Myocilin通过SLC3A2依赖的氧化还原失衡驱动心力衰竭中心肌细胞线粒体功能障碍

《Redox Biology》：Myocilin drives cardiomyocyte mitochondrial dysfunction via SLC3A2-dependent redox imbalance in heart failure

　　

心力衰竭（HF）仍然是全球发病率和死亡率的主要原因。HF进展的一个标志是伴随心肌细胞线粒体功能障碍的深刻代谢重塑。受损的线粒体氧化磷酸化、过量的活性氧（ROS）产生以及被破坏的氧化还原稳态共同驱动氧化损伤并损害线粒体完整性，最终导致收缩衰竭，而目前尚无可行的治疗策略。尽管线粒体功能障碍现已被认为是HF发病机制的核心驱动因素，但启动或放大这些缺陷的上游分子调控因子尚不完全清楚。在此，研究人员确定了myocilin是一种成纤维细胞来源的介质，可驱动HF中心肌细胞线粒体功能障碍和ROS产生。Myocilin在HF患者以及由横主动脉缩窄（TAC）和异丙肾上腺素（ISO）诱导的小鼠HF模型中持续上调，并且主要在心脏成纤维细胞中表达。使用雄性小鼠进行的体内研究表明，myocilin过表达加剧了心脏功能障碍和纤维化，而基因敲除则显著减轻了病理重塑。通过使用transwell系统和重组蛋白刺激，研究人员发现成纤维细胞来源的myocilin损害了心肌细胞的线粒体功能，表现为ATP产生减少、ROS增加和膜电位丧失。在机制上，myocilin直接与心肌细胞上的SLC3A2（与SLC7A11配对形成胱氨酸/谷氨酸反向转运体的重链）相互作用并促进其降解，从而损害胱氨酸摄取。这导致谷胱甘肽（GSH）耗竭和氧化还原失衡，随后触发心肌细胞中铁死亡相关的线粒体功能障碍。总之，这些发现确定了一个成纤维细胞-心肌细胞信号轴，其中myocilin破坏心肌细胞代谢稳态。靶向myocilin–SLC3A2通路可能代表HF的潜在治疗策略。

**论文解读文章**

**研究背景与问题**

心力衰竭（HF）是全球发病率和死亡率的主要原因，尽管药物和器械治疗已取得显著进展。HF进展的一个标志性特征是伴随心肌细胞线粒体功能障碍的深刻代谢重塑，这通常先于明显的收缩衰竭和结构重塑。受损的线粒体氧化磷酸化、过量的活性氧（ROS）产生以及被破坏的氧化还原稳态共同驱动氧化损伤，损害线粒体完整性，最终导致收缩衰竭。虽然线粒体功能障碍现已被公认为HF发病机制的核心驱动因素，但启动或放大这些缺陷的上游分子调控因子仍不完全清楚。以往的研究主要集中在心肌细胞内在通路，如丙酮酸-乳酸轴失调、DYRK1B-STAT3-PGC-1α轴等，但未充分考虑心脏微环境的影响。新近证据表明，细胞间对话，特别是心脏成纤维细胞（最丰富的非心肌细胞类型）分泌的旁分泌因子，可能在病理应激下调节心肌细胞功能。然而，成纤维细胞来源的分泌因子对心肌细胞线粒体功能障碍的具体贡献在很大程度上尚未探索。这一知识空白促使研究人员寻找HF中心肌细胞线粒体功能障碍的未知调控因子。

**研究内容与结论**

通过整合转录组学分析，研究人员发现myocilin（一种此前主要在青光眼和高眼压症中研究的糖蛋白）在衰竭心脏中持续上调，且主要来源于心脏成纤维细胞。利用体内功能获得和缺失实验，研究人员证实myocilin过表达加剧了TAC和ISO诱导的小鼠心脏功能障碍、心肌肥厚、纤维化和线粒体功能障碍，而基因敲除或成纤维细胞特异性敲低myocilin则显著减轻了病理重塑，保护了线粒体功能。在机制上，分泌型myocilin直接与心肌细胞膜上的SLC3A2（system xc^-的重链）相互作用，促进其蛋白降解，从而损害system xc^-介导的胱氨酸摄取，导致谷胱甘肽（GSH）合成减少、氧化还原失衡，并最终触发铁死亡相关的线粒体功能障碍。这些发现确定了一个成纤维细胞-心肌细胞信号轴，其中myocilin通过SLC3A2依赖的氧化还原失衡破坏心肌细胞代谢稳态，靶向myocilin–SLC3A2通路可能成为HF的潜在治疗策略。该论文发表在《Redox Biology》。

**主要关键技术方法**

研究人员使用了以下关键技术方法：整合分析来自人类扩张型心肌病（DCM）组织（GSE141910）和两种小鼠HF模型（TAC的GSE62689及内部ISO诱导模型）的转录组数据；构建Myoc基因敲除（Myoc-KO）小鼠及AAV9介导的基因过表达和成纤维细胞特异性敲低（AAV9-postn-shMyoc）模型；通过Langendorff系统分离成年小鼠原代心肌细胞和成纤维细胞，并建立transwell共培养系统；使用重组人myocilin蛋白（rh-Myocilin）刺激AC16人心肌细胞；采用Seahorse XF分析仪测量线粒体呼吸功能；通过TurboID邻近标记和质谱鉴定相互作用蛋白，并结合分子对接和免疫共沉淀验证；进行透射电镜观察线粒体超微结构。样本队列来源包括华中科技大学同济医学院附属同济医院招募的32例HF患者和38例非HF对照。

**研究结果**

**3.1 Myocilin在心力衰竭中持续上调并正相关于病理重塑**
通过整合转录组分析，研究人员发现MYOC是唯一在人类DCM、小鼠TAC和ISO模型中均一致上调的基因。qPCR和Western blot验证了myocilin在TAC和ISO小鼠心脏中的mRNA和蛋白水平升高。血浆myocilin水平与NT-proBNP正相关，与左心室射血分数（EF）负相关，且在男性和女性受试者中均显著升高。

**3.2 Myocilin过表达加剧TAC和ISO诱导的心脏重塑和线粒体功能障碍**
AAV9介导的myocilin过表达显著加重了TAC和ISO小鼠的心功能不全（EF、FS降低，E/e'升高）、心肌肥厚（HW/BW、HW/TL增加，WGA染色显示细胞横截面积增大）和纤维化（Masson染色示胶原沉积增加，纤维化标志物上调）。同时，心脏ATP含量降低，电镜显示线粒体面积减小、嵴密度降低，DHE染色示ROS积累增加。

**3.3 基因敲除myocilin对TAC和ISO诱导的心力衰竭具有广泛的心脏保护作用**
Myoc-KO小鼠在TAC和ISO应激下，与野生型同窝小鼠相比，EF、FS和E/e'显著改善，心肌肥厚和纤维化减轻，ATP含量维持，线粒体超微结构保存，ROS积累减少。

**3.4 Myocilin主要在心脏成纤维细胞中表达，但不驱动成纤维细胞向肌成纤维细胞转化**
人心脏单细胞RNA测序（scRNA-seq）显示MYOC主要在成纤维细胞簇中富集，在DCM中上调。免疫荧光共定位证实myocilin与成纤维细胞标志物Vimentin共定位，而非心肌细胞标志物α-actinin。Western blot显示myocilin在成年小鼠心脏成纤维细胞（AMCF）中蛋白水平远高于心肌细胞。ISO刺激可诱导myocilin分泌。过表达myocilin不改变胶原I和α-SMA表达，但促进成纤维细胞增殖。

**3.5 成纤维细胞来源的myocilin通过旁分泌信号直接损害心肌细胞线粒体功能**
Transwell共培养实验表明，与WT AMCF共培养的AMCM在ISO刺激下氧化磷酸化（OXPHOS）基因表达下调，而Myoc-KO AMCF则无此效应。重组myocilin直接处理AC16细胞导致ATP减少、OXPHOS复合物亚基蛋白下调、Seahorse OCR参数（基础呼吸、ATP产生、最大呼吸、备用呼吸能力）降低、线粒体膜电位丧失（JC-1和TMRM荧光下降）以及线粒体超氧化物（MitoSOX）和总ROS（DCFH-DA）增加。

**3.6 成纤维细胞来源的myocilin敲低在压力超负荷心脏中维持氧化还原稳态并减轻线粒体功能障碍**
使用postn启动子驱动shRNA的AAV9（AAV9-postn-shMyoc）特异性敲低活化成纤维细胞中的myocilin，可显著改善TAC小鼠的心功能、减轻心肌肥厚和纤维化，并维持ATP水平、保护线粒体超微结构、减少ROS积累。

**3.7 Myocilin通过破坏胱氨酸摄取和谷胱甘肽合成损害心肌细胞线粒体功能和氧化还原稳态**
AC16细胞的RNA-seq分析显示，rh-Myocilin处理显著抑制氧化磷酸化和谷胱甘肽代谢通路，同时上调铁死亡通路。功能实验显示，rh-Myocilin降低细胞活力（被铁死亡抑制剂Fer-1部分挽救），降低GSH/GSSG比值和胱氨酸摄取，并增加脂质过氧化产物MDA。体内实验也证实myocilin过表达增加MDA并降低GPX4蛋白水平，而敲除或敲低myocilin则相反。

**3.8 Myocilin与SLC3A2相互作用并促进其蛋白降解**
TurboID邻近标记结合质谱鉴定出SLC3A2为myocilin的候选相互作用蛋白，分子对接预测了结合界面，免疫共沉淀（Co-IP）验证了二者的直接结合。Myocilin以翻译后方式降低SLC3A2蛋白水平而不影响其mRNA，放线菌酮（CHX）追踪实验表明myocilin加速SLC3A2蛋白降解。体内实验同样显示myocilin过表达降低SLC3A2蛋白，而敲低则增加其蛋白表达。

**讨论与结论**

本研究揭示myocilin是一个此前未识别的HF中心肌细胞线粒体功能障碍的调控因子。Myocilin主要来源于心脏成纤维细胞，通过旁分泌方式作用于心肌细胞，与SLC3A2直接结合并促进其降解，从而损害system xc^-功能，抑制胱氨酸摄取，导致GSH耗竭和氧化还原失衡，最终引发铁死亡相关的线粒体功能障碍。该研究首次将myocilin从青光眼相关蛋白扩展至心血管疾病领域，并建立了一个非心肌细胞来源的旁分泌信号调节心肌细胞代谢稳态的新机制。这种通过成纤维细胞-心肌细胞对话调控氧化还原的机制，不同于经典的心肌细胞自主通路，为HF治疗提供了新的潜在靶点——通过靶向成纤维细胞来源的myocilin或其与SLC3A2的相互作用，可能避免直接干扰心肌细胞功能。研究结论：本研究确定myocilin是一种成纤维细胞来源的旁分泌因子，通过SLC3A2依赖的胱氨酸转运和谷胱甘肽合成抑制，破坏心肌细胞氧化还原稳态。myocilin–SLC3A2轴代表了衰竭心脏中一种新的细胞间通讯机制，也是恢复线粒体功能和减轻HF进展的潜在治疗靶点。