2020年 11月 4日，來自牛津大學的 Svetlana Reilly教授在國際頂級期刊 Nature上發(fā)表了題為“Paracrine signalling by cardiac calcitonin controls atrial fibrogenesis and arrhythmia”的文章。該文章發(fā)現(xiàn)了降鈣素在心房顫動中的重要作用。

研究介紹

       心房顫動是最常見的心律失常，它與大量的發(fā)病與死亡有關，尤其是增加了中風的風險性。目前，治療心房顫動的藥品效果并不顯著，且伴有不良反應。因此，尋找心房顫動病理的新靶點或為治療心房顫動提供新途徑。然而，心房顫動涉及心房成纖維細胞交聯(lián)膠原的積累，其作用機制尚不清楚。 

       作者通過全基因組關聯(lián)研究（GWAS）發(fā)現(xiàn)降鈣素受體（CTR）的單核苷酸多態(tài)性與體重指數(shù)（另一個心房顫動的危險因素）之間存在聯(lián)系。因此作者試圖探索心房顫動是否與降鈣素（CT）有關。 

       作者研究了降鈣素相關基因分別在人右心房組織、游離心房心肌細胞（ACMs）、心房心肌成纖維細胞（ACFs）以及心外膜脂肪組織中的表達。因為 CT源于 11號染色體上的降鈣素相關多肽基因，于是作者檢測了 CT和α降鈣素基因相關肽（αCGRP）在這些細胞和組織中的表達。結果發(fā)現(xiàn)，CT與αCGRP在除心外膜脂肪組織之外的組織和細胞中表達。進一步研究發(fā)現(xiàn)，在心房心肌細胞分泌體中可以檢測到 CT蛋白，但是 ACFs中沒有。與可以產(chǎn)生豐富 CT的人髓狀甲狀腺導管腫瘤（TT）細胞相比，心房心肌細胞的 CT轉錄水平約為其一半，但是心房心肌細胞分泌的 CT是 TT細胞的 16倍。因此，心房心肌是除甲狀腺外，CT的活躍來源。從免疫染色圖可以看出 CT激活 CTR使 CTR從ACFs向細胞質轉移，并且 ACFs的形態(tài)發(fā)生了變化。在 ACFs中 CT的濃度增加使得環(huán)磷酸腺苷（cAMP）的濃度增加。同時，CTR拮抗劑 sCT8-32、Gs蛋白抑制劑 NF499可以阻斷這一效應，而 Gi蛋白阻斷劑 PTX則不行。CT也未影響ERK1/2的磷酸化。這些結果都說明 ACFs表達了功能完全的 CT。

       作者用 CT處理 ACFs，72h后發(fā)現(xiàn)膠原積累減少，ACFs的增殖、細胞遷移和增鈣沉積物積累減少了 2倍。沉默CTR后，這種影響被逆轉。在 TGFb1刺激的細胞中，CT降低了 ACFs遷移、增殖和膠原分泌。這些結果表明，CT-CTR信號抑制膠原生成以及成纖維細胞的增殖和遷移。不僅如此，作者還發(fā)現(xiàn) CT對膠原積累的抑制作用至少部分是通過抑制骨形成蛋白 1（BMP1）介導的，這最終干擾了膠原的加工和降解，但不干擾其合成。CT處理 ACFs25h或 72h，ACFs轉錄組未發(fā)生改變，但是蛋白組顯著變化。在細胞中，參與核糖體途徑，纖維形成相關生物學過程、免疫與感染反應以及轉錄調(diào)節(jié)的蛋白有所富集。

       CTR蛋白含量和基因表達在術后和陣發(fā)性 AF患者中沒有變化，但是蛋白含量在持續(xù)性 AF患者中下降。然而，外源 CT并沒有獲得 ACF的響應。這意味著可能有心房顫動相關的內(nèi)源性下游信號失調(diào)或與疾病相關的 ACF表型修飾的現(xiàn)象存在。于是作者分離了人 ACFs進行單細胞 RNA測序，并選擇了 CT-CTR信號級聯(lián)成分的心房蛋白含量。作者發(fā)現(xiàn)，AF與 CT-CTR下游介質 cAMP表達升高有關。從 CTRs的亞細胞定位中發(fā)現(xiàn)，在持續(xù)性 AF患者的 ACFs中，CTRs從細胞表面重新定位到細胞內(nèi)間隙。作者推測，由于 CTR反應需要與細胞外配體相互作用，因此細胞表面 CTRs的丟失可能是 AF患者的 ACFs對 CT無反應的重要原因。 

       為了評估 CTR功能抑制對 AF的影響，作者使用完全敲除 CTR小鼠和對照小鼠進行心房纖維化和 AF易感性進行觀察。結果發(fā)現(xiàn)，敲除小鼠出現(xiàn)明顯心房纖維化，心態(tài)形狀無變化，COL1、COL3、FN和α-SMA基因表達無變化。體內(nèi)電生理測試結果表明，相較對照組，敲除小鼠的 AF癥狀具有更長時間和更強烈的反應。 

       為了評估產(chǎn)生 CT對 AF易感性的影響，作者將現(xiàn)有的自發(fā)性 AF小鼠模型中的 LKB1基因敲除，以避免心房 LKB1缺陷的潛在影響。然后超量表達或 shRNA干擾 CT基因。與對照組相比，干擾 CT基因的小鼠心房纖維化面積是其 2.5倍并且自發(fā)性 AF時間增長 16倍。而超量表達 CT則未出現(xiàn)上述情況。這些發(fā)現(xiàn)支持了 CT-CTR信號在房顫心律失常發(fā)生和房顫纖維化過程中重構中起重要作用的假設。