Theranostics 浙江大学郭晓纲/程洪强/张汕合作揭示肌节蛋白Cypher/ZASP调控心肌细胞成熟的关键作用及机制

学术 2024-07-26 07:01 山东

心肌细胞成熟是心脏发育的重要阶段，以确保心脏进行强有力的收缩和高效的泵血。在成熟过程中，幼稚心肌细胞经历一系列结构和功能的特化转变为成熟心肌细胞，包括细胞形态、代谢模式、细胞周期撤退、电生理及钙处理等方面。基于多能干细胞的心肌再生医学迅猛发展，但心肌细胞成熟不完全极大阻碍了其临床应用。且越来越多的证据提示，心肌成熟缺陷可能与多种心脏疾病的发生密切相关。因此，深入探索心肌成熟过程中的调控机制对于心脏疾病的诊治和再生医学的发展均具有重要的临床意义。

2024年7月22日，浙江大学郭晓纲、程洪强、张汕团队在Theranostics上发表了题为“Cypher/ZASP drives cardiomyocyte maturation via actin-mediated MRTFA-SRF signalling”的研究论文，揭示了肌节蛋白Cypher/ZASP通过actin介导的MRTFA-SRF通路调控心肌细胞成熟的关键作用，创新性地将心肌成熟缺陷与心肌病的发生发展相关联，为心肌病和心力衰竭的治疗策略提供了新思路。

首先，研究者在Cypher缺失的小鼠中观察到明显的心肌细胞成熟缺陷，表现为心肌细胞面积、肌小节的长宽、线粒体面积的明显减小，T小管增宽，闰盘发育延迟，肌原纤维蛋白同工型转换失调(图1)。进一步体外实验发现，敲降Cypher使原代大鼠心肌细胞的成熟度下降，成熟肌节蛋白表达失调(图2)。

图1. 体内Cypher缺失导致心肌细胞成熟障碍

图2. Cypher可调节原代心肌细胞的肌原纤维成熟

随后，Cypher缺失小鼠心肌的转录组测序分析表明，涉及心肌成熟的肌小节、氧化磷酸化代谢、电生理及钙处理相关基因均表达失调(图3)。

图3. Cypher缺失小鼠表现为心肌成熟相关的转录调节紊乱

转录因子预测和生化实验发现，SRF是Cypher调控心肌细胞成熟的关键下游分子，当Cypher缺失时，SRF的表达明显下调(图4)。体内及体外回复实验则共同表明，SRF过表达可挽救Cypher缺失所致的心肌细胞成熟缺陷(图4)，并显著改善Cypher缺失小鼠的扩张型心肌病表型，使心功能明显恢复(图5)。

图4. SRF是Cypher调控心肌细胞成熟的关键下游分子

图5. 回复实验表明SRF过表达可挽救Cypher缺失小鼠的心脏功能

研究者对Cypher调控SRF的分子机制进行了深入探讨，发现Cypher通过调节actin的组装影响SRF转录激活因子MRTFA的入核。当Cypher缺失时，单体G-actin含量增加，稽留MRTFA在胞浆中，使其无法进入细胞核激活SRF的转录(图6)。最后，肌动蛋白分解和共沉淀试验表明Cypher可直接结合并稳定F-actin，从而调节actin的组装(图7)。

图6. Cypher调控MRTFA-SRF通路

图7. Cypher可直接结合并稳定F-actin，从而调节actin的组装

综上，该研究表明Cypher通过调节actin的组装和MKL1的核质穿梭影响SRF转录，从而参与调控心肌细胞成熟。SRF过表达可挽救Cypher缺失所致的心肌细胞成熟缺陷，改善Cypher缺失小鼠的扩张型心肌病表型(图8)。该研究丰富了心肌成熟的调控网络，创新性地从心肌成熟角度探究心肌病的新致病机理，表明心肌细胞成熟缺陷与心力衰竭的易感性相关，有望为心肌病和心力衰竭的诊治提供新思路。

图8. Cypher调控心肌细胞成熟从而参与心肌病发生发展的机制模式图

浙江大学医学院附属第一医院心内科吕佳兰博士、潘志成博士、李若冰博士为本文共同第一作者。浙江大学医学院附属第一医院郭晓纲教授、张汕教授、浙江大学医学院程洪强教授为本文共同通讯作者。上述工作得到了国家自然科学基金青年及面上项目、国家自然科学基金区域联合项目、浙江省科学技术厅重点研发计划、浙江省自然科学基金、国家博士后面上项目的资助。

原文链接：

https://www.thno.org/v14p4462.htm

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