Notch2 突变致心脏疾病新机制：嘌呤代谢异常引发心肌病变

为探究 Hajdu–Cheney 综合征（HCS）相关心脏疾病机制，研究人员构建 hN2ICD-TgCM小鼠模型，发现 Notch2 激活通过干扰嘌呤代谢导致心脏肥大和舒张功能障碍，靶向该途径或为心衰治疗新策略。

　　在医学研究的神秘领域中，有一种罕见的遗传疾病 ——Hajdu–Cheney 综合征（HCS），它如同隐藏在人体基因深处的 “捣蛋鬼”，给患者带来诸多痛苦。HCS 由 Notch2 基因的功能获得性突变引起，许多患者不仅遭受着骨骼病变的折磨，还伴有先天性心脏疾病，像房间隔缺损、室间隔缺损以及动脉导管未闭等。这些心脏问题严重影响患者的生活质量，甚至危及生命。然而，一直以来，Notch2 突变导致心脏功能障碍的确切分子机制如同迷雾，困扰着科研人员。为了驱散这层迷雾，找到治疗相关心脏疾病的新方法，天津医科大学的研究人员勇敢地踏上了探索之旅。他们开展了一系列深入研究，相关成果发表在《Research》上，为该领域带来了新的曙光。

在这项研究中，研究人员运用了多种先进技术。其中，基因编辑技术发挥了关键作用，通过构建心肌细胞特异性表达人 Notch2 细胞内结构域（hN2ICD）的转基因小鼠（hN2ICD-Tg^CM）模型，模拟 HCS 患者的心脏缺陷情况。代谢组学技术则帮助研究人员分析心脏组织中的代谢物变化，探寻潜在的代谢异常机制。

研究结果令人瞩目。首先，CM 特异性过表达 hN2ICD 导致小鼠心脏肥大和舒张功能障碍。研究人员通过超声心动图检查发现，与对照组小鼠相比，hN2ICD-Tg^CM小鼠在出生 4 周和 8 周时，左心室射血分数（EF）和缩短分数（FS）相当，但左心室后壁厚度在收缩末期（LVPW;s）和舒张末期（LVPW;d）显著增加，E 波与 A 波（E/A）、E 波与 E′波（E/E′）的比值升高，心脏重量与体重的比值（HW/BW）增加，心肌细胞表面积增大，心脏胎儿基因如脑钠肽（BNP）和心房钠尿肽（ANP）的表达也明显升高，同时心脏出现更严重的纤维化，呈现出类似人类射血分数保留的心衰（HFpEF）的表型。

其次，hN2ICD 过表达通过破坏嘌呤代谢促进心肌细胞肥大。利用液相色谱 - 串联质谱（LC - MS/MS）进行的非靶向代谢组学分析显示，hN2ICD-Tg^CM小鼠心脏中的嘌呤代谢物肌苷 5′ - 单磷酸（IMP）显著减少。京都基因与基因组百科全书（KEGG）分析表明，差异表达的代谢物在嘌呤代谢途径中最为富集，靶向代谢组学分析进一步证实了 hN2ICD-Tg^CM小鼠心脏中 IMP 和腺苷 5′ - 单磷酸（AMP）水平的下降。稳定同位素示踪实验也表明，在过表达 hN2ICD 的人 AC16 心肌细胞中，由¹⁵N₂ - 谷氨酰胺产生的 IMP 和 AMP 减少。此外，腺病毒介导的 hN2ICD 过表达降低了培养的新生大鼠心室肌细胞（NRVMs）内的 IMP 和 AMP 生成，并导致心肌细胞肥大，而补充 AMP 可消除这种肥大诱导。

进一步研究发现，hN2ICD 通过抑制 ADSL 介导的 IMP 和 AMP 合成驱动心肌细胞肥大。ADSL 是嘌呤生物合成中的关键酶，催化琥珀酰 AICAR 转化为 AICAR 以及腺苷琥珀酸（S - AMP）转化为 AMP。RNA 测序分析显示，hN2ICD-Tg^CM小鼠心脏中 ADSL 的表达显著降低，这一结果在实时定量逆转录 PCR 和蛋白质免疫印迹分析中得到进一步验证。在培养的 NRVMs 中，过表达 hN2ICD 同样抑制 ADSL 表达，而强制表达 ADSL 可恢复细胞内 IMP 和 AMP 水平，减轻 hN2ICD 诱导的 ANP 和 BNP 表达升高。

深入探究其机制发现，N2ICD 通过 HES1 抑制 ADSL 转录。研究人员通过生物信息学预测和分析，发现 HES1 是 Notch 信号通路的下游靶基因，且是 ADSL 转录的抑制因子。在 hN2ICD-Tg^CM小鼠心脏和过表达 hN2ICD 的 AC16 心肌细胞中，HES1 的 mRNA 和蛋白质水平显著增加，同时 ADSL 表达下调。沉默 HES1 后，hN2ICD 过表达的 AC16 细胞中 ADSL 表达增加。双荧光素酶报告基因测定和染色质免疫沉淀 - 定量 PCR（ChIP - qPCR）表明，HES1 直接抑制 ADSL 转录并结合到 ADSL 启动子区域。

另外，hN2ICD 通过 AMPK/mTOR 通路促进心肌细胞肥大。由于 hN2ICD-Tg^CM小鼠心脏中 AMP 浓度降低，研究人员推测这可能导致 AMP 激活的蛋白激酶（AMPK）活性受损。实验结果显示，hN2ICD-Tg^CM心脏组织中 AMPK 活性显著降低，而哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）及其下游效应器 p70S6K 的活性显著增强。在培养的过表达 hN2ICD 的 NRVMs 中也观察到类似现象。使用 AMPK 激动剂 AICAR 处理可恢复 AMPK 活性，抑制 mTOR 活性，减轻 hN2ICD 驱动的 ANP 和 BNP 表达增加。

最后，给予 AICAR 可减轻 hN2ICD-Tg^CM小鼠的心脏肥大和功能障碍。对 4 周龄的 hN2ICD-Tg^CM小鼠给予 AICAR 处理 4 周后发现，AICAR 对 EF、FS 和心室收缩功能（LVID;d 和 LVID;s）无明显影响，但显著降低了心室壁厚度（LVPW;d 和 LVPW;s），改善了左心室舒张功能，减轻了心脏肥大，减少了心肌纤维化，同时增加了 AMPK 活性，抑制了 mTOR/p70S6K 信号通路。

研究还发现，Notch2 的功能获得性突变导致人类心肌细胞病理性肥大。在 HCS 患者中发现的 Notch2 外显子 34 的杂合移码突变（c.6426dupT），通过 CRISPR/Cas9 系统在 AC16 人心肌细胞中构建该突变模型后，发现突变导致 N2ICD 在细胞核中积累，细胞表现出与过表达 hN2ICD 的心肌细胞类似的表型，如 HES1 表达增强、ADSL 表达降低、细胞内 IMP 和 AMP 水平降低、AMPK 活性降低以及 ANP 和 BNP 表达升高。AICAR 处理同样可有效增加突变细胞中的 AMPK 活性，抑制 ANP 和 BNP 表达。

综合来看，该研究揭示了 Notch2 功能获得性突变通过破坏 ADSL 介导的 AMP 生物合成，导致心脏肥大和舒张功能障碍。这一发现为理解 HCS 相关心脏疾病的发病机制提供了新的视角，也为治疗心脏疾病开辟了新的方向，即靶向嘌呤核苷酸代谢可能是一种有吸引力的心力衰竭治疗策略。然而，研究人员也指出，还需要在其他临床前心脏功能障碍模型和精心设计的临床研究中进一步验证这些发现，以推动相关治疗方法从实验室走向临床实践，为患者带来真正的福音。