NEXN基因缺失通过破坏心肌细胞连接膜复合体结构和能量代谢导致扩张型心肌病的机制研究

本研究针对扩张型心肌病(DCM)治疗靶点匮乏的临床困境，通过CRISPR/Cas9基因编辑结合hiPSC-CMs分化技术构建NEXN基因敲除模型，首次揭示NEXN缺失通过破坏JMCs结构导致钙转运异常和线粒体功能障碍的分子机制，并筛选出左旋肉碱(LC)和SERCA2a激活剂(SA1)两种潜在治疗药物，为DCM精准治疗提供新策略。

　　

扩张型心肌病(DCM)作为心力衰竭的主要病因，以其高死亡率和有限治疗选择困扰着临床。尽管已知NEXN基因突变与DCM密切相关，但其致病机制始终成谜。更棘手的是，小鼠模型与人类患者表现出显著差异——NEXN杂合突变在人类会导致进行性DCM，在小鼠却安然无恙。这种"人鼠殊途"的困境，呼唤着更接近人类病理状态的研究模型。

北京大学第三医院心血管研究所的研究团队独辟蹊径，将CRISPR/Cas9基因编辑技术与人多能干细胞(hiPSCs)定向分化技术相结合，成功构建了NEXN基因纯合敲除的心肌细胞模型。这项发表在《Stem Cell Research》的研究首次揭示：NEXN蛋白是维持心肌细胞连接膜复合体(JMCs)结构和功能的关键组分，其缺失会引发钙信号紊乱和能量代谢危机，最终导致DCM特征性病理改变。

研究团队运用了四大关键技术：通过CRISPR/Cas9建立NEXN-/- hiPSCs模型；hiPSCs定向分化为心肌细胞(hiPSC-CMs)的技术；微电极阵列(MEA)检测兴奋-收缩耦联延迟(ECCD)；以及Seahorse能量代谢分析系统。这些技术的组合应用，为揭示NEXN缺失的致病机制提供了多维证据链。

【NEXN-/- hiPSC-CMs呈现肥大表型】
通过细胞骨架染色和电镜观察发现，NEXN敲除使心肌细胞表面积显著增大，呈现典型DCM样心肌肥大。但令人意外的是，肌节和Z盘结构保持完整，暗示NEXN可能通过非肌节依赖途径致病。RNA测序显示2656个基因表达异常，其中心肌病相关通路和能量代谢通路显著富集。

【NEXN缺陷导致收缩功能异常】
高分辨率数字成像分析显示，敲除组心肌细胞收缩幅度降低42%，峰值时间和舒张时间延长2倍以上。MEA检测更发现其ECCD从190ms延长至400ms，且离散度显著增加，首次证实NEXN缺失会导致兴奋-收缩耦联严重失调。

【JMC结构紊乱的分子基础】
电镜观察到肌膜-肌质网间距异常增宽。免疫共沉淀证实NEXN与junctophilin-2(JPH2)存在相互作用，敲除后JPH2表达减少且分布紊乱。Western blot显示钙处理蛋白SERCA2a表达显著降低，而CACNA1C异常升高，为钙转运障碍提供了分子解释。

【钙信号与能量代谢危机】
钙成像显示敲除组钙瞬变峰值降低35%，衰减时间延长3倍。线粒体功能检测更触目惊心：ROS水平激增2倍，基础呼吸和最大呼吸速率分别下降45%和53%，ATP产量锐减60%。电镜下可见线粒体嵴减少伴钙超载，完美诠释了"能量工厂"的瘫痪状态。

【药物筛选带来曙光】
研究团队测试了左旋肉碱(LC)和SERCA2a激活剂1(SA1)的干预效果。虽然两者未能修复JMCs结构，但SA1显著改善了ECCD，而LC使线粒体功能指标恢复近70%。这种"分而治之"的治疗策略，为精准干预DCM提供了新思路。

这项研究突破了动物模型局限性，首次在人类心肌细胞中阐明NEXN缺失通过破坏JMCs结构→钙转运紊乱→能量代谢障碍→细胞功能衰竭的级联反应机制。特别值得注意的是，研究者建立的hiPSC-CMs模型成功再现了人类DCM特异性表型，为其他"人鼠差异"显著的遗传性心脏病研究提供了范式。发现的LC和SA1联合治疗策略，有望改写DCM缺乏靶向药物的现状。该成果不仅深化了对DCM发病机制的认识，更开辟了基于hiPSCs的个性化药物筛选新途径。