心肌病是一種以心臟結(jié)構(gòu)和功能改變?yōu)樘卣鞯漠愘|(zhì)性疾病，由遺傳和環(huán)境因素引起。心肌病分為擴張型心肌病、肥厚型心肌病、致心律失常性右心室心肌病、限制性心肌病和未分類心肌病。主要危險因素包括心肌病家族史、冠心病、肥胖、長期高血壓、酗酒、慢性腎病和糖尿病等。明確基因型-表型相關(guān)性是發(fā)展心肌病精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的必要條件。此外，闡明與致病基因有關(guān)的心肌病發(fā)病和進(jìn)展的機制將有助于新型治療藥物的開發(fā)。

1. 心肌細(xì)胞特異性敲除ADAM17可改善糖尿病性心肌病的左心室重塑和功能

無高血壓和冠狀動脈病變的糖尿病患者出現(xiàn)心臟收縮和舒張功能障礙，稱為糖尿病心肌病部(DCM)。血管緊張素轉(zhuǎn)換酶2已被證明對減輕DCM有益，其是去整合素和金屬蛋白酶蛋白17 (ADAM17)的底物。山東大學(xué)齊魯醫(yī)學(xué)院齊魯醫(yī)院心內(nèi)科Cheng Zhang團(tuán)隊以分化的H9c2細(xì)胞和新生大鼠心肌細(xì)胞(NRCMs)為研究對象，探討ADAM17對DCM作用的分子機制^[1]。心肌細(xì)胞特異性敲除ADAM17可減輕DCM小鼠心肌纖維化和心肌細(xì)胞凋亡，改善心功能障礙。生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，在心肌細(xì)胞特異性敲除ADAM17糖尿病小鼠心臟中，許多富集于代謝通路的基因，尤其是AMPK信號通路，表達(dá)差異顯著。其機制可能涉及激活A(yù)MPK通路，增加自噬小體形成，提高自噬通量(圖1)，從而降低心肌細(xì)胞的凋亡反應(yīng)。因此，抑制ADAM17可能為治療DCM提供一種有前景的方法。

                                                                                圖1. ADAM17缺失對H9c2細(xì)胞和NRCMs體內(nèi)、體外心肌細(xì)胞自噬及自噬通量的影響

2. 致病性變異在心肌病中損害細(xì)胞組成和單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄

導(dǎo)致擴張性心肌病(DCM)和致心律失常性心肌病(ACM)的致病基因變異通過未知的機制導(dǎo)致心臟衰竭發(fā)展的高風(fēng)險。使用單核RNA測序，哈佛醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)系CHRISTINE E. SEIDMAN團(tuán)隊對來自18個對照和61個衰竭的非缺血性人類心臟的880,000多個核的轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行了表征，這些心臟具有DCM和ACM基因的致病變異或特發(fā)性疾病^[2]。他們鑒定出10種主要的細(xì)胞類型和71種不同的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)。DCM和ACM組織心肌細(xì)胞明顯減少，內(nèi)皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞增加。病變的心臟纖維化擴大，但出乎意料的是，成纖維細(xì)胞并沒有增加，而是顯示出改變的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)，這表明細(xì)胞外基質(zhì)的重構(gòu)被激活。通過對所有細(xì)胞中受體和配體表達(dá)的分析，他們觀察到細(xì)胞間信號和通信的變化，如LMNA心臟中的內(nèi)皮素信號增加，PKP2心臟中的腫瘤壞死因子等(圖2)。這些數(shù)據(jù)為未來的研究和干預(yù)機會提供了候選治療靶點，以改善和個性化心肌病和心力衰竭的治療。

                                                                                                  圖2. 單核水平心力衰竭的基因型分層分析

3. 人擴張型和肥厚型心肌病的單核分析

美國馬薩諸塞州總醫(yī)院心血管研究中心Patrick T. Ellinor團(tuán)隊通過對11顆擴張型心肌病心臟和15顆肥厚型心肌病心臟以及16顆非衰竭心臟的左心室樣本中近600,000個細(xì)胞核進(jìn)行單核RNA測序，確定單細(xì)胞分辨率下衰竭心臟的廣泛分子改變^[3]。擴張型或肥厚型心肌病心臟的轉(zhuǎn)錄譜在組織和細(xì)胞類型水平上廣泛收斂。此外，來自心肌病患者的一部分心臟具有獨特的活化成纖維細(xì)胞群，在非心臟衰竭樣本中幾乎完全不存在。他們進(jìn)一步在原代人心臟成纖維細(xì)胞中進(jìn)行了CRISPR敲除篩選，以評估這種纖維化細(xì)胞狀態(tài)轉(zhuǎn)變。敲除與成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)變相關(guān)的基因?qū)е略赥GFβ1刺激時肌成纖維細(xì)胞狀態(tài)轉(zhuǎn)變的減少(圖3)。這些研究結(jié)果為人類心臟在健康和疾病方面的轉(zhuǎn)錄多樣性以及心肌病的新潛在治療靶點和生物標(biāo)志物提供幫助。

                                                                                                    圖3. 心肌成纖維細(xì)胞中肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化的細(xì)胞分析

4. SIRPα介導(dǎo)IGF1受體在慢性腎臟疾病致心肌病中的作用

在早期慢性腎病(CKD)中，即使血壓沒有顯著變化，但心肌體積增加，表明存在單獨的心肌病觸發(fā)因素。美國Michael E. Debakey VA醫(yī)療中心腎病科Sandhya S. Thomas團(tuán)隊評估循環(huán)信號調(diào)節(jié)蛋白α(SIRPα)在CKD誘導(dǎo)的心肌病中的作用^[4]。他們證明SIRPα在CKD中調(diào)節(jié)心肌胰島素/IGF1R信號傳導(dǎo)。肌肉特異性或心肌特異性 SIRPα敲除CKD小鼠均維持胰島素/IGF1R 信號傳導(dǎo)并抑制心肌纖維化(圖4)。進(jìn)一步分析顯示SIRPα直接與IGF1R相互作用。將重組SIRPα蛋白引入肌肉特異性SIRPα敲除小鼠，可重建胰島素/IGF1R信號傳導(dǎo)活性。成肌細(xì)胞和心肌細(xì)胞中SIRPα的過表達(dá)會損害pAKT和胰島素/IGF1R信號傳導(dǎo)。他們的發(fā)現(xiàn)為潛在預(yù)防CKD相關(guān)心肌病的治療提出了新的靶點。

                                                                                                                      圖4. 抑制SIRPα可預(yù)防心臟纖維化

參考文獻(xiàn)

[1]Xue F, Cheng J, Liu Y, et al. Cardiomyocyte-specific knockout of ADAM17 ameliorates left ventricular remodeling and function in diabetic cardiomyopathy of mice [J]. Signal Transduct Target Ther. 2022, 7(1):259. (IF=38.104)

[2]Reichart D, Lindberg EL, Maatz H, et al. Pathogenic variants damage cell composition and single cell transcription in cardiomyopathies [J]. Science. 2022, 377(6606):eabo1984. (IF=63.714)

[3]Chaffin M, Papangeli I, Simonson B, et al. Single-nucleus profiling of human dilated and hypertrophic cardiomyopathy [J]. Nature. 2022, 608(7921):174-180. (IF=69.504)

[4]Thomas SS, Wu J, Davogustto G, et al. SIRPα Mediates IGF1 Receptor in Cardiomyopathy Induced by Chronic Kidney Disease [J]. Circ Res. 2022, 131(3):207-221. (IF=23.213)

云克隆不僅可提供多種心血管系統(tǒng)疾病模型，包括心肌肥厚、心肌梗死、心律失常、心肌炎、心力衰竭等，涵蓋常見心血管系統(tǒng)疾??；還具有各類心血管系統(tǒng)信號通路常用指標(biāo)及上述ADAM17、AMPK、LMNA、PKP2、SIRPα、IGF1R等相關(guān)產(chǎn)品，可助力廣大科研工作者進(jìn)行心血管系統(tǒng)疾病研究。