心臟細胞外基質(zhì)（ECM）提供結(jié)構(gòu)支持并調(diào)節(jié)心臟中細胞因子和生長因子的活性,。心臟ECM由膠原蛋白,、糖蛋白、蛋白聚糖和糖胺聚糖組成,，在心臟病進展過程中經(jīng)歷了廣泛的重塑,。硫酸軟骨素（CS）是主要的糖胺聚糖之一，由N-乙酰半乳糖胺和葡萄糖醛酸聚合而成,。CS 已被證明通過調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)在神經(jīng)系統(tǒng)的損傷恢復(fù)中發(fā)揮重要作用,。在心血管系統(tǒng)中，CS 沉積在衰竭的心臟中,，且 CS 通過增強心臟炎癥在心力衰竭中的有害作用已有報道,。此外，一些報告顯示 CS 在動脈粥樣硬化斑塊的形成中可能起作用,。

CS-糖胺聚糖（CS-GAGs）鏈是由多種酶協(xié)同合成的,。ChGn-2（硫酸軟骨素N-乙酰氨半乳糖胺基轉(zhuǎn)移酶2）是一種與軟骨素 4-磺基轉(zhuǎn)移酶1 協(xié)同延長 CS 鏈的酶。ChGn-2 在人體的所有組織中普遍表達,。先前證明 ChGn-2 的缺失可以減少和縮短小鼠組織中 CS 鏈的長度,。CS-GAGs鏈的減少通過降低內(nèi)膜和巨噬細胞表面的氧化LDL積累，在預(yù)防動脈粥樣硬化方面顯示出有益的作用,。另一方面,，據(jù)報道,，CS 給藥可能通過抑制巨噬細胞的泡沫細胞形成來減輕 ApoE-缺陷小鼠的動脈粥樣硬化,。

基于此，日本神戶大學大學院心血管內(nèi)科,、神戶藥科大學臨床藥學實驗室及印度尼西亞加查馬達大學醫(yī)學,、公共衛(wèi)生和護理學院內(nèi)科系的研究團隊在一項實驗中探索了 CS 在急性壓力超負荷引起的心力衰竭中的作用，揭示了 CS 在心力衰竭中的另一個方面,。研究發(fā)現(xiàn),，ChGn-2 缺失使 CS-GAG 鏈減少，導(dǎo)致心肌肥厚,、早期心室擴張和心肌細胞凋亡增加,，從而加重心力衰竭。研究成果發(fā)表在 Journal of the American Heart Association 期刊題為“ChGn-2 Plays a Cardioprotective Role in Heart Failure Caused by Acute Pressure Overload”,。

首先,，野生型（WT）和 ChGn-2‐/‐ 小鼠通過主動脈縮窄術(shù)（TAC）誘導(dǎo)急性壓力超負荷。2周后,，ChGn-2的缺失顯著降低了糖胺聚糖的積累,。TAC后，具有長CS-GAG鏈的高分子量核心蛋白聚糖（decorin）在WT小鼠的心臟中增加，而在ChGn-2‐/‐ 小鼠中增加較少,。這些數(shù)據(jù)表明,，急性壓力超負荷會導(dǎo)致心臟中糖胺聚糖積累增強，而 ChGn-2 的缺失會改善這種情況,。

通過連續(xù)超聲心動圖評估心臟功能,，發(fā)現(xiàn)急性壓力超負荷使WT小鼠的左心室收縮功能持續(xù)惡化（圖1 A-C）。值得注意的是,，ChGn-2 的缺失早在 TAC 后 3 天就會引起明顯的左心室功能障礙,，且惡化持續(xù)存在（圖1 A-C）。此外,，ChGn-2‐/‐ 小鼠中心肌肥厚加重（圖1 D,、F、G）,，而WT和ChGn-2‐/‐ 小鼠間心肌纖維化沒有差異（圖1 E,、H、I）,。而且TAC處理2周后,，ChGn-2‐/‐ 小鼠的存活率低于WT小鼠。同時,，在 ChGn-2‐/‐ 小鼠中比WT 小鼠更頻繁地檢測到凋亡的心肌細胞,，表明 ChGn-2 和糖胺聚糖在心力衰竭急性期具有心臟保護作用（圖1 J、K）,。

圖1    ChGn‐2‐/‐ 小鼠在急性壓力超負荷后表現(xiàn)出嚴重的左心室功能障礙,。

由于心臟成纖維細胞（CFs）是心臟中 CS-GAGs 的主要來源，接下來就探討了CF衍生的糖胺聚糖在心肌細胞死亡中的作用,。在超負荷的心臟中,，CFs受到機械拉伸刺激，因此,，將 HCFs 暴露于體外循環(huán)機械拉伸（10%,，24h）。機械拉伸導(dǎo)致HCFs中ChGn-2表達顯著增加（圖2 A,、B）,，同時增加了HCFs中糖胺聚糖的產(chǎn)生（圖2 C、D）,。

為探究CFs在心肌細胞凋亡中的作用,，將大鼠心肌細胞H9C2和新生大鼠乳鼠心肌細胞NRCs 在HCF-CM中孵育，并通過阿霉素誘導(dǎo)細胞凋亡,。當在拉伸后的HCFs的CM中孵育時,，H9C2細胞和NRCs細胞的凋亡顯著減少（圖2 E,、F），表明拉伸刺激增強了 HCFs 中心臟保護因子的產(chǎn)生/分泌,。值得注意的是,，使用軟骨素酶ABC 降解糖胺聚糖消除了拉伸后HCFs-CM的心臟保護作用（圖2 G、H）,。此外,，即使在沒有拉伸刺激的情況下，HCFs 中 ChGn-2 的過表達也增強了其 CM 的心臟保護作用（圖2 I,、J）,。這些結(jié)果強烈表明，當暴露于拉伸刺激時,，CFs產(chǎn)生更多的糖胺聚糖,，與增強的ChGn-2表達有關(guān)，并且這些糖胺聚糖具有心臟保護作用,。

然后,，從 WT 和 ChGn‐2‐/‐ 小鼠中分離出原代 MCFs，發(fā)現(xiàn)機械拉伸增強了ChGn-2的表達,，并增加了WT MCFs和HCFs中的糖胺聚糖的產(chǎn)生,，而 ChGn-2‐/‐ MCFs中未能產(chǎn)生更多的糖胺聚糖。這些數(shù)據(jù)表明,，在機械拉伸刺激的 CFs 中,，ChGn-2 在增加糖胺聚糖的生成中起著關(guān)鍵作用。

與HCFs的結(jié)果一致,，拉伸的WT小鼠心臟成纖維細胞（MCFs）的CM對H9C2和NRCs的細胞凋亡具有顯著的保護作用,。軟骨素酶ABC 降解糖胺聚糖消除了拉伸的MCFs-CM的心臟保護作用，表明糖胺聚糖在拉伸介導(dǎo)的CFs心臟保護作用中起關(guān)鍵作用,。值得注意的是,，在ChGn-2‐/‐ MCFs 中拉伸的 MCF-CM 的心臟保護作用消失,。此外,，即使在沒有機械拉伸刺激的情況下，ChGn-2 過表達增強了 MCF-CM 在 WT 和ChGn-2‐/‐ MCFs 中的心臟保護作用,。這些數(shù)據(jù)共同表明,，機械拉伸增強了 CFs 中 ChGn-2 的表達，從而促進了糖胺聚糖的延伸,，且增加的糖胺聚糖可保護心肌細胞免于死亡,。

圖2   機械拉伸增加了糖胺聚糖的產(chǎn)生，增強了人心臟成纖維細胞的心臟保護作用,。

為了進一步分析CS-GAG的心臟保護作用,，檢測了純化的硫酸軟骨素A（CS-A）的作用,。CS-A處理減弱了H9C2細胞的凋亡，同時保留阿霉素給藥后的Akt活性（圖3 A-C）,，CS-A還抑制了NRCs的心肌細胞死亡（圖3 D）,，這表明，CS-A對心肌細胞死亡有直接抑制作用,。由于 CS-A 抑制細胞死亡與Akt 活性相關(guān),，因此研究了 PI3K/Akt 通路是否與 CS-A 介導(dǎo)的心臟保護有關(guān)，發(fā)現(xiàn)抑制PI3K/Akt通路消除了用CS-A處理的H9C2細胞中降低的細胞凋亡,，表明PI3K/Akt通路在CS-A介導(dǎo)的心臟保護中至關(guān)重要（圖3 E-G）,。

據(jù)報道，細胞表面糖蛋白 CD44 是CS-GAGs 的受體,，且能激活淋巴細胞和許多類型癌細胞中的 PI3K/Akt 通路,，促進這些細胞的存活和增殖。因此,，研究人員探討了CD44是否參與CS-GAG介導(dǎo)的心臟保護,，發(fā)現(xiàn)阻斷CD44可降低CS-A對H9C2細胞凋亡的抑制作用，同時消除阿霉素處理后的Akt活性（圖3 H-J）,，也消除了CS-A在NRCs中的心臟保護作用（圖3 K）,。這些數(shù)據(jù)共同表明，CS-GAGs直接通過CD44-PI3K/AKT軸保護心肌細胞免于死亡,。

圖3    純化硫酸軟骨素A （CS‐A）顯示心臟保護作用,。

CS-GAGs可與各種可溶性因子結(jié)合，包括蛋白酶,、細胞因子和生長因子,，以調(diào)節(jié)其生物學功能。CFs可產(chǎn)生各種心臟保護生長因子,。實驗中發(fā)現(xiàn)拉伸刺激顯著增加了 HCFs 中胰島素樣生長因子1（IGF-1）的表達（圖4 A）,，并且拉伸的 HCF-CM 顯示出比對照 HCF-CM 更高的 IGF-1 濃度。因此,，研究人員探索了 CS-GAGs 和 IGF-1 之間可能的相互作用,。

首先分析CS-A是否與IGF-1結(jié)合，發(fā)現(xiàn)CS-A 涂層可顯著保留 IGF-1 ,，從而誘導(dǎo)培養(yǎng)的 H9C2 細胞中心房利鈉肽和腦利鈉肽的表達（圖4 B）,。值得注意的是，使用軟骨素酶 ABC 分解 CS-GAG 消除了 IGF-1（圖4 B）,。IGF-1 與 CS-A 包被培養(yǎng)皿結(jié)合充分激活 Akt 并抑制H9C2 細胞在含阿霉素的無血清培養(yǎng)皿中以及對照組的凋亡（圖4 C）,。

然后評估與CS-A的結(jié)合是否會影響IGF-1的生物學功能。在培養(yǎng)基中添加IGF-1可強烈激活Akt,，并抑制阿霉素誘導(dǎo)的H9C2細胞凋亡,，值得注意的是,，在 CS-A 存在的情況下用 IGF-1 處理顯示出協(xié)同作用，而不是疊加的心臟保護作用,，這表明與 CS-A 的相互作用可能會增強 IGF-1 的心臟保護功能（圖4 D）,。這些數(shù)據(jù)表明，CS-GAGs通過雙途徑保護心肌細胞免于死亡,，即通過CD44的直接通路和通過結(jié)合和激活IGF-1的間接通路,。

最后，為了研究哪種途徑對CS-GAG保護心肌細胞更重要,，使用 CD44 抗體阻斷了通過 CD44 的直接通路,，并研究了剩余間接通路在 CS-GAGs 介導(dǎo)的心臟保護作用中的影響。阻斷 CD44 對 H9C2 細胞中拉伸的 MCFs CM 的心臟保護作用沒有顯著影響（圖4 E）,，表明直接通路在 CS-GAGs 介導(dǎo)的心臟保護中的作用最小,。相比之下，在NRCs中,，CD44阻斷顯著減弱了拉伸的MCFs CM的心臟保護作用,，表明CS-GAGs的直接通路在保護心肌細胞方面起著關(guān)鍵作用（圖4 F）。這些數(shù)據(jù)表明,，直接和間接通路在CS-GAGs介導(dǎo)的心臟保護中都很重要,，盡管間接通路似乎起著重要作用。

圖4    硫酸軟骨素A (CS‐A)結(jié)合胰島素樣生長因子1 (IGF‐1)并增強其心臟保護作用,。

總之,，該研究表明CS-GAGs 可保護心肌細胞免受急性損傷應(yīng)激；機械拉伸增強了 ChGn-2的表達并促進心臟成纖維細胞中 CS-GAGs 的產(chǎn)生,。研究成果揭示了CS-GAGs的心臟保護作用,，因此，CS-GAGs可能在心力衰竭的發(fā)展中發(fā)揮雙相作用,，即在急性期起心臟保護作用,，但在晚期可能起不利作用。

參考文獻：Haryono A, Ikeda K, Nugroho DB, Ogata T, Tsuji Y, Matoba S, Moriwaki K, Kitagawa H, Igarashi M, Hirata KI, Emoto N. ChGn-2 Plays a Cardioprotective Role in Heart Failure Caused by Acute Pressure Overload. J Am Heart Assoc. 2022 Apr 5;11(7):e023401. doi: 10.1161/JAHA.121.023401. Epub 2022 Mar 24. PMID: 35322673; PMCID: PMC9075488.

Impact Factor: 6.106

ISSN：2047-9980

E-ISSN：2047-9980

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