2021年11月AustraliaVictor Chang心脏研究所Richard P. Harvey团队与Vaibhao Janbandhu等人互助于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)通路始终于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，包孕心理上于高海拔以及运动时期和病理上于缺血时期、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 属在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于心脏中的作用的研究重要集中于心肌细胞上，且其于ECM重谈判缺血预顺应和动脉粥样软化进程中的作用已经被证明。但HIF-1于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无形式的血汗管病理表型相干如：ECM排泄与紧缩、纤维化与疤痕造成、心力弱竭等。

亮点因素

研究思绪

经由过程对于未毁伤的小鼠S+P+阴性的CFs接纳流式平分析，发明该品种细胞于缺氧状况下的代谢更偏向在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差别在CMs的代谢谱差异。

HIF-1a于缺氧状况下CFs中高表达，其靶基因能于一般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的靶基因是一样于缺氧CFs中高表达的MEIS1。

体外哄骗与CFs近似的cCFU-Fs成纤维细胞系，验证线粒体品质低的细胞具备以及CFs近似的增殖威力；体内构建CFs特同性Hif-1a敲除了小鼠验证其于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探针等验证于缺氧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

起首分散一般小鼠心脏中 SCA1+/PDGFRa+/CD31-的CFs，于低氧状况下经由过程Pim染色流式阐发发明S+P+细胞缺氧水平高在其他非心肌细胞群，其氧耗损及ATP程度远低在其他非心肌细胞群。但其葡萄糖耗损速度及细胞内乳酸程度却更高，提醒S+P+细胞的代谢更偏向在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+细胞的线粒体品质一样偏低。HIF-1a及其靶基因于S+P+细胞中高表达，已经知HIF-1a的靶基因能于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品质差异的细胞举行增殖威力的对于比，发明低线粒体品质的细胞增殖威力更强，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于心脏成纤维细胞稳态以及疾病中的作用，研究者构建了CF特同性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靶基因存于交集，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小鼠于心脏毁伤后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天时于梗逝世区不雅察到EdU+细胞，7天时延长至梗逝世界限区，而谱系阳性小鼠无变迁。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的增殖威力出缺陷

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一样存于激活征象，验证了CFs存于全身要素的敏感性。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于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项目化心肌微构造。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于这类缺少血管、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于体外显著恶化了3D心肌束的电位传导以及机械力

机制研究，于应答缺氧时，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。鉴在心肌梗身后cKO心脏中节制氧化还原稳态的HIF-1a靶点下调有助在削减线粒体ROS，而且已经知一般心理孕育发生的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，线粒体特同性ROS探针证实梗身后的ROS增长定位在线粒体中并陪同CF的显著增殖。接下来哄骗线粒体氧化剂MitoPQ于体处置惩罚后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于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，包孕面积变迁削减、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

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