Nat Comm | 心肌细胞之间信息传递调控心脏功能的新理论

责编 | 酶美

心血管疾病是导致人类死亡的主要原因，闰盘（intercalated disc，ICD）是连接相邻心肌细胞的亚细胞结构，对于维持心脏功能完整性，协调心脏机械收缩和电信号传导至关重要。编码ICD蛋白的基因突变及心肌闰盘结构的破坏，与心力衰竭、心律失常、心肌病和心脏发育等密切相关。但心肌细胞之间如何传递信息来调节基因表达和心脏功能却知之甚少。

近日，哈佛医学院波士顿儿童医院Da-Zhi Wang(王大之)团队（通讯作者）、William T. Pu团队和山东大学齐鲁医院陈玉国团队, 联合在Nature Communications杂志上发表了题为Intercalated disc protein Xinβ is required for Hippo-YAP signaling in the heart的文章（哈佛医学院博士后、山东大学齐鲁医院重症医学科郭海鹏副教授为本文第一作者）。该研究工作揭示了一种全新的分子机制，提出了心肌细胞之间信息传递调控心脏功能的新理论，证实心脏ICD蛋白Xinβ调节Hippo-YAP信号传导，以组织特异性方式控制心脏发育和心脏功能。

前期研究发现，Xinβ主要位于成熟心肌细胞的ICD中，Xinβ缺失（XinβKO）导致小鼠产后致死，并表现出发育迟缓和心脏结构缺陷。为明确其分子机制，课题组将出生后第7.5天（P7.5）XinβKO和对照组小鼠心室肌组织进行RNA测序。XinβKO小鼠心脏中有717个基因差异表达，其中373个基因增加，344个基因减少。GSEA基因集富集分析发现，与染色体分离、染色体浓缩、DNA复制和细胞分裂有关基因被下调。与对I型干扰素及炎症反应有关的基因，在XinβKO心脏中被明显上调。有趣的是XinβKO心脏中YAP途径基因被大幅下调。YAP途径在XinβKO心脏中失调，提示Xinβ可能通过调节Hippo-YAP途径来控制心脏基因表达和心脏功能。为此，将XinβKO小鼠心室肌转录组特征与YAP过表达原代心肌细胞转录组特征进行比较。结果表明 ，Xinβ可能通过调节YAP信号通路的表达和功能参与细胞的增殖和炎症反应。

数据显示，XinβKO心脏中的心肌细胞增殖/核分裂减少，EdU掺入水平降低、pH3表达下降。与同窝对照小鼠相比，P7.5时XinβKO小鼠心脏明显较小，心室壁厚度和心室腔的容积总体减少，且无明显的纤维化。XinβKO突变小鼠死于心脏缺陷，但出生后心肌细胞Xinβ丧失是否也会导致相似的表型。为此，课题组使用AAV9介导CRISPR/Cas9小鼠出生后心肌细胞Xinβ失活。结果证实，与XinβKO小鼠在断奶前全部死亡不同，注射AAV-XinβsgRNA的小鼠可存活到成年，但超声心动图显示心脏功能降低。结果表明，Xinβ的丧失并不影响成年心肌细胞的形态，而对于新生心肌细胞的增殖则是必需的。

AAV9-YAPS127A诱导心肌细胞过表达活化YAP后，XinβKO小鼠几乎有40％可存活至成年。为了解其分子机制，XinβKO/ YAPS127A和对照（WT / GFP; WT / YAPS127A;XinβKO/ GFP）心脏进行RNA-seq测序。数据分析显示XinβKO心脏的转录组与其他组明显分离，YAPS127A过表达使XinβKO/ YAPS127A的基因表达正常化，E2F靶标，G2M检查点和有丝分裂纺锤体的功能类别得以恢复。GSEA富集分析揭示，与XinβKO/ GFP相比，在XinβKO/ YAPS127A中YAP下游基因被上调。AAV9-YAPS127A可减轻XinβKO的心肌细胞增殖缺陷。数据支持YAP在Xinβ下游起作用，以调节心脏基因表达及功能。

接下来，研究发现P-NF2表达在P7.5XinβKO心脏中降低，而T-NF2蛋白没有改变。相反，XinβKO心脏中的P-YAP蛋白增加，T-YAP蛋白不受影响。Hippo途径激酶级联反应激活导致YAP蛋白的磷酸化。这些结果与Xinβ缺失导致YAP靶基因表达降低和心肌细胞增殖减低一致。NF2在成熟心肌细胞的ICD处与Xinβ共定位。Co-IP实验证实Xinβ可与NF2形成复合物。另外，在扩张型心肌病患者的心脏中，hXinβ转录减少，而NPPA和NPPB表达上调， 建议hXinβ对于调控人的心脏功能与疾病起关键的作用。

总之，这一报道揭示了Xinβ缺失导致Hippo信号转导激活和功能性YAP水平降低，并减少下游靶基因的表达。Xinβ作为一种组织特异性的膜相关蛋白，调节Hippo-YAP信号通路来控制心脏发育和功能，可成为治疗心血管疾病的新型治疗靶点。

https://www.nature.com/articles/s41467-020-18379-8

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