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
圖片來源:所有圖片均來源于參考文獻
小編旨在分享,、學習,、交流生物科學等領(lǐng)域的研究進展。如有侵權(quán)或引文不當請聯(lián)系小編修正,。如有任何的想法以及建議,,歡迎聯(lián)系小編,。感謝各位的瀏覽以及關(guān)注,!關(guān)注“Naturethink”公眾號,了解更多相關(guān)內(nèi)容,。
相關(guān)產(chǎn)品
免責聲明
- 凡本網(wǎng)注明“來源:化工儀器網(wǎng)”的所有作品,,均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品,,未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用上述作品,。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用,并注明“來源:化工儀器網(wǎng)”,。違反上述聲明者,,本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責任。
- 本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其他來源(非化工儀器網(wǎng))的作品,,目的在于傳遞更多信息,,并不代表本網(wǎng)贊同其觀點和對其真實性負責,不承擔此類作品侵權(quán)行為的直接責任及連帶責任,。其他媒體,、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時,必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源,,并自負版權(quán)等法律責任,。
- 如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題,,請在作品發(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系,,否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。