抑制焦亡可改善急性心肌梗死的癥狀
急性心肌梗死(AMI)是一種發(fā)展迅速、不可逆轉(zhuǎn)的疾病。因此，在急性心肌梗死早期進(jìn)行適當(dāng)?shù)募皶r(shí)干預(yù)對(duì)其治療至關(guān)重要，但其早期分子特征尚不清楚。目前，有研究抑制焦亡可顯著減少梗死面積和改善心肌細(xì)胞的功能。此外，還發(fā)現(xiàn)WIPI1可作為潛在的AMI早期診斷生物標(biāo)志物。它可能通過激活自噬通路來減慢AMI的進(jìn)展。這些發(fā)現(xiàn)為AMI進(jìn)展中的基因表達(dá)動(dòng)力學(xué)提供了新的線索，并為延長(zhǎng)最佳治愈時(shí)間的臨床預(yù)處理提供了一個(gè)潛在的早期診斷標(biāo)記和候選藥物。該研究發(fā)表在《Cell Death and Disease》IF：8.469。
技術(shù)路線：
主要研究結(jié)果：
1. 小鼠AMI模型的轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組分析
為了在體內(nèi)研究急性心肌梗死早期的動(dòng)態(tài)分子變化和篩選分子生物標(biāo)志物，作者通過結(jié)扎近端左前降支建立了小鼠急性心肌梗死模型。獲取在0 min至72 h的六個(gè)時(shí)間點(diǎn)分離的梗死左心室組織，用于RNA seq和DIA-MS (圖1A)。梗死區(qū)主要位于室尖區(qū)(圖1B)。轉(zhuǎn)錄組圖譜的主分析(PCA)顯示， 6h是AMI過程的關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)。蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)的PCA結(jié)果也顯示6小時(shí)是顯著的轉(zhuǎn)折點(diǎn)(圖1C)。AMI樣本中mRNA豐度和總蛋白水平之間的相關(guān)性分析顯示中度相關(guān)性，這些相關(guān)性隨著AMI的進(jìn)展而減弱(圖1D)。這說明了AMI過程的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，暗示了AMI過程中基因轉(zhuǎn)錄和表達(dá)的動(dòng)態(tài)變化。
圖1 AMI模型的轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組分析
2. 心肌組織在急性心肌梗死早期進(jìn)入免疫激活狀態(tài)
為了探討AMI早期的分子動(dòng)態(tài)變化，對(duì)急性心肌梗塞(AMI)樣品和假樣品之間的DEGs和DEPs進(jìn)行了鑒定。在6-、24-和72小時(shí)AMI樣本中，上調(diào)的DEGs數(shù)量急劇增加(圖2A)。對(duì)上調(diào)的DEGs進(jìn)行GO分析顯示，免疫相關(guān)通路，如髓系白細(xì)胞活化和細(xì)胞因子生物合成過程被顯著激活(圖2B)。AMI組織的形態(tài)學(xué)變化：Masson染色結(jié)果顯示心肌細(xì)胞逐漸減少，粒細(xì)胞不斷浸潤(rùn)至梗死區(qū)(圖2C)。因此，這些結(jié)果進(jìn)一步證明心肌組織在急性心肌梗死早期進(jìn)入免疫激活狀態(tài)。CIBERSORT分析表示，大多數(shù)免疫細(xì)胞為M0巨噬細(xì)胞(圖2D)。T-cell CD8 (na?ve)和T-cell CD8 (follicular)比例在AMI 6小時(shí)后增加，而單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞比例在AMI 24小時(shí)后增加(圖2E)。因此，T-cell CD8 (na?ve)和T-cell CD8 (follicular)在急性心肌梗塞早期炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，可以研究其減輕急性心肌梗塞癥狀，改善心功能。
圖2急性心肌梗死早期的免疫反應(yīng)
3. 急性心肌梗塞(AMI)會(huì)引起焦亡
評(píng)估焦亡是否在AMI中起重要作用。使用指定的焦亡基因集進(jìn)行GSEA。GSEA結(jié)果顯示，與假樣品相比，AMI 24小時(shí)和72小時(shí)樣品中上調(diào)的DEGs顯著富集于焦亡。大多數(shù)焦亡基因在AMI樣本中都有高表達(dá)(圖3A, B)。焦亡通路的核心基因GSDMD和CASP1在AMI 1小時(shí)后顯著上調(diào)(圖3C)。在AMI進(jìn)展中，焦亡通路所依賴的CASPASE1蛋白水平也顯著升高(圖3D)，其活性也顯著升高(圖3E)。此外，電子顯微鏡證實(shí)了AMI樣本中焦亡的細(xì)胞形態(tài)(圖3F)。這些結(jié)果表明，焦亡在急性心肌梗死中起重要作用。
為了進(jìn)一步揭示焦亡相關(guān)基因的相互調(diào)控，作者進(jìn)行了蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)分析。結(jié)果顯示凋亡依賴蛋白CASPASE1和GSDMED, NLRP3 (NACHT, LRR和PYD domain containing protein 3)位于網(wǎng)絡(luò)的核心位置(圖3G)。這些發(fā)現(xiàn)為研究急性心肌梗死致焦亡的調(diào)控機(jī)制提供了指導(dǎo).
圖3心肌梗死發(fā)生時(shí)焦亡信號(hào)通路被激活
4. 焦亡抑制劑是一種很有前途的急性心肌梗塞前治療方法
在AMI的極早期(10分鐘)用VX-765（一種焦亡抑制劑）治療AMI小鼠(圖4A)，發(fā)現(xiàn)CASPASE1的活性顯著降低(圖4B)，并且活性CASPASE1的蛋白水平也降低(圖4C)。因此，在AMI后72小時(shí)，VX-765治療小鼠的EF值顯著改善(圖4D)。此外， VX-765組的梗死面積遠(yuǎn)小于對(duì)照組(圖4E)。綜上所述，早期治療VX-765可通過長(zhǎng)期減少梗死區(qū)域，減輕焦亡，改善AMI癥狀。
圖4 VX-765治療顯著減少AMI梗死區(qū)域
與假藥組相比，10分鐘組DEPs上調(diào)12個(gè)，下調(diào)5個(gè)，1小時(shí)組DEPs上調(diào)22個(gè)，下調(diào)19個(gè)(圖5A)。電鏡證實(shí)AMI 1小時(shí)樣本中存在自噬小泡(圖5B)。此外， LC3-II的蛋白水平也顯著升高(圖5C)。WIPI1是自噬途徑中的一種重要蛋白，在成人心臟中特異性高表達(dá)，與假手術(shù)組相比，AMI 1-h組是一種上調(diào)的DEP (圖5A)。免疫組化結(jié)果還顯示，AMI 1-h小鼠心肌組織中WIPI1的表達(dá)高于假手術(shù)小鼠(圖5E)。因此，WIPI1蛋白可作為AMI的潛在早期診斷標(biāo)志物。
臨床上，與對(duì)照組相比，未接受治療的AMI患者(0和2 h) WIPI1表達(dá)水平顯著升高。梗死動(dòng)脈機(jī)械再灌注和支架置入成功后（MI 2 h），WIPI1表達(dá)顯著降低并維持在低表達(dá)水平，略高于對(duì)照組(圖5F)。這些結(jié)果進(jìn)一步表明WIPI1是AMI潛在的早期診斷生物標(biāo)志物。
圖5 WIPI1可作為急性心肌梗死的潛在早期生物標(biāo)志物
主要結(jié)論：
綜上所述，作者檢測(cè)了急性心肌梗死不同時(shí)間點(diǎn)心肌組織轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組的變化，發(fā)現(xiàn)急性心肌梗死后6小時(shí)是發(fā)生顯著變化的最早關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)。心肌組織在急性心肌梗死早期進(jìn)入免疫激活狀態(tài)。急性心肌梗死患者的焦亡也被激活。早期應(yīng)用焦亡抑制劑VX-765可顯著縮小AMI梗死面積，改善心臟收縮功能。因此，VX-765可能是AMI的潛在靶向藥物。此外，自噬發(fā)生在急性心肌梗死的早期，這可能是心臟自我保護(hù)的一種形式。心肌梗死后一小時(shí)內(nèi)，心臟中特異表達(dá)的蛋白WIPI1（自噬途徑的成員）顯著增加，可作為急性心肌梗死早期診斷的潛在生物標(biāo)志物。
參考文獻(xiàn)：
Liu W, Shen J, Li Y, Wu J, Luo X, Yu Y, Zhang Y, Gu L, Zhang X, Jiang C, Li J. Pyroptosis inhibition improves the symptom of acute myocardial infarction. Cell Death Dis. 2021; 12(10):852.