BMAL1-HIF2A 异二聚体调控心肌损伤昼夜节律：缺血性心脏病治疗新曙光

《Nature》：BMAL1–HIF2A heterodimer modulates circadian variations of myocardial injury

急性心肌梗死（MI）是全球范围内导致发病和死亡的主要原因之一，心肌梗死后心脏损伤的严重程度存在昼夜节律，但潜在分子机制不明。研究人员围绕 BMAL1-HIF2A 通路展开研究，发现其可调节心肌损伤的昼夜变化，这为缺血性心脏病治疗提供新方向。

　　在心血管疾病的研究领域，急性心肌梗死如同高悬在人类健康头顶的达摩克利斯之剑，是全球范围内导致发病和死亡的主要原因之一。临床研究发现，心肌梗死后心脏损伤的严重程度存在明显的昼夜节律，清晨发病的患者往往梗死面积更大、预后更差。然而，这种昼夜变化背后的分子机制却如同隐藏在迷雾之中，一直未被清晰揭示。这一知识空白不仅阻碍了对心血管疾病发病机制的深入理解，还使得临床治疗难以精准发力，影响了患者的治疗效果。

为了驱散这片迷雾，来自国外的研究人员勇挑重担，开展了一项极具意义的研究。他们聚焦于核心昼夜节律转录因子 BMAL1（Brain and Muscle ARNT-Like Protein 1）和缺氧诱导因子 2α（HIF2A，Hypoxia-Inducible Factor 2 Alpha），深入探究它们在心肌损伤昼夜变化中的作用机制。研究发现，BMAL1 与 HIF2A 形成转录活性异二聚体，以昼夜方式调节心肌损伤。这一发现犹如一道曙光，为理解心肌损伤的昼夜节律现象提供了关键线索，也为缺血性心脏病的治疗开辟了新的方向。该研究成果发表在《Nature》杂志上，引起了广泛关注。

研究人员在这项研究中运用了多种关键技术方法。在样本获取方面，他们收集了小鼠心肌缺血再灌注损伤（IRI）模型以及人类心脏手术患者的心脏组织样本。通过 RNA 测序（RNA-seq）技术分析基因表达谱，筛选出与心肌损伤昼夜变化相关的关键基因和通路。利用基因敲除技术构建了 Bmal1^loxP/loxP myosin-Cre⁺、Hif2a^loxP/loxP myosin-Cre⁺等多种基因敲除小鼠模型，深入探究相关基因的功能。此外，还借助共免疫沉淀（co-IP）、染色质免疫沉淀 - 定量 PCR（ChIP-qPCR）等技术，研究蛋白之间的相互作用以及蛋白与 DNA 的结合情况。运用冷冻电镜（cryo-EM）技术解析 BMAL1-HIF2A-DNA 复合物的结构，从分子层面揭示其作用机制。

下面来看具体的研究结果：

• 鉴定 BMAL1 为调节因子：研究人员通过对小鼠心肌 IRI 模型和人类心脏手术患者样本的 RNA-seq 分析，发现 BMAL1 靶基因在不同时间点表达存在差异，且 BMAL1 自身表达呈现反相模式，表明其参与调节心肌损伤的昼夜变化，这一结论在小鼠和人类样本中均得到验证。
• BMAL1 调节昼夜节律性心脏损伤：利用基因敲除小鼠模型，研究发现 Bmal1 缺失会导致小鼠心肌损伤的昼夜节律消失，ZT8 时内源性心脏保护作用减弱，心脏功能受损，证明了 BMAL1 在调节急性心肌损伤和长期预后的昼夜节律中起关键作用。
• BMAL1 与 HIF2A 在缺氧条件下相互作用：借助多种实验技术，研究人员发现 HIF2A 是 BMAL1 在人类左心室中最丰富表达的相互作用蛋白，在缺氧条件下，二者在细胞核内特异性直接结合，形成稳定的异二聚体。
• HIF2A 调节昼夜节律性心脏损伤：研究表明，HIF2A 蛋白水平在 ZT8 时显著稳定，与 BMAL1 表达模式相似。通过构建 Hif2a 基因敲除小鼠模型，发现其在 ZT8 时同样出现心脏损伤昼夜节律消失和内源性心脏保护作用减弱的现象，突出了 HIF2A 在调节昼夜节律性心肌损伤中的重要作用。
• BMAL1-HIF2A 驱动昼夜节律性 AREG 表达：重新分析已有的微阵列数据，发现 AREG（Amphiregulin）是 BMAL1-HIF2A 复合物的节律性靶基因，其表达在 ZT8 时达到高峰。多种实验证实，BMAL1-HIF2A 复合物可驱动缺血心脏中 AREG 的昼夜诱导。
• BMAL1-HIF2A 协同激活 AREG：研究人员通过实验证明，BMAL1-HIF2A 异二聚体能够识别并结合 AREG 启动子上的特定序列，且二者协同作用可增强 AREG 的转录活性，驱动其在缺氧时的节律性转录。
• Areg 敲低消除昼夜节律性损伤：Areg 基因敲除小鼠表现出心肌损伤昼夜节律消失和内源性心脏保护作用减弱的现象，且心肌细胞凋亡增加，表明 AREG 在调节白天依赖性心脏损伤中起重要作用。
• AREG 提供昼夜节律性心脏保护：通过外源性给予重组 AREG 或进行 Areg 基因递送，发现其可显著减少梗死面积、改善心脏功能，且在 ZT20 时效果更明显，为心肌损伤的治疗提供了新的潜在策略。
• 靶向 BMAL1 实现心脏保护：使用能增强昼夜节律的化合物 nobiletin（NOB）处理小鼠，发现其可通过激活 BMAL1，诱导 AREG 上调，从而减轻心肌损伤、改善心脏功能，且在 ZT20 时效果更佳。基因敲除实验证实，NOB 的心脏保护作用依赖于 BMAL1-HIF2A-AREG 通路。
• 激活 HIF2A 实现昼夜节律性保护：用 vadadustat 处理小鼠，可选择性稳定 HIF2A，减少梗死面积、改善心脏功能，且在 ZT8 时效果显著。机制研究表明，其保护作用依赖于 BMAL1-HIF2A-AREG 通路，为心肌损伤的治疗提供了新的时间依赖性干预策略。
• BMAL1 稳定 HIF2A 蛋白：研究发现，BMAL1 可通过减少 HIF2A 的泛素化介导的降解，延长其蛋白半衰期，从而稳定 HIF2A 蛋白，但不影响 HIF1A 蛋白稳定性，揭示了 BMAL1 调节 HIF2A 的新机制。
• BMAL1 不破坏 HIF2A-HIF1B 复合物：一系列实验表明，BMAL1 与 HIF2A 相互作用的同时，不会影响 HIF2A-HIF1B 复合物的形成和功能，强调了 BMAL1 在昼夜节律调节缺氧反应中的独特作用。
• BMAL1-HIF2A-DNA 的 cryo-EM 结构：研究人员通过 cryo-EM 技术解析了 BMAL1-HIF2A-DNA 复合物的结构，发现 BMAL1 与 HIF2A 结合时发生了显著的结构重排，为理解其调节靶基因的机制提供了结构基础。

在研究结论和讨论部分，研究人员指出，虽然他们的研究揭示了 BMAL1-HIF2A 异二聚体在调节心肌损伤昼夜节律中的关键作用，但仍存在一些未解决的问题。例如，BMAL1-HIF1A 相互作用在其他细胞中是否影响昼夜节律性心肌损伤，以及 BMAL1 调节 HIF2A 的具体机制等。尽管如此，该研究成果依然具有重要意义。它不仅为心肌损伤昼夜节律的调控机制提供了深入见解，还为缺血性心脏病的治疗开辟了新的方向。未来，基于昼夜节律的治疗策略有望成为改善患者预后的有效手段，为心血管疾病的防治带来新的希望。