Science丨预防成纤维细胞扩张可减轻扩张性心肌病

摘要：在世界范围内，扩张性心肌病（Dilated cardiomyopathy,DCM）都是心力衰竭的主要原因。它是由心肌细胞收缩蛋白或结构蛋白突变所导致的一系列损伤所引起【1-3】。DCM的临床特征是心脏收缩功能降低、心肌变薄、左心室扩张和纤维化。尽管DCM在人群

撰文丨我的闺蜜老红帽

在世界范围内，扩张性心肌病（Dilated cardiomyopathy,DCM）都是心力衰竭的主要原因。它是由心肌细胞收缩蛋白或结构蛋白突变所导致的一系列损伤所引起【1-3】。DCM的临床特征是心脏收缩功能降低、心肌变薄、左心室扩张和纤维化。尽管DCM在人群中普遍存在，但治疗选择有限，迄今为止还没有治愈方法【3-6】。在小鼠和临床试验中，潜在的DCM药物，如肌球蛋白调节剂，在改善DCM表型，尤其是纤维化方面，表现不佳，从而降低了它们的治疗价值【2】。像现在这样缺乏完全有效的治疗手段，究其原因，很可能是由于原发性收缩性缺陷与可变DCM表型之间的联系机制不明有关。

心肌纤维化是DCM中不可逆、持续进展的关键病理过程，不仅是结构重塑的标志，更是不良事件的核心预测指标。其机制涉及炎症、胶原代谢异常及蛋白酶调控等多通路，早期识别纤维化有助于优化风险分层与治疗策略。但是心肌纤维化一旦形成，即使接受最佳药物治疗，也不会逆转或缩小，且部分患者纤维化仍持续进展

纤维化通常先于并加剧心脏结构重构。心脏细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的重塑，主要由Tcf21和Pdgfra谱系的成纤维细胞调节。虽然心脏成纤维细胞可以被化学激活以分泌纤维化ECM，但这些细胞对机械信号也高度敏感，包括底物刚度、排列和拉伸等。成纤维细胞通过结构和生化调节细胞外环境的物质特性，来维持组织机械状态，从而在机械反馈回路中发挥作用。尽管成纤维细胞调节纤维化，但它们是否能改变DCM表型仍不清楚。

近期，来自美国University of Washington的Jennifer Davis研究组在Science上发表题为

Preventing hypocontractility-induced fibroblast expansionalleviates dilated cardiomyopathy的文章，发现适应性成纤维细胞反应是DCM表型和疾病严重程度的重要驱动因素。

成纤维细胞可以通过ECM与心肌细胞物理耦合。作者假设在由心肌细胞收缩性降低驱动的DCM中，在组织尺度上，心肌成纤维细胞可以充当机械变阻器，感知受损的心肌细胞力产生，然后自适应地重塑细胞外环境以维持机械稳态。

为了证实上述假设，作者通过使用强力霉素抑制α-肌球蛋白重链启动子在心肌细胞中特异性表达，构建心肌肌钙蛋白C (cTnC) I61Q变体，并在小鼠中建立了心肌细胞收缩性降低驱动的DCM模型。I61Q突变降低了cTnC的Ca离子结合亲和力，从而减少了力的产生。与对照组相比，2月龄时I61Q肌细胞的长度和长宽比正常，表明缺乏结构重塑。然而，到4个月时，I61Q肌细胞变长，具有更大的长宽比，这是偏心肥大和DCM的结构标志。对照组和I61Q ECM制剂之间胶原纤维长度的变化，表明此变化不仅仅是胶原伸长的产物。蛋白聚糖装饰素抑制胶原原纤维直径并形成与这些发现相似的更密集的网络，在I61Q ECM中含量更高。这些数据表明，在I61Q小鼠心脏中，是纤维性胶原蛋白的结构组织导致的被动ECM僵硬，而不是数量、成分或交联。在心肌细胞生长之前，低收缩性心肌诱导与胶原重组相关的心肌硬化。

通常情况下，组织僵硬会激活心脏成纤维细胞，并向肌成纤维细胞状态过渡，这是纤维化ECM产生所需的细胞过程。作者通过测定2月龄I61Q cTnC和对照小鼠心肌切片中肌成纤维细胞标记平滑肌α-肌动蛋白和静止成纤维细胞标记PDGFRα阳性的细胞数量，以及活化的肌成纤维细胞的数量，发现即使在I61Q心脏发生纤维化后，也没有明显的成纤维细胞向肌成纤维细胞转化。为了确定这种不依赖于肌成纤维细胞的心脏硬化的基础，作者对对照和I61Q小鼠进行心脏的单核RNA-seq (snRNA-seq)，发现在I61Q心脏中，尽管成纤维细胞群体扩大，转录后纤维性胶原不成熟，从而抑制了纤维化反应。在没有成纤维细胞产生的被动张力和/或血流动力学负荷的情况下，心肌细胞单独表达I61Q cTnC，不足以在体外排列和硬化心肌组织。作者还发现，ECM配体相互作用，而不是肌细胞分泌因子，是I61Q心脏成纤维细胞扩张的驱动因素。心肌细胞收缩性降低引起的ECM相互作用和舒张张力感觉增强促进成纤维细胞增殖。

作者之前的研究结果表明，在心脏成纤维细胞中，TGF - β信号和YAP-TEAD机械转导的菌株依赖性增加都需要p38活性。最后，作者构建了心脏成纤维细胞缺失p38的小鼠模型（p38 KO），来确定p38是否对I61Q-cTnC的成纤维细胞扩增以及最终的DCM表型至关重要。作者发现Egr1启动成纤维细胞增殖并作用于p38的下游。p38介导的成纤维细胞对心肌收缩不足的反应性丧失，减轻了大部分适应性重塑，从而降低了DCM表型的严重程度。

综上所述，作者发现成纤维细胞介导了心肌硬化。在DCM小鼠中，靶向p38缺失阻止了这些心肌成纤维细胞的反应，从而阻止了心肌细胞重塑并改善了收缩性。p38介导的成纤维细胞反应是DCM严重程度的重要调节因子，标志着治疗干预的潜在细胞靶点。

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参考文献

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