急性机械心脏卸载后缺血性心力衰竭非缺血远端心肌的蛋白质组学分析：ITIH1与MYOZ2作为机械负荷相关候选蛋白

《Journal of Molecular and Cellular Cardiology Plus》：Proteomic profiling of non-ischemic myocardium following acute mechanical cardiac unloading in ischemic heart failure

非缺血性远端心肌（non-ischemic remote myocardium）中的蛋白质对心肌梗死（myocardial infarction, MI）发生主动应答，且若干候选蛋白质在临床相关心力衰竭（heart failure, HF）模型中亦表现出对心脏负荷（cardiac load）改变的反应。研究人员采用独特的猪心脏卸载（cardiac unloading）与超负荷（overloading）模型，研究心脏负荷状态如何影响心肌蛋白质组（myocardial proteome）。MYOZ2与ITIH1成为与机械负荷（mechanical load）相关的候选蛋白质。

研究背景：机械左心室卸载（left ventricular unloading）使用左心室辅助装置（left ventricular assist device, LVAD）可在部分重度左心室（left ventricular, LV）功能障碍患者中诱导逆向心脏重塑和功能改善。既往研究关注心肌恢复机制，涉及钙处理蛋白恢复、线粒体功能改善和细胞外基质（extracellular matrix, ECM）重塑。近年经皮LVAD可实现短期导管为基础的急性机械LV卸载，改善血流动力学，通过降低LV容量和压力缓解升高壁应力，并减少心肌氧耗、纠正心力衰竭（heart failure, HF）相关代谢紊乱；临床研究显示经皮LVAD支持改善心源性休克患者生存。然而，急性机械LV卸载相关心肌变化仍表征不足，主要因短期机械支持期间难以获取人心肌组织。更好理解急性机械LV卸载诱导的心肌适应，可能为优化该治疗策略提供新机会。研究人员假设LV心肌蛋白表达随心脏负荷条件改变而主动调节，且这些蛋白变化与急性LV卸载有益效应相关；为检验该假设，采用猪亚急性MI模型，对急性LV负荷改变后非缺血远端LV心肌进行蛋白质组分析，并纳入急性LV超负荷作为相反干预，以实现功能获得与功能缺失比较。

关键技术方法（不超过250字）：研究使用22只Yorkshire猪（Sus scrofa；8只雄性、14只雌性；40.0±7.3 kg）。其中10只行90 min左前降支球囊闭塞及再灌注，1周后随机进入卸载组（n=6，Impella CP最大支持2 h）或超负荷组（n=4，机械破坏主动脉瓣致中重度主动脉瓣反流（aortic regurgitation, AR））；另设仅MI组（n=6）和Sham组（n=6）。取非缺血远端LV心肌，每动物两技术重复，行液相色谱-串联质谱（liquid chromatography–tandem mass spectrometry, LC-MS/MS）蛋白质组分析，采用LIMMA moderated ANOVA及成对差异分析、功能富集和STRING分析；并用公共人扩张型心肌病（dilated cardiomyopathy, DCM）RNA-seq数据集GSE141910（非衰竭NF n=161，DCM n=161）分析ITIH1与MYOZ2转录。

研究结果：
3.1 全局蛋白质组分析揭示MI、超负荷和卸载间的差异蛋白表达：通过四组定量蛋白质组分析，共鉴定1713个蛋白，1552个纳入统计；四组LIMMA moderated ANOVA（Benjamini–Hochberg错误发现率，BH FDR<0.05）识别7个显著蛋白：A0A8W4FCZ3、ITIH4、MYOM1、LOC100153899、NID1、LOC396684和CP。成对比较火山图及按ANOVA排序前50蛋白的层次聚类显示Sham、MI、Overloading和Unloading组间存在不同表达模式；前50蛋白聚类仅用于描述性可视化，未作为统计显著性证据。结论为MI、超负荷和卸载状态下非缺血远端心肌蛋白表达存在差异，主要多重校正显著者为上述7个蛋白。

3.2 ANOVA显著蛋白的功能特征：通过功能富集和STRING分析7个显著蛋白，发现其功能主要关联ECM与蛋白酶调控，并涉及肌节和铁相关过程。分子功能中丝氨酸型内肽酶抑制剂活性显著富集（BH FDR=3.67×10^?5），并包括肽酶和酶抑制剂活性、铁氧化酶活性、层粘连蛋白-1结合（BH FDR=3.60×10^?3）、蛋白聚糖结合、胶原结合和ECM结构成分；细胞组分富集细胞外区域和嗜铬颗粒（BH FDR=8.90×10^?5）及M带定位（BH FDR=1.51×10^?2）；Reactome富集层粘连蛋白相互作用（BH FDR=3.58×10^?5）和ECM组织（BH FDR=3.46×10^?3）；KEGG富集铁死亡（BH FDR=1.12×10^?2）。STRING中7个蛋白有6个成功映射，网络含6个节点和3条边，蛋白-蛋白相互作用富集P=2.85×10^?6；ITIH4、LOC100153899和CP存在连接，MYOM1、NID1和LOC396684在所用阈值下未连接。在MI vs Sham中，ITIH4（log₂FC=2.94）、LOC100153899（log₂FC=2.13）、CP（log₂FC=2.12）和LOC396684（log₂FC=2.01）升高，A0A8W4FCZ3（log₂FC=?0.87）、MYOM1（log₂FC=?0.69）和NID1（log₂FC=?0.64）降低；A0A8W4FCZ3在Unloading vs Sham中降低（log₂FC=?0.920；BH FDR=0.0288），7个蛋白在Overloading vs Unloading中均未达到BH FDR<0.05。结论为显著蛋白表达变化异质，功能集中于ECM/蛋白酶调控及肌节和铁相关过程，仅部分蛋白形成功能连接。

3.3 探索性识别LV负荷相关候选蛋白：通过探索性筛选标准（ANOVA FDR<0.25且Overloading vs Unloading名义P<0.05），识别6个LV负荷相关候选蛋白：ITIH1、MYOZ2、FHL1、A0A8W4FC15、LOC100302368和A0A8W4F8U6，ANOVA FDR为0.141至0.226，Overloading vs Unloading名义P为0.0022至0.0324；ITIH1的LV负荷对比最大（|log₂FC|=2.88），其次为FHL1（|log₂FC|=2.00）。13个蛋白热图显示四组间异质丰度模式；疾病效应与LV负荷效应二维比较显示，ITIH1在MI vs Sham中log₂FC=1.46、Overloading vs Unloading中log₂FC=2.88，MYOZ2分别为0.35和0.47；ITIH1和MYOZ2的Overloading vs Unloading比较名义显著（P=0.0022和P=0.0037）。在人DCM数据集GSE141910中，ITIH1转录在DCM较非衰竭心脏升高（P=0.0004），MYOZ2转录降低（P=0.0119）。结论为探索性分析识别出与LV负荷相关的候选蛋白，ITIH1和MYOZ2作为代表性候选，并在人DCM转录数据中呈相反疾病相关表达模式。

讨论总结：研究人员利用独特猪急性心脏负荷改变模型、每动物重复样本和稳健蛋白质组分析，表征缺血性HF中非缺血远端心肌的蛋白重塑。既往研究涉及长期LVAD支持患者蛋白变化，但尚无研究考察急性机械卸载影响；该研究结果显示2 h急性负荷改变引起的蛋白反应远小于MI影响，但探索性分析识别出LV负荷相关候选ITIH1和MYOZ2，为研究心脏负荷改变早期分子反应提供基础。鉴于经皮LVAD在临床心源性休克和HF治疗中使用增加，该研究为利用此类装置增强心肌保护和恢复的治疗探索提供新见解。MI相关蛋白变化与多心肌腔室重塑一致，MI vs Sham中观察到肌节组织、线粒体代谢、糖酵解和ECM成分相关蛋白变化；既往猪缺血/再灌注蛋白组亦显示心脏ECM广泛重塑，MYOM1下降与既往猪远端心肌缺血/再灌注早期短暂下降一致。7个显著蛋白进一步突出ECM和蛋白酶调控过程及肌节和铁相关功能，提示非缺血心肌早期重塑涉及细胞外、收缩和代谢腔室。探索分析中，MYOZ2（calsarcin-1）为Z盘相关蛋白，与钙调磷酸酶信号和肌节应激反应相关；ITIH1属于inter-α-trypsin inhibitor家族，涉及ECM稳定和组织重塑，提示反应中不同细胞外成分。独立人DCM转录数据支持ITIH1和MYOZ2在人类心脏疾病背景下的转化相关性。局限包括：蛋白质组分析在猪模型中进行且生物学重复有限；Overloading vs Unloading直接比较无蛋白达到BH FDR<0.05，6个LV负荷相关候选采用放宽探索标准，应视为假设生成；虽使用临床相关大动物LV组织和重复样本处理增强严谨性，但未在人心肌组织进行蛋白水平验证；卸载/超负荷时程较心源性休克临床应用短，较长时程卸载后心脏蛋白变化未获分析；因此结果为负荷改变后早期时间点快照，未来需研究卸载持续时间对心肌蛋白质组重塑的影响。

研究结论（翻译）：研究人员表征了非缺血远端心肌对MI和急性LV负荷改变的蛋白质组重塑。其独特分析框架识别出探索性负荷相关候选蛋白，可为进一步探索提供见解。