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哈尔滨医科大学潘振伟团队发现治疗心脏纤维化的新靶点

研究背景

长链非编码RNA (lncRNA)占转录本的很大一部分,已被证明在心脏发育和各种心血管疾病中具有重要作用,除此之外,许多lncRNA已被证明在调节胶原合成和心脏成纤维细胞增殖中起关键作用,然而考虑到lncRNA的数量众多,目前对其在心脏纤维化中的调控作用仍有待充分阐明。

 

哈尔滨医科大学潘振伟团队近期发现了一种新的抗纤维化lncRNA-SAIL(支架附着因子B相互作用 lncRNA),该lncRNA通过调节SAFB介导的纤维化相关基因的转录来调节心脏纤维化。本文的结果表明,lncRNA-SAIL和SAFB都有可能成为心脏纤维化的新治疗靶点。这一研究成果发表在国际高水平期刊Basic Research in Cardiology(IF=17.165)上。

心脏纤维化新靶点

 

研究材料

小鼠心脏成纤维细胞、人心脏成纤维细胞、C57BL/6小鼠、过表达质粒、腺病毒、慢病毒(病毒载体由赛业生物构建)

 

技术路线

01细胞水平上lncRNA-SAIL功能获得和功能缺失实验

02体内验证lncRNA-SAIL对MI小鼠心肌纤维化的影响

03lncRNA-SAIL抑制心脏纤维化的机制

 

研究结果

1. SAIL在心脏成纤维细胞中的表达

 

为了了解SAIL在心脏纤维化中的作用,研究人员首先在体内和体外检查了其在纤维化刺激下的表达变化。通过检测心肌梗死(MI)和主动脉横向缩窄(TAC)诱导的纤维化心脏组织中SAIL的表达,以及使用TGF-β1、Ang II 或20% FBS处理24小时后心脏成纤维细胞中SAIL的表达,发现SAIL的表达降低(图1a-b)。此外,SAIL在心脏成纤维细胞(CFs)中比心肌细胞(CMs)和小鼠冠状动脉内皮细胞系(ECs)更丰富(图1c),并且在心脏中高于其他器官(图1d)。

治疗心脏纤维化新靶点

图1. SAIL在纤维化心脏组织和不同促纤维化处理的心脏成纤维细胞中的表达,SAIL在不同细胞和组织中的表达,以及SAIL在心脏成纤维细胞中的亚细胞定位。

 

2. SAIL在体外调节心脏成纤维细胞的胶原蛋白生成和增殖

 

为了探索SAIL在心脏纤维化中的功能,研究人员通过转染SAIL的过表达质粒和siRNA (silncRNA-SAIL),在心脏成纤维细胞(CF)中分别进行了SAIL的功能获得和功能缺失实验。进一步评估了SAIL对TGF-β1诱导的心脏成纤维细胞活化的影响。结果发现过表达SAIL抑制TGF-β1诱导的细胞活力增加、可溶性胶原产生增加、细胞增殖以及Col-1和Col-3表达的增加,而silncRNA-SAIL促进了心脏成纤维细胞上TGF-β1的活化。

治疗心脏纤维化的新靶点

图2.  SAIL过表达或敲低对心脏成纤维细胞的影响。

 

3. SAIL对MI小鼠体内心肌纤维化的影响

 

为了评估SAIL对体内心脏纤维化模型的影响,研究人员构建了过表达SAIL的腺病毒和silncRNA-SAIL的慢病毒,并在CFs中确定了SAIL和silncRNA-SAIL两种病毒载体的转染效率。根据获得的数据,注射SAIL过表达腺病毒7天后可建立MI模型,注射4周后可对效果进行评价。MI后心脏中SAIL的下调通过SAIL的过表达而恢复(图3a)。超声心动图参数显示,与MI组相比,SAIL(图3b-c)过表达后左心射血分数(EF)显著增加;Masson三色染色表明过表达SAIL可减少心肌梗死后的间质纤维化(图3d),同时降低Col-1和Col-3的mRNA和蛋白质表达(图3e-f)。

治疗心脏纤维化新靶点

图3. SAIL过表达对心肌梗死4周小鼠心脏纤维化的影响。

 

4. SAIL抑制心脏纤维化的机制

 

为了阐明SAIL的机制,研究人员使用RNA pull down-质谱的方法用来鉴定与SAIL相互作用的蛋白质,实验结果包含许多蛋白,其中就包括SAFB(scafold attachment factor B)。SAFB被证明参与基因的转录调控,因此,研究人员推测SAIL可能通过与SAFB互作干扰纤维化相关基因转录在其对心脏纤维化的调节中发挥作用。WB以及RNA免疫沉淀实验证实了这一点。

 

为了探索SAFB在调节SAIL功能中的作用,研究人员通过一系列的实验发现,SAIL与SAFB 的结合降低了SAFB和epb1的相互作用,epb1是调节基因转录的RNA 聚合酶II的最大亚基。在心脏纤维化过程中,SAIL表达量降低使得更多SAFB与rpb1的相互作用增加,从而导致纤维化相关基因的转录(图4)。

治疗心脏纤维化新靶点

图4. SAIL对心脏纤维化的调控示意图。Rpb1是RNA Pol II的最大亚基,调控纤维化相关基因的转录。

 

总结

总而言之,在这项研究中,研究人员鉴定了一种新的抗纤维化lncRNA-SAIL,在心脏中高表达,尤其是心脏成纤维细胞中。体外和体内实验都表明,lncRNA-SAIL能在生理或病理条件下抑制胶原蛋白的产生和心脏纤维化,来源于人的lncRNA-SAIL保守片段在人心脏成纤维细胞中也具有相同的效应。除此之外,lncRNA-SAIL可以通过SAFB介导的对纤维化相关基因的调控心肌纤维化进程。

 

这篇文章从表观遗传的角度阐释了一种心脏纤维化的机制,并指出SAFB基因和lncRNA-SAIL都可以作为治疗心脏纤维化非常有潜力的靶标。为心肌纤维化病理机制的阐明、新型治疗药物的研发及未来纤维化心脏疾病的临床防治,提供了重要的理论依据和新的策略。

 

通讯作者简介

潘振伟,药理学专家,青年长江学者。主要从事重大心脏疾病的发病与防治基础研究,在非编码RNA调控心脏疾病研究领域取得多项成果。在Circulation,Nature Communications,The Journal of Clinical Investigation,Hypertension等国际权威杂志发表SCI收录论文50余篇。主持国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划项目、教育部新世纪人才计划、黑龙江省杰出青年基金等课题20余项。获中国药理学会施维雅优秀青年工作者奖、中国药学会青年生物药物奖和黑龙江省青年科技奖标兵等荣誉称号。

 

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原文检索:

Luo S, Zhang M, Wu H, Ding X, Li D, Dong X, Hu X, Su S, Shang W, Wu J, Xiao H, Yang W, Zhang Q, Zhang J, Lu Y, Pan Z. SAIL: a new conserved anti-fibrotic lncRNA in the heart. Basic Res Cardiol. 2021 Mar 6;116(1):15. doi: 10.1007/s00395-021-00854-y. PMID: 33675440.

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