野生型小鼠与儿茶酚胺能多态性室性心动过速小鼠模型心房室结中表达Cx3cr1的心脏巨噬细胞的比较研究

《Cardiovascular Pathology》：Comparative Investigation of Cx3cr1-Expressing Cardiac Macrophages in Atrioventricular Nodes of Wild-Type and Catecholaminergic Polymorphic Ventricular Tachycardia Mouse Model

本研究比较野生型和Calsequestrin2基因缺失小鼠心脏房室结区Cx3cr1+巨噬细胞分布及密度，发现突变体中巨噬细胞数量显著减少，提示其可能参与先天性心律失常CPVT的病理机制，为未来功能研究提供依据。

　　这项研究聚焦于心脏中的巨噬细胞（cardiac macrophages, cMΦ）在健康和患有先天性心律失常的模型中的分布与功能变化。研究团队通过比较野生型（wild-type, WT）小鼠和Calsequestrin2基因敲除（Casq2-/-）转基因模型的心脏组织，揭示了巨噬细胞在心脏传导系统中的潜在作用。研究的主要目标是探讨巨噬细胞是否参与先天性心律失常的发病机制，尤其是与心脏传导功能异常相关的病理过程。

心脏传导系统，特别是房室结（atrioventricular node, AV node），在维持正常的心脏节律中起着至关重要的作用。然而，关于巨噬细胞在此区域的具体分布及其对心脏功能的影响，此前的研究尚未完全阐明。随着对巨噬细胞在心血管疾病中作用的深入研究，科学家们发现这些细胞不仅参与免疫调节，还在心脏的结构和电生理功能调控中扮演重要角色。例如，巨噬细胞能够通过与心肌细胞（cardiomyocytes, CMs）的物理接触，影响其收缩力和电活动。此外，它们还参与心脏的修复和重塑过程，特别是在心肌梗死或缺血性损伤的情况下，骨髓来源的巨噬细胞会迁移到受损区域，帮助组织恢复。

在本研究中，研究人员使用了免疫荧光、Masson’s Trichrome染色和Hematoxylin-Eosin（H&E）染色等方法，对WT和Casq2-/-小鼠的心脏组织进行了详细分析。这些小鼠是研究先天性心律失常（特别是 catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia, CPVT）的常用模型。CPVT是一种与情绪压力、运动或某些药物相关的遗传性心律失常，其特点是在心脏的电活动异常下，导致突发性心脏死亡，总体死亡率高达30%-40%。CPVT的发病机制与多种基因突变有关，包括编码ryanodine受体钙释放通道的RYR2基因、编码triadin的TRDN基因、编码calmodulin蛋白的CALM1-3基因，以及编码calsequestrin-2的CASQ2基因。其中，Casq2是一种高容量钙结合蛋白，位于心肌细胞的肌浆网中，负责调控细胞内钙离子的动态平衡。在Casq2缺失的小鼠中，观察到心肌细胞内钙离子处理能力受损，导致异常的钙离子泄漏和释放，从而引发心律失常。

研究团队关注的是Cx3cr1（chemokine (C-X3-C motif) receptor-1）表达的巨噬细胞，这种巨噬细胞在胎儿期广泛存在于组织中，并在成年后仍然保持一定的表达水平。Cx3cr1在巨噬细胞的迁移和定位中起着关键作用，它通过识别特定的配体梯度，引导巨噬细胞在组织中的分布。此外，Cx3cr1还与巨噬细胞在心脏中的功能密切相关，其表达水平的变化可能影响心脏的电生理特性。因此，研究人员利用Cx3cr1-GFP/+报告小鼠株，对组织中的巨噬细胞进行追踪研究，以了解其在心脏发育和移植过程中的行为模式。

在研究过程中，研究人员首先通过心电图（electrocardiography, ECG）记录，验证了Casq2-/-小鼠作为CPVT模型的可靠性。ECG数据显示，这些小鼠在QRS波形和心律特征上与野生型小鼠存在显著差异，这进一步支持了它们在研究先天性心律失常中的应用价值。随后，研究人员对心脏组织进行了组织学分析，重点观察了Cx3cr1+巨噬细胞在AV结区域的分布情况。结果显示，Cx3cr1+巨噬细胞在AV结区域的密度明显高于其他心脏区域，并且与表达Hcn4（hyperpolarization activated cyclic nucleotide-gated potassium channel 4）的结点心肌细胞形成了密切的物理接触。

进一步的定量分析表明，Casq2-/-小鼠在AV结区域的Cx3cr1+巨噬细胞信号强度显著低于野生型小鼠。这一发现提示，Casq2缺失可能导致巨噬细胞在AV结区域的数量减少，进而影响其对心脏电生理功能的调控作用。由于巨噬细胞在维持心脏正常节律中的重要作用，其数量和分布的变化可能与心律失常的发生和发展有关。因此，这项研究为理解先天性心律失常的发病机制提供了新的视角，并为进一步的功能性研究奠定了基础。

此外，研究人员还探讨了巨噬细胞在心脏中的来源。在正常情况下，心脏中的巨噬细胞主要来源于组织驻留的前体，这些细胞在胎儿期由卵黄囊形成，并在成年后维持一定的数量。而在某些病理条件下，如缺血性损伤，巨噬细胞的来源可能会发生变化，骨髓来源的巨噬细胞会迁移到心脏组织，参与修复和重塑过程。这一现象在研究中也得到了验证，Casq2-/-小鼠的心脏组织中，观察到巨噬细胞的来源和分布发生了变化，特别是在AV结区域，巨噬细胞的密度明显减少。

研究团队还利用3D重建模型，对巨噬细胞与心肌细胞之间的相互作用进行了深入分析。结果显示，Cx3cr1+巨噬细胞在AV结区域与心肌细胞之间形成了紧密的物理接触，这种接触可能在调节心肌细胞的电活动和收缩力方面发挥重要作用。在Casq2-/-小鼠中，这种物理接触的频率和强度显著降低，这可能意味着巨噬细胞在维持心脏正常功能中的作用受到了影响。

研究的发现具有重要的临床意义。首先，它表明巨噬细胞在心脏传导系统中的分布和功能变化可能与心律失常的发生有关。其次，它揭示了Casq2缺失对巨噬细胞在心脏中的定位和功能的影响，这为理解CPVT的发病机制提供了新的线索。此外，研究还强调了巨噬细胞在心脏修复和重塑中的作用，特别是在缺血性损伤的背景下，巨噬细胞的来源和分布变化可能对心脏功能的恢复产生重要影响。

从更广泛的角度来看，这项研究为探索巨噬细胞在心血管疾病中的作用提供了重要的基础。随着对巨噬细胞在心脏中的功能的深入理解，科学家们可能能够开发出新的治疗策略，以调节巨噬细胞的分布和功能，从而预防或治疗心律失常。此外，这项研究也为进一步的功能性研究提供了方向，例如，探索巨噬细胞在心脏电生理功能中的具体作用机制，以及它们如何影响心肌细胞的活动和收缩力。

综上所述，这项研究通过系统分析野生型和Casq2缺失小鼠的心脏组织，揭示了巨噬细胞在心脏传导系统中的潜在作用。研究发现，Cx3cr1+巨噬细胞在AV结区域的密度和分布与心脏的正常功能密切相关，而在Casq2缺失的情况下，这些巨噬细胞的数量减少，可能对心律失常的发生和发展产生影响。这些结果不仅加深了对巨噬细胞在心脏中的功能的理解，也为未来的研究提供了重要的理论依据和实验方向。