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Circulation(IF 29.69)| 心血管顶刊!蛋白组+磷酸化组联合发现炎症或可防治心力衰竭

人阅读 发布时间:2021-09-11 20:43

心力衰竭是一种临床综合征,预后较差,会因长期持续的血流动力学超负荷、心肌损伤或基因突变而发生。前人研究发现炎性细胞分泌的髓源性生长因子(MYDGF)能够促进组织修复,减轻压力超负荷引起的肥大和功能障碍。由此推测炎症在心力衰竭的发病过程中可能起到重要作用,但其中的机制了解有限。

2021年8月德国汉诺威医学院Mortimer Korf-Klingebiel在Circulation(IF 29.69)杂志上发表题为 “Myeloid-Derived Growth Factor Protects Against Pressure Overload-Induced Heart Failure by Preserving Sarco/Endoplasmic Reticulum Ca2+-ATPase Expression in Cardiomyocytes”的研究成果,利用单细胞测序,蛋白组学和磷酸化蛋白组学技术研究髓源性生长因子(MYDGF)保护压力超负荷性心力衰竭的分子机制,在炎症细胞和心肌细胞之间建立了一种基于MYDGF的适应性串扰,为预防压力超负荷引起的心力衰竭提供了新的思路。


 

【研究材料】

小鼠心肌、炎症细胞、血浆和人血浆

【技术方法】

单细胞测序,蛋白组学,磷酸化蛋白组学

【实验步骤】

 


◆ 研究结果

1. MYDGF在压力超负荷的左心室中表达

为探索MYDGF是否在压力超负荷的左心室中表达及其细胞来源,研究人员检测了主动脉弓缩窄(TAC)模型鼠和假手术鼠中MYDGF的含量,发现MYDGF在模型鼠的心肌、单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞和血浆中高表达,而在T细胞、B细胞和成纤维细胞中低表达,单细胞RNA-seq和免疫荧光也证实单核细胞和巨噬细胞是MYDGF表达的主要免疫细胞类型;主动脉狭窄患者血浆中的MYDGF含量高于健康个体,治疗后患者MYDGF浓度下降至健康人水平。因此推测MYDGF的表达与压力超负荷的心力衰竭有关。

 

图1 压力超负荷时的MYDGF表达

 

2. 炎症细胞衍生MYDGF限制压力超负荷时的心脏重构

为了探讨压力超负荷过程中MYDGF的功能,研究人员将MYDGF 敲除(KO)小鼠和野生型(WT)鼠进行TAC手术,发现KO小鼠的左心室肥厚明显且心肌细胞尺寸增大,血管生成反应损害增强,间质纤维化更严重,以及左室扩张和收缩功能障碍。进一步将MYDGF敲除的骨髓细胞移植到WT小鼠,经多西环素治疗后小鼠的血浆和左心室的MYDGF表达水平更高,且左心室肥厚症状较轻,心肌细胞较小,毛细血管密度稍高,左室扩张较小和收缩功能更好。上述结果表明,炎症细胞源性MYDGF可以限制慢性压力超负荷期间的心脏不适应性肥大和重塑。

 

图2 骨髓衍生的MYDGF限制左心室重塑

 

3. 蛋白组+磷酸化蛋白质组分析发现PIM1为心肌细胞MYDGF的信号靶点

为了确定MYDGF激活的信号受体,研究人员对有无MYDGF存在的情况下ET1刺激的心肌细胞(NRCM)进行蛋白组和磷酸化蛋白质组分析,PCA分析显示不同处理组间蛋白磷酸化水平差异明显。比较发现MYDGF逆转了ET1诱导的许多磷酸化蛋白质的变化,激酶-底物相互作用和富集分析发现MYDGF增加心肌细胞中PIM1的表达和激酶活性。MYDGF的抗高血压作用被PIM激酶抑制剂SMI4a23和PIM1干扰下调削弱,表明MYDGF是通过PIM1发挥调控功能。

 

图3 磷酸化蛋白质组分析确定PIM1是MYDGF的信号靶点

 

4. 小鼠MYDGF敲除导致的钙循环和肌节功能受损可通过SERCA2a基因过表达恢复

心脏衰竭过程中经常出现Ca2+ 循环异常,SERCA2a的活性变化与Ca2+ 循环密切相关。通过在细胞和小鼠中敲除和过表达PIM1,证实了PIM1是SERCA2a的调控因子。作者通过构建MYDGF敲除小鼠模型发现MYDGF调控压力超负荷小鼠心脏中PIM1和SERCA2a的表达;在MYDGF敲除小鼠中过表达SERCA2a可以改善小鼠的左心室扩张和收缩功能障碍。上述结果表明MYDGF通过PIM1增强SERCA2a的表达,发挥保护心力衰竭的作用。

 

图4 MYDGF通过PIM1增强SERCA2a的表达

 

5. MYDGF蛋白可作为心力衰竭的治疗靶点

为探讨MYDGF在压力超负荷时的治疗潜力,作者用重组MYDGF蛋白对TAC手术的模型鼠进行治疗,治疗后小鼠SERCA2a蛋白表达升高,左室扩张和收缩功能障碍减轻,抗重构作用与心肌肥厚反应减弱。上述结果表明MYDGF蛋白可以作为压力超负荷诱导的心力衰竭的治疗靶点。

 

图5  MYDGF蛋白治疗

 

◆ 小结

本研究构建了MYDGF基因编辑细胞和小鼠模型,发现MYDGF具有保护压力超负荷诱导的心力衰竭的功能,通过蛋白组学和磷酸化蛋白组学技术检测MYDGF调控的下游的蛋白表达情况和磷酸化修饰位点变化情况,确定PIM1激酶为心肌细胞MYDGF的信号靶点,最后又通过基因功能研究阐述MYDGF在心力衰竭发病机制中的调控机理,为心力衰竭的预防治疗提供了新的思路。
 

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