Trbp 通过 TGF-β 通路介导的心肌细胞和成纤维细胞之间的串扰抑制心脏纤维化

心脏的形态发生与基因表达模式的显著变化有关。在从胚胎到成人的转变过程中，心肌细胞表现出肌节基因亚型表达的转变，以及代谢信号通路和离子转运系统的变化。Trbp，也称为 Tarbp2，最初被确定为一种参与 HIV 发病机制的 RNA 结合蛋白（RBP），但也与细胞生长过程和癌症有关。研究表明，在胚胎和胎儿出生后心脏中，Trbp 的缺失通过改变慢速（如，Myl3、Myh7b 减少）和快速（如 Myl9、Tnni2 增加）肌纤维基因亚型之间的平衡而严重损害心脏收缩功能。然而，Trbp 是否在成熟心脏肌节蛋白亚型的调节中发挥类似的作用仍不清楚。

TGF-β 超家族是一个特征明确的信号通路，与纤维化的调节有关。大多数细胞表达转导 TGF-β 信号的受体复合物，TGF-β 是一种多功能细胞因子，参与细胞（如成纤维细胞和平滑肌细胞）的生长、增殖、分化和迁移等多个生物学过程。

最近，重庆市卫健委儿童重要器官发育与疾病重点实验室联合美国哈佛医学院波士顿儿童医院心脏病科及南佛罗里达大学健康心脏研究所再生医学中心在一项研究中旨在确定 Trbp 在成熟心脏中的作用。实验首先删除了年轻成年小鼠心肌细胞中的 Trbp，随后对这些动物进行横断主动脉收缩（TAC）手术以诱导心肌肥厚并确定 Trbp 在压力条件下的作用，还使用共培养系统，发现 Trbp 通过 TGF-β 信号通路介导心肌细胞和成纤维细胞之间的串扰，在调节心脏纤维化中发挥关键作用。研究成果发表于 Clinical Science 期刊题为“Trbp inhibits cardiac fibrosis through TGF-β pathway-mediated cross-talk between cardiomyocytes and fibroblasts”。

首先，为了检查 Trbp 在成人心脏中的功能作用，使用他莫昔芬（TAM）注射建立心脏特异性 Trbp 缺失的 Trbp-cKO 小鼠（图1 A），TAM 使用（30 mg/kg）未引起心肌肥厚。通过超声心动图评估 5-12 周龄 Trbp-cKO 小鼠和对照小鼠（TAM 注射后1-8 周）的基线心脏功能。用 H&E（图1 B）和固绿（图1 C）染色分别显示 Trbp-cKO 小鼠没有明显的形态变化和心脏纤维化。根据左心室射血分数（EF%，图1 D）、左心室缩短分数（FS%，图1 E）和左心室（LV）质量（图1 F），可以看到心脏功能略有下降。然而，Trbp cKO 小鼠的心脏重量与胫骨长度比（图1 G）没有改变，证实了 Trbp 缺失后在基线时不存在不良心脏重塑。这些数据表明，心肌细胞特异性 Trbp 缺失会导致年轻成年小鼠的心脏功能下降。

随后，检查了心脏中 Trbp 的丢失是否会影响其对压力的反应，将 Trbp-cKO 小鼠接受 TAC 以诱导压力超负荷。实验观察到，与对照组相比，TAC 后 Trbp-cKO 小鼠的心脏功能加速下降（图1 D、E），心脏重塑更严重（图1 B、C、F）。同时，TAC 后 Trbp-cKO 小鼠的心脏重量与胫骨长度比也显著增加（图1 G），心力衰竭的标志物，如 ANP 和 BNP 也进一步增加（图1 H）。这些结果表明，Trbp 的缺失加速了心脏对压力超负荷的适应不良和重塑，成人心脏需要 Trbp 来维持其在压力条件下的功能。

图1 心肌细胞特异性Trbp缺失对年轻成年小鼠心脏形态和功能的影响。

以往研究发现，Trbp 的缺失改变了心脏发育过程中快肌纤维和慢肌纤维基因的表达，导致快肌纤维水平升高，慢肌纤维基因转录水平降低。基于此，研究人员进一步扩展了这些研究，以探究成人心脏中 Trbp 的缺失是否仍会影响这些基因的表达，进而影响肌节结构。与先前在发育过程中观察到的情况类似，实验发现成人心脏心肌细胞中 Trbp 的丢失导致肌纤维基因程序发生转换。在没有压力超负荷的 Trbp-cKO 心脏中，编码快缩肌收缩蛋白（包括 Tpm2 和 Myl9）的基因显著上调，而编码慢缩肌收缩蛋白（Myl3、Tnnc1 和 Myh7b）的基因显著下调。这些结果表明，Trbp 仍然可以调节成熟心脏中的肌节亚型转换，这与胚胎和出生后阶段 Trbp-cKO 的观察结果一致。

进一步了解 Trbp 缺失影响年轻成年小鼠心脏重塑和功能的分子机制。RNA-seq分析显示，在上调通路中富集的基因多于下调通路（1652 个上调 vs 1092 个下调）。有趣的是，20 个显著上调的通路中有 6 个与细胞外基质相关。在没有压力超负荷的情况下，包括 Col1a1、Col1a2、Col3a1、Col5a2 和 Postn 在内的纤维化基因在心肌细胞特异性 Trbp 缺失的年轻成人心脏中显著上调。TAC 后，这些纤维化基因在 Trbp-cKO 小鼠心脏中的表达水平显著高于对照 TAC 组。

虽然通常在心力衰竭中观察到与纤维化相关的基因表达增加，但实验数据表明，这些基因在 TAC 应激之前、明显心脏纤维化的发展之前发生了变化。因此，研究人员决定改进分析，并在 TAC 后两周检查心脏是否有心脏纤维化。此时，与对照组相比，Trbp-cKO 小鼠的心脏功能没有显著差异，且没有发生明显的心力衰竭。在 Trbp-cKO 心脏中，与对照 TAC 小鼠的心脏相比，TAC 后两周心脏纤维化出现显著差异（图2 A）。这些发现表明，Trbp-cKO 小鼠心脏中纤维化基因的扩增表达可能会加速心脏纤维化并促进心脏表型。

TGF-β信号通路是纤维化的明确调节因子。序列数据表明，在心脏压力超负荷诱导后，Trbp 缺失可以显著增加 TGF-β 通路信号（图2 B）。实验随后验证了 TGF-β 通路的两个上游基因 Tgfβ2 和 Ltbp2 在 Trbp cKO-TAC 心脏中显著增加（图2 C）。在没有 TAC 应激的情况下，Trbp 缺失同样诱导成熟心肌细胞中的 Tgfβ2 和 Ltbp2 基因表达（图2 C）。这些数据表明，Trbp-cKO 心脏中纤维化和 TGF-β 信号通路相关基因表达增加。

图2 在 TAC 诱导的心脏应激之前和之后，Trbp-cKO 心脏中 TGF-β 通路的激活增强。

心肌细胞中 Trbp 的缺失导致纤维化显著增加和 TGF-β 通路的诱导，这促使研究人员假设 Trbp 缺失的心肌细胞与邻近的成纤维细胞通讯以诱导纤维化。为了验证这一假设，使用分离的新生大鼠心室肌细胞（NRVMs）和新生大鼠心脏成纤维细胞（NRCFs）进行了共培养实验。在 NRVMs 中实现了一致的 Trbp 敲低（图3 A），并发现在共培养条件下，Tgfβ2 和 Ltpb2 在 NRVMs 中表达增加（图3 B）。此外，还检查了肥厚标志物的水平，并观察到 Trbp 敲低后 Anp 和 Bnp 转录水平增加（图3 A）。这种肥厚标志物水平的变化与用去氧肾上腺素（PE）处理 NRVMs 时观察到的增加相当，去氧肾上腺素（PE）是一种已知可诱导心肌细胞肥大的 α-1 肾上腺素能受体激动剂（图3 A）。当 PE 处理与 Trbp 敲低相结合时，肥厚标志物基因表达以及 Tgfβ2 和 Ltpb2 表达的增加被放大（图3 A、B）。实验还观察到，细胞外基质基因 Col1a1 以及增殖标志物 Postn 的表达在与 Trbp 敲低的 NRVMs 共培养的 NRCFs 中增加（图3 C）。胶原蛋白I 和胶原蛋白 III 水平的蛋白质印迹分析证实了胶原蛋白水平的增加（图3 D）。然而，在与有或没有 Trbp 敲低的 NRVM 共培养后，没有观察到 NRCFs 中 Tgfβ2 和 Ltpb2 转录水平的显著变化（图3 E）。这些数据支持，Trbp 通过 TGF-β 通路介导心肌细胞和成纤维细胞之间的串扰。

实验研究了心肌细胞中 Trbp 过表达（OE）是否会影响 TGF-β 通路和纤维化基因表达。结果发现，Trbp-OE 在 NRVMs 中下调 Tgfβ2 和 Ltbp2。然而，NRCFs 中的纤维化标志物没有显著变化，无论是否与 Trbp-OE NRVMs 共培养。

上述数据表明，心肌细胞中 Trbp 的抑制诱导成纤维细胞纤维化基因谱的表达，至少部分是由于 TGF-β 通路的诱导。因此，研究了 TGF-β 通路的抑制是否可以规避这种基于心肌细胞的 Trbp 介导的纤维化基因表达调节。敲低 Trbp-siR NRVMs 中的 Tgfβ2，将这些 Trbp 和 Tgfβ2 表达降低的 NRVMs 与 NRCFs 共培养。正如预期的那样，纤维化标志物 Col1a1 和 Postn 的表达未在 NRCFs 中被诱导。这一结果进一步支持了心肌细胞中 Trbp 抑制在 TGF-β 通路依赖性纤维化诱导中的作用。

图3 NRVMs 中Trbp的敲低诱导共培养的NRCFs中纤维化标志物的表达。

人们对心脏对压力反应的潜在机制仍然知之甚少。病理生理因素通常具有遗传基础，可诱导由细胞信号通路和细胞间通讯变化引起的心脏重塑。该研究证明了 Trbp 通过 TGF-β 信号通路介导心肌细胞和成纤维细胞之间的串扰，在心脏重塑过程中调节心脏纤维化中发挥关键作用。研究结果强调了 Trbp 在成人心脏中的关键作用，表明它可能作为一种新的治疗靶点，以防止与心脏病相关的纤维化，并有助于改善心力衰竭患者的心脏功能。

参考文献：Pan B, Hu D, Lu YW, Luo J, Xu XH, Guo H, Deng R, Liang Z, Wang Y, Ma Q, Mably JD, Tian J, Wang DZ. Trbp inhibits cardiac fibrosis through TGF-β pathway-mediated cross-talk between cardiomyocytes and fibroblasts. Clin Sci (Lond). 2025 Mar 11;139(5):1-14. doi: 10.1042/CS20242397. PMID: 40067137.

原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40067137/

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