研究背景
心力衰竭(HF)表現(xiàn)為關(guān)鍵基因的轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后重編程。多項(xiàng)研究表明miRNA可以轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核等亞細(xì)胞細(xì)胞器中，從而改變基因表達(dá)。然而，亞細(xì)胞Argonaute2 (AGO2)作為miRNA機(jī)制的核心成員，在HF中的功能特性仍然未知。近期華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬同濟(jì)醫(yī)院汪道文、陳琛、李華萍團(tuán)隊(duì)在Molecular Therapy (IF 12.4)上發(fā)表文章“Nuclear AGO2 promotes myocardial remodeling by activating ANKRD1 transcription in failing hearts”，研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核中AGO2的上調(diào)可以有效地促進(jìn)ANKRD1的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而誘導(dǎo)MYH7的病理激活，最終導(dǎo)致心臟重構(gòu)，阻斷ANKRD1核輸入可以有效地挽救TAC誘導(dǎo)的心功能障礙，是一種治療HF的潛在方法。
結(jié)果展示
1. 核AGO2升高會(huì)損害TAC手術(shù)小鼠的心臟功能
AGO2定位于心肌細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中，并在患者和動(dòng)物模型的衰竭心臟中顯著增加。為了研究AGO2在HF中的功能，作者使用AAV9-cTNT-shAGO2敲低心肌細(xì)胞中的AGO2，發(fā)現(xiàn)在TAC手術(shù)后AGO2的敲低顯著改善了心功能，降低了小鼠的心肌細(xì)胞大小和纖維化。之后作者利用AAV9在小鼠中分別表達(dá)核及胞漿形式的AGO2，證明了核AGO2過(guò)表達(dá)會(huì)加重TAC手術(shù)小鼠的心功能障礙，增加心肌細(xì)胞大小和纖維化，但胞漿形式的AGO2沒(méi)有表現(xiàn)出任何可檢測(cè)到的影響，這些結(jié)果強(qiáng)烈提示核AGO2直接參與TAC誘導(dǎo)的心功能障礙。
圖1 核AGO2升高會(huì)損害TAC手術(shù)小鼠的心臟功能
2. ANKRD1是TAC小鼠核AGO2的直接靶標(biāo)
作者整合mRNA-seq、LC-MS和CUT&Tag數(shù)據(jù)，研究了核AGO2具有病理生理意義的直接下游靶點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)ANKRD1和C3可能是AGO2的直接靶標(biāo)，并檢測(cè)到AGO2在ANKRD1和C3的啟動(dòng)子區(qū)域明顯結(jié)合，表明其參與了ANKRD1和C3的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。作者還發(fā)現(xiàn)只有ANKRD1在TAC手術(shù)后被有效上調(diào)，并進(jìn)一步被核AGO2誘導(dǎo)，C3在體內(nèi)不受核AGO2的影響。作者在新生大鼠心室肌細(xì)胞（NRVM）中再次驗(yàn)證了這一結(jié)果，發(fā)現(xiàn)ANKRD1蛋白只被核AGO2誘導(dǎo)，而不被胞質(zhì)AGO2誘導(dǎo)，在NRVM中敲低AGO2能夠降低ANKRD1的表達(dá)。這些結(jié)果表明ANKRD1是TAC誘導(dǎo)HF中核AGO2的直接靶點(diǎn)。進(jìn)一步研究表明核AGO2作為轉(zhuǎn)錄輔助因子增強(qiáng)ANKRD1轉(zhuǎn)錄。
圖2 ANKRD1是TAC小鼠核AGO2的直接靶標(biāo)
3. 核AGO2通過(guò)ANKRD1加重TAC誘導(dǎo)的心功能障礙
作者通過(guò)功能缺失實(shí)驗(yàn)來(lái)研究ANKRD1的功能，發(fā)現(xiàn)AAV9-cTNT-AGO2 NLS治療明顯加重了TAC手術(shù)小鼠的心功能障礙，而ANKRD1敲低減輕了AAV9-cTNT-AGO2 NLS誘導(dǎo)的心功能障礙。這些數(shù)據(jù)表明，核AGO2的過(guò)表達(dá)加重了TAC小鼠的心功能障礙，通過(guò)抑制ANKRD1可以挽救不良反應(yīng)。Western blotting分析表明ANKRD1主要出現(xiàn)在細(xì)胞核中，較少出現(xiàn)在細(xì)胞質(zhì)中,作者發(fā)現(xiàn)ANKRD1的核形式加重了TAC操作小鼠的心功能障礙，而細(xì)胞質(zhì)ANKRD1似乎對(duì)心臟功能表現(xiàn)出一定的保護(hù)作用。此外，AGO2敲低對(duì)心功能的保護(hù)作用在細(xì)胞核ANKRD1過(guò)表達(dá)時(shí)減弱，表明，AGO2通過(guò)增強(qiáng)核ANKRD1的表達(dá)，加重TAC誘導(dǎo)的心功能障礙。進(jìn)一步研究表明，核ANKRD1誘導(dǎo)TAC手術(shù)小鼠病理性MYH7表達(dá)，促進(jìn)心臟重塑。
圖3 核AGO2通過(guò)ANKRD1加重TAC誘導(dǎo)的心功能障礙
4. Ivermectin和ANKRD1 NLS模擬肽改善TAC手術(shù)小鼠的心臟功能
由于ANKRD1在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中的過(guò)表達(dá)會(huì)導(dǎo)致相反的結(jié)果，因此阻斷ANKRD1核輸入可能是一種很有希望的HF治療策略。作者發(fā)現(xiàn)Ivermectin處理的TAC小鼠中，ANKRD1的核輸入被抑制，心功能障礙得到改善，并且核ANKRD1的減少比胞質(zhì)ANKRD1的增加更為顯著，表明ANKRD1總體水平降低。此外，Ivermectin治療在很大程度上消除了iso誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥厚，重要的是Ivermectin在ANKRD1敲低NRVM中失去了這些作用，以上數(shù)據(jù)表明Ivermectin可以阻止ANKRD1核輸入以防止心臟肥厚。作者還構(gòu)建了一種可溶性的細(xì)胞穿透肽ANPep，能攜帶ANKRD1的NLS，以競(jìng)爭(zhēng)性地抑制ANKRD1的核輸入。ANPep顯著改善了TAC誘導(dǎo)的心功能障礙，降低核ANKRD1水平。表明ANPep是一種通過(guò)抑制ANKRD1核輸入治療人類(lèi)HF的潛在療法。
圖4 Ivermectin和ANKRD1 NLS模擬肽改善TAC手術(shù)小鼠的心臟功能
實(shí)驗(yàn)結(jié)論
本研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核AGO2的上調(diào)可以有效地促進(jìn)ANKRD1的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而誘導(dǎo)MYH7的病理激活，最終導(dǎo)致心臟重構(gòu)，并證明了利用AAV傳遞AGO2或ANKRD1的shRNA，以及利用Ivermectin或ANKRD1 NLS模擬肽阻斷ANKRD1核輸入，可以有效地挽救TAC誘導(dǎo)的心功能障礙，可能是治療HF的潛在療法。