NLGN3通过Gαi1/3-Akt通路促进心肌梗死后血管新生的机制研究

《Basic Research in Cardiology》：NLGN3 contributes to angiogenesis in myocardial infarction via activation of the Gαi1/3-Akt pathway

本研究针对心肌梗死(MI)后血管新生修复机制展开探索，发现神经突触蛋白Neuroligin-3(NLGN3)在MI患者血清及小鼠心脏组织中显著上调。通过内皮细胞特异性敲低、ADAM10抑制剂干预及Gαi1/3基因敲除模型，证实NLGN3通过激活Gαi1/3-PI3K-Akt-mTOR信号通路促进内皮细胞增殖与管腔形成，从而改善心脏功能、减少缺血损伤。该研究揭示了NLGN3-Gαi1/3轴作为MI治疗新靶点的临床潜力。

　　

心肌梗死是全球范围内导致死亡和残疾的主要原因之一，尽管医疗技术不断进步，但其治疗仍面临巨大挑战。当心肌因冠状动脉阻塞而缺血坏死时，心脏会启动复杂的修复机制，其中血管新生（Angiogenesis）是关键环节——新血管的形成能为缺血区域提供氧气和营养，挽救濒死的心肌细胞。然而，心肌梗死后的血管新生往往不足，导致心脏功能逐渐恶化，最终发展为心力衰竭。因此，探索促进血管新生的内在分子机制，寻找新的治疗靶点，成为心血管领域的重要研究方向。

近年来，科学家们发现一些原本在神经系统中发挥重要作用的蛋白质，在心血管修复过程中也扮演着关键角色。神经连接蛋白3（Neuroligin-3, NLGN3）就是其中之一。它属于突触后细胞粘附分子家族，主要参与调节突触的形成和功能。先前的研究表明，NLGN3在脑缺血损伤后能通过激活特定的信号通路促进神经保护作用。然而，NLGN3在心脏缺血损伤后究竟有何作用？它是否参与调控心肌梗死后的血管新生？这些问题尚未可知。

为了回答这些问题，研究人员在《Basic Research in Cardiology》上发表了题为“NLGN3 contributes to angiogenesis in myocardial infarction via activation of the Gαi1/3-Akt pathway”的研究论文。该研究团队发现，心肌梗死患者血清中的NLGN3水平显著升高，小鼠心肌梗死模型中也观察到心脏组织NLGN3表达上调。通过单细胞RNA测序分析，他们确定NLGN3主要位于心脏成纤维细胞和内皮细胞中。进一步的机制探索揭示，NLGN3通过激活Gαi1/3蛋白，进而启动PI3K-Akt-mTOR信号通路，促进内皮细胞增殖、迁移和管腔形成，从而增强心肌梗死后的血管新生，改善心脏功能。这一发现不仅深化了对心肌修复机制的理解，也为临床治疗心肌梗死提供了新的潜在靶点。

研究人员主要运用了以下关键技术：1) 构建心肌梗死小鼠模型（左冠状动脉永久结扎术）；2) 利用内皮细胞特异性启动子（Tie1）介导的腺相关病毒（AAV9）进行基因敲低和过表达；3) 通过单细胞/单核RNA测序（scRNA-seq/snRNA-seq）分析细胞类型特异性表达；4) 采用蛋白质免疫印迹、免疫共沉淀和免疫荧光等技术进行蛋白表达与相互作用验证；5) 使用离体细胞模型（人冠状动脉内皮细胞HCAEC、人脐静脉内皮细胞HUVEC及原代小鼠心脏内皮细胞）进行功能实验（EdU增殖、Transwell迁移、小管形成实验等）；6) 通过 echocardiography 评估心脏功能，并采用TTC染色、Masson/Sirius red染色进行组织学分析。

动态表达 of NLGN3 after infarction

研究发现，心肌梗死患者发病第7天血清NLGN3水平显著高于对照组。小鼠心肌梗死模型中，心脏组织NLGN3的mRNA和蛋白表达在术后早期（1-7天）明显上调，第7天达到峰值。单细胞转录组分析显示，NLGN3在心脏多种细胞中均有表达，其中以成纤维细胞和内皮细胞最为富集。基因富集分析提示，NLGN3共表达基因显著富集于“血管新生”和“细胞增殖”等生物学过程，以及PI3K-Akt信号通路。原代细胞Western blot结果进一步证实，梗死主要上调了内皮细胞中的NLGN3蛋白表达。

Silencing of NLGN3 in ECs impedes cardiac function and repair after myocardial infarction and reduces angiogenesis

为探讨NLGN3在体内的功能，研究者构建了内皮细胞特异性敲低NLGN3的小鼠模型（通过AAV9-TIE1-shNLGN3病毒）。结果显示，敲低NLGN3显著加重了心肌梗死后的心功能不全，扩大了缺血面积，并增强了细胞凋亡（cleaved caspase-3/9、PARP水平上升）。同时，心脏组织中CD31和vWF（血管内皮标志物）表达下降，血管密度减少，纤维化加重，心肌细胞肥大加剧。体外实验进一步证实，内皮细胞中敲低NLGN3会损害其成管能力。

Inhibition of NLGN3 cleavage by ADAM10 exacerbates ischemic heart injury in MI mice

NLGN3的分泌依赖于ADAM10（一种金属蛋白酶）的切割作用。研究人员使用ADAM10抑制剂GI254023X（ADAM10i）处理小鼠，发现抑制NLGN3切割后，小鼠心功能恶化，梗死面积增大，细胞凋亡增强，Akt信号激活受阻，血管新生受损。这些表型与内皮特异性敲低NLGN3的结果一致，说明ADAM10-NLGN3轴在心肌保护中起关键作用。

NLGN3 ameliorates hypoxia-induced apoptosis in cardiac ECs

在细胞层面，缺氧处理可诱导原代心脏内皮细胞凋亡，而外源性添加NLGN3能显著减轻缺氧引起的TUNEL阳性细胞增加和annexin V/PI凋亡率，抑制caspase-3/9和PARP的切割，表明NLGN3具有抗内皮细胞凋亡的作用。

Gαi1 and Gαi3 mediate NLGN3-induced activation of Akt signaling in ECs

机制上，NLGN3以浓度和时间依赖的方式激活Akt（Ser-473）、mTOR和S6的磷酸化。使用Akt抑制剂MK-2206或shAkt可阻断NLGN3诱导的下游信号。免疫共沉淀实验显示，NLGN3激活后，Gαi1/3与多种受体酪氨酸激酶（如VEGFR、EGFR、PDGFRα）发生相互作用。在Gαi1/3基因敲除（Gαi1/3-KO）的原代内皮细胞中，NLGN3无法激活Akt-mTOR通路，说明Gαi1/3是NLGN3信号转导的关键介质。

Gαi1/3 plays a key role in NLGN3-induced EC proliferation and tube formation

在人工改造的HCAEC和HUVEC中敲低Gαi1/3后，NLGN3促进细胞增殖、迁移、成管和出芽的作用被取消。这表明Gαi1/3是NLGN3调控血管生成行为的必要信号节点。

Gαi1 and Gαi3 deficiency negatively affects cardiac function, remodeling, and angiogenesis after myocardial infarction

在Gαi1/3全身性敲除（Gαi1/3-KO）小鼠中，心肌梗死导致心功能更差，梗死面积更大，纤维化更严重，血管新生明显受损（CD31+、vWF+血管密度下降），血管生成因子（如VEGF、FGF2等）表达上调幅度减小。内皮细胞特异性敲低Gαi1/3（Gαi1/3-cKD）也重现了上述血管新生缺陷，进一步确认了Gαi1/3在内皮细胞中的核心作用。

Gαi1 and Gαi3 deficiency are involved in early cardiac injury in mice with myocardial infarction

在心肌梗死早期（1-3天），Gαi1/3-KO小鼠表现出更大的缺血面积、更高的血清乳酸脱氢酶（LDH）水平、更多细胞凋亡和炎症细胞浸润。原代内皮细胞在缺氧条件下，Gαi1/3缺失加剧了细胞凋亡，说明Gαi1/3在早期缺血损伤中也发挥保护作用。

Overexpression of NLGN3 in ECs promotes post-MI cardiac function recovery and angiogenesis

相反，内皮细胞特异性过表达NLGN3能改善心功能，减少细胞凋亡，增强Akt信号激活，促进血管新生，减小梗死面积，减轻纤维化，从而整体提升心肌修复效果。

本研究系统阐明了NLGN3在心肌梗死后的保护作用及分子机制。NLGN3通过激活Gαi1/3-PI3K-Akt-mTOR信号通路，促进内皮细胞增殖、迁移和成管，增强血管新生，减少细胞凋亡，最终改善心脏功能与结构重塑。该研究不仅首次揭示了NLGN3在心血管领域的重要功能，也提出了靶向NLGN3-Gαi1/3信号轴作为心肌梗死治疗新策略的潜在价值。尽管存在NLGN3来源、动态变化机制及心肌细胞直接作用等尚待深入探索的问题，本研究无疑为心血管疾病的修复治疗提供了新的理论依据和实验基础。