等位基因小鼠助力揭示促進(jìn)缺血/再灌注損傷后的心力衰竭新機(jī)制

急性心肌梗死是臨床心血管常見(jiàn)疾病，具有發(fā)病急、病情重、并發(fā)癥多且病死率較高等特點(diǎn)，嚴(yán)重影響患者的身體健康和生命安全。盡管治療上能夠通過(guò)再灌注來(lái)挽救缺血心肌，減少急性死亡，但由于不良的重塑，心力衰竭患者的長(zhǎng)期發(fā)病率和死亡率卻有所增加。炎癥不僅觸發(fā)缺血性損傷，而且再灌注損傷（I/R）也被認(rèn)為可調(diào)節(jié)心肌梗死后的預(yù)后。

細(xì)胞間通訊在缺血性損傷中起著重要作用。其中，由糖復(fù)合物和蛋白多糖組成的糖萼（glycocalyx）是細(xì)胞和細(xì)胞內(nèi)通訊以及維持組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵元素。糖萼的重要組成是唾液酸，一種包含9個(gè)碳原子骨架的糖，其能與脊椎動(dòng)物和高等無(wú)脊椎動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)膜上的糖蛋白和糖脂結(jié)合，再通過(guò)攜帶一個(gè)羧基維持外層質(zhì)膜的總負(fù)電荷，不僅可以通過(guò)空間位阻來(lái)影響蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用，還可以影響細(xì)胞-細(xì)胞和細(xì)胞-基質(zhì)的相互作用。在病理生理?xiàng)l件下，唾液酸含量會(huì)被唾液酸苷酶（neuraminidases, NEU, 也稱(chēng)為神經(jīng)氨酸酶）改變。NEU1與β-半乳糖苷酶（β-GAL）和保護(hù)性蛋白/組織蛋白酶（PPC）A可形成多酶復(fù)合物，從細(xì)胞表面糖綴合物中分離唾液酸。

9月德國(guó)漢諾威醫(yī)學(xué)院Denise Hilfiker-Kleiner教授團(tuán)隊(duì)在《Basic Research in Cardiology》發(fā)文闡述了NEU1在I/R后心肌中的作用。證明了活化的NEU1/β-GAL/PPCA復(fù)合物在I/R后對(duì)心臟有不良影響，并表明靶向該復(fù)合物可為減少心肌梗死不良重塑和心力衰竭提供新的治療策略。

研究人員假設(shè)I/R心臟中NEU1的上調(diào)可能會(huì)促進(jìn)心律失常、不良的心臟重塑和心力衰竭。因此，他們構(gòu)建了Neu1亞效等位基因小鼠，隨后他們發(fā)現(xiàn)Neu1亞效等位基因小鼠在I/R后表現(xiàn)出較低的唾液酸苷酶活性和較低的炎癥性信號(hào)。

Neu1亞效等位基因小鼠在I/R后3天，巨噬細(xì)胞呈現(xiàn)從促進(jìn)炎癥到抗炎的的轉(zhuǎn)變，在I/R后14天心臟功能改善，CX43表達(dá)受損較少。如圖1流式細(xì)胞儀分析結(jié)果（圖a，b）顯示，在I/R后3天，hNEU1和WT小鼠心臟中侵襲的白細(xì)胞總數(shù)（CD45+細(xì)胞）沒(méi)有差異。然而，與WT小鼠相比，在I/R后3天，hNEU1中促炎的Lin-CD11b+-F4/80+Ly-6Chigh與抗炎的Lin-CD11b+-F4/80+Ly-6Clow巨噬細(xì)胞的比率較低（圖1c，d）。在I/R后14天，與用WT-BM重組的WT小鼠相比，hNEU1小鼠表現(xiàn)出相似的梗死疤痕大小，膠原1A1（COL1a1）的表達(dá)相似，心臟重量（HW）、體重（BW）和HW/BW比率與WT小鼠相比沒(méi)有差異。

然而，與野生型小鼠相比，hNEU1小鼠的左心室（LV）功能明顯更好。hNEU1小鼠巨噬細(xì)胞標(biāo)志物ADGRE1（F4/80）表達(dá)的增加在I/R后14天低于WT-LV，這也通過(guò)免疫組化分析得到證實(shí)（圖1h，I）。兩種基因型均顯示心臟應(yīng)激標(biāo)記物心鈉素（ANP）的表達(dá)增加，而WT缺血左室縫隙連接CX43的表達(dá)在I/R后14天觀察到輕微但顯著的下降。

圖1. I/R后NEU1亞效等位基因小鼠浸潤(rùn)免疫細(xì)胞和梗死面積分析。

骨髓細(xì)胞移植實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步表明侵入免疫細(xì)胞以及局部心肌細(xì)胞中的NEU1促進(jìn)了I/R后心力衰竭。為了分析心肌細(xì)胞NEU1表達(dá)增加的影響，研究人員建立了一個(gè)心肌細(xì)胞特異性NEU1過(guò)表達(dá)轉(zhuǎn)基因小鼠（FVB/N-Tg(pRP.ExSi-TRENEU3;Tg(αMHC-tTA)，F(xiàn)VB/N-Tg小鼠由賽業(yè)生物提供）。雙轉(zhuǎn)基因后代N1-Tg的出生符合孟德?tīng)柋嚷�，�?個(gè)月大時(shí)，NEU1在心肌細(xì)胞中有強(qiáng)烈的過(guò)度表達(dá)，左心室的唾液酸苷酶活性顯著增加（圖2a-c）。成年雄性小鼠的超聲心動(dòng)圖顯示NEU1過(guò)度表達(dá)對(duì)心功能無(wú)影響。將N1-Tg小鼠暴露于I/R中3天導(dǎo)致NEU1在心肌細(xì)胞膜上的定位增加，這與NEU1輔助因子PPCA和β-GAL的表達(dá)增加有關(guān)（圖2c，d）。N1-Tg小鼠和WT小鼠在I/R后3天的誘導(dǎo)標(biāo)記物CD44、NF-κB亞基p65、p65和ADGRE1的磷酸化上調(diào)到類(lèi)似程度（圖2d-h）。心肌細(xì)胞特異性NEU1過(guò)表達(dá)對(duì)瘢痕大小無(wú)影響，但導(dǎo)致心肌肥大，CX43表達(dá)和定位受損，左心室功能降低。

圖2. I/R后，NEU1的心肌細(xì)胞特異性過(guò)度表達(dá)不會(huì)促進(jìn)炎癥。

這篇文章揭示了由唾液酸苷酶活性降低導(dǎo)致的I/R后期炎癥信號(hào)和心力衰竭減少。強(qiáng)調(diào)了造血系統(tǒng)中的NEU1對(duì)I/R后心力衰竭的影響——通過(guò)促進(jìn)侵襲的單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞的發(fā)育而導(dǎo)致心力衰竭，增強(qiáng)心肌細(xì)胞肥大，損害縫隙連接功能，提示系統(tǒng)性NEU1抑制可減少I(mǎi)/R后心力衰竭的發(fā)生。

原文檢索：

Neuraminidase‑1 promotes heart failure after ischemia/reperfusion injury by afecting cardiomyocytes and invading monocytes/macrophages.

DOI:https://doi.org/10.1007/s00395-020-00821-z.