發(fā)現(xiàn)治療心肌梗死新靶點(diǎn)Scpep1的研究過程及小鼠模型在其中的應(yīng)用

心肌梗死（MI）是一種嚴(yán)重的缺血性心血管疾病，其發(fā)病率和死亡率在全球范圍內(nèi)呈上升趨勢(shì)。盡管再灌注策略和藥物治療顯著降低了患者的死亡率，但在心肌梗死后發(fā)生心力衰竭的風(fēng)險(xiǎn)仍然很高。因此，深入探究心肌梗死進(jìn)展的機(jī)制并尋找潛在治療策略迫在眉睫。

心肌梗死是一個(gè)復(fù)雜的過程，涉及到炎癥、心肌細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激、心臟纖維化和線粒體生物能受損。最近的研究更是強(qiáng)調(diào)了線粒體生物能在心肌梗死中的重要性。絲氨酸羧肽酶1（Scpep1）屬于溶酶體蛋白酶家族，近期的研究表明它參與了血管疾病，但在心臟疾病中的作用仍不清楚。

近日，廣東醫(yī)科大學(xué)、溫州醫(yī)科大學(xué)和首都醫(yī)科大學(xué)的研究人員深入探究了Scpep1在心肌梗死中的作用。他們發(fā)現(xiàn)，Scpep1升高會(huì)加速小鼠心肌梗死后的線粒體功能障礙以及心肌細(xì)胞凋亡，而靶向Scpep1的藥物有望改善心肌梗死誘發(fā)的心臟損傷。這項(xiàng)研究成果發(fā)表在《European Heart Journal》雜志上。

心肌梗死（MI）是一種嚴(yán)重的缺血性心血管疾病，其發(fā)病率和死亡率在全球范圍內(nèi)呈上升趨勢(shì)。盡管再灌注策略和藥物治療顯著降低了患者的死亡率，但在心肌梗死后發(fā)生心力衰竭的風(fēng)險(xiǎn)仍然很高。因此，深入探究心肌梗死進(jìn)展的機(jī)制并尋找潛在治療策略迫在眉睫。

心肌梗死是一個(gè)復(fù)雜的過程，涉及到炎癥、心肌細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激、心臟纖維化和線粒體生物能受損。最近的研究更是強(qiáng)調(diào)了線粒體生物能在心肌梗死中的重要性。絲氨酸羧肽酶1（Scpep1）屬于溶酶體蛋白酶家族，近期的研究表明它參與了血管疾病，但在心臟疾病中的作用仍不清楚。

近日，廣東醫(yī)科大學(xué)、溫州醫(yī)科大學(xué)和首都醫(yī)科大學(xué)的研究人員深入探究了Scpep1在心肌梗死中的作用。他們發(fā)現(xiàn)，Scpep1升高會(huì)加速小鼠心肌梗死后的線粒體功能障礙以及心肌細(xì)胞凋亡，而靶向Scpep1的藥物有望改善心肌梗死誘發(fā)的心臟損傷。這項(xiàng)研究成果發(fā)表在《European Heart Journal》雜志上。

研究材料與方法
在這項(xiàng)研究中，研究人員構(gòu)建了多種小鼠模型，包括Scpep1基因敲除小鼠、心肌細(xì)胞特異性的Scpep1基因敲降小鼠以及心臟特異性的Pex3基因敲除小鼠（由賽業(yè)生物提供）等。通過對(duì)這些小鼠進(jìn)行心肌梗死造模，他們?cè)u(píng)估了心臟功能，檢測(cè)了心臟組織中相關(guān)蛋白和基因表達(dá)。例如，利用超聲心動(dòng)圖測(cè)量左心室射血分?jǐn)?shù)（LVEF）和左心室短軸縮短率（LVFS）來評(píng)估心臟功能。在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)方面，他們分離了原代新生大鼠心室肌細(xì)胞（NRVM），將細(xì)胞暴露在缺氧或正常氧環(huán)境，檢測(cè)線粒體膜電位和耗氧率（OCR）等指標(biāo)，以探究Scpep1對(duì)線粒體功能的影響。

技術(shù)路線

通過蛋白質(zhì)組學(xué)等分析發(fā)現(xiàn)心肌梗死小鼠血清和心臟組織中的Scpep1水平升高
↓
在心肌梗死小鼠中評(píng)估Scpep1基因敲除或心臟特異性敲降
以及Scpep1過表達(dá)對(duì)心臟功能的影響
↓
利用蛋白質(zhì)組學(xué)分析揭示Scpep1的下游靶點(diǎn)，
并通過功能缺失和功能獲得策略進(jìn)行確認(rèn)
↓
評(píng)估心肌梗死患者血漿樣本和心臟組織中的Scpep1表達(dá)，
并分析藥物阻斷是否能防止心肌梗死誘導(dǎo)的心臟功能障礙和損傷

研究結(jié)果
Scpep1缺失可減輕心肌梗死誘導(dǎo)的心臟功能障礙
為了確定新的致病因子，研究人員首先對(duì)心肌梗死小鼠的新鮮血清進(jìn)行蛋白質(zhì)組分析。結(jié)果顯示，心肌梗死小鼠血清中的Scpep1水平顯著升高，且心臟組織（而非其他組織）中的Scpep1也升高。此外，Scpep1與心肌細(xì)胞（CMC）的標(biāo)志物TNNI3共定位，但不與成纖維細(xì)胞或內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志物共定位。這些結(jié)果表明，Scpep1可能與心肌梗死的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。

為了進(jìn)一步探索Scpep1在心肌梗死發(fā)病中的作用，研究人員構(gòu)建了Scpep1基因敲除（Scpep1^-/-）小鼠。與野生型對(duì)照相比，Scpep1的缺失明顯減輕了心肌梗死后的心臟功能障礙（圖1）。為了證實(shí)來源于CMC的Scpep1在心肌梗死中的作用，他們利用腺相關(guān)病毒載體AAV9-shSepepland（由賽業(yè)生物提供）生成了CMC特異性的Scpep1基因敲降模型（Scpep1^△heart小鼠）。

與Scpep1^-/-小鼠的結(jié)果一致，心臟特異性的Scpep1敲降能顯著緩解小鼠心肌梗死后的心臟功能障礙（圖1）。與對(duì)照組小鼠相比，Scpep1^△heart小鼠在心肌梗死14天后的梗死面積更小，且間質(zhì)纖維化更少。同時(shí)，Scpep1^△heart小鼠中的心肌細(xì)胞凋亡減少，抗凋亡因子Bcl-2水平升高。這些結(jié)果表明，Scpep1缺失可減輕心肌梗死誘導(dǎo)的心臟功能障礙和心肌細(xì)胞凋亡。相反，心臟特異性的Scpep1過表達(dá)則會(huì)加重這些不良影響，證實(shí)了Scpep1在心肌梗死中發(fā)揮重要作用。

圖1. Scpep1缺失或條件性敲降可改善小鼠心肌梗死后的左心室功能

Scpep1與Pex3結(jié)合導(dǎo)致線粒體分裂
接下來，研究人員探索了Scpep1在心肌梗死中發(fā)揮作用的潛在機(jī)制。他們利用蛋白質(zhì)組學(xué)分析鑒定了Scpep1^-/-小鼠和WT小鼠心肌梗死后差異表達(dá)的蛋白質(zhì)，發(fā)現(xiàn)它們明顯集中在線粒體代謝相關(guān)通路上。與對(duì)照組相比，心臟線粒體呼吸電子傳遞鏈（ETC）蛋白在Scpep1^-/-小鼠中廣泛上調(diào)。此外，Scpep1的缺失大大緩解了心肌梗死誘導(dǎo)的線粒體分裂，并改善了異常的心臟線粒體形態(tài)，而Scpep1過表達(dá)則逆轉(zhuǎn)了這些影響。這些數(shù)據(jù)表明，Scpep1缺失誘導(dǎo)的有益作用可能是通過減少線粒體分裂和增強(qiáng)線粒體生物產(chǎn)能來介導(dǎo)的。

在篩選Scpep1的潛在下游靶點(diǎn)時(shí)，研究人員將目光投向了PEX3，這種蛋白質(zhì)在調(diào)節(jié)線粒體功能方面發(fā)揮作用。他們發(fā)現(xiàn)，Pex3在心肌梗死患者和心肌梗死小鼠中明顯減少，而在Scpep1^-/-小鼠中則相反。免疫共沉淀分析顯示，Scpep1直接與小鼠心臟組織中的Pex3結(jié)合。值得注意的是，Scpep1在缺氧條件下與Pex3相互作用，但在Scpep1的關(guān)鍵氨基酸突變（S167A）后，Pex3在缺氧條件下的降解顯著減少，表明Scpep1在心肌梗死的病理過程中與Pex3結(jié)合并促進(jìn)其降解。Pex3基因敲降會(huì)促進(jìn)線粒體分裂和細(xì)胞色素c釋放，導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡。

為了證實(shí)Pex3是Scpep1的下游靶點(diǎn)，研究人員構(gòu)建了心臟特異性的Pex3基因敲除小鼠（Pex3^CKO，其中Pex3^flox/flox小鼠由賽業(yè)生物提供）以及Scpep1和Pex3雙基因敲除小鼠（Scpep1^KOPex3^CKO）。他們發(fā)現(xiàn)，Pex3的條件性缺失明顯逆轉(zhuǎn)了由Scpep1缺失介導(dǎo)的心臟功能障礙的改善和線粒體異常分裂的恢復(fù)，也消除了Scpep1^KO小鼠的梗死面積縮小和間質(zhì)纖維化減少（圖2）。與單獨(dú)缺失Scpep1相比，Pex3和Scpep1的雙重缺失會(huì)加重心肌梗死誘導(dǎo)的心肌肥厚。這些結(jié)果證實(shí)了Pex3是在心肌梗死進(jìn)展過程中介導(dǎo)Scpep1不良影響的下游靶點(diǎn)。

圖2. Pex3的條件性缺失逆轉(zhuǎn)了Scpep1缺失介導(dǎo)的心臟功能障礙的改善

Scpep1的藥物阻斷可改善心臟功能障礙和損傷
為了在臨床上證實(shí)Scpep1在心肌梗死中的作用，研究人員接下來評(píng)估了Scpep1及其下游因子在心肌梗死或缺血性心肌病患者中的相關(guān)性。與健康個(gè)體相比，心肌梗死患者的循環(huán)Scpep1水平明顯升高；缺血性心肌病患者的心臟Scpep1蛋白水平也明顯升高，且心臟Pex3表達(dá)下調(diào)，并與Scpep1表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。此外，缺血性心肌病患者的線粒體融合相關(guān)因子的表達(dá)明顯下降，但心臟線粒體分裂相關(guān)蛋白的表達(dá)卻顯著增加。這些結(jié)果顯示，在心肌梗死的病理狀態(tài)下，Scpep1的表達(dá)可能與Pex3相關(guān)的線粒體功能障礙存在關(guān)聯(lián)。

于是，他們使用了抑制劑KT-182來阻斷Scpep1，看看是否能防止心肌梗死誘導(dǎo)的心臟功能障礙和損傷。與對(duì)照小鼠相比，KT-182處理減輕了心肌梗死后的心臟功能障礙，顯著縮小梗死面積和減輕心臟纖維化，并顯著減輕心肌肥厚和心肌細(xì)胞凋亡。此外，注射KT-182可有效抑制心肌梗死誘導(dǎo)的Pex3降解，促進(jìn)線粒體融合，并挽救線粒體分裂。這些結(jié)果表明，Scpep1的藥物抑制可減輕心肌梗死誘導(dǎo)的心臟功能障礙和損傷。

研究結(jié)論

圖3 Scpep1的心臟特異性缺失或藥物抑制可以防止心肌梗死誘導(dǎo)的心臟功能障礙和心肌損傷^[1]

總的來說，這項(xiàng)研究揭示了Scpep1是心肌梗死誘導(dǎo)的心臟功能障礙和損傷的關(guān)鍵因子。它通過下調(diào)Pex3蛋白水平、促進(jìn)線粒體分裂和抑制線粒體生物產(chǎn)能來介導(dǎo)心臟損傷。Scpep1的心臟特異性缺失或藥物抑制可以防止心肌梗死誘導(dǎo)的心臟功能障礙和心肌損傷（圖3）。因此，這項(xiàng)研究為治療心肌梗死及其他缺血性心臟病提供了一種潛在的新型治療策略。

原文檢索：
Guilin Chen, Jing Gan, Fan Wu, Zengxian Zhou, Zikun Duan, Ke Zhang, Songxue Wang, Hua Jin, Yulin Li, Chi Zhang, Zhuofeng Lin, Scpep1 inhibition attenuates myocardial infarction-induced dysfunction by improving mitochondrial bioenergetics, European Heart Journal, 2025;, ehaf032, https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehaf032