非肌肉α-肌动蛋白-4复合物通过调节肌节功能促进心脏重塑

《Circulation Research》：Non-Muscle α-Actinin-4 Couples Sarcomere Function to Cardiac Remodeling

心脏肌节中的非肌肉型α-肌动蛋白4（ACTN4）通过调控肌动蛋白交联和肌节稳定性影响心肌收缩力及结构重塑。ACTN4与ACTN2形成异源二聚体，抑制肌节蛋白周转并增强收缩力，其敲低导致细胞肥大和心室重构，在斑马鱼模型中表现为心室收缩力增加和心房扩大。人类ACTN4基因多态性与心衰 preserved射血分数风险降低相关，且在心肌病中表达水平变化与心脏结构改变一致。

　　心脏收缩肌节是心脏每次跳动所生成基本力量的核心结构。心脏肌细胞（CMs）会表达非肌肉版本的肌肉特异性收缩肌节蛋白，这些蛋白在收缩肌节功能或心脏生理中的作用尚不明确。本研究通过直接比较CMs中非肌肉细胞骨架蛋白与肌肉特异性对应蛋白的表达水平，结合小干扰RNA（siRNA）介导的敲低、过表达以及药理学扰动方法，研究了非肌肉蛋白ACTN4（α-actinin 4）在诱导多能干细胞来源的心肌细胞（hiCMs）中的功能和亚细胞定位。同时，在斑马鱼胚胎中评估了ACTN4缺乏或敲除对心脏结构功能的影响。在慢性压力超载的小鼠模型中，评估了左心室ACTN4水平的变化。通过BioVU生物库，测试了人类ACTN4基因变异与心力衰竭伴射血分数保留（HFpEF）之间的关联。还进行了关于人类心肌病室性数据集的元分析。

研究结果表明，人类CMs中的ACTN4表达水平与一些肌肉特异性基因（如MYH6）相当或更高。在人类、小鼠和斑马鱼的心室组织中，抗ACTN4抗体与抗ACTN2（α-actinin 2）在Z-盘共定位。共免疫沉淀和结构建模表明ACTN4与ACTN2可能形成Z-盘复合物。ACTN4在hiCMs中的缺乏导致了收缩肌节组装增加、收缩肌节成分周转减少、收缩力增强以及依赖收缩力的细胞肥大。ACTN4的过表达则抑制了收缩肌节的组装。在斑马鱼胚胎中，ACTN4的缺乏或敲除引发了心室超收缩和心房增大。选择性调节心室收缩力足以预防或模拟心房重塑。在小鼠中，actn4基因在左心室中因压力超载而上调，而actn2则未见显著变化。在人类中，14个ACTN4单核苷酸多态性（SNPs）中，有一个SNP与降低HFpEF风险相关，且预发表的研究表明，在某些人类心肌病中ACTN4在心室中的表达上调。

研究结论指出，非肌肉肌动蛋白ACTN4存在于心脏Z-盘中。ACTN4在CMs中调控收缩肌节的结构。ACTN4在细胞水平影响缩短率，并在组织水平影响收缩力。心室ACTN4水平的变化与重塑相关，并可能影响与心力衰竭相关的临床结果。

心脏的Z-盘是心脏肌肉中最小收缩单元——收缩肌节的锚定结构，并将与收缩相关的生物力学信号整合到组织水平的结构重塑中。我们发现，广泛表达的细胞骨架蛋白ACTN4在心脏Z-盘中存在，并影响心脏肌肉的收缩力。在分子层面，ACTN4可能与ACTN2形成异源二聚体复合物。ACTN4缺乏的收缩肌节表现出停滞的周转、升高的静息长度和增强的收缩力。ACTN4缺乏与细胞肥大和依赖收缩力的组织重塑相关。在小鼠模型中，actn4基因在左心室因压力超载而上调。在人类中，某些ACTN4基因变异可能与疾病风险降低有关。我们的研究揭示了ACTN4作为调节蛋白，在组织和稳定心脏收缩肌节中起中心机制作用，从而影响心脏整体的收缩功能。

研究进一步揭示了ACTN4在心脏功能调控中的重要作用。在斑马鱼胚胎中，ACTN4的缺乏或敲除导致心室收缩力增强和心房增大。通过药物干预，可以部分恢复这些表型，这表明ACTN4的缺乏与心室收缩力增加有关，而心室收缩力的增加可能触发心房的重塑。在小鼠中，actn4基因在压力超载后表达上调，而actn2则无显著变化。这表明在心脏重塑过程中，ACTN4的表达可能与actn2不同，因此需要进一步研究ACTN4在心脏重塑中的具体作用机制。

此外，研究还探讨了ACTN4在人类心肌病中的表达模式。通过BioVU生物库，研究人员分析了ACTN4基因变异与HFpEF的关联，发现一个ACTN4的SNP与降低HFpEF风险相关。这表明ACTN4可能在某些心肌病中发挥保护作用。在斑马鱼中，ACTN4的表达在心室中显著增加，这与心室的重塑相关。通过药物干预，可以部分恢复这些表型，进一步支持ACTN4在心脏重塑中的调控作用。

本研究的结果表明，ACTN4不仅在心脏Z-盘中存在，还可能通过调节收缩肌节的结构和功能，在心脏收缩力的调控中发挥关键作用。此外，ACTN4的表达变化可能与心脏重塑的病理生理过程相关，从而影响心力衰竭等疾病的临床结局。研究还指出，ACTN4的表达水平可能在不同的心肌病中表现出不同的变化，这提示ACTN4在心脏疾病中的作用可能因疾病类型而异。

研究还探讨了ACTN4在心脏收缩力调控中的具体机制。通过siRNA介导的ACTN4敲低，观察到收缩肌节组装增加、细胞肥大以及收缩力增强。ACTN4的过表达则抑制了这些效应。此外，ACTN4的缺乏与心室收缩力增加相关，这可能通过增加静息长度来实现。这些发现表明，ACTN4可能通过调节收缩肌节的结构和功能，影响心脏的整体收缩力。

在人类中，ACTN4的表达可能与某些心肌病的临床表现相关。通过分析BioVU数据，研究人员发现ACTN4的某些变异可能与降低HFpEF风险相关。这提示ACTN4可能在某些心肌病中具有保护作用。此外，研究还指出ACTN4在心室中的表达可能在某些心肌病中上调，这可能与心室的重塑有关。

综上所述，ACTN4在心脏Z-盘中存在，并通过调控收缩肌节的结构和功能，影响心脏的整体收缩力。其表达变化可能与心脏重塑相关，并可能影响心力衰竭等疾病的临床结局。这些发现不仅拓展了我们对心脏收缩机制的理解，还为未来的治疗策略提供了新的视角。