文獻(xiàn)解讀：多款模式小鼠在揭示二葉式主動脈瓣形成新機(jī)制研究中的應(yīng)用

2023年11月29日，浙江大學(xué)王建安團(tuán)隊在Circulation（IF=38）在線發(fā)表題為“Extracellular Matrix Disorganization Caused by ADAMTS16 Deficiency Leads to Bicuspid Aortic Valve With Raphe Formation”的研究論文，該研究發(fā)現(xiàn)ADAMTS16缺失引起的細(xì)胞外基質(zhì)紊亂導(dǎo)致二葉式主動脈瓣中縫形成。在斑馬魚中進(jìn)行ADAMTS基因靶向和表型篩選，對BAV患者進(jìn)行靶向DNA測序，發(fā)現(xiàn)ADAMTS16是BAV致病基因，并在一個遺傳性BAV家族中發(fā)現(xiàn)ADAMTS16 p. H357Q變體。原位雜交和遺傳追蹤研究都描述了主動脈瓣發(fā)育過程中ADAMTS16表達(dá)的獨特時空模式。Adamts16+/-和Adamts16+/H355Q小鼠模型均表現(xiàn)為右冠狀動脈尖-非冠狀動脈尖融合型BAV表型，進(jìn)行性主動脈瓣增厚與中縫形成(連接融合)相關(guān)。

南模生物為該研究構(gòu)建了Adamts16-KO敲除小鼠、Adamts16-H355Q點突變小鼠、Adamts16-flox-H355Q條件性點突變小鼠。
 

Tie2譜系細(xì)胞中ADAMTS16的缺失重現(xiàn)了BAV表型。這在譜系追蹤小鼠模型中得到證實，其中Adamts16缺乏影響內(nèi)皮細(xì)胞和第二心場細(xì)胞，而不是神經(jīng)嵴細(xì)胞。因此，這種變化主要發(fā)生在非冠狀動脈和右冠狀動脈小葉。利用誘導(dǎo)多能干細(xì)胞衍生的內(nèi)皮細(xì)胞和遺傳性小鼠胚胎心臟組織進(jìn)行大量RNA測序，揭示了FAK(局灶黏附激酶)信號的增強(qiáng)，并伴有纖維連接蛋白水平的升高。體外誘導(dǎo)多能干細(xì)胞衍生的內(nèi)皮細(xì)胞培養(yǎng)和離體胚胎流出道外植體研究都證實了FAK信號的改變�？傊�，該研究發(fā)現(xiàn)了一種新的引起B(yǎng)AV的ADAMTS16 p. H357Q變體。ADAMTS16缺乏導(dǎo)致BAV的形成。

二葉式主動脈瓣(BAV)的家族遺傳特征為常染色體顯性遺傳模式，具有不完全外顯性，早已被認(rèn)識到。BAV影響約0.5%至2%的人口，盡管很少有BAV患者在出生時患有綜合征或其他先天性心臟病。然而，臨床上常出現(xiàn)與BAV相關(guān)的瓣膜病和主動脈病變；鑒于BAV在普通人群中的高患病率，通�？紤]對BAV患者進(jìn)行手術(shù)治療。事實上，由于BAV表型的高度變異，很難優(yōu)化BAV患者的手術(shù)治療策略或經(jīng)導(dǎo)管介入治療雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了與人類BAV相關(guān)的基因突變，但相對于大量的BAV患者群體，已確定的突變數(shù)量有限。此外，迄今為止，人類BAV致病基因相關(guān)小鼠模型的表型并不能完全概括在人類中觀察到的表型，這表明涉及復(fù)雜的病理過程和其他因素。因此，進(jìn)一步的研究當(dāng)然是必要的。

細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)已被證明參與BAV的形成。在連續(xù)的瓣膜重構(gòu)過程中，ECM經(jīng)歷了一系列的變化和組織，包括心內(nèi)膜墊的形成、墊的延伸以及從胎兒到成人的心尖或小葉重塑在不同的發(fā)育階段，半月瓣內(nèi)的ECM成分發(fā)生了實質(zhì)性的變化在發(fā)育早期，心膠質(zhì)的臨時ECM主要由大的聚集蛋白聚糖組成，它可以作為來自多個譜系(包括神經(jīng)嵴起源)的間充質(zhì)細(xì)胞的基質(zhì)，因此是心墊形成的先決條件。成熟的ECM有3個高度有序的重疊層，包括位于腦尖動脈側(cè)的富含膠原纖維的纖維層，位于中心的富含蛋白多糖的海綿層，以及位于腦室面?zhèn)鹊母缓瑥椥缘鞍桌w維的腦室層。這種ECM組件轉(zhuǎn)換過程加強(qiáng)了閥門結(jié)構(gòu)并支持健康運(yùn)行相反，臨時ECM的積累，如透明質(zhì)酸-多聚糖基質(zhì)的增加所證明的，是許多小鼠遺傳BAV模型的共同病理特征。然而，在這些研究中，這些小鼠BAV模型中涉及的基因從未與無組織的ECM直接相關(guān)。
 

瓣膜形成過程中Adamts16 缺失的示意圖
 

有趣的是，研究表明，具有血栓反應(yīng)蛋白基序的解離素和金屬蛋白酶(ADAMTS)家族的幾個成員參與維持正常的心血管穩(wěn)態(tài)，特別是ADAMTS5、ADAMTS9和ADAMTS19在正常主動脈瓣形態(tài)中的作用。Versican實際上是ADAMTS5和ADAMTS9的裂解底物，這種臨時性ECM主要成分的積累導(dǎo)致瓣膜成熟中斷，導(dǎo)致心臟瓣膜增大、BAV形成和粘液瘤性瓣膜變性。ADAMTS家族的另一個成員ADAMTS19也被證明與人類非綜合征性心臟瓣膜疾病有關(guān)，包括BAV異常，具有小葉增厚的共同特征，特別是在鉸鏈區(qū)域。

在Adamts5缺陷小鼠心臟瓣膜疾病中，可以觀察到鉸鏈處膠原沉積增加，甚至出現(xiàn)裂縫。ADAMTS蛋白包括19個分泌的多結(jié)構(gòu)域基質(zhì)相關(guān)鋅金屬蛋白酶家族，它們具有共同的多結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)，包括降解其特定細(xì)胞外底物的酶促功能的催化結(jié)構(gòu)域鑒于ADAMTS家族蛋白的多種功能，特別是其上文所述的ECM調(diào)節(jié)作用，每種ADAMTS蛋白在主動脈瓣發(fā)育，特別是BAV形成中的潛在作用尚不清楚。

該研究探討了ADAMTS家族成員在主動脈瓣發(fā)育和BAV形成中的作用。ADAMTS16缺陷介導(dǎo)的BAV在胚胎早期形成，隨后在后期逐漸產(chǎn)生脊異常，構(gòu)成了一個與BAV疾病自然歷史相關(guān)的連續(xù)體。細(xì)胞外基質(zhì)重構(gòu)中斷伴隨fibronectin/FAK信號介導(dǎo)的細(xì)胞過度增殖是BAV形成和脊異常的關(guān)鍵機(jī)制，可能是治療BAV相關(guān)瓣膜病和主動脈病變的重要治療靶點�？傊�，該研究發(fā)現(xiàn)了一種新的引起B(yǎng)AV的ADAMTS16 p. H357Q變體。ADAMTS16缺乏導(dǎo)致BAV的形成。

原文鏈接：https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.123.065458
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