研究背景

包括阿霉素(DOX)在内的蒽环类药物所引起的心脏毒性是它们诱发心力衰竭的重要原因。但是到目前为止DOX仍然是最为广泛使用且最有效的抗肿瘤药物之一。
科学家已做出相当大的努力试图将蒽环类药物引起的心脏不良反应降至最低,但效果甚微。对于DOX而言,它的心脏毒性分子机制仍不为人所知。有文献报道其毒性的发生与心肌细胞的超微结构变化有关。具体来说包括肌原纤维的混乱或丢失,以及肌节排列的崩解等。此外,先前的研究发现SNX17(SNXs家族的成员,参与将蛋白质分类到早期内体的回收途径或溶酶体的降解途径)的下调会增加心肌梗死后心律失常的风险。然而,SNX17 在其他心血管疾病中的作用,尤其是在DOX 诱导的心脏毒性中的作用缺几乎没有被研究过。
 
上海交通大学瑞金医院心血管科的科学家在Pharmacological Research(IF:7.6)上发表了一篇文章探讨了SNX17在DOX诱导的心脏毒性中的作用。研究发现SNX17缺乏会促进异常的Leiomodin-2(LMOD2,一种心肌细丝长度的关键调节因子)降解,进而加重DOX诱导的心脏损伤,同时也加剧了DOX诱导的心脏收缩功能障碍。这项研究表明,SNX17在DOX诱导的心脏毒性中发挥保护作用,可能是治疗DOX相关心脏毒性的一个新的治疗靶点。
 
 
 
 

实验设计及结果

1. SNX17在DOX诱导的心脏毒性过程中可能具有保护作用

为研究SNX17在DOX心脏毒性中的作用,我们将新生大鼠心肌细胞(NRVM)作为实验对象设计了下面的一系列实验。先用1mol/L的DOX处理NRVM24小时,发现在心肌产生明显损伤的同时,样本中SNX17的mRNA含量和蛋白表达水平均显著降低;当仅通过siRNA下调SNX17的表达时,则未能观察到明显的凋亡发生;而同时进行DOX处理和SNX17表达下调时,NRVM早期凋亡率和总凋亡率均有明显的增加;相反,过表达SNX17可以减弱DOX诱导的细胞凋亡。根据这些结果,我们推测SNX17在DOX诱导的心脏毒性过程中可能具有保护作用。

 

2. SNX17缺乏增加了动物对DOX所致心脏毒性的易感性。

在体实验结果显示DOX在SNX17杂合基因敲除(Snx17-HT)大鼠中诱发了比野生型 (WT) 更严重的心脏功能障碍,发生了心脏射血分数(EF)和短轴缩短率(FS)指标的下降等现象。并且经DOX处理后,Snx17-HT大鼠的死亡率显著高于WT组。因此,研究者进一步确认了SNX17在DOX诱导的大鼠心脏毒性中起到了保护作用。

 

      3. SNX17缺乏会导致LMOD2降解而加重DOX的心脏毒性。

基于从其它方法学(免疫沉淀质谱等)实验中得到的数据分析结果,研究者最终将LMOD2作为SNX17影响DOX诱导的心脏毒性的潜在靶点进行下一步研究。结果发现SNX17基因敲除的NRVM中LMOD2蛋白表达较低,表明SNX17可能具有调控LMOD2表达的作用。而同样的NRVM经DOX处理后,LMOD2的表达还会被进一步下调。再进一步过表达LMOD2时,心肌细胞凋亡就能被抑制到与DOX处理的野生型NRVM相似的水平。这些结果都提示我们,LMOD2可能是SNX17下游的凋亡抑制因子。另一方面,如果对过表达SNX17的NRVM给予DOX处理,其LMOD2的表达会恢复到接近野生型对照组的水平。因此研究者推测SNX17可能通过保护LMOD2免受降解而对DOX诱导的心脏毒性起到逆转作用。

 

 

      4. SNX17通过LMOD2调节心肌细胞的收缩能力。

已有研究表明,成年小鼠心脏特异LMOD2基因的敲除会导致肌原纤维力量产生严重减少,从而诱发快速心力衰竭。而且这种心肌细胞在结构上缺乏有组织的肌节。因此,研究者将目光聚集在SNX17对心肌收缩性的影响上,试图从细胞功能角度找到佐证。

研究者使用Maestro高通量微电极阵列(MEA)系统,通过平均搏动幅度和收缩性这两项指标来评估NRVM的收缩功能。作者首先测定了SNX17 siRNA转染72h后的NRVM心肌收缩力。MEA结果显示其平均搏动幅度明显降低(图4B)。相反,当过度表达SNX17时(图4C),相对对照组而言NRVM的收缩性会来的更强。接下来,研究者还设计了在NRVM中同时下调SNX17和上调LMOD2的实验(图4D)。他们分析数据后发现,SNX17基因敲除导致的心肌收缩力减弱可以在很大程度上被LMOD2的过度表达所抵消。综上所述,研究者通过体外心肌细胞电生理实验,证明了SNX17可通过LMOD2调节心肌细胞的收缩能力。

 

(B-D):NC为阴性对照。左列:各种分组样本中SNX17和LMOD2的WB半定量分析结果。中列:Maestro MEA波形图数据。其中的收缩性波形对应心肌细胞的收缩幅度。右列:通过对三个重复样本的平均值±SEM计算,来确定每个分组的最终数据。

 

研究结论

本文探索了SNX17在心肌细胞中的功能,并为LMOD2的细胞内转运机制提供了一个新的视角。但还有几个问题尚待进一步研究。首先,实验中用到了非心脏特异SNX17基因敲除的大鼠作为实验对象,因此不能完全排除其他器官功能障碍对心脏的潜在影响所带来的实验干扰。另一方面,虽然通过免疫沉淀和免疫荧光方法证实了SNX17的C-Term结构域与LMOD2之间存在相互作用,但仍需进一步研究它们之间这种特异性互作的具体位点。

本研究揭示了SNX17缺乏将导致LMOD2通过溶酶体途径被降解,从而加重DOX所致心脏毒性的不良预后。这个结果显示SNX17-LMOD2轴在心肌收缩性的调节中可能起着不可或缺的作用,特别是在DOX诱发心肌毒性的情况下。这些研究结果为我们理解DOX的心脏毒性提供了新的思路,并为治疗干预提供了新的治疗靶点。

 

MEA实验方法

心肌细胞(80,000-100,000个细胞)在微电极阵列上的每一次搏动都能以电脉冲的形式传播开来,并触发整片细胞群落的机械收缩。它们的收缩和松弛会导致细胞形状发生变化,改变了对电极表面的覆盖范围。Maestro MEA系统的每个电极都能实时且独立地捕获上述的电和机械信号。其中,代表心肌细胞收缩能力的搏动节律,在软件上能以beat period这个参数体现出来;而收缩性搏动峰值变化幅度(单位为%),则对应于搏动发生时的收缩性变化程度。经过软件的自动计算后,用户就能很方便地实现对样本在某个时间点或者某段时间内电信号和机械信号的平行分析。

 

-END-

-获取原文-

 

感谢您的关注,请扫描下方二维码,我们的工作人员会将该研究PDF文件发给您。