ChGn-2在急性壓力超負(fù)荷引起的心力衰竭中起心臟保護(hù)作用

 心臟細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）提供結(jié)構(gòu)支持并調(diào)節(jié)心臟中細(xì)胞因子和生長(zhǎng)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(jìn)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(qiáng)心臟炎癥在心力衰竭中的有害作用已有報(bào)道。此外，一些報(bào)告顯示 CS 在動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成中可能起作用。

CS-糖胺聚糖（CS-GAGs）鏈?zhǔn)怯啥喾N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(zhǎng) CS 鏈的酶。ChGn-2 在人體的所有組織中普遍表達(dá)。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(zhǎng)度。CS-GAGs鏈的減少通過降低內(nèi)膜和巨噬細(xì)胞表面的氧化LDL積累，在預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化方面顯示出有益的作用。另一方面，據(jù)報(bào)道，CS 給藥可能通過抑制巨噬細(xì)胞的泡沫細(xì)胞形成來減輕 ApoE-缺陷小鼠的動(dòng)脈粥樣硬化。

基于此，日本神戶大學(xué)大學(xué)院心血管內(nèi)科、神戶藥科大學(xué)臨床藥學(xué)實(shí)驗(yàn)室及印度尼西亞加查馬達(dá)大學(xué)醫(yī)學(xué)、公共衛(wèi)生和護(hù)理學(xué)院內(nèi)科系的研究團(tuán)隊(duì)在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中探索了 CS 在急性壓力超負(fù)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(gè)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(kuò)張和心肌細(xì)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(dòng)脈縮窄術(shù)（TAC）誘導(dǎo)急性壓力超負(fù)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(zhǎng)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(fù)荷會(huì)導(dǎo)致心臟中糖胺聚糖積累增強(qiáng)，而 ChGn-2 的缺失會(huì)改善這種情況。

 通過連續(xù)超聲心動(dòng)圖評(píng)估心臟功能，發(fā)現(xiàn)急性壓力超負(fù)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(huì)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(shí)，在 ChGn-2‐/‐ 小鼠中比WT 小鼠更頻繁地檢測(cè)到凋亡的心肌細(xì)胞，表明 ChGn-2 和糖胺聚糖在心力衰竭急性期具有心臟保護(hù)作用（圖1 J、K）。

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

由于心臟成纖維細(xì)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(xì)胞死亡中的作用。在超負(fù)荷的心臟中，CFs受到機(jī)械拉伸刺激，因此，將 HCFs 暴露于體外循環(huán)機(jī)械拉伸（10%，24h）。機(jī)械拉伸導(dǎo)致HCFs中ChGn-2表達(dá)顯著增加（圖2 A、B），同時(shí)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(xì)胞凋亡中的作用，將大鼠心肌細(xì)胞H9C2和新生大鼠乳鼠心肌細(xì)胞NRCs 在HCF-CM中孵育，并通過阿霉素誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。當(dāng)在拉伸后的HCFs的CM中孵育時(shí)，H9C2細(xì)胞和NRCs細(xì)胞的凋亡顯著減少（圖2 E、F），表明拉伸刺激增強(qiáng)了 HCFs 中心臟保護(hù)因子的產(chǎn)生/分泌。值得注意的是，使用軟骨素酶ABC 降解糖胺聚糖完全消除了拉伸后HCFs-CM的心臟保護(hù)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(dá)也增強(qiáng)了其 CM 的心臟保護(hù)作用（圖2 I、J）。這些結(jié)果強(qiáng)烈表明，當(dāng)暴露于拉伸刺激時(shí)，CFs產(chǎn)生更多的糖胺聚糖，與增強(qiáng)的ChGn-2表達(dá)有關(guān)，并且這些糖胺聚糖具有心臟保護(hù)作用。

 然后，從 WT 和 ChGn‐2‐/‐ 小鼠中分離出原代 MCFs，發(fā)現(xiàn)機(jī)械拉伸增強(qiáng)了ChGn-2的表達(dá)，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(jī)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(xì)胞（MCFs）的CM對(duì)H9C2和NRCs的細(xì)胞凋亡具有顯著的保護(hù)作用。軟骨素酶ABC 降解糖胺聚糖完全消除了拉伸的MCFs-CM的心臟保護(hù)作用，表明糖胺聚糖在拉伸介導(dǎo)的CFs心臟保護(hù)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(hù)作用消失。此外，即使在沒有機(jī)械拉伸刺激的情況下，ChGn-2 過表達(dá)增強(qiáng)了 MCF-CM 在 WT 和ChGn-2‐/‐ MCFs 中的心臟保護(hù)作用。這些數(shù)據(jù)共同表明，機(jī)械拉伸增強(qiáng)了 CFs 中 ChGn-2 的表達(dá)，從而促進(jìn)了糖胺聚糖的延伸，且增加的糖胺聚糖可保護(hù)心肌細(xì)胞免于死亡。

圖2   機(jī)械拉伸增加了糖胺聚糖的產(chǎn)生，增強(qiáng)了人心臟成纖維細(xì)胞的心臟保護(hù)作用。

為了進(jìn)一步分析CS-GAG的心臟保護(hù)作用，檢測(cè)了純化的硫酸軟骨素A（CS-A）的作用。CS-A處理減弱了H9C2細(xì)胞的凋亡，同時(shí)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(xì)胞死亡（圖3 D），這表明，CS-A對(duì)心肌細(xì)胞死亡有直接抑制作用。由于 CS-A 抑制細(xì)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(hù)有關(guān)，發(fā)現(xiàn)抑制PI3K/Akt通路消除了用CS-A處理的H9C2細(xì)胞中降低的細(xì)胞凋亡，表明PI3K/Akt通路在CS-A介導(dǎo)的心臟保護(hù)中至關(guān)重要（圖3 E-G）。

據(jù)報(bào)道，細(xì)胞表面糖蛋白 CD44 是CS-GAGs 的受體，且能激活淋巴細(xì)胞和許多類型癌細(xì)胞中的 PI3K/Akt 通路，促進(jìn)這些細(xì)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(hù)，發(fā)現(xiàn)阻斷CD44可降低CS-A對(duì)H9C2細(xì)胞凋亡的抑制作用，同時(shí)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(hù)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(hù)心肌細(xì)胞免于死亡。

圖3    純化硫酸軟骨素A （CS‐A）顯示心臟保護(hù)作用。

CS-GAGs可與各種可溶性因子結(jié)合，包括蛋白酶、細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子，以調(diào)節(jié)其生物學(xué)功能。CFs可產(chǎn)生各種心臟保護(hù)生長(zhǎng)因子。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)拉伸刺激顯著增加了 HCFs 中胰島素樣生長(zhǎng)因子1（IGF-1）的表達(dá)（圖4 A），并且拉伸的 HCF-CM 顯示出比對(duì)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(xì)胞中心房利鈉肽和腦利鈉肽的表達(dá)（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(xì)胞在含阿霉素的無血清培養(yǎng)皿中以及對(duì)照組的凋亡（圖4 C）。

然后評(píng)估與CS-A的結(jié)合是否會(huì)影響IGF-1的生物學(xué)功能。在培養(yǎng)基中添加IGF-1可強(qiáng)烈激活A(yù)kt，并抑制阿霉素誘導(dǎo)的H9C2細(xì)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(hù)作用，這表明與 CS-A 的相互作用可能會(huì)增強(qiáng) IGF-1 的心臟保護(hù)功能（圖4 D）。這些數(shù)據(jù)表明，CS-GAGs通過雙途徑保護(hù)心肌細(xì)胞免于死亡，即通過CD44的直接通路和通過結(jié)合和激活I(lǐng)GF-1的間接通路。

最后，為了研究哪種途徑對(duì)CS-GAG保護(hù)心肌細(xì)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(hù)作用中的影響。阻斷 CD44 對(duì) H9C2 細(xì)胞中拉伸的 MCFs CM 的心臟保護(hù)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(hù)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(hù)作用，表明CS-GAGs的直接通路在保護(hù)心肌細(xì)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(hù)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(zhǎng)因子1 (IGF‐1)并增強(qiáng)其心臟保護(hù)作用。

總之，該研究表明CS-GAGs 可保護(hù)心肌細(xì)胞免受急性損傷應(yīng)激；機(jī)械拉伸增強(qiáng)了 ChGn-2的表達(dá)并促進(jìn)心臟成纖維細(xì)胞中 CS-GAGs 的產(chǎn)生。研究成果揭示了CS-GAGs的心臟保護(hù)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(hù)作用，但在晚期可能起不利作用。

參考文獻(xiàn)：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.

原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35322673/

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(xiàn)
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