射血分数保留的心力衰竭中的p53依赖性线粒体代偿

p53-Dependent Mitochondrial Compensation in Heart Failure With Preserved Ejection Fraction

作者信息Xiaonan Chen, Hao Lin, Weiyao Xiong, Jianan Pan, Shuying Huang, Shan Xu, Shufang He, Ming Lei, Alex Chia Yu Chang, Huili Zhang
PMID35656994
发布时间2022-06-07
DOI10.1161/JAHA.121.024582

实验完整度

包含WT、mTRG2/mTRG3及p53CKO多基因型动物模型,结合超声、组织学、RNA-seq、线粒体呼吸、蛋白印迹及离体心肌细胞功能等多层次验证,并有机体、细胞和分子水平的功能与机制验证。

主要模型

野生型C57BL/6J小鼠 第二代端粒酶RNA组分敲除小鼠 第三代端粒酶RNA组分敲除小鼠 心肌特异性p53敲除小鼠

重点核对

HFpEF诱导方案:60%高脂饮食联合0.5g/L L-NAME饮水 舒张功能障碍评估时间点:每2周超声心动图监测 p53剂量依赖性线粒体功能:2.5μmol/L vs 10μmol/L nutlin-3处理NMVMs 心肌特异性p53敲除延缓HFpEF发病至16周

摘要

背景:射血分数保留的心力衰竭(HFpEF)占心力衰竭患者的50%。临床上,HFpEF的患病率表现出年龄和性别偏向。尽管大多数HFpEF患者为老年人,但也出现了年轻患者。迫切需要更好地了解其潜在的致病机制。在此,我们旨在确定衰老在HFpEF发病机制中的作用。方法与结果:使用HFpEF饮食方案(高脂饮食+NG-硝基-L-精氨酸甲基酯盐酸盐)在野生型和端粒酶RNA敲除小鼠(第二代和第三代端粒酶RNA组分敲除)中诱导HFpEF,这是一种衰老小鼠模型。首先,雄性和雌性动物均同等程度地发展出HFpEF。其次,在所有HFpEF动物中,心脏壁增厚先于舒张功能障碍出现。第三,与野生型(8周)相比,第二代端粒酶RNA组分敲除(6周)和第三代端粒酶RNA组分敲除(4周)小鼠观察到HFpEF发病加速。第四,我们证明线粒体呼吸从代偿状态(基础呼吸正常但最大呼吸能力丧失)转变为功能障碍(基础呼吸和最大呼吸能力均丧失),并且这种转变以p53剂量依赖的方式进行。最后,使用心肌特异性p53敲除动物,我们证明p53激活的丧失延迟了HFpEF的发展。结论:在此我们证明p53激活在HFpEF的发病机制中发挥作用。我们显示,端粒缩短的动物表现出基础水平的p53激活,线粒体上调mtDNA编码的基因以代偿被阻断的线粒体生物发生,并且心肌p53的缺失延迟了高脂饮食+NG-硝基-L-精氨酸甲基酯盐酸盐攻击的小鼠模型中HFpEF的发病。

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
本研究旨在确定衰老(通过端粒缩短模拟)在HFpEF发病机制中的作用。
核心机制
端粒缩短导致的基础p53激活,通过抑制Pgc1α和Pgc1β,降低线粒体生物发生,引发线粒体代偿状态,最终促进HFpEF发病。
主要证据
mTRG2/mTRG3小鼠HFpEF发病提前,其心肌细胞p53水平升高、线粒体DNA拷贝数减少但代偿性转录增加,且nutlin-3处理的NMVMs表现类似表型,p53CKO动物延迟发病。
研究意义
研究提示限制p53激活或恢复线粒体生物发生的干预措施可能延缓HFpEF发病,为治疗提供新靶点。

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

HFpEF动物模型构建与表型评估

在WT和mTRKO小鼠中建立HFpEF模型,并比较不同基因型间的发病时间。

WT、mTRG2和mTRG3小鼠接受HFD+L-NAME饮食,通过超声心动图每2周评估心脏功能,监测舒张功能障碍发生时间。

2

心肌细胞分离与体外功能检测

评估HFpEF心肌细胞的收缩功能和线粒体功能。

Langendorff分离成年小鼠心室肌细胞,利用Ionoptix系统测量收缩,通过Seahorse测量OCR,使用Mitotracker染色评估线粒体量。

3

转录组与分子机制分析

分析HFpEF心肌细胞中的转录组变化,并验证p53-Pgc1α/β轴的作用。

对AMVMs进行RNA-seq,分析差异表达基因;通过免疫印迹检测p53、Pgc1α、Pgc1β蛋白水平;通过RT-qPCR检测mtDNA拷贝数和基因表达。

4

p53激活的剂量效应验证

验证不同水平的p53激活对线粒体功能和收缩功能的影响。

用2.5μmol/L和10μmol/L的nutlin-3处理NMVMs,检测收缩速度、线粒体量、线粒体呼吸和超微结构。

5

心肌特异性p53敲除验证

在体内验证p53在HFpEF发病中的必要性。

通过Myh6-Cre与p53f/f杂交产生p53CKO小鼠,接受HFpEF饮食,监测心脏功能、p53和线粒体相关指标。

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
NG-硝基-L-精氨酸甲基酯盐酸盐Sigma-Aldrich--
高脂饮食Jiangsu Xietong Pharmaceutical Co., Ltd--
常规饲料Jiangsu Xietong Pharmaceutical Co., Ltd--
VisualSonics Vevo 3100系统Visual Sonics, FUJIFILM--
MS400换能器Visual Sonics--
VevoStrain软件Visual Sonics--
CODA仪器Visitech system--
Masson三色染色试剂盒SolarbioG1343
小麦胚芽凝集素偶联Alexa Fluor 488----
抗α-心肌肌钙蛋白T抗体Abcam--
DAPI----
Leica SP8 STED 3X正置荧光显微镜Leica--
Zeiss LSM 880正置共聚焦荧光显微镜Zeiss--
ImarisOxford Instruments--
胰蛋白酶-EDTA溶液Beyotime BiotechnologyC0201
DMEM培养基Gibco12430054
胎牛血清Gibco10099-141
MitoTrackerInvitrogenM7514
Ionoptix HTCIonoptix--
层粘连蛋白SigmaL2020
II型胶原酶Gibco17104015
IV型胶原酶Gibco17101019
Trizol试剂Invitrogen15596-026
NEBNext® UltraTM RNA文库制备试剂盒NEB--
Illumina Novaseq测序平台Illumina--
Seahorse XFe96分析仪Agilent--
寡霉素----
FCCP----
鱼藤酮----
Philips CM-10透射电子显微镜FEI Italia--
HiScript Ⅱ逆转录试剂盒VazymeR201-01/02
基因组DNA提取试剂盒SolarbioD1700
Abi QuantStudioTM 6 Flex仪器Applied Biosystem--
RIPA裂解液Beyotime BiotechnologyP0013C
PVDF膜MilliporeIPVH00010
DifcoTM脱脂牛奶BD BiosciencesBD10610
抗Pgc1-α抗体(4A8)Santa Cruzsc-517380
抗Pgc1-β抗体(E-9)Santa Cruzsc-373771
抗γ-H2A.X抗体CST9718S
抗组蛋白H3抗体Abways TechnologyCY6587
抗p53抗体Proteintech10442-1-AP
抗DRP1抗体(D6C7)Cell Signaling Technology8570S
抗OPA1抗体(D6U6N)Cell Signaling Technology80471S
羊抗鼠IgG HRPProteintechSA00001-1
羊抗兔IgG HRPProteintechSA00001-2
Amersham Imager 600General Electric Company--
Nutlin-3----

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
动物模型构建
小鼠品系(WT, mTRG2, mTRG3, p53CKO)、年龄(8-12周)、性别、饮食(60%高脂饮食)、L-NAME浓度(0.5 g/L)、给药时间
阅读提示:Methods: Experimental Animals 部分
超声心动图评估
异氟烷麻醉浓度、心率控制范围(425-475 bpm)、采集切面、测量参数
阅读提示:Methods: Echocardiography and Doppler Imaging 部分
心肌细胞分离与功能检测
分离方法(Langendorff)、酶浓度、培养条件、起搏频率、检测系统
阅读提示:Methods: Langendorff Isolation 部分
线粒体呼吸测量
细胞接种密度、培养基成分、OCR测量试剂浓度(oligomycin, FCCP, rotenone/antimycin A)、技术重复数
阅读提示:Methods: Mitochondrial Respiration Measurement 部分
p53激活剂量效应
NMVMs处理浓度(2.5 μmol/L vs 10 μmol/L nutlin-3)、处理时间
阅读提示:Results: p53 Activation Results... 部分及图4说明