《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular and Cell Biology of Lipids》：Impact of ventricular pressure load changes on cardiomyocyte proliferation: the role of ALDH2 and GRAF1
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Peng Cheng|Jieyun Wu|Xiaodan Hao|Lu Gan|Yi Zhou|Qiyong Li|Li Chen中国四川省成都市四川大学西华基础医学与法医学学院生理学系摘要心力衰竭是一种重大的临床难题，因其高死亡率而对健康构成严重威胁。成年哺乳动物心脏缺乏再生能
Peng Cheng|Jieyun Wu|Xiaodan Hao|Lu Gan|Yi Zhou|Qiyong Li|Li Chen
中国四川省成都市四川大学西华基础医学与法医学学院生理学系
摘要
心力衰竭是一种重大的临床难题，因其高死亡率而对健康构成严重威胁。成年哺乳动物心脏缺乏再生能力，这一问题一直是心力衰竭治疗中的核心挑战。我们之前的研究已发现ALDH2可调控心肌细胞增殖，而心室压力过载会显著影响心肌细胞的增殖能力。已有研究表明GRAF1是对心室压力负荷敏感的分子，但ALDH2和GRAF1在响应心室压力过载变化时调控心肌细胞增殖的机制尚未被阐明。压力过载后，心肌细胞增殖在术后第七天达到峰值，随后逐渐下降，这与左心室中ALDH2的表达和活性降低相一致。此外，压力过载还会显著降低左心室中GRAF1的表达。敲低GRAF1可增强原代心肌细胞的增殖能力，增加YAP向细胞核的转移，并降低p-YAP的表达。使用Verteporfin抑制YAP可显著逆转心肌细胞的增殖现象。解除心脏压力负荷后，心肌细胞增殖进一步增加，ALDH2的表达恢复到正常水平，其活性也得以恢复。然而，在解除心室压力负荷后，GRAF1的表达仍持续下降，这会促进YAP的表达及其向细胞核的转移，从而增强心肌细胞的增殖能力。在小鼠中，心室负荷条件的改变会导致心肌细胞增殖活性的动态变化，同时伴随ALDH2表达和活性的相应变化。这些结果表明，ALDH2以及GRAF1/YAP轴可能参与了心肌细胞增殖活性在心室负荷条件改变时的调节过程。
引言
由于心肌细胞无法有效再生，受损的心脏组织通常通过形成纤维化瘢痕来修复。虽然这一过程有助于维持心脏的结构完整性，但却无法恢复其功能，最终导致心力衰竭的发生[1]。因此，心血管疾病仍然是全球范围内导致死亡的主要原因[2]。持续性高血压和长期的压力过载是心力衰竭和突发性心脏死亡的重要风险因素[3]。心力衰竭的病理机制包括血流动力学异常、神经内分泌细胞因子系统的过度激活、生物能量缺陷、信号通路功能障碍以及钙平衡紊乱[4]。在短期心脏压力过载后，心脏会通过一系列适应性机制来应对升高的心室压力，其主要表现为心肌肥厚和心室壁增厚[5]。这种心肌肥厚的现象被认为是一种适应性反应，旨在通过增加心室壁的厚度来减轻其承受的压力，从而维持正常的心脏输出量。然而，长期的压力升高最终会导致心脏功能失代偿，进而引发心力衰竭。近期有研究表明，新生小鼠在经历主动脉横断术后会出现显著的心肌细胞增殖现象，但这种增殖反应似乎仅限于一定程度的压力过载情况。一旦心室压力超过某一阈值，心肌细胞的增殖就会受到抑制[6]。此外，新生小鼠进行主动脉横断术的时间也会影响心肌细胞的增殖情况[7]。同样，有证据表明，对于心力衰竭患者而言，使用左心室辅助装置来减轻左心室负荷可以促进左心室心肌细胞的增殖[8]。这些研究都表明，适度增加或减轻心室压力有利于促进心肌细胞的增殖。不过，心脏负荷变化如何诱导心肌细胞增殖的机制仍不清楚。先前的研究已经发现，小鼠的心脏压力过载会影响心肌中ALDH2的表达和活性[9]，而我们之前的研究也证实了ALDH2能够调控新生及出生后早期小鼠的心肌细胞增殖[10]。然而，目前尚不清楚ALDH2是否介导了心脏压力过载变化所引发的心肌细胞增殖反应。因此，心脏压力负荷、ALDH2与心肌细胞增殖之间的关系仍然不明确。
GRAF1（Rho GTP酶活化蛋白26，ARHGAP26）属于GTP酶活化蛋白家族，对Cdc42和RhoA具有特定的抑制作用。它的分子结构包含一个中央的GAP结构域、C端的SRC同源3结构域，以及N端的Bin/Amphiphysin/Rvs结构域和pleckstrin同源结构域。这些结构域在GAP蛋白和鸟苷核苷酸交换因子中都具有高度保守性[11]、[12]。SH3结构域能够与多种调控分子结合，从而调节ARHGAP26中GAP结构域的活性[13]。RhoA是调控细胞黏附和机械感应的关键分子[14]、[15]、[16]，它处于活性形式RhoA-GTP状态时，会被GAP结构域介导的GTP水解作用使其转化为无活性的RhoA-GDP形式，进而调控下游的信号传导通路[16]。先前的研究表明，通过表达Rho家族的GDP解离抑制剂Rho GDIα来抑制RhoA，会导致胚胎小鼠的心室发育受阻。这种抑制作用会提高心肌细胞中P21的表达水平，同时降低cyclin A的表达，这说明RhoA的抑制作用能够抑制心肌细胞的增殖[17]。此外，还有研究证明，在小鼠的早期发育阶段，RhoA的激活可以促进心肌细胞的增殖[18]。作为RhoA活性的关键调控因子，GRAF1主要通过促进RhoA-GTP的水解来降低RhoA的活性[11]。先前的研究已经发现，在心室压力过载模型中RhoA会被激活，它会促使YAP向细胞核转移，进而启动下游的基因转录过程，促进心肌细胞的增殖[19]、[20]。不过，目前还不清楚GRAF1是否参与了心肌细胞增殖的调控过程，也不清楚心室压力过载是否是通过GRAF1/RhoA/YAP信号轴来介导这一过程的。因此，本研究旨在探讨心室压力过载或负荷解除所引发的心肌细胞增殖变化是否受ALDH2和GRAF1的调控。
章节节选
实验动物
本研究中使用的KM小鼠购自四川大学实验动物中心。这些小鼠被饲养在SPF级环境中，温度维持在22–25℃，湿度也处于可控范围，同时可随时获取食物和水。出生后第1天和第2天的小鼠被用于原代心肌细胞的分离和培养。成年雄性KM小鼠首先被异氟烷麻醉，然后在胸骨右侧做一道纵向切口，随后小心分离胸腺以暴露
心室压力过载可诱导成年小鼠的心肌细胞增殖
为了探究不同程度和持续时间的心室压力过载对心肌细胞增殖的影响，我们在成年小鼠身上使用26G和27G针头进行主动脉弓缩窄操作，并在术后不同时间点检测心肌细胞的增殖情况（见图1A）。我们观察到，接受TAC-26G处理和TAC-27G处理的小鼠在手术后的死亡率存在差异（见图1B）。此外，在术后第7天、第14天和第21天，心脏重量与体重的比值
讨论
在结构性心脏病中，心室负荷的增加是引发心肌细胞基因表达改变和心脏重构的关键因素[27]、[28]。心室压力过载通常会导致心室壁增厚，这一现象可能是由心肌细胞肥厚和增殖共同作用导致的。先前的研究认为，成年哺乳动物的心肌细胞缺乏增殖能力，因此由压力过载引发的心室壁增厚主要是
结论
基于以上研究结果，我们认为在小鼠心室负荷条件改变的情况下，ALDH2与压力诱导的心肌细胞增殖能力变化之间存在关联。此外，GRAF1与压力过载后新生心脏及成年心脏中YAP的核定位以及心肌细胞的增殖能力相关，这表明GRAF1/YAP轴可能参与了心肌细胞增殖能力在各种条件下的调控过程
局限性
本研究存在一些局限性。首先，我们并未在成年小鼠身上开展针对ALDH2或GRAF1的功能获得或功能缺失实验，因此无法直接确定它们在心脏负荷条件改变时对心肌细胞增殖活性的影响。所以，关于ALDH2和GRAF1的结论主要是基于相关性观察得出的。其次，尽管本研究中使用了Dyclonine作为ALDH2的抑制剂，但其特异性并未得到充分验证
CRediT作者贡献说明
Peng Cheng：撰写——初稿、方法学、实验研究、正式分析、数据整理、概念构建。Jieyun Wu：监督、资源提供、方法学、实验研究、正式分析。Xiaodan Hao：监督、资源提供、方法学、数据整理。Lu Gan：监督、资源提供、方法学。Yi Zhou：监督、软件使用、资源提供、方法学。Qiyong Li：监督、资源提供、项目管理、方法学、资金获取、数据整理、概念构建。Li Chen：
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了四川省自然科学基金的资助（编号：2022NSFSC0702）。
