2021年11月澳年夜利亚Victor Chang心脏研究所Richard P. Harvey团队与Vaibhao Janbandhu等人互助在Cell Stem Cell上揭晓标题问题为 Hif-1a suppresses ROS-induced proliferation of cardiac fibroblasts following myocardial infarction 的血汗管文章，该研究发明HIF-1a可以或许按捺心肌梗身后ROS增长介导的心脏成纤维细胞增殖而至心肌纤维化扩张的征象。该发明为血汗管疾病的医治提供了新的药物靶点以及研究标的目的。缺氧引诱因子1(HIF-1)通路一直在血汗管生物学范畴中阐扬主要作用。怀胎期心理性缺氧激活局部HIF-1通路，对于心脏的腔室以及室距离形态发育至关主要。成人心脏履历周期性的缺氧，包孕心理上在高海拔以及运动时期和病理上在缺血时期、心肌细胞肥年夜、炎症以及纤维化时期的缺氧，这些环境可能与ROS程度升高以及氧化毁伤有关。机体经由过程HIF-1通路顺应缺氧微情况，HIF-1 属于bHLH-PAS (basic-helix-loop-helix-Per-Arnt-Sim) 家族的转录因子。缺氧前提下HIF-1a亚基不变并易位到细胞核，异二聚后激活下流基因通路，削减氧耗损以及活性氧(ROS)天生，并恢复氧递送。HIF-1在心脏中的作用的研究重要集中在心肌细胞上，且其在ECM重谈判缺血预顺应和动脉粥样硬化进程中的作用已经被证明。但HIF-1在心脏成纤维细胞中的功效还没有被阐明。心脏成纤维细胞是一种异质性的基质细胞群，经由过程节制细胞外基质的沉积以及周转来促成心脏的生物力学完备性，并介导心脏修复以及再生中的顺应性纤维化。心脏成纤维细胞险些与所有情势的血汗管病理表型相干如：ECM排泄与紧缩、纤维化与疤痕形成、心力弱竭等。亮点要素1.缺氧引诱PDGFRa+/SCA1+的心脏成纤维细胞表达Hif-1a2.Hif-1a的缺掉可以或许降低心脏成纤维细胞激活的阈值3.敲除了Hif-1a致使缺血毁伤后ROS增长以及过分纤维化4.Hif-1a或者可限定线粒体ROS天生及心脏成纤维细胞的增殖研究思绪 经由过程对于未毁伤的小鼠S+P+阳性的CFs接纳流式平分析，发明该种类细胞在缺氧状况下的代谢更偏向于糖酵解路子而很是规的线粒体氧化磷酸化路子，由此发明CFs差别于CMs的代谢谱差异。 HIF-1a在缺氧状况下CFs中高表达，其靶基因能在正常的氧化磷酸化中促成糖酵解路子，经由过程scRNA-seq成果与HIF-1靶基因数据库的比对于确定HIF-1的靶基因是一样在缺氧CFs中高表达的MEIS1。 体外哄骗与CFs近似的cCFU-Fs成纤维细胞系，验证线粒体质量低的细胞具备以及CFs近似的增殖能力；体内构建CFs特异性Hif-1a敲除了小鼠验证其在CFs稳态以及心脏疾病中的作用。 经由过程收拾整顿并哄骗qRT-PCR一一验证与HIF-1相干的机制如糖酵解、血管天生、氧化还原稳态等，终极将HIF-1作用机制确定为调治线粒体氧化应激。 经由过程ROS探针等验证在缺氧CFs中HIF-1 调治氧化应激降低线粒体ROS，进而按捺由ROS介导PI3K/AKT/mTOR及MAPK、ERK1/2等通路激活致使的CFs增殖。研究内容起首分散正常小鼠心脏中 SCA1+/PDGFRa+/CD31-的CFs，在低氧状况下经由过程Pim染色流式阐发发明S+P+细胞缺氧水平高于其他非心肌细胞群，其氧耗损及ATP程度远低于其他非心肌细胞群。但其葡萄糖耗损速度及细胞内乳酸程度却更高，提醒S+P+细胞的代谢更偏向于糖酵解路子而很是规的线粒体氧化磷酸化路子，与之相对于应的S+P+细胞的线粒体质量一样偏低。HIF-1a及其靶基因在S+P+细胞中高表达，已经知HIF-1a的靶基因能在氧化磷酸化中促成糖酵解，随后经由过程已经揭晓的scRNA-seq成果与HIF-1靶基因数据库的比对于确定HIF-1a的靶基因MEIS1。又进一步对于线粒体质量差异的细胞举行增殖能力的对于比，发明低线粒体质量的细胞增殖能力更强，这也与缺氧状况下CFs的增殖征象相切合。图1.成年小鼠心脏中S+P+细胞的代谢谱为了摸索HIF-1a在心脏成纤维细胞稳态以及疾病中的作用，研究者构建了CF特异性HIF-1a他莫昔芬引诱的前提性敲除了小鼠并对于其心脏中CF举行测序。发明cKO小鼠下调的差异基因与揭晓的HIF-1靶基因存在交集，且GOterm阐发显示，HIF-1相干靶点介入了增殖等细胞功效的调控，其他少数上调的基因与炎症、卵白水解以及应激等路子有关。接下来为了研究cKO小鼠在心脏毁伤后CFs的增殖环境，研究者构建了心肌梗逝世模子并哄骗EdU追踪增殖细胞。MI手术3天时在梗逝世区不雅察到EdU+细胞，7天时延长至梗逝世界限区，而谱系阴性小鼠无变化。提醒CFs中Hif-1a的缺掉可致使心肌梗身后成纤维细胞增殖增长。图2.心肌梗身后hif-1a缺掉的CFs的增殖能力出缺陷对于MI及假手术第3天的cKO小鼠心脏成纤维细胞举行scRNA-seq测序，发明假手术组cKO小鼠CFs一样存在激活征象，验证了CFs存在全身因素的敏感性。测序的另外一发明是成纤维细胞前体削减，代表毁伤的中间体以及激活体增长，证实更多的CF进入细胞周期。同时因为中间体以及激活体增多，相干的卵白合成基因上调，编码细胞旌旗灯号传导负调控因子的基因下调，致使CF最先增殖。对于心肌梗身后第14天的cKO小鼠左心室举行qPCR，发明细胞外基质、重构卵白酶以及纤维化介质相干基因显著上调，证实心脏纤维化反映增长。 图3.HIF-1a缺掉的CFs在心梗后重入细胞周期并加剧心梗后纤维化为了更直不雅的揭示cKO小鼠CFs的动态，研究者应用前沿3D技能构建了3D工程化心肌微构造。体外造就显示cKO小鼠CFs显著扩张并陪同着胶原沉积，但其实不影响心肌构造的面积。随后又探究了3D心脏系统CFs动作电位的传导环境，与WT比拟cKO心脏束的传导速度较慢、动作电位连续时间更长，并体现出紧缩力的侵害。cKO小鼠CFs在这类缺少血管、免疫以及其贰心肌细胞类型的简朴3D系统中的影响与体内研究基本一致。图4.Hif-1a缺掉的CFs在体外显著恶化了3D心肌束的电位传导以及机械力机制研究，在应答缺氧时，Hif-1a经由过程确保有用哄骗现有的氧气以及能量底物，同时最小化线粒体氧化应激来调治代谢。研究者对于MI术后第1天纯化的cKO小鼠CF举行qRT-PCR检测，发明与糖酵解、血管天生以及氧化还原稳态有关的HIF-1靶基因的表达显著降低。鉴于心肌梗身后cKO心脏中节制氧化还原稳态的HIF-1a靶点下调有助于削减线粒体ROS，而且已经知正常心理孕育发生的ROS可以作为干细胞/祖细胞增殖以及分解的旌旗灯号。研究者斗胆假定ROS的增长是cKO小鼠CFs增殖以及纤维化增长的缘故原由并举行验证，线粒体特异性ROS探针证实梗身后的ROS增长定位于线粒体中并陪同CF的显著增殖。接下来哄骗线粒体氧化剂MitoPQ在体处置惩罚后CF显著增殖，而线粒体抗氧化剂MitoT医治后CF增殖及总数均削减。已经有研究注解，ROS与PI3K/AKT/mTOR、MAPK、ERK1/2通路的激活有关。MitoT处置惩罚后，心梗cKO小鼠的CF中pERK1/2以及pAKT降低到与心梗WT小鼠不异的程度。这些数据证实了ROS与AKT以及ERK1/2旌旗灯号通路的瓜葛及其在CF增殖中作用机制。图5.Hif-1a介导的氧化还原调治节制心肌梗身后CFs的增殖经由过程研究线粒体抗氧化剂MitoT为将来心脏病医治提供解决思绪。MI术后28天的小鼠心脏瘢痕面积增长、活心肌体积削减。MitoT的医治拯救了心梗cKO小鼠的心脏心室重构、CF增殖及ECM扩张。心脏超声显示MI术后第7天以及第28天，cKO小鼠心脏功效较着恶化，包孕面积变化削减、左室射血分数以及心输出量削减，左室紧缩末期以及舒张量增长。cKO-MI小鼠的心重体重比也显著升高，表现出CF增殖及ECM的扩张。MitoT的医治可以或许逆转不良的心功效参数以及HW/BW比值并使其恢复到WT小鼠MI术后心脏相似的程度，该发明或者可为心脏病医治研究提供新的思绪。图6.MitoT医治拯救了心肌梗身后cKO小鼠的心脏布局以及功效缺陷以及元生物具备多年富厚的动物试验以及血汗管动物模子构建的实操经验，并兼具精彩的基因操作与病毒构建等技能。同时依托公司的检测平台、病理平台、细胞平台等专业试验平台，可为您提供从血汗管动物模子到基因干涉干与、病理检测、细胞功效学研究等一站式血汗管研究办事系统，您可体验文中触及到的血汗管前沿研究手腕与撑持。接待扫描下方二维码相识更多试验办事详情。