微纤维相关蛋白4的缺失可减轻心力衰竭中的左心室重构和功能障碍

Deletion of Microfibrillar-Associated Protein 4 Attenuates Left Ventricular Remodeling and Dysfunction in Heart Failure

作者信息Hui-Bo Wang, Jian Yang, Wei Shuai, Jun Yang, Li-Bo Liu, Man Xu, Qi-Zhu Tang
PMID32856514
发布时间2020-09
DOI10.1161/JAHA.119.015307

实验完整度

包含体内动物模型(主动脉缩窄和异丙肾上腺素)和体外细胞实验(心脏成纤维细胞),并进行了功能验证(纤维化、心律失常)和机制验证(FAK及下游信号通路)。

主要模型

小鼠主动脉缩窄模型 小鼠异丙肾上腺素腹腔注射模型 新生大鼠心脏成纤维细胞 新生大鼠心肌细胞

重点核对

MFAP4敲除小鼠模型 主动脉缩窄手术致压力超负荷 异丙肾上腺素腹腔注射(50 mg/kg/天,持续14天) TGF-β刺激心脏成纤维细胞 FAK抑制剂PND-1186处理

摘要

背景:心脏重构如果负荷未解决,会使个体易患心力衰竭,而心力衰竭是全球发病率和死亡率不断上升的原因。心脏细胞外基质不仅提供结构支持,而且是心肌对各种生物力学应激和心力衰竭反应的核心方面。MFAP4(微纤维相关蛋白4)是位于细胞外基质中的整合素配体,其在心脏中的生物学功能仍知之甚少。在本研究中,我们旨在测试MFAP4在心脏重构中的作用。方法和结果:对MFAP4缺陷(MFAP4−/−)和野生型小鼠进行主动脉缩窄手术和异丙肾上腺素处理,以建立心脏重构模型。我们还评估了MFAP4对心脏肥大、纤维化和心脏电重构的功能影响。在压力超负荷和异丙肾上腺素诱导的动物心脏重构模型中,MFAP4的表达增加。在8周主动脉缩窄或2周腹腔注射异丙肾上腺素后,MFAP4−/−小鼠表现出比野生型小鼠更低的心脏纤维化水平和更少的心室心律失常。然而,对心肌细胞肥大没有显著影响。此外,在野生型假手术组和敲除假手术组之间,心脏纤维化严重程度、肥大或心室心律失常发生率没有显著差异。结论:这些发现首次证明MFAP4缺陷在8周主动脉缩窄或2周腹腔注射异丙肾上腺素后抑制心脏纤维化和心室心律失常,但不显著影响肥大反应。此外,在本研究中,MFAP4缺陷对假手术组的心脏纤维化、肥大或心室心律失常没有显著影响。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
MFAP4在心脏重构中的作用及其机制是什么?
核心机制
MFAP4通过激活FAK及其下游信号通路(PI3K-AKT和MEK1/2-ERK1/2)促进心脏纤维化和室性心律失常。
主要证据
在主动脉缩窄和异丙肾上腺素诱导的小鼠模型中,MFAP4缺失减轻了纤维化和室性心律失常,改善了心功能;在体外,MFAP4沉默抑制TGF-β诱导的成纤维细胞纤维化反应,而过表达则加重,且FAK抑制剂可阻断其促纤维化作用。
研究意义
MFAP4可能作为上游预防心脏重构和心力衰竭的新型治疗靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立心脏重构模型

诱导压力超负荷和神经激素刺激,模拟心脏重构的病理过程。

对小鼠进行主动脉缩窄手术或腹腔注射异丙肾上腺素,建立心脏重构模型。

2

评估心脏功能

检测MFAP4缺失对心脏结构和功能的影响。

利用超声心动图和压力-容积环系统评估左心室功能和血流动力学参数。

3

评估心脏肥大

检测MFAP4缺失对心肌肥大的影响。

测量心脏重量与体重比、心脏重量与胫骨长度比、心肌细胞横截面积,并检测肥大标志物(ANP、BNP、α-MHC、β-MHC)的mRNA和蛋白表达。

4

评估心脏纤维化

检测MFAP4缺失对心脏纤维化的影响。

通过天狼星红染色评估胶原沉积,检测纤维化标志物(α-SMA、Col1α、Col3、CTGF、纤维连接蛋白、TGF-β)的mRNA和蛋白表达。

5

评估电重构

检测MFAP4缺失对室性心律失常的影响。

记录体表心电图、Langendorff灌注心脏的单相动作电位,通过S1-S1刺激和爆发刺激诱发心律失常。

6

体外细胞实验验证机制

验证MFAP4在心脏成纤维细胞中的作用及FAK信号通路。

分离新生大鼠心脏成纤维细胞,用TGF-β、Ang II、苯肾上腺素刺激,或进行MFAP4沉默/过表达,检测纤维化标志物和FAK通路蛋白。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
MFAP4抗体Abcamab80319
TGF-β抗体Abcamab64715
α-SMA抗体Abcamab5694
连接蛋白43抗体Abcamab11370
GAPDH抗体Cell Signaling Technology2118
FAK抗体Cell Signaling Technology3285
磷酸化FAK抗体Cell Signaling Technology3283
磷酸化Smad2抗体Cell Signaling Technology3108s
磷酸化Smad3抗体Cell Signaling Technology8769
总Smad2抗体Cell Signaling Technology3103s
总Smad3抗体Cell Signaling Technology9513s
总ERK1/2抗体Cell Signaling Technology4695
磷酸化ERK1/2抗体Cell Signaling Technology4370P
总AKT抗体Cell Signaling Technology4691
磷酸化AKT抗体Cell Signaling Technology4060
总PI3K抗体Cell Signaling Technology4257
磷酸化PI3K抗体Cell Signaling Technology4228S
总MEK1/2抗体Cell Signaling Technology9122s
磷酸化MEK1/2抗体Cell Signaling Technology9154s
ANP抗体Santa Cruz Biotechnologysc-20158
β-MHC抗体Santa Cruz Biotechnologysc-53090
Col2a1抗体Santa Cruz Biotechnologysc-8781
Alexa Fluor 568标记山羊抗兔IgGInvitrogen--
BCA蛋白定量试剂盒Thermo Scientific23227
TRIzol试剂Invitrogen--
DAPI荧光染料InvitrogenS36939
Transcriptor第一链cDNA合成试剂盒Roche Diagnostics04896866001
LightCycler 480 SYBR Green I 预混液Roche Diagnostics04707516001
转化生长因子-βSigma-Aldrich--
MFAP4过表达腺病毒Obio Technology--
MFAP4敲低腺病毒Obio Technology--
对照敲低腺病毒Obio Technology--
MFAP4基因敲除小鼠Cyagen Biosciences Inc--
MyLab 30CV超声系统Esaote SpA--
MPVS-300信号调节器Millar Instruments--
压力容积导管 (SPR-839)Millar Instruments--
ECLIPSE 80i显微镜Nikon--
Image-Pro Plus 6.0软件Media Cybernetics--
DMEM/F12培养基GibcoC11995
胎牛血清Gibco10099
NanoDrop2000紫外分光光度计Thermo Fisher Scientific--
Langendorff灌流系统ADInstruments--
LabChart 7 Pro数据分析软件ADInstruments--
增强化学发光试剂Bio-Rad170-5061
Bio-Rad ChemiDoc XRS+成像系统Bio-Rad--
对照腺病毒 (pAdeno-EF1A(S)-NeonGreen-CMV-MCS-3FLAG)Obio Technology--
PND-1186 (VS-4718)----
溴脱氧尿苷----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
主动脉缩窄模型
主动脉缩窄程度、手术持续时间、小鼠品系、周龄
阅读提示:Methods: Aortic Banding Models
异丙肾上腺素模型
给药剂量、给药途径、持续时间
阅读提示:Methods: Neurohormonal Stimulation Models
心脏功能评估
麻醉方式、超声系统、测量参数
阅读提示:Methods: Echocardiography and Hemodynamic Evaluation
纤维化评估
染色方法、定量方法、切片厚度
阅读提示:Methods: Histological Analysis and Immunohistochemical Staining
电生理评估
灌流液成分、温度、灌注压、电极位置、刺激方案
阅读提示:Methods: Preparation of Langendorff-Perfused Hearts; Monophasic Action Potential Recording and Electrical Stimulation Protocol
体外成纤维细胞实验
细胞来源、培养条件、刺激物及浓度、腺病毒MOI、处理时间
阅读提示:Methods: Cell Culture; Figures 8