AI驱动的桥粒动态定量评估平台鉴定pevonedistat为致心律失常性心肌病的潜在治疗候选药物

《Stem Cell Research & Therapy》：Evaluation of desmosome dynamics using iPS cell-derived cardiomyocytes identifies neddylation inhibitor as a modifier of relaxation in arrhythmogenic cardiomyopathy

摘要

背景

致心律失常性心肌病（ACM）是一种由桥粒单倍体不足引起的遗传性疾病，与心力衰竭和猝死相关。针对潜在分子机制的疾病修饰疗法仍然有限。此前已从一名携带杂合斑闭体蛋白 2（PKP2）致病变异并表达荧光标记桥粒芯糖蛋白 2（DSG2）用于实时桥粒成像的 ACM 患者身上生成了同源性诱导多能干细胞衍生心肌细胞（iPSC-CMs）。本研究旨在建立一个定量平台，以评估桥粒动态并识别 ACM 治疗的潜在候选疗法。

方法

在本研究中，建立了一个基于人工智能（AI）的评估系统，随后进行定量分析，以识别一种可恢复桥粒的候选化合物。使用运动向量分析评估功能效果。进行 RNA 测序并结合线性回归和基因集富集分析以探究分子机制。使用纳米纤维装置对齐的三维结构化 iPSC-CMs 用于评估胶原沉积。

结果

荧光标记的同源性 iPSC-CMs 重现了桥粒动态，且建立的 AI 算法根据其基因型区分了桥粒图像。经 AI 评估并结合桥粒动态定量分析，鉴定出了 pevonedistat，这是一种特异性类泛素化抑制剂，能在低于 50 nM 的浓度下恢复 DSG2 的面积和分布。运动向量分析显示，高剂量 pevonedistat 表现出毒性并降低收缩力，而低剂量 pevonedistat（50 nM）显著改善了松弛功能，且不影响 iPSC-CMs 的收缩力。转录组分析显示胶原相关基因呈剂量依赖性抑制，以及核因子红细胞 2 相关因子 2（NRF2）调控通路的激活。一致地，pevonedistat 处理显著抑制了结构化 iPSC-CMs 中的胶原沉积。

结论

这些发现表明，对桥粒动态的定量评估有助于识别 ACM 的治疗候选药物。pevonedistat 对类泛素化的抑制改善了心肌细胞松弛功能，其机制可能是通过恢复桥粒完整性、抑制纤维化以及激活 NRF2 信号通路。