在雄性小鼠中，成纤维细胞Has2基因的表达限制了心肌梗死后急性心力衰竭的发生

《Physiological Reports》：Fibroblast Has2 limits acute heart failure following myocardial infarction in male mice

心脏纤维细胞特异性HAS2基因缺失加剧雄性小鼠心肌梗死急性期心脏功能障碍，但未影响心肌纤维化程度、心肌细胞肥大及毛细血管密度。性别差异研究显示，该效应在雄性中显著而雌性中不显著。透明质酸合成酶基因调控与急性心肌重构的关联机制有待进一步阐明。

　　心脏纤维母细胞在心肌梗死（MI）后的急性愈合过程中起着关键作用，它们不仅参与瘢痕形成，还参与心室重塑。在这一过程中，纤维母细胞通过分泌透明质酸（hyaluronan, HA）来调节细胞外基质（extracellular matrix, ECM）的组成，而HA的产生和功能在MI后的具体机制仍不明确。本研究旨在探讨纤维母细胞来源的HA是否对急性心室重塑具有重要影响，并评估其在不同性别中的作用差异。

### 研究背景

心肌梗死是一种严重的心脏疾病，其核心特征是心肌组织的坏死和随后的修复过程。在这个过程中，心脏纤维母细胞被激活，并在心脏组织中发挥重要作用。它们不仅分泌胶原蛋白，还分泌多种非胶原蛋白因子，包括HA。HA是纤维母细胞分泌的一种重要糖胺聚糖，其在组织修复和细胞信号传导中可能具有多方面的功能。虽然已有研究指出HA在全身范围内的作用，但其在心脏中的具体角色仍未完全阐明。

研究表明，HA主要由HAS2（一种编码HA合成酶的基因）介导。在心肌梗死后，HA在梗死区域及其周围显著积累，且这种积累可能与纤维母细胞的激活密切相关。然而，关于HA在心脏修复中的具体作用，尤其是其对急性心室重塑的影响，仍然缺乏深入探讨。本研究采用了一种特定于纤维母细胞的、可诱导的Has2基因敲除小鼠模型，以评估HA在MI后心室功能恢复中的作用。

### 研究方法

本研究使用的实验动物为C57BL6/J背景的雄性和雌性小鼠，年龄在10至16周之间。实验过程中，所有操作均遵循《国家卫生研究院动物护理与使用指南》的要求，并获得了大学路易斯维尔机构动物护理与使用委员会的批准。小鼠被分为两组：一组为纤维母细胞特异性Has2敲除小鼠（Has2^?/?），另一组为对照组（Has2^fl/fl），这些对照小鼠未被敲除Has2基因。

为了诱导Has2基因的敲除，研究者在小鼠接受MI手术前5天，通过连续5天的腹腔注射给予他莫昔芬（Tamoxifen），以激活Col1a2-Cre转基因，从而特异性地敲除纤维母细胞中的Has2基因。MI手术采用非再灌注模型，即在结扎左冠状动脉后，不进行再灌注，以模拟急性心肌梗死的病理状态。术后7天，所有小鼠均接受了超声心动图检查，以评估心脏功能的变化。

为了评估心脏功能，研究者使用了多种超声心动图参数，包括左心室收缩末期内径（LVID）、左心室前壁厚度（LVAW）、左心室后壁厚度（LVPW）、射血分数（EF）、每搏输出量（SV）和心输出量（CO）。此外，研究者还通过Picrosirius红染色和羟脯氨酸测定法评估了心脏的纤维化程度和胶原含量。同时，采用第二谐波生成（SHG）显微镜技术分析了胶原纤维的排列、直度和宽度，以评估胶原组织的结构特性。

为了进一步探讨HA的积累情况，研究者使用了HABP（Hyaluronan Binding Protein）染色法对心脏组织切片进行染色，并结合HA ELISA实验对整个心脏中的HA浓度进行定量分析。此外，为了评估心肌细胞的肥大情况，研究者使用了小麦凝集素（WGA）和异硫氰酸荧光素标记的Isolectin B4进行染色，并通过图像分析软件计算心肌细胞的横截面积。同时，研究者还进行了流式细胞术分析，以评估血液系统中不同免疫细胞（如T细胞、中性粒细胞等）的数量变化。

### 研究结果

研究结果表明，纤维母细胞来源的Has2基因敲除在雄性小鼠中显著影响了心脏功能。具体而言，在MI后7天，Has2^?/?雄性小鼠的心输出量和每搏输出量均显著低于对照组（Has2^fl/fl），这表明HA的缺乏可能对心脏的急性功能恢复产生了不利影响。然而，在雌性小鼠中并未观察到类似的功能变化，这提示性别可能在HA对心脏修复过程中的作用中扮演重要角色。

进一步分析显示，尽管Has2基因的缺失导致了HA的减少，但HA的减少并未显著影响心脏的纤维化程度或胶原组织的结构特性。例如，通过Picrosirius红染色和羟脯氨酸测定，研究者发现Has2^?/?小鼠的心脏纤维化程度与对照组无明显差异。同样，通过SHG显微镜观察胶原纤维的排列、直度和宽度，也未发现显著变化。此外，心肌细胞的横截面积和毛细血管密度在Has2^?/?和对照组之间也未出现明显差异。

然而，研究者发现，在Has2^?/?小鼠中，Has1基因的表达水平显著上升，这可能意味着Has1在某种程度上对Has2的缺失进行了“补偿”。但这种补偿并未体现在HA的总体产量上，说明Has1可能并未完全替代Has2的功能。此外，研究者还观察到，在Has2^?/?小鼠中，循环中的T细胞和中性粒细胞数量显著增加，尤其是在雌性小鼠中。这一发现可能表明，HA的缺失在某些免疫细胞的动员方面产生了影响，但这种影响在雄性小鼠中并不显著。

### 研究讨论

本研究的结果揭示了纤维母细胞来源的HA在急性心室重塑中的重要作用。尽管在雄性小鼠中观察到了心脏功能的显著下降，但这一现象并未伴随明显的纤维化或胶原结构变化，提示HA可能通过其他机制影响心脏功能。例如，HA可能通过调节细胞外基质的组织结构或与心肌细胞之间的相互作用，间接支持心脏的收缩功能。

值得注意的是，本研究发现Has2的缺失在雄性小鼠中导致了心脏功能的恶化，但在雌性小鼠中则未观察到类似效应。这一性别差异可能与激素、基因表达调控或免疫反应的不同有关。例如，雌性小鼠可能具有不同的免疫细胞动员机制，或其体内存在其他代偿性途径，使得Has2的缺失对心脏功能的影响较小。

此外，研究还发现，虽然Has2的缺失导致了HA的减少，但HA的减少并未直接影响胶原蛋白的沉积或纤维化程度，这可能意味着HA的作用不仅仅局限于胶原组织的构建，而是涉及更复杂的细胞信号传导过程。例如，HA可能通过与特定受体（如CD44、RHAMM等）结合，影响细胞的迁移、增殖或炎症反应。因此，HA在心肌修复中的作用可能需要更深入的分子机制研究。

### 研究局限性与未来方向

尽管本研究提供了重要的证据，但仍然存在一些局限性。首先，研究中使用的模型为非再灌注心肌梗死，这种模型可能与人类心肌梗死的病理特征存在差异。其次，研究中并未考虑小鼠在MI后可能存在的其他风险因素，如高血压或糖尿病，这些因素可能在人类中对心脏修复过程产生重要影响。此外，研究中使用的Cre驱动系统虽然能够特异性地敲除纤维母细胞中的Has2基因，但在MI后，部分未被敲除的纤维母细胞可能通过某种方式“补偿”了Has2缺失的影响，导致实验结果的不一致性。

未来的研究可以进一步探讨HA在心脏修复中的具体分子机制，尤其是在不同性别中的作用差异。此外，研究可以考虑使用更复杂的模型，如再灌注模型或结合其他病理条件（如高血压）进行实验，以更全面地理解HA在心肌修复中的作用。同时，HA与免疫细胞之间的相互作用机制也值得进一步研究，特别是其对炎症反应和组织修复的潜在影响。

### 结论

综上所述，本研究揭示了纤维母细胞来源的HA在急性心室重塑中的重要性，尤其是在雄性小鼠中。HA的缺乏导致了心脏功能的下降，但并未显著影响纤维化程度或胶原组织的结构。这一发现为理解心肌修复过程中的细胞外基质动态提供了新的视角，并提示HA可能通过非胶原途径支持心脏功能。然而，HA在雌性小鼠中的作用仍需进一步研究，以揭示性别差异的潜在机制。未来的研究可以结合更多的分子生物学手段和临床数据，以更全面地评估HA在心脏修复中的作用，并探索其在治疗心肌梗死后心力衰竭中的应用潜力。