Multi-omics 分析揭示囊泡运输和自噬在右心室重构中的潜在作用 —— 来自两种大鼠模型的研究

为探究右心室重构（RVR）发病机制，研究人员对 MCT 和 PAB 大鼠模型右心室心肌进行非靶向蛋白质组和代谢组分析。结果发现多个与囊泡运输、自噬等相关的分子和通路，这为 PAH 诱导的 RVR 治疗提供新方向。

　　在心血管疾病的研究领域中，右心室衰竭作为肺动脉高压（PAH）的严重后果，是影响患者预后的独立危险因素。而右心室重构（RVR）的发病机制却一直如同迷雾般未被完全揭开，这使得当前的治疗手段往往只能缓解症状，无法真正逆转右心室的结构重塑，导致 PAH 引发的 RVR 患者死亡率和致残率居高不下。

为了突破这一困境，来自北京协和医院心内科、中国医学科学院基础医学研究所等机构的研究人员，针对这一难题展开了深入研究。他们选择了两种常用的 RVR 大鼠模型 —— 单剂量野百合碱（MCT）诱导的 PAH 大鼠模型和肺动脉束扎（PAB）手术大鼠模型，通过对这两种模型右心室心肌的非靶向蛋白质组和代谢组进行分析，试图找出其中的关键分子和通路，从而为揭示 RVR 的发病机制提供新线索。该研究成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，构建动物模型，将 Sprague-Dawley（SD）大鼠分为 MCT 组、PAB 组及相应对照组，通过特定处理诱导 RVR。然后，运用蛋白质组学和代谢组学技术，利用液相色谱 - 串联质谱（LC-MS/MS）分析样本，鉴定差异表达的蛋白质（DEPs）和代谢物（DEMs）。同时，借助平行反应监测（PRM）分析和定量实时聚合酶链反应（qPCR）对结果进行验证。最后，运用生物信息学分析挖掘关键分子和通路。

下面来看具体的研究结果：

1. 右心室的结构和血流动力学重塑：在 MCT 注射 3 周和 PAB 手术 7 周后，两种模型的右心室收缩压（RVSP）显著升高，而右心室舒张末期压力（RVEDP）与对照组相比无变化。MCT 大鼠的 RVSP 上升更为明显，这与先前研究相符。同时，两种模型的右心室形态学指标（如 RVID、RVFW/BW 和 Fulton 指数）相当，且均出现心肌细胞肥大和心脏纤维化，但纤维化面积百分比和心肌细胞横截面积在两组间无差异。此外，代表右心室收缩功能的三尖瓣环平面收缩期位移（TAPSE）与对照组相比无统计学差异，表明两种模型大鼠均处于 RVR 的代偿阶段。
2. 蛋白质组学研究结果：在蛋白质组学分析中，通过数据非依赖采集（DIA）模式共鉴定出 2866 种蛋白质。主成分分析显示疾病特异性聚类，MCT 和 PAB 组与相应对照组明显分离。MCT 组和 PAB 组分别有 421 种和 160 种蛋白质表达差异显著。其中，25 种 DEPs 重叠，12 种变化方向相同。蛋白质 - 蛋白质相互作用网络显示，重叠蛋白质的主要注释关键词为磷酸化蛋白、乙酰化和脂肪酸代谢。一系列与心肌肥大相关的蛋白质，如 Filamin-C（Flnc）、RNA 结合蛋白 20 等在两组中均显著上调。进一步通过 PRM 验证，在 PAB - PRM 和 MCT - PRM 组分别验证了 6 种和 12 种 DEPs，结果与 DIA 一致。
3. 生物信息学分析结果：对 MCT 和 PAB 大鼠的 DEPs 进行基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路分析发现，重叠的 GO 术语主要涉及脂质、蛋白质和核酸代谢，表明 RVR 过程中心肌能量代谢发生显著变化。KEGG 分析显示，MCT 和 PAB 大鼠分别有 38 条和 18 条通路显著改变，共享通路包括肾上腺素能信号通路、5’ - 腺苷单磷酸激活蛋白激酶（AMPK）信号通路等。通过 IPA 软件分析发现，共享的显著变化主要涉及微管动力学、脂质代谢等过程，且 MCT 大鼠的细胞死亡过程（如凋亡和坏死）激活更为剧烈。同时，包括 EIF2 信号通路、微自噬信号通路等多个与自噬相关的通路在两组中均上调，其中微自噬信号通路在两种模型疾病过程中均显著上调（Z 评分 > 2）。对与囊泡运输和自噬相关的 4 种共享 DEPs 进行 qPCR 验证，结果与蛋白质组学数据趋势一致。
4. 代谢组学研究结果：代谢组学分析中，PAB 和 MCT 组分别量化了 1166 种和 2726 种代谢物，经筛选后分别有 1070 种和 2268 种用于进一步分析。主成分分析显示疾病组与正常对照组分离。PAB 组和 MCT 组分别有 250 种和 234 种代谢物为显著 DEMs，但两组无共享 DEMs。生物信息学分析表明，MCT 大鼠的 DEMs 与核黄素和 α - 亚麻酸代谢相关，PAB 大鼠的 DEMs 主要与精氨酸生物合成、精氨酸和脯氨酸代谢等相关。甘油磷脂代谢是 PAB 和 MCT 大鼠中唯一具有统计学显著改变的共同代谢途径。通过 Spearman 等级相关分析发现，在 PAB 模型中，硫胺素（维生素 B₁）和 Semilepidinoside A 与多个 DEPs 显著相关；在 MCT 模型中，Buxamine - E 和 LysoPC（20:1 (11Z)）与多个 DEPs 显著相关。

综合研究结果和讨论部分，该研究首次在蛋白质组和代谢组水平揭示了两种 RVR 模型中不同和共享的分子及通路。尽管共享的 DEPs 或 DEMs 有限，但发现了一系列与心肌重塑、线粒体功能障碍、细胞应激、代谢底物改变，尤其是囊泡运输和自噬相关的共同生物学过程和通路。这些发现为确定 RVR 的关键病理生理过程和调节分子提供了新线索，对开发 PAH 诱导的 RVR 新药物靶点和药物递送策略具有重要意义。不过，该研究也存在一定局限性，如两种模型的 RVSP 和 mPAP 因建模方法不同而存在差异，研究仅涉及适应性 RVR，且所观察到的分子和通路需进一步实验验证。未来研究可考虑对 RVR 失代偿期进行研究，并结合脂质组学和单细胞 RNA 测序等其他组学方法，进一步深入探索 RVR 的发病机制。