微管张力驱动LMNA心肌病核损伤的机制与治疗新靶点

本研究发现，在LMNA心肌病中，微管（MT）通过LINC复合物传递的机械应力是导致核损伤的关键病理驱动因素，而非传统的收缩应变耦合。破坏微管网络可有效保护核完整性、维持心脏功能并延长模型动物生存期，为治疗LMNA心肌病提供了新的靶点。

　　

Sarcomere–nuclear strain coupling in beating, adult cardiomyocytes

研究人员开发了一种新方法，首次在成年心肌细胞的电刺激搏动过程中定量评估肌小节与细胞核之间的应变耦合。他们结合了肌小节长度变化的实时测量和高时空分辨率的核变形成像。结果显示，在收缩周期中，肌小节的缩短和松弛与细胞核长度的变化紧密耦合，但核应变存在阻尼现象。例如，肌小节收缩产生11.4%的压缩应变时，核长度仅减少6.6%。通过绘制应变耦合图，可以量化收缩期和舒张期的应变阻尼程度。

令人惊讶的是，无论是急性破坏连接核骨架与细胞骨架的LINC复合物（通过AdV DN-KASH），还是解聚微管（使用秋水仙碱），对收缩诱导的核应变耦合均只有轻微影响。这表明心肌细胞核的变形主要由周围肌原纤维在收缩时对核的“挤压”驱动，而非完全依赖于通过LINC复合物的直接物理连接。LINC复合物破坏导致细胞核体积增大，而微管破坏则使核形态变得更加细长，这与微管提供的抗压张力减少一致。活体成像还观察到收缩期间围绕细胞核的微管笼发生弯曲，证明了收缩力通过微管笼传递到细胞核。

Cardiac-specific, in vivo LINC complex disruption protects from nuclear damage and cardiac dysfunction in LmnaN195K mice

为了探究细胞骨架力在核损伤中的作用，研究使用了携带致病性LmnaN195K突变的小鼠模型，该模型会发展为扩张型心肌病（DCM）和心力衰竭。通过在心肌细胞中特异性诱导表达显性负效的KASH结构域（csDN-KASH）来破坏LINC复合物，研究证实这一干预显著延长了LmnaN195K小鼠的寿命，改善了心脏收缩功能，并减少了心脏纤维化。

高分辨率成像显示，LmnaN195K心肌细胞核的核膜（NE）破裂（表现为染色质突出）发生率约为20%，且破裂点 exclusively 位于核的尖端。重要的是，体内LINC复合物破坏将核膜破裂的发生率降低至野生型水平。然而，与预期相反，LINC复合物破坏并未使LmnaN195K心肌细胞中增加的核应变恢复正常。

In vivo LINC complex disruption does not reduce nuclear strain during myocyte contraction

尽管LmnaN195K心肌细胞在收缩周期中的整合核应变增加了约30%，但LINC复合物破坏并不能挽救这种增加的应变。这一关键发现表明，LINC复合物破坏所带来的心脏保护作用并非通过减少收缩诱导的核应变这一假设机制实现，提示存在替代的保护机制。

In vivo LINC complex disruption eliminates the perinuclear MT cage

研究人员探索了LINC复合物破坏保护核完整性的替代机制。他们发现，无论是急性（AdV DN-KASH）还是慢性（csDN-KASH）的LINC复合物破坏，都几乎完全消除了环绕细胞核的致密微管笼。进一步分析揭示，核长宽比与核周微管富集程度之间存在双相关系：只有当微管笼富集度低于一定阈值时，核长宽比才与微管富集度呈负相关。LINC复合物破坏还导致了核周驱动蛋白-1（kinesin-1）的耗竭，这与之前报道的nesprin蛋白招募驱动蛋白至核周的作用一致。超分辨率成像显示，在LmnaN195K心肌细胞中，微管紧密地包围着核尖端突出的染色质，暗示微管力可能在此处造成局部应力集中，导致核损伤。

LmnaN195K mutant and lamin A/C-deficient cardiomyocytes have increased NE ruptures linked to perinuclear MTs**

为了直接测试微管在核损伤中的作用，研究利用了表达cGAS–tdTomato报告基因的LmnaN195K小鼠模型来标记核膜破裂事件。结果显示，LmnaN195K心肌细胞核周cGAS焦点数量显著增加，且主要位于核尖端。增加收缩负荷（异丙肾上腺素+电刺激）在短期内并未加剧核膜破裂，而用秋水仙碱破坏微管24小时则显著减少了核周cGAS焦点的数量。在人类诱导多能干细胞来源的心肌细胞（hiPSC-CMs）中敲低LMNA会导致DNA损伤标志物γH2A.X增加，而微管破坏同样能减轻这种DNA损伤。这些结果共同表明，减少微管力可以保护层粘连蛋白缺陷的心肌细胞免受核损伤。

MT disruption prevents nuclear damage and preserves cardiac function in mice with cardiac-specific Lmnadepletion

最后，研究在一种可诱导的心肌细胞特异性Lmna敲除（LmnacKO）小鼠模型中，测试了体内微管破坏的治疗潜力。与LmnaN195K模型一致，LmnacKO小鼠心肌细胞核尖端出现染色质突出的比例高达约40%。在诱导Lmna缺失的同时，给予递增剂量的秋水仙碱以破坏微管，结果发现秋水仙碱治疗完全保留了LmnacKO小鼠在22天时的心脏射血分数，防止了心腔扩张和肥大，减少了心脏纤维化，并延长了生存期。组织学分析证实，秋水仙碱处理降低了核周微管密度，并显著保护了心肌细胞核免受染色质突出等损伤。

Computational model of nuclear damage due to resting cytoskeletal forces

为了更深入地理解力学生物学机制，研究人员建立了一个有限元轴对称计算模型，模拟成熟心肌细胞在静息状态下的力学环境。该模型考虑了细胞核（包括核质和核膜/核纤层）、周围的微管笼以及肌原纤维（细胞质）。模拟结果显示，肌原纤维的成熟和排列在细胞径向对细胞核产生压缩，导致核在轴向上伸长。而微管笼则提供抵抗这种伸长的轴向压缩力。

模型预测，对于核纤层刚度降低的LMNA突变细胞，当微管笼的压缩应力超过临界值时，核尖端会出现不稳定性，最大主应力位置从核中部转移到核尖端。这种应力集中，结合核尖端高曲率处核纤层密度自然较低的特性，增加了核纤层出现间隙和核膜破裂的风险。模拟进一步表明，通过降低微管笼的应力和刚度（模拟LINC复合物破坏或微管解聚），可以消除这种不稳定性，使最大主应力重新分布到核中部，从而解释了实验观察到的保护效应。

综上所述，这项研究揭示了微管依赖的力传递是LMNA心肌病中核损伤的一个关键病理驱动因素。保护性干预（LINC复合物破坏或微管解聚）的作用机制并非通过解耦收缩应变，而是通过消除核周微管笼施加的局部压缩应力，特别是从脆弱的核尖端转移应力来实现的。这些发现将微管-核相互作用确立为LMNA心肌病一个有前景的治疗靶点。