山東大(dà)學齊魯醫院張澄教授/張運院士團隊在 ScienceAdvances 雜(zá)志上發表了(le)研究論文 “NPRC deletion attenuates cardiac fibrosis in diabetic mice by activating PKA/PKG and inhibiting TGF-β1/Smad pathways”, 研究了(le) NPRC 在糖尿病心肌病(DCM)心髒纖維化(huà)進展中所起的(de)作用(yòng)。研究人(rén)員(yuán)發現在 DCM 的(de)人(rén)和(hé)小鼠中 NPRC 表達都增加,而 NPRC 的(de)缺失可(kě)減輕心髒纖維化(huà)并改善心髒的(de)重塑和(hé)功能。因此,通(tōng)過心髒特異性的(de)基因或藥物(wù)治療來(lái)抑制 NPRC 爲治療糖尿病相關的(de)心髒纖維化(huà)提供了(le)一個(gè)非常有潛力的(de)靶點。
心髒纖維化(huà)在糖尿病心肌病(DCM)的(de)進展中起著(zhe)關鍵作用(yòng)。前期的(de)研究證明(míng)了(le)利鈉肽的(de)心髒保護作用(yòng),然而,鈉尿肽受體 C (NPRC)對(duì)擴張型心肌病心髒纖維化(huà)的(de)影(yǐng)響尚不清楚。在這(zhè)裏,研究人(rén)員(yuán)觀察到在患 DCM 的(de)小鼠和(hé)患者的(de)心肌中 NPRC 的(de)表達都增加。NPRC−/− 糖尿病小鼠表現出心髒纖維化(huà)的(de)減輕,心髒功能和(hé)重塑的(de)改善。在心髒成纖維細胞和(hé)心肌細胞中敲降 NPRC 基因都可(kě)降低膠原合成和(hé)心髒成纖維細胞的(de)增殖。通(tōng)過 RNA 測序分(fēn)析表明(míng) NPRC 的(de)敲除提高(gāo)了(le) TGIF1 的(de)表達,而 TGIF1 可(kě)抑制 Smad2/3 的(de)磷酸化(huà)。此外 TGIF1 的(de)上調是由 NPRC 敲除誘導的(de) cAMP/PKA 和(hé) cGMP/PKG 信号的(de)激活所介導的(de)。這(zhè)些發現表明(míng) NPRC 的(de)缺失減輕了(le)糖尿病小鼠的(de)心髒纖維化(huà),改善了(le)心髒的(de)重塑和(hé)功能,爲治療糖尿病性心髒纖維化(huà)提供了(le)一個(gè)非常有前景的(de)方法。
1、在糖尿病小鼠和(hé)糖尿病及 HF 患者的(de)心髒中 NPRC 的(de)表達增加
爲了(le)闡明(míng) NPRC 在 DCM 進展中的(de)作用(yòng),研究人(rén)員(yuán)通(tōng)過連續注射鏈脲佐菌素(STZ),然後喂食 16 周來(lái)構建 DCM 小鼠模型。免疫熒光(guāng)染色和(hé)蛋白免疫印迹顯示,與對(duì)照(zhào)組小鼠相比,糖尿病小鼠心髒中的(de) NPRC 表達增加(圖 1)。相反,在 DM 組和(hé)對(duì)照(zhào)組的(de)心髒之間,未檢測到 GCA 和(hé) GCB 表達的(de)顯著差異。通(tōng)過蛋白免疫印迹技術分(fēn)析來(lái)自健康和(hé)患有糖尿病和(hé)嚴重 HF 但沒有高(gāo)血壓和(hé)冠狀動脈狹窄的(de)患者的(de)心髒 NPRC 的(de)表達。結果顯示,與健康人(rén)相比,糖尿病和(hé) HF 患者的(de) NPRC 表達顯著增加(圖 1)。
圖1
由于心髒由大(dà)約 30% 的(de)心肌細胞(CM)和(hé) 70% 的(de)非 CM 組成(主要是心髒成纖維細胞 CF)。因此,研究人(rén)員(yuán)比較了(le) NPRC 在新生大(dà)鼠的(de)原代 CM(NRCM) 和(hé) CF(NRCF) 中的(de)表達。聚合酶鏈式反應(PCR)分(fēn)析顯示 NRCF 中 npr3 的(de) mRNA 水(shuǐ)平高(gāo)于 NRCM(圖 1)。通(tōng)過免疫熒光(guāng)染色測定了(le)三種 NPR 在 NRCF 中的(de)分(fēn)布。結果表明(míng),在相同的(de)曝光(guāng)條件下(xià) NPRC 的(de)強度遠(yuǎn)高(gāo)于 GCA 或 GCB 的(de)強度。這(zhè)些結果表明(míng),在培養的(de) NRCF 中 NPRC 占了(le)大(dà)部分(fēn) NPR 這(zhè)與以前的(de)報道是一緻的(de)。然後,用(yòng)不同濃度的(de)葡萄糖處理(lǐ)原代的(de) NRCF 細胞。與正常葡萄糖組(NG; 5.5mM)相比,通(tōng)過 WB 和(hé) PCR 分(fēn)析檢測發現,高(gāo)糖組(HG; 33.3mM) NRCF 中 NPRC 的(de) mRNA 和(hé)蛋白表達顯著增加,而高(gāo)滲組(HO)和(hé) NG 組之間的(de) NPRC 表達沒有觀察到顯著差異,因此排除了(le)滲透壓升高(gāo)對(duì) NPRC 表達的(de)影(yǐng)響。此外,從人(rén)的(de)誘導多(duō)能幹細胞(hiPSC CF)分(fēn)化(huà)得(de)到的(de)人(rén) CF 也(yě)用(yòng) NG, HG 和(hé) HO 來(lái)進行處理(lǐ)。使用(yòng) WB 來(lái)檢測,結果顯示在 hiPSC CF 中,與 NG 和(hé) HO 組相比 HG 組的(de) NPRC 增加(圖 1)。這(zhè)些結果表明(míng) NPRC 可(kě)能參與 CF 的(de)功能和(hé) DCM 的(de)進展。此外,研究人(rén)員(yuán)用(yòng) NG, HG 和(hé) HO 處理(lǐ) NRCM 也(yě)發現 HG 處理(lǐ)的(de) NRCM 中的(de) NPRC 表達也(yě)高(gāo)于 NG 或 HO 處理(lǐ)組,這(zhè)表明(míng) CM 中的(de) NPRC 也(yě)可(kě)能參與了(le) DCM 的(de)進展。
2、NPRC 缺失改善了(le)糖尿病小鼠的(de)心功能和(hé)重塑
爲了(le)研究 NPRC 在 DCM 進展中的(de)作用(yòng),研究人(rén)員(yuán)構建了(le) NPRC-/- 小鼠。通(tōng)過對(duì)野生型(WT)和(hé) NPRC-/- 小鼠的(de)心髒組織進行 WB 分(fēn)析證實了(le) NPRC 的(de)缺失。在接下(xià)來(lái)的(de) 16 周裏,糖尿病組小鼠的(de)血糖水(shuǐ)平和(hé)體重與對(duì)照(zhào)組有顯著差異。然而 WT 和(hé) NPRC-/- 小鼠的(de)體重和(hé)血糖水(shuǐ)平均未顯示出顯著差異(WT + control versus NPRC−/− + control; WT + DM versus NPRC−/− + DM)。敲除小鼠 NPRC-/- 的(de)收縮壓(SBP)低于 WT 小鼠,而舒張壓(DBP)和(hé)心率沒有觀察到顯著差異(WT + control versus NPRC−/− + control; WT + DM versus NPRC−/− + DM)。四組小鼠的(de)血清總膽固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)和(hé)高(gāo)密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)水(shuǐ)平沒有顯著差異。
爲了(le)探討(tǎo) NPRC 缺失對(duì)心髒功能和(hé)重塑的(de)影(yǐng)響,在對(duì)小鼠行安樂(yuè)死前進行了(le)超聲心動檢測。與’WT+對(duì)照(zhào)組’的(de)小鼠相比,’WT+DM 組’的(de)小鼠出現了(le)心髒收縮和(hé)舒張功能障礙,表現爲左心室射血分(fēn)數(LVEF)、左心室短軸縮短率(LVFS)以及舒張早期與舒張晚期二尖瓣血流速度之比(E/A)的(de)降低和(hé)‘舒張早期二尖瓣血流與二尖瓣環速度比值(E/E’)’的(de)增加。而 NPRC 缺失改善了(le)由’NPRC−/−+DM 組’糖尿病所誘導的(de)心功能異常,與’WT+DM 組’相比,小鼠的(de) LVEF, LVFS, E/A and E/E’ 都得(de)到了(le)恢複。此外,在’WT+DM 組’中,由糖尿病所誘導的(de)左心室舒張末期直徑(LVEDD)和(hé)左心室收縮末期直徑(LVESD)的(de)增大(dà)在’NPRC−/−+DM 組’中也(yě)因 NPRC 的(de)缺失而得(de)以恢複,這(zhè)表明(míng)心髒的(de)重塑功能有所改善(圖 2)。
圖 2
一般來(lái)說,’WT+DM 組’的(de) WT 小鼠的(de)心髒大(dà)小比’WT+對(duì)照(zhào)組’的(de)大(dà),在 NPRC−/−+DM 組中的(de) NPRC 缺失減弱了(le)這(zhè)個(gè)表型。心髒重量與體重的(de)比值(HW/BW)也(yě)證明(míng)了(le)這(zhè)種特征。形态學分(fēn)析顯示,在 H&E 染色下(xià),’WT+DM 組’的(de) WT 小鼠表現出顯著的(de)心肌紊亂,而’NPRC−/−+DM 組’則減弱了(le)這(zhè)種紊亂(圖 2)。
3、NPRC 缺失在體内可(kě)減輕糖尿病誘導的(de)心髒纖維化(huà)
由于心髒纖維化(huà)是 DCM 的(de)一個(gè)顯著特征,因此,研究人(rén)員(yuán)在體内實驗中(WT+對(duì)照(zhào)、NPRC−/−+對(duì)照(zhào)、WT+DM 和(hé) NPRC−/−+DM)中檢測了(le)心肌纖維化(huà)的(de)程度。使用(yòng) Masson 染色顯示,在’WT+對(duì)照(zhào)組’和(hé)’NPRC−/−+對(duì)照(zhào)組’的(de)小鼠中很少表現出心肌纖維化(huà)。與’NPRC−/−+DM’小鼠相比,糖尿病增加了(le)’WT+DM’小鼠心髒血管周圍和(hé)間質空間的(de)膠原積聚。通(tōng)過免疫組化(huà)(IHC)分(fēn)析 I 型膠原和(hé) III 型膠原,結果顯示’WT+DM 組’的(de)膠原表達高(gāo)于’NPRC−/−+DM 組’。蛋白免疫印迹(WB)在四組小鼠中也(yě)顯示出了(le)相似的(de)膠原表達變化(huà)(圖 3)。這(zhè)些發現表明(míng) NPRC 缺失在體内減輕了(le)糖尿病心髒的(de)心髒纖維化(huà)。研究人(rén)員(yuán)還(hái)檢測了(le)四組小鼠左心房(fáng)的(de)纖維化(huà)程度。使用(yòng) Masson 染色和(hé)針對(duì) I 型膠原和(hé) III 型膠原的(de) IHC 來(lái)進行分(fēn)析,結果顯示’WT+對(duì)照(zhào)組’和(hé)’NPRC−/−+對(duì)照(zhào)組’的(de)小鼠顯示出相似程度的(de)左心房(fáng)纖維化(huà),而’NPRC−/−+DM 組’的(de)小鼠相對(duì)于’WT+DM 組’顯示出左心房(fáng)膠原積聚的(de)減少,這(zhè)與左心室的(de)變化(huà)相似。
圖3
TGF-β1 是一種與纖維化(huà)進展有關的(de)關鍵促纖維化(huà)細胞因子,并且它與經典 Smad 信号通(tōng)路相關。因此,研究人(rén)員(yuán)使用(yòng) WB 檢測了(le) TGF-β1/Smad 信号通(tōng)路中相關介質的(de)表達水(shuǐ)平。結果顯示,與’WT+DM 組’相比,’NPRC−/−+DM 組’中 TGF-β1, p-Smad2 和(hé) p-Smad3 的(de)表達水(shuǐ)平都降低,表明(míng) NPRC 缺失抑制了(le) TGF-β1/Smad 信号通(tōng)路的(de)激活(圖 3)。
由于 NPRC 通(tōng)過其細胞内結構域參與 cAMP/PKA 信号通(tōng)路的(de)抑制和(hé)循環 NPs 的(de)清除,研究人(rén)員(yuán)認爲 NPRC 缺失可(kě)能影(yǐng)響了(le)細胞内 cAMP/PKA 信号通(tōng)路和(hé)細胞外 NPs 的(de)清除。爲了(le)驗證這(zhè)一假設,研究人(rén)員(yuán)分(fēn)兩部分(fēn)進行了(le)體外實驗。在第一部分(fēn)中,通(tōng)過将 si-NPRC 轉染到 NRCF 和(hé) hiPSC CF 中來(lái)降低 NPRC 蛋白表達,然後用(yòng) NG(5.5mM)或 HG(33.3mM)處理(lǐ)細胞 72 小時(shí)。在第二部分(fēn)中,考慮到 NPs 不僅由 CF 表達和(hé)分(fēn)泌,而且由 CM 表達和(hé)分(fēn)泌。在 HG 刺激下(xià),在 CM 中 NPRC 的(de)表達增加,研究人(rén)員(yuán)首先通(tōng)過在 NRCM 和(hé) hiPSC CM 中轉染 si-NPRC 來(lái)降低 NPRC 的(de)蛋白表達,然後 NG 或 HG 刺激 48 小時(shí)。随後,用(yòng) NRCM 上清液處理(lǐ) NRCF 而用(yòng) hiPSC CM 上清液處理(lǐ) hiPSC CF 72 小時(shí)。
圖4
如前所述 TGF-β1/Smad 信号通(tōng)路在 CF 膠原合成和(hé)增殖的(de)調節中起著(zhe)至關重要的(de)作用(yòng)。因此,研究人(rén)員(yuán)評估了(le) NRCF 的(de) TGF-β1/Smad 信号通(tōng)路的(de)變化(huà)。實驗 WB 的(de)結果顯示,在 si-NC+HG 組中 HG 處理(lǐ)增加了(le) TGF-β1 的(de)蛋白表達以及 Smad2 and Smad3 的(de)磷酸化(huà)(p-Smad2 and p-Smad3),而在 si-NPRC+HG 組中 NPRC 敲低則逆轉了(le)這(zhè)一現象。相反 TGF-βR2 的(de)蛋白表達沒有表現出顯著變化(huà)。這(zhè)些結果表明(míng) NRCF 中 NPRC 的(de)敲低降低了(le) TGF-β1 的(de)表達和(hé) Smad2/3 的(de)磷酸化(huà),導緻膠原合成和(hé)增殖受到抑制。通(tōng)過 WB 在 hiPSC CF 中觀察到了(le)類似的(de)結果。
在第二部分(fēn)中,與 si-NC+HG 組相比,在 si-NPRC+HG 組中用(yòng) NRCM 上清液處理(lǐ) NRCF 顯著降低了(le) I 型膠原和(hé) III 型膠原的(de)蛋白質表達。在用(yòng) hiPSC CM 上清液處理(lǐ)的(de) hiPSC CF 中觀察到了(le)類似的(de)結果。使用(yòng) EDU 和(hé) CCK-8 測定還(hái)表明(míng),與 si-NC+HG 組相比,用(yòng)來(lái)自 si-NPRC+HG 組的(de) NRCM 和(hé) hiPSC CM 上清液處理(lǐ)可(kě)顯著抑制 NRCF 和(hé) hiPSC CF 的(de)增殖。通(tōng)過 WB 測定顯示 PCNA 的(de)蛋白表達顯示出類似的(de)變化(huà)(圖 5)。蛋白免疫印迹還(hái)檢測了(le) TGF-β1/Smad 信号通(tōng)路的(de)變化(huà),表明(míng)用(yòng) NPRC 缺失的(de) NRCM 上清液來(lái)處理(lǐ),因子 TGF-β1 的(de)表達沒有改變。然而,在用(yòng)來(lái)自 si-NPRC+HG 組的(de) NRCM 上清液處理(lǐ)的(de) NRCF 中 p-Smad2 and p-Smad3 的(de)表達仍然低于用(yòng)來(lái)自 si-NC+HG 組上清液處理(lǐ)的(de)組。通(tōng)過蛋白質印迹在用(yòng) hiPSC CM 上清液處理(lǐ)的(de) hiPSC CF 中觀察到了(le)類似的(de)結果。這(zhè)些結果表明(míng),調節 TGF-β1/Smad 信号通(tōng)路的(de)機制在 NPRC 缺失的(de) CF 中和(hé)在用(yòng) NPRC 缺失 CM 上清液處理(lǐ)的(de) CF 中是可(kě)能不同的(de)。
圖5
5、NPRC 缺失抑制了(le)心髒成纖維細胞(CF)的(de)膠原合成和(hé)增殖
爲了(le)進一步探索 NPRC 對(duì)膠原合成和(hé)增殖作用(yòng)的(de)調節機制,研究人(rén)員(yuán)使用(yòng) NRCF 進行了(le)轉錄組 RNA 測序。基因表達譜在各組内的(de)樣品中具有高(gāo)度可(kě)重複性。基因本體論(GO)富集顯示,在 NRCF 的(de) si-NC+NG 和(hé) si-NC+HG 組之間表現出顯著差異的(de)前 10 個(gè)生物(wù)過程中,主要涉及的(de)是染色體分(fēn)離和(hé)細胞周期的(de)過程。這(zhè)一發現與上述結果一緻,即與 si-NC+NG 組相比 si-NC+HG 組 NRCF 的(de)增殖增加。此外,研究人(rén)員(yuán)發現,将 si-NC+HG 和(hé) si-NPRC+HG 組進行比較,對(duì)有機物(wù)的(de)反應、信号轉導的(de)調節和(hé)細胞增殖是被影(yǐng)響最大(dà)的(de)生物(wù)過程。然後,研究人(rén)員(yuán)選擇了(le)在這(zhè)些過程中最頻(pín)繁重複的(de) 24 個(gè)上調和(hé) 16 個(gè)下(xià)調基因來(lái)進行研究。在這(zhè)些基因中,研究人(rén)員(yuán)重點研究了(le)與纖維化(huà)相關的(de) 7 個(gè)上調和(hé) 2 個(gè)下(xià)調基因,通(tōng)過分(fēn)析它們在 NRCF 中的(de)表達水(shuǐ)平和(hé)倍數變化(huà),研究人(rén)員(yuán)最終選擇 Tgif1 來(lái)進行進一步的(de)研究。
Tgif1 負責編碼 TGIF1 蛋白,該蛋白通(tōng)過多(duō)種機制來(lái)發揮 TGF-β 信号傳導的(de)核共抑制因子的(de)作用(yòng),包括募集轉錄抑制複合物(wù)來(lái)抑制 TGF-β 的(de)轉錄,促進 Smad2 的(de)泛素依賴性蛋白酶體的(de)降解,以及将 cPML 隔離在細胞核中以防止其穿梭到細胞質從而在細胞質中促進 Smad2/3 的(de)磷酸化(huà)。研究人(rén)員(yuán)發現,在體外實驗的(de)第一部分(fēn),在 NG 和(hé) HG 處理(lǐ)中 NPRC 敲低增加了(le) NRCF 中 tgif1 的(de) mRNA 水(shuǐ)平(圖 6, si-NC + NG versus si-NPRC + NG, and si-NC + HG versus si-NPRC + HG, all P < 0.001)。同樣 NPRC 敲低增加了(le) tgif1 在 NRCF 和(hé) hiPSC CF 中的(de)蛋白表達(圖 6)。在體外實驗的(de)第二部分(fēn)中,用(yòng)來(lái)自 si-NPRC+NG 或 si-NPRC+HG 組的(de) NRCM 和(hé) hiPSC CM 上清液處理(lǐ)增加了(le) NRCF 和(hé) hiPSC CF 中 TGIF1 的(de)蛋白表達(圖 6)。相對(duì)于’WT+對(duì)照(zhào)’和(hé)’WT+DM 組’,在’NPRC−/−+對(duì)照(zhào)’和(hé)’NPRC−/−+DM’組的(de)小鼠中 TGIF1 蛋白的(de)表達也(yě)分(fēn)别增加(圖 6)。
圖6
爲了(le)進一步研究表達增加的(de) TGIF1 在 CF 中抑制 TGF-β1/Smad 信号通(tōng)路的(de)機制,研究人(rén)員(yuán)用(yòng) siRNA (si-TGIF1) 轉染 NRCF 以降低 TGIF1 在 NRCF 中的(de)表達。蛋白免疫印迹顯示 TGIF1 敲降後 I 型膠原和(hé) III 型膠原的(de)蛋白質表達顯著增加。蛋白 Smad2 and Smad3 的(de)表達沒有顯著變化(huà),但 TGIF1 敲降後 p-Smad2 和(hé) p-Smad3 水(shuǐ)平顯著增加。這(zhè)些結果表明(míng) TGIF1 通(tōng)過減弱 Smad2 和(hé) Smad3 磷酸化(huà)而不是降解 Smad2 和(hé) Smad3 本身來(lái)抑制 NRCF 中的(de) TGF-β1/Smad 信号傳導。
已有研究表明(míng) cPML 是一種在細胞核和(hé)細胞質之間穿梭以促進 Smad2/3 磷酸化(huà)的(de)關鍵蛋白。爲了(le)探討(tǎo) NRCF 中 NPRC 的(de)敲除是否與 cPML 定位的(de)變化(huà)有關,研究人(rén)員(yuán)進行了(le)免疫熒光(guāng)染色,結果表明(míng),與 si-NC+NG 和(hé) si-NC+HG 組相比 si-NPRC + NG 和(hé) si-NPRC + HG 分(fēn)别顯著增強了(le) cPML 的(de)核定位。此外,研究人(rén)員(yuán)分(fēn)離了(le)細胞核和(hé)細胞質蛋白,發現 si-NPRC+NG 和(hé) si-NPRC+HG 組的(de)細胞核和(hé)細胞質 cPML 表達水(shuǐ)平的(de)比率(nuclear/cytoplasmic)分(fēn)别顯著高(gāo)于 si-NC+NG 和(hé) si-NC+HG 組。此外,免疫共沉澱分(fēn)析顯示 NRCF 中 NPRC 的(de)敲低導緻了(le) cPML 與 TGIF1 的(de)結合增加(圖 6)。
爲了(le)進一步研究 TGIF1 是否介導了(le) NPRC 對(duì)膠原合成的(de)影(yǐng)響,研究人(rén)員(yuán)通(tōng)過轉染 siRNA 來(lái)同時(shí)敲降 NPRC 和(hé) TGIF1 如體外實驗的(de)第三部分(fēn)所述。與用(yòng) si-NC 轉染的(de) NRCF 相比 si-NPRC 轉染降低了(le) I 型膠原和(hé) III 型膠原的(de)蛋白表達,并增加了(le) TGIF1 的(de)蛋白表達。然而,當升高(gāo)的(de) TGIF1 水(shuǐ)平被 si-TGIF1 敲低時(shí),在 si-NPRC+si-TGIF 組中 I 型膠原和(hé) III 型膠原的(de)蛋白質表達部分(fēn)被逆轉(圖 6)。在 hiPSC CF 中觀察到了(le)類似的(de)結果。這(zhè)些結果表明(míng) TGIF1 在 CF 細胞中的(de) NPRC 缺乏調節 TGF-β1/Smad 信号傳導以及膠原合成和(hé)增殖的(de)機制中起著(zhe)至關重要的(de)作用(yòng)。
上述結果證實 NPRC 通(tōng)過 TGIF1 參與 TGF-β1/Smad 信号傳導的(de)調節,但 NPRC 缺失增加 TGIF1 表達的(de)機制仍有待闡明(míng)。如前所述 NPRC 不僅作爲 ANP, BNP 和(hé) CNP 的(de)清除受體,而且其在細胞内的(de)部分(fēn)具有 Gi 的(de)結合結構域,可(kě)以抑制 AC 活性并降低細胞内 cAMP 的(de)水(shuǐ)平。爲了(le)探索 NPRC 缺失對(duì) cAMP 水(shuǐ)平的(de)影(yǐng)響,研究人(rén)員(yuán)首先在體外實驗的(de)第一部分(fēn)中檢測了(le) NRCF 的(de)細胞内 cAMP 水(shuǐ)平,并發現 si-NPRC + HG 組的(de)細胞内 cAMP 水(shuǐ)平顯著高(gāo)于 si-NC+HG 組。此外,研究人(rén)員(yuán)通(tōng)過測量 PKA 底物(wù)(RRXS*/T*)和(hé) cAMP 反應元件結合蛋白(CREB)的(de)磷酸化(huà)水(shuǐ)平來(lái)研究細胞内 PKA 活性。與 cAMP 水(shuǐ)平的(de)變化(huà)一緻,與 si-NC+NG 和(hé) si-NC+HG 組相比 si-NPRC + NG and si-NPRC + HG 組的(de) p-PKA 底物(wù)和(hé) p-CREB 的(de)蛋白表達分(fēn)别增加。研究人(rén)員(yuán)還(hái)檢測了(le) p-PKA 底物(wù)和(hé) p-CREB 在 hiPSC CF 中的(de)表達,并發現與 si-NC 轉染組相比 si-NPRC 轉染組的(de) p-PKA 底物(wù)和(hé) p-CREB 水(shuǐ)平增加。特别的(de),通(tōng)過 WB and IHC檢測發現,相對(duì)于’WT+對(duì)照(zhào)組’和(hé)’WT+DM 組’,’NPRC−/−+對(duì)照(zhào)’和(hé)’NPRC−/−+DM 組’的(de)小鼠分(fēn)别表現出 p-PKA 底物(wù)和(hé) p-CREB 的(de)蛋白表達增加(圖 7)。
圖7
IHC and WB 顯示,與’WT+對(duì)照(zhào)’和(hé)’WT+DM 組’相比,’NPRC−/−+對(duì)照(zhào)’和(hé)’NPRC−/−+DM 組’中 VASP 的(de)磷酸化(huà)水(shuǐ)平分(fēn)别增加,這(zhè)是 cGMP/PKG 激活的(de)指标,表明(míng) cGMP/PKG 信号通(tōng)路在 NPRC KO 小鼠中被激活(圖 8)。
圖8
由于 NPRC 負責體内 ANP, BNP 和(hé) CNP 的(de)清除,研究人(rén)員(yuán)認爲 NPRC KO 小鼠中激活的(de) cGMP/PKG 信号可(kě)能是由于 NPRC 降解 NPs 的(de)能力減弱所引起的(de)。爲了(le)驗證這(zhè)一假設,研究人(rén)員(yuán)通(tōng)過 IHC 測量了(le)患有或不患 DM 的(de) WT 和(hé) NPRC KO 小鼠心髒中 ANP, BNP 和(hé) CNP 的(de)蛋白表達水(shuǐ)平。結果顯示,與’WT+對(duì)照(zhào)組’和(hé)’WT+DM 組’相比,’NPRC−/−+對(duì)照(zhào)組’的(de)小鼠和(hé)’NPRC−/−+DM 組’的(de)小鼠心髒組織中 ANP, BNP 和(hé) CNP 水(shuǐ)平分(fēn)别升高(gāo)。此外,與’WT+對(duì)照(zhào)組’和(hé)’WT+DM 組’相比,’NPRC−/−+對(duì)照(zhào)’和(hé)’NPRC−/−+DM 組’的(de) ANP 和(hé) CNP 血清水(shuǐ)平分(fēn)别升高(gāo)。另一方面,盡管 WT+DM 組的(de) BNP 血清水(shuǐ)平高(gāo)于 WT+對(duì)照(zhào)組,但 NPRC 缺失并未顯著影(yǐng)響 BNP 的(de)血清水(shuǐ)平,這(zhè)可(kě)能是由于血清 BNP 水(shuǐ)平相當的(de)低,在 WT+對(duì)照(zhào)組中敲除 NPRC 并不顯著增加。相反,由于心髒功能障礙 WT+DM 組的(de)血清 BNP 水(shuǐ)平顯著升高(gāo),這(zhè)可(kě)能掩蓋了(le)該組小鼠 NPRC 缺失的(de)影(yǐng)響。正如預期的(de)那樣,四組小鼠中 GCA 和(hé) GCB 的(de)蛋白表達水(shuǐ)平沒有顯著差異(圖 8)。這(zhè)些結果表明(míng),體内 NPRC 缺失導緻血清 NPs 水(shuǐ)平升高(gāo)和(hé)心髒局部 NPs 表達升高(gāo),從而通(tōng)過未受影(yǐng)響的(de) GCA 和(hé) GCB 來(lái)激活細胞内 cGMP/PKG 信号的(de)傳導。
此外,研究人(rén)員(yuán)在體外實驗的(de)第一部分(fēn)中檢測了(le)細胞内 cGMP/PKG 的(de)活性,并發現 si-NPRC + NG and si-NPRC + HG 組 NRCF 細胞内 cGMP 的(de)水(shuǐ)平分(fēn)别顯著高(gāo)于 si-NC+NG 和(hé) si-NC+HG 組。同樣的(de),與 si-NC+NG 和(hé) si-NC+HG 組相比 si-NPRC + NG and si-NPRC + HG 組中 p-VASP 的(de)表達分(fēn)别增加。沒有觀察到 GCA 和(hé) GCB 的(de)表達有顯著差異(圖 8)。由于 CFs 能夠分(fēn)泌 NPs 研究人(rén)員(yuán)檢測了(le) NRCF 上清液中 NP 的(de)水(shuǐ)平,發現與 si-NC+NG 和(hé) si-NC+HG 組相比 si-NPRC + NG and si-NPRC + HG 組中的(de)三種 NPs 均分(fēn)别增加。在 hiPSC CF 中觀察到了(le)類似的(de)結果,即與 si-NC+NG 和(hé) si-NC+HG 組相比 si-NPRC + NG and si-NPRC + HG 組的(de) p-VASP 水(shuǐ)平分(fēn)别增加。
此後,研究人(rén)員(yuán)在體外實驗的(de)第二部分(fēn)中檢測了(le) NRCF 中 cGMP 和(hé) p-VASP 的(de)細胞内水(shuǐ)平。用(yòng)來(lái)自 si-NPRC+NG 或 si-NPRC+HG 組的(de) NRCM 上清液處理(lǐ)增加了(le) NRCF 中 cGMP 的(de)細胞内水(shuǐ)平和(hé) p-VASP 的(de)蛋白水(shuǐ)平(圖 8),這(zhè)可(kě)能是因爲 NRCM 上清液中 NP 水(shuǐ)平的(de)升高(gāo)。在 hiPSC CF 中觀察到了(le)類似的(de)結果,即用(yòng)來(lái)自 si-NPRC 轉染組的(de) hiPSC CM 上清液處理(lǐ)增加了(le) p-VASP 的(de)表達。這(zhè)些結果表明(míng),由于 NPs 水(shuǐ)平升高(gāo) cGMP/PKG 信号在 NPRC KO 小鼠中被激活。此外,在 NPRC 缺陷的(de) CF 中 cGMP/PKG 信号也(yě)被升高(gāo)的(de) NPs 以自分(fēn)泌方式激活。此外,在用(yòng) CM 上清液處理(lǐ)的(de) CF 中,在 CM 中 NPRC 的(de)缺失也(yě)以旁分(fēn)泌的(de)方式激活了(le) CF 中 cGMP/PKG 的(de)信号傳導,表明(míng)存在有 CM-CF 串擾。來(lái)自 WT+DM 和(hé) NPRC−/−+DM 小鼠 MCFs 的(de) WB 顯示,在源自 NPRC 缺陷的(de)糖尿病小鼠的(de) CF 中 p-PKA, p-CREB 和(hé) p-VASP 的(de)水(shuǐ)平增加,這(zhè)表明(míng) NPRC 缺失激活了(le)糖尿病條件下(xià) CF 中 cAMP/PKA 和(hé) cGMP/PKG 的(de)信号傳導。
爲了(le)比較 ANP, BNP 和(hé) CNP 輸注與 NPRC 敲除對(duì)糖尿病心髒纖維化(huà)的(de)保護作用(yòng),研究人(rén)員(yuán)進行了(le)體内實驗,在該實驗中,糖尿病 WT 小鼠接受 ANP, BN 或 CNP 輸注,并将 ANP, BNP 和(hé) CNP 的(de)作用(yòng)與糖尿病 NPRC−/− 小鼠的(de)作用(yòng)進行了(le)比較。酶聯免疫吸附試驗(ELISA)顯示,與 DM+生理(lǐ)鹽水(shuǐ)組相比 DM+ANP, DM+BNP 和(hé) DM+CNP 輸注組的(de)血清 ANP, BNP 和(hé) CNP 水(shuǐ)平分(fēn)别顯著升高(gāo),證明(míng)了(le) NPs 輸注的(de)療效。相比之下(xià) DM+NPRC−/− 組的(de) ANP, BNP 和(hé) CNP 的(de)血清水(shuǐ)平也(yě)比 DM+生理(lǐ)鹽水(shuǐ)組升高(gāo),與 DM+ANP, DM+BNP 或 DM+CNP 輸注組相似。盡管 ANP, BNP 和(hé) CNP 輸注以及 NPRC 缺失均降低了(le)心肌的(de)膠原積聚,但 NPRC−/− 小鼠在四個(gè)治療組中表現出最爲顯著的(de)改善。結果表明(míng) NPRC 缺失表現出比外源性 NPs 輸注更有效的(de)心髒保護作用(yòng)。這(zhè)種有趣的(de)效果可(kě)能是由于 NPRC 缺失同時(shí)激活了(le) cAMP/PKA 和(hé) cGMP/PKG 途徑,而 NPs 僅激活 cGMP/PK 途徑,從而通(tōng)過 NPRC 缺失可(kě)産生更好的(de)有益效果。
由于 NPRC 缺失通(tōng)過不同的(de)機制激活 cAMP/PKA 和(hé) cGMP/PKG 信号的(de)傳導,研究人(rén)員(yuán)假設激活的(de) cAMP/PGA 和(hé) cGMP/PKG 信号轉導都可(kě)能上調 TGIF1 的(de)表達。爲了(le)驗證這(zhè)一假設,研究人(rén)員(yuán)進行了(le)體外實驗,首先用(yòng) forskolin (一種 cAMP 激動劑) 和(hé) H89 (一種 PKA 拮抗劑)來(lái)處理(lǐ) NRCF 或 hiPSC CF 細胞。結果表明(míng) forskolin 顯著激活了(le) PKA 信号傳導,可(kě)用(yòng) p-PKA 底物(wù)和(hé) p-CREB 水(shuǐ)平的(de)增加來(lái)驗證,而 H89 逆轉了(le) forskolin 誘導的(de) PKA 信号轉導的(de)激活。此外 forskolin 增加了(le) TGIF1 的(de)蛋白表達,但降低了(le) p-Smad2/3 的(de)表達。這(zhè)兩者都可(kě)被 H89 處理(lǐ)所抵消。此外 forskolin 降低了(le) TGF-β1 的(de)表達水(shuǐ)平,而 H89 也(yě)消除了(le)這(zhè)種表達水(shuǐ)平(圖 9)。這(zhè)些結果表明(míng) PKA 的(de)激活通(tōng)過抑制 TGF-β1 和(hé)增強 TGIF1 的(de)表達來(lái)抑制 TGF-β1/Smad 信号傳導。
圖9
本研究中所使用(yòng)的(de) NPRC KO 條敲小鼠由北(běi)京唯尚立德提供,該小鼠是在 C57BL/6 的(de)背景下(xià)通(tōng)過 CRISPR/Cas 9 技術構建而成的(de)。北京天糧生物科技有限公司是擁有多(duō)年的(de)基因編輯經驗,已爲數千名科研工作者及工業客戶成功定制基因編輯模型,同時(shí)搭建了(le)完善的(de)基因工程動物(wù)創制平台、動物(wù)表型分(fēn)析和(hé)實驗技術服務平台、動物(wù)模型種源交流平台、實驗動物(wù)繁育平台,歡迎您緻電咨詢。