞对IL-1a介导的心肌损伤的易感性(见在线补充数据，图S18)。

此外我们进一步发现，在AML缓解诱导方案中，另外两种常用的化疗药物-VP16和Ara-C也能显著增加骨髓中癌细胞的坏死比例。同样，它们引起血浆 IL-1α 显著增加，并伴有AML小鼠心脏葡萄糖摄取增强(见在线补充数据，图 S19)。这些数据表明，除了DNR 外，其他AML化疗药物也能促进肿瘤坏死和引起 IL-1α 的释放。

综上所述，这些结果表明DNR诱导AML小鼠肿瘤坏死，在此期间IL-1α 被释放到血液中，并在化疗期间进一步损害心功能。

为了进一步研究DNR 治疗后血浆中 IL-1α 升高干扰心脏能量代谢的机制，我们通过独创性途径分析(IPA)对心脏转录数据进行了典型途径分析。结果显示，过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)信号明显被抑制(图 6A)。此外，对参与 PPAR 信号传导PPI 分析显示，NF-κB信号通路与PPARGC1A (PGC-1α)之随着 IL-1α 浓度的升高，H7-CMs的蛋白水平显著降低，而 p65的下调则逆转了这种下降(图 6E-G)。这些体外实验结果表明，IL-1α 可以通过p65 途径抑制 PGC-1α 的表达。接下来，为了进一步研究 p65 是否间存在密切联系(图 6B)。考虑到 NF-κ B 信号通路是公认的 IL-1α 的下游通路，而 PGC-1α 是调节心脏脂肪酸氧化和线粒体氧化磷酸化的重要转录共激活因子， 我们假设 IL-1α/NF-κ B 轴可以通过抑制AML + DNR 小鼠的 PGC-1α 来减弱心脏脂肪酸代谢和线粒体功能。

NF-κB 通过心脏中 p50/p65 复合物的异源二聚体与 DNA 接触。当 NF-κB 信号被激活时，κBα抑制因子(i-κBα)蛋白的降解使磷酸化的 p65 进入细胞核并结合特定的DNA 基序来调节靶基因的转录。有趣的是，我们发现与 AML 小鼠相比，AML + DNR 小鼠 Pgc-1α mRNA 和 Pgc-1α 蛋白水平显著降低，p65 磷酸化水平更高，表明 p65 和 Pgc-1α 之间存在负调控关系(图 6C和D)。

我们进一步直接评估了 IL-1α 处理后，心肌细胞中 IL-1α/NF- κB/PGC-1α 轴是否会被激活。我们发现 IL-1α 处理后，H7-CMs 中 IκBα 蛋白水平显著降低，且呈剂量依赖性。一致，PGC-1αmRNA随着 IL-1α 浓度的升高，H7-CMs 的蛋白水平显著降低，而 p65 的下调则逆转了这种下降(图 6E-G)。这些体外实验结果表明，IL-1α 可以通过 p65 途径抑制 PGC-1α 的表达。接下来，为了进一步研究 p65 是否在转录水平调控 PGC-1α 的表达，我们进行了双荧光素酶报告基因实验。与 p65 质粒共转染后，由 PGC-1α 启动子驱动的荧光素酶活性显著降低(图 6H)。此外，染色质免疫沉淀显示，IL-1α 处理后，p65 可以结合 H7-CMs 中的 PGC-1α 启动子(图 用6I)。这些结果表明，IL-1α/NF-κB/PGC-1α 轴是 IL-1α 介导化疗期间心肌损伤的潜在机制。

为了证明 NF-κ b 通路的激活和 PGC-1α 表达的降低是否在 DNR诱导的心功能障碍中起关键作用，我们通过 NF-κB 抑制剂PDTC抑制 AML + DNR 小鼠的 NF-κB通路。DNR治疗后，PDTC处理的 AML 小鼠的心功能和 ATP 水平显著改善(见在线补充数据，图 S20)。此外，PDTC 预处理可在体外阻止IL -1α-诱导p65 进入细胞核(见在线补充数据，图 S21A)。接下来，我们使用AAV9在 AML 小鼠中过表达心肌 Pgc-1α (AAV9-pgc1α)。结果显示，心肌过表达Pgc-1α 显著改善化疗后AML小鼠心肌ATP浓度和心功能(图 6J-N，在线补充数据，图 S22 和在线补充数据，图 S23)。与此一致的是，体外实验也表明，过表达 Pgc-1α 显著改善了 il -1α 处理的心肌细胞的线粒体功能(见在线补充数据，图S21B 和 C)。总之，无论是过表达 Pgc-1α 还是抑制 NF-κB 信号传导，都可以挽救化疗后AML小鼠心肌代谢紊乱和心功能受损。

在人类标本中，PGC-1α主要在心肌细胞群中表达。此外，心肌细胞在非适应状态下 PGC-1α 表达水平降低。此外，WB显示，与对照供者相比，接受DNR化疗的 AML 患者心脏组织中 NF-κB 通路被激活，并且这些增加伴随着 PGC-1α 水平的降低(见在线补充数据，图 S24)。

综上所述，这些数据表明，IL-1α/NF-κB/PGC-1α 轴在化疗后的心脏代谢紊乱中起主要作用。DNR治疗后肿瘤细胞释放的 IL-1α 激活心脏 NF-κ b 信号通路，进而抑制 Pgc-1α 的表达，导致心肌代谢紊乱，心功能下降。

由于 IL-1α 被发现与 AML + DNR 小鼠的心脏毒性有关，我们下一步研究 IL-1α 抗体是否可以改善其心功能。用 IL-1α 抗体或 IgG 对照处理 AML + DNR 小鼠(图 7A)。抗体的中和作用得到了证实(图 7B)。此外，IL-1α 抗体治疗组的心脏状况较好功能(图 7C 和 D 以及在线补充数据图 S25)。在心脏代谢方面，与对照组相比，IL-1α抗体治疗挽救了代谢重编程，恢复了心肌ATP水平和线粒体功能(图 7E-G)。重要的是，与对照组相比，IL-1α 抗体处理组的心肌 PGC-1α 和脂肪酸代谢相关蛋白表达也显著增加(图 7H-J)。

结果显示，两组之间的骨髓、脾脏或骨骼中残留肿瘤细胞的百分比没有显著差异 (见在线补充数据，图 S26)。综上所述，这些结果表明，IL-1α Ab 可以缓解 DNR 诱导的心肌底物利用重构，改善化疗后心功能，而不影响 DNR 化疗的疗效。

在目前的研究中，我们观察到在病人的标本中，心肌细胞的代谢状态在DNR 化疗后发生了改变。在动物实验中，我们进一步发现肿瘤来源的IL-1α 是DNR 治疗后AML小鼠心脏代谢紊乱和心功能受损的原因。DNR诱导的肿瘤细胞坏死，释放 IL-1α 到血液中。在心脏中与 IL1R1 结合，导致 NF-κB 信号通路的激活；这进一步抑制了心肌 PGC-1α 的表达，继而干扰脂肪酸的利用，损害心功能。更重要的是，我们发现 DNR 引起的心脏代谢失调可以通过 IL-1α 抗体治疗得到挽救，为减轻 AML 化疗引起的心功能障碍提供了一种新的策略(见在线补充数据，图 S27和结构化图形摘要)。

传统观点认为，化疗引起的心脏毒性是由药物本身决定的，但化疗与肿瘤之间的相互作用在多大程度上导致心脏毒性尚未完全阐明。此外，已有证据显示化疗后心脏内仅少量 DNR 积累，提示DNR对心肌的直接损伤可能并不显著。本研究强调，化疗后肿瘤的变化对心脏的影响可能比化疗药物本身更重要。我们的模型填补了这一空白，有三个优势：首先，本研究使用的模型是基于 MLL-AF9 基因融合的 AML 小鼠，由于基因融合在 AML 患者中普遍存在，因此可以有效地模拟 AML 的特征。其次，尽管先前的研究报道了几个化疗周期后的心肌损伤， 但我们探索了化疗缓解诱导阶段 AML 小鼠心脏的相对早期改变。最后，和其他研究相比，我们的研究使用了较低剂量的 DNR，从而更好地模拟了在缓解诱导的第一个周期中相对较低的累积炭疽循环素剂量的临床情况。

能量代谢紊乱介导的心功能障碍在多种心血管疾病中起着重要作用，但化疗引起的心功能障碍是否与心脏代谢紊乱相关仍是未知的25,26。这项研究中，我们系统地描述了动物模型中 AML 化疗期间心脏能量代谢底物利用的变化。简而言之，我们发现 DNR 治疗后 AML 小鼠心脏脂肪酸利用受损，葡萄糖代谢增强。通过进一步C13标记示踪研究，我们发现随着 PPP 通量的增加，脂肪酸氧化减少，葡萄糖氧化显著增加。这些发现与之前的研究一致，即在脂肪酸代谢受损的情况下，葡萄糖利用的增加可以在一定程度上弥补心脏能量产生的不足。重要的是，这些发现为一些临床研究报告的观察提供了可能的解释，通过 PET/CT 测定的心脏葡萄糖代谢增强可作为化疗引起心脏损伤的标志物。

IL-1α 和 IL-1β 都属于 IL-1 家族，它们作用于IL - 1r1 受体激活 IL-1 信号通路。尽管 IL-1α 和 IL-1β 的加工和分泌方式不同，但它们具有相似的生物学功能。研究表明，IL-1β 在心肌损伤中发挥作用，但很少有研究关注 IL-1α 对心肌细胞的影响。在这项研究中，我们发现 DNR 治疗后 AML 小鼠血浆 IL-1α 水平升高，而 IL-1β 没有显示出类似的趋势。我们的研究揭示了 AML 患者在DNR化疗后心功能下降与血 浆 IL-1α 升高之间的显著相关性，表明 IL-1α 可能是预测化疗诱导的心脏毒性的潜在生物标志物。重要的是，对于其他的抗肿瘤治疗，如免疫治疗和在CAR-T疗法中，肿瘤坏死也会发生在治疗过程中，这表明肿瘤来源的 IL-1α 可能在这些抗肿瘤治疗引起的心脏毒性中也起着重要作用。

PGC-1α 在心肌能量代谢中起重要作用。据报道，在心肌细胞中敲低PGC-1α 可影响心脏代谢，从而损害心脏功能。在我们的研究中，PGC-1α 在 AML 小鼠和 AML 患者化疗后的心肌表达明显降低。我们的研究结果强调了 IL-1α 在 AML 化疗后心肌 PGC-1α 表达调控中的作用， 用并提示 PGC-1α 可能在这一过程中代表了炎症信号和心脏代谢改变之间的连接。这一发现与以前的研究报道一致，即炎症细胞因子 TNF-α 可以通过 NF-κ b 信号通路降低 PGC-1α 的表达，从而引起代谢紊乱。

目前，减少 AML 化疗期间心肌损伤的有效干预措施有限。我们发现 IL-1α 新分化抗体可以改善 DNR 治疗后 AML 小鼠的心功能。这些发现为减少基于 DNR的化疗引起的心脏病负担提供了一个有希望的策略。此外，目前常用的心脏保护策略，如右雷佐生，针对的是化疗期间的氧化应激损伤，它们在与化疗联合使用时提出了挑战，因为它们可能会阻碍化疗药物的疗效37。这是一个特别的缺点，因为它可能加速 AML 的复发。然而，我们的研究表明，给药 IL-1α 抗体不影响 DNR 对 AML 小鼠的抗肿瘤效果。此外，先前的研究表明， IL-1 信号本身可促进 AML 祖细胞的扩增。这些发现提示 IL-1α 抗体干预可能对 AML 的进展也有治疗作用，但这些发现需要在未来的研究中得到验证。

本研究有几个局限性。首先，由于伦理问题，很难从化疗后的AML 患者身上采集心肌标本。虽然我们从该样本中获得了足够的心肌细胞用于单核测序分析，但在未来的研究中，我们需要更多的心肌样本来支持我们的发现。其次，我们测试了单一化疗药物的心脏毒性，而联合使用多种化疗药物是否会通过诱导更多的 IL-1α 产生而导致比单一药物更严重的心脏损伤需要进一步研究。第三，我们发现 IL-1α 抗体的应用减轻了一个化疗周期后的急性心肌损伤，但我们没有测试其在重复化疗周期后对心功能的长期影响，这需要进一步评估。