组蛋白去乙酰化酶6通过调节Wnt3a/GSK-3β信号传导控制心肌梗死后小鼠的心房纤维化和重塑

Histone Deacetylase 6 Controls Atrial Fibrosis and Remodeling in Postinfarction Mice Through the Modulation of Wnt3a/GSK-3β Signaling.

作者信息Shangzhi Shu, Junqiao Fang, Longguo Zhao, Jiatong Han, Meiping Zhang, Chaoqun Huang, Xian Wu Cheng, Shuyan Li
PMID40377174
期刊FASEB J
发布时间2025-05-31
DOI10.1096/fj.202500371R

实验完整度

包含HDAC6基因敲除小鼠和HDAC6抑制剂处理的体内模型,以及HL1细胞siRNA沉默/过表达和抑制剂处理的体外机制验证,涵盖功能、机制和药物干预多层验证。

主要模型

HDAC6基因敲除小鼠(HDAC6−/− C57BL/6)及野生型小鼠(HDAC6+/+) 左前降支冠状动脉结扎诱导的心肌梗死小鼠模型 HL1小鼠心房肌细胞系

重点核对

MI模型构建:8周龄小鼠,LAD结扎诱导MI,对照组为假手术 HDAC6基因敲除验证:琼脂糖凝胶电泳确认基因敲除,Western blot检测乙酰化α-微管蛋白水平 药物处理:TubA(15 mg/kg/天)和Dap(10 mg/kg/天)从MI后第1天至第14天给药 HL1细胞氧化应激模型:600 μM H2O2处理24小时 GSK3β抑制剂处理:5 μM SB216763(溶于DMSO)处理siRNA转染的细胞

摘要

心肌梗死(MI)引起的血流动力学紊乱常导致心房结构和电生理重塑。鉴于组蛋白去乙酰化酶6(HDAC6)在病理生物学中发挥重要作用,我们研究了MI诱导小鼠心房重塑的分子机制,特别关注HDAC6介导的Wnt3a/GSK3β信号激活。我们观察到MI后2周小鼠左心房中HDAC6表达上调,同时伴有心房增大、心房纤维化和炎症增加、心肌细胞肥大、线粒体生物发生受损、Wnt3a、GSK3β和β-连环蛋白水平升高,以及间隙连接CX43表达减少;这些改变被HDAC6缺失逆转。这种心房保护作用通过HDAC6抑制剂tubastatin A(TubA)抑制HDAC6得以模拟。在HL1小鼠心房肌细胞中,HDAC6沉默(或过表达)降低(或增加)Wnt3a和p-GSK3β蛋白水平,为HDAC6介导的Wnt3a/GSK3β信号激活在线粒体氧化应激产生和细胞焦亡中的作用提供了证据和机制解释。HDAC6与GSK3β形成复合物并转位至线粒体后,GSK3β竞争性结合TFAM与mtDNA,从而影响线粒体功能和ROS生成。SGLT2抑制剂达格列净通过抑制小鼠HDAC6信号表现出与TubA相当的功效。这些结果表明HDAC6在响应MI后应激的心房重塑中起重要作用,可能通过调节Wnt3a/GSK3β介导的线粒体氧化应激产生、焦亡和基质蛋白产生,并提示通过调节HDAC6活性预防MI后心房形态和电生理重塑的新治疗策略。

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
HDAC6在心肌梗死后心房重塑中的分子机制是什么?
核心机制
HDAC6激活Wnt3a/GSK3β信号通路,导致GSK3β磷酸化并与HDAC6结合后转位至线粒体,在线粒体中GSK3β与TFAM相互作用,竞争性减少TFAM与mtDNA的结合,降低mtDNA转录和稳定性,增加ROS产生,促进纤维化和炎症,最终导致心房重塑。
主要证据
在MI小鼠左心房中观察到HDAC6表达上调、Wnt3a/GSK3β信号激活、心房纤维化和扩大;HDAC6缺失逆转这些变化。在HL1细胞中,HDAC6沉默或过表达分别减少或增加Wnt3a和p-GSK3β水平,影响氧化应激和细胞焦亡。共免疫沉淀和免疫荧光证实HDAC6与GSK3β结合并转位至线粒体,GSK3β与TFAM相互作用。
研究意义
首次报道HDAC6抑制对梗死区远处重塑的有益作用,提示选择性HDAC6抑制剂可能对心肌梗死患者的心房纤维化和重塑具有潜在治疗价值。

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

建立小鼠心肌梗死模型及分组

模拟心肌梗死后心房重塑,评估HDAC6的作用。

对8周龄野生型(HDAC6+/+)和HDAC6敲除(HDAC6−/−)小鼠进行左前降支冠状动脉结扎或假手术,分为六组:HDAC6+/+ -Sham、HDAC6−/− -Sham、HDAC6+/+ -MI、HDAC6−/− -MI、MI-TubA、MI-Dap。TubA和Dap从MI后第1天至第14天给药。

2

评估心房结构和功能变化

检测MI后心房重塑的表型变化。

通过超声心动图、心电图、大体标本、WGA染色和Masson染色评估左心房直径、面积、重量/TL比、心肌细胞大小和纤维化程度。

3

检测分子表达和信号通路

验证HDAC6对Wnt3a/GSK3β信号通路、纤维化、炎症和线粒体生物发生相关蛋白的影响。

通过qPCR和Western blot检测LA组织中HDAC6、Wnt3a、β-catenin、p-GSK3β、NLRP3、CX43、PGC1α、TFAM、OPA1等表达。

4

评估氧化应激和炎症反应

检测HDAC6缺失对MI诱导的氧化应激和炎症的影响。

使用DHE染色检测ROS水平,ELISA检测血清IL-1β和IL-18,免疫荧光检测galectin-3阳性细胞浸润。

5

体外细胞实验验证HDAC6功能

在HL1细胞中验证HDAC6对氧化应激、焦亡和Wnt3a/GSK3β信号的影响。

使用siRNA沉默HDAC6或过表达HDAC6,并用H2O2诱导氧化应激,检测ROS(DCFH-DA和MitoSOX)、焦亡相关蛋白(NLRP3、cleaved-caspase1、cleaved-IL1β)、CX43和Wnt3a/GSK3β信号。

6

研究HDAC6与GSK3β的相互作用及线粒体转位

探讨HDAC6是否与GSK3β结合并转位至线粒体。

通过共免疫沉淀和免疫荧光检测HDAC6与GSK3β的结合,分离线粒体和胞质组分分析蛋白分布。

7

验证GSK3β与TFAM的相互作用及功能影响

阐明GSK3β在线粒体内与TFAM结合并影响mtDNA转录和稳定性的机制。

通过HDOCK预测分子对接,免疫共沉淀验证GSK3β与TFAM相互作用,Western blot检测TFAM和cGAS水平。

8

药物干预验证HDAC6抑制剂的治疗潜力

比较HDAC6抑制剂TubA和SGLT2抑制剂Dap对MI后心房重塑的作用。

对MI小鼠给予TubA或Dap治疗14天,评估心房重塑、纤维化、氧化应激和相关蛋白表达。

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
HDAC6基因敲除小鼠Shanghai Biomodel Organism Science & Technology Development Co.protocol 2022-W5-1109
HL1小鼠心房肌细胞Cellverse Bioscience TechnologyRRID: CVCL_0303
杜氏改良Eagle培养基Vivacell Biosciences--
胎牛血清Pricella--
Lipofectamine 3000转染试剂Thermo Fisher ScientificL3000015
SB216763MCE280744-09-4
Trizol试剂Invitrogen--
QuantiNova SYBR Green qPCR试剂盒Qiagen208252
RIPA裂解液Solarbio--
抗HDAC6抗体Cell Signaling Technology7612
抗磷酸化GSK-3α/β (Ser21/9)抗体Cell Signaling Technology9331
抗GSK-3α/β抗体Cell Signaling Technology5676
抗Wnt3a抗体Cell Signaling Technology2391
抗β-连环蛋白抗体Cell Signaling Technology8480
抗NLRP3抗体Cell Signaling Technology15101
抗caspase 1抗体Cell Signaling Technology24232
抗GAPDH抗体Cell Signaling Technology2118
抗TOM20抗体Cell Signaling Technology42406
抗α-SMA抗体Affinity BiosciencesAF1032
抗I型胶原抗体Abcamab260043
抗连接蛋白43抗体Proteintech26980-1-AP
抗cleaved-caspase 1抗体AffinityAF4005
抗IL-1β抗体Abcamab283818
抗TFAM抗体Proteintech22586-1-AP
PVDF膜Millipore--
IL-1β ELISA试剂盒ProteintechKE10003
IL-18 ELISA试剂盒ProteintechKE00193
二氢乙锭Yeasen38483-26-0
2',7'-二氯二氢荧光素二乙酸酯MCE4091-99-0
线粒体超氧化物指示剂Yeasen167095-09-2
线粒体示踪剂Yeasen201860-17-5
柠檬酸盐-EDTA抗原修复液Beyotime--
小鼠抗HDAC6抗体Proteintech67250-1-Ig
小鼠抗α-辅助动蛋白抗体Proteintech66895-1-Ig
兔单克隆抗半乳糖凝集素3抗体Abcamab76245
小鼠抗GSK3β抗体Proteintech22104-1-AP
Alexa Fluor 488或594标记二抗APExBIOK1204, K1214, K3306, K3305
Hoechst 33342/PI双染试剂盒SolarbioCA1120
蛋白A/G磁珠MedChemExpressHY-K0202
兔抗GSK3β抗体Cell Signaling Technology9315
IgG同型对照抗体Cell Signaling Technology3900
Masson三色染色SolarbioG1340
麦胚凝集素InvitrogenW11261
RNAlater溶液InvitrogenAM7020

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
动物模型建立
小鼠品系、性别、年龄、MI手术方法(LAD结扎)、分组
阅读提示:详见Methods 2.1和2.2
药物处理
TubA和Dap的剂量、给药途径、给药时间
阅读提示:详见Methods 2.2和Results 3.5
组织学和形态学分析
切片厚度、染色方法、定量方法(如ImageJ)
阅读提示:详见Methods 2.5
细胞培养和氧化应激模型
HL1细胞来源、培养条件、H2O2浓度和处理时间、转染方法
阅读提示:详见Methods 2.7和Results 3.6
信号通路和相互作用验证
抗体信息(HDAC6、GSK3β、TFAM)、免疫共沉淀条件、线粒体/胞质分离方法
阅读提示:详见Methods 2.9、2.12、2.13和2.14