Septin4通过钙调磷酸酶信号通路调控压力超负荷后心脏纤维化的机制研究

这篇研究揭示了Septin4（Sept4）在心脏纤维化中的关键作用，通过构建全身性和成纤维细胞特异性敲除小鼠模型，结合转录组、蛋白质组和力学分析，证实Sept4通过调控钙调磷酸酶（calcineurin）依赖性信号通路促进心脏成纤维细胞（CFBs）向肌成纤维细胞转化，从而驱动细胞外基质（ECM）重塑。该发现为靶向Sept4治疗压力超负荷相关心力衰竭提供了新策略。

　　

Septin4在心脏纤维化中的调控机制

背景

心脏损伤后，心室重构伴随心肌细胞凋亡和纤维化是心力衰竭发展的关键因素。小GTP酶Septin4（Sept4）此前被发现参与多器官再生与凋亡调控，但其在心脏应激反应中的作用尚不明确。

方法

研究采用10周龄野生型（WT）和Sept4全身性敲除小鼠，通过横向主动脉缩窄术（TAC）诱导心脏压力超负荷。利用成纤维细胞特异性条件性敲除模型（Tcf21-MerCreMer/+×Sept4^fl/fl）验证Sept4的细胞特异性功能。通过RNA测序、质谱分析、扫描电镜（SEM）和离体心脏力学测试等多维度手段评估表型。

结果

1. 1.

   Sept4表达特征

   Sept4在心脏中主要富集于内皮细胞（CD31⁺）和成纤维细胞（Vim⁺），而心肌细胞（troponin T⁺）中表达极低。单细胞RNA测序进一步证实其在成纤维细胞、平滑肌细胞和周细胞中的特异性分布。

2. 2.

   ECM重塑与力学特性

   Sept4敲除心脏表现出胶原（Col1a1/Col1a2）和交联酶LOX的mRNA及蛋白水平下降，SEM显示ECM纤维密度降低。力学测试揭示敲除心脏压缩模量降低，舒张功能改善（左室舒张末压LVEDP和等容舒张时间常数Tau显著下降）。

3. 3.

   压力超负荷保护效应

   TAC术后4周，WT小鼠出现射血分数（EF）下降、心室扩张（LVIDd/s增加）和肺淤血（肺重/体重比升高），而敲除小鼠心功能维持正常。组织学分析显示敲除组间质和血管周围纤维化（天狼星红染色）减少50%，αSMA⁺Vim⁺肌成纤维细胞活化受抑。

4. 4.

   分子机制

   体外实验证实，Sept4缺失的成纤维细胞对TGF-β刺激反应减弱：胶原分泌减少，CTGF和Postn mRNA诱导受阻。机制上，Sept4通过维持钙调磷酸酶（CnA）表达促进NFAT活化，而CnA抑制剂环孢素A可完全阻断WT成纤维细胞的肌成纤维细胞转化。腺病毒介导的CnA过表达能部分挽救敲除细胞的缺陷。

5. 5.

   成纤维细胞特异性验证

   条件性敲除模型显示，仅成纤维细胞缺失Sept4即可显著减轻TAC后的纤维化，且不改变SMAD2磷酸化水平，表明Sept4通过非经典TGF-β通路（calcineurin-NFAT轴）调控纤维化。

讨论

该研究首次阐明Sept4通过双重机制调控心脏纤维化：一方面作为ECM合成的直接调节因子，另一方面通过钙调磷酸酶依赖途径放大TGF-β信号。相较于广谱TGF-β抑制剂，靶向Sept4可能更具安全性，因其在稳态条件下对免疫和肿瘤发生的影响较小。未来需进一步探索Sept4聚合物结构（如GTP酶域）在纤维化中的精确调控作用。

创新性

发现Sept4是心脏特异性ECM重构的关键开关；揭示其通过calcineurin-NFAT通路调控肌成纤维细胞分化的新机制；为心力衰竭的精准抗纤维化治疗提供潜在靶点。