MTSS1表达下调通过增加肌小节数量改善特定单基因扩张型心肌病的收缩功能

《JACC: Basic to Translational Science》：Reduced Expression of MTSS1 Increases Sarcomere Number and Improves Contractility in Select Forms of Monogenic DCM

本研究针对扩张型心肌病（DCM）缺乏直接改善收缩功能疗法的难题，通过多组学分析发现降低肌动蛋白结合蛋白MTSS1的表达可显著增加肌小节数量并增强心肌细胞收缩力。研究人员利用诱导多能干细胞来源的心肌细胞（iPSC-CM）和工程化心脏组织（EHT）模型，证实MTSS1 siRNA敲低在TTN、CSRP3和RBM20相关DCM中均能改善收缩功能，其机制可能与MTSS1通过相互作用蛋白MYO18A调控肌小节组装有关。该研究为遗传性DCM的精准治疗提供了新靶点。

　　

在心血管疾病领域，扩张型心肌病（Dilated Cardiomyopathy, DCM）如同一道难解的谜题。这种以心脏扩大和收缩功能减退为特征的心力衰竭类型，影响着全球近1/250的成年人。更令人困扰的是，约50%的病例具有遗传背景，其中肌联蛋白（Titin, TTN）基因突变更是占据了家族性DCM的25%。尽管现有药物可以缓解症状，但始终缺乏能够直接针对心肌细胞收缩功能缺陷的根治性疗法。

正是在这样的临床困境中，Tenaya Therapeutics的研究团队将目光投向了基因组学中一个引人注目的线索——MTSS1基因。这个最初在癌症研究中被发现的"转移抑制因子"，近年来通过全基因组关联研究（GWAS）被反复证实与心脏功能调控密切相关。特别令人振奋的是，人类遗传学数据显示，携带特定MTSS1基因变体（如rs12541595-T等位基因）的个体，其心脏中MTSS1表达水平较低，却表现出更好的心脏收缩功能和更低的心力衰竭风险。这种天然的"基因保护伞"现象，为治疗干预提供了迷人的方向。

为了揭开MTSS1在心肌细胞中的神秘面纱，研究团队开展了一项多层次的研究。他们首先在英国生物样本库（UK Biobank）中验证了遗传发现：在99名携带TTN致病突变的DCM患者中，同时拥有MTSS1低表达基因变异的个体，其心血管死亡或心脏移植的风险显著降低了71%。这一发现如同黑暗中的灯塔，指引着后续的实验探索。

研究人员随后构建了多种DCM的体外模型，包括TTN_A22353X基因编辑的诱导多能干细胞（iPSC）系，以及通过小干扰RNA（siRNA）敲低CSRP3、RBM20等DCM相关基因的疾病模型。通过高通量共聚焦显微镜和自主开发的图像分析算法Tamarack，团队能够精确量化肌小节的数量、长度和排列特征。更巧妙的是，他们训练随机森林（Random Forest）机器学习模型，将多维度的肌小节特征整合为能够区分健康与病变细胞的"概率评分"。

关键技术方法包括：利用英国生物样本库（UK Biobank）队列进行生存分析；通过CRISPR/Cas9基因编辑构建TTN_A22353X突变iPSC系；采用Wnt信号通路调控方案将iPSC分化为心室肌细胞；建立高通量定量显微镜平台分析肌小节特征；使用工程化心脏组织（EHT）评估收缩功能；通过蛋白质相互作用组学和转录组学探索分子机制。

人类遗传学研究发现，rs12541595-T等位基因与左心室MTSS1表达降低显著相关，在TTN致病突变携带者中，该等位基因与心血管死亡或心脏移植风险降低71%相关，提示MTSS1低表达对TTN DCM具有保护作用。

iPSC模型研究显示，siRNA敲低MTSS1能够显著改善TTN、CSRP3和RBM20相关DCM模型的肌小节表型。随机森林分类器分析表明，MTSS1敲低使病变细胞的分类概率向健康细胞方向偏移，特别是在TTN模型中效果最为显著（P = 2.9×10^-6）。

工程化心脏组织实验证实，MTSS1敲低在TTN_A22353X突变EHT中使抽搐力提升147%（P = 3.1×10^-13），在RBM20 S635F突变模型中甚至提升284%（P < 2×10^-16）。这种改善与MTSS1敲低程度呈剂量依赖性，且伴随收缩和舒张速度的同步提升。

机制探索发现MTSS1主要定位于心肌细胞的核周胞质区，与肌小节无显著共定位。蛋白质相互作用组学揭示MTSS1与肌球蛋白MYO18A、α-辅肌动蛋白（ACTN2）和肌动蛋白（ACTA2）存在直接相互作用。转录组分析显示MTSS1敲低上调了TTN（P = 4.9×10^-4）和MYH7（P = 2.9×10^-6）等肌小节相关基因，同时下调心衰标志物NPPA。

研究结论表明，MTSS1可能通过调控肌小节的生成或更新，在特定遗传形式的DCM中发挥负向调节作用。降低MTSS1表达为TTN、CSRP3和RBM20相关DCM提供了潜在的治疗策略。这项研究的创新之处在于将人类遗传学发现与精准的体外模型相结合，不仅验证了MTSS1作为治疗靶点的可行性，还为其他遗传性心脏病的靶点发现提供了方法论范例。

讨论部分强调，该研究凸显了人类遗传学在靶点选择和患者分层中的双重价值。虽然iPSC-CM模型无法完全模拟成人心脏的复杂性，且小鼠体内实验未能重现表型，但多层次证据链仍有力支持了主要结论。未来研究需要进一步探索MTSS1与蛋白磷酸酶2A（PPP2）复合物的相互作用及其在心脏生理中的多重调控作用。

这项发表于《JACC: Basic to Translational Science》的研究，成功搭建了从基因到表型的转化研究桥梁，为精准医学时代的心血管疾病治疗提供了新范式。通过量化细胞表型、验证功能改善、探索分子机制的系统性策略，研究者不仅揭示了MTSS1的新功能，更重要的是展示了一种可复制的药物靶点发现和验证路径，这对加速心血管创新疗法的开发具有重要意义。