抑制焦亡可改善急性心肌梗死的症状
急性心肌梗死(AMI)是一种发展迅速、不可逆转的疾病。因此，在急性心肌梗死早期进行适当的及时干预对其治疗至关重要，但其早期分子特征尚不清楚。目前，有研究抑制焦亡可显著减少梗死面积和改善心肌细胞的功能。此外，还发现WIPI1可作为潜在的AMI早期诊断生物标志物。它可能通过激活自噬通路来减慢AMI的进展。这些发现为AMI进展中的基因表达动力学提供了新的线索，并为延长最佳治愈时间的临床预处理提供了一个潜在的早期诊断标记和候选药物。该研究发表在《Cell Death and Disease》IF：8.469。
技术路线：
主要研究结果：
1. 小鼠AMI模型的转录组和蛋白质组分析
为了在体内研究急性心肌梗死早期的动态分子变化和筛选分子生物标志物，作者通过结扎近端左前降支建立了小鼠急性心肌梗死模型。获取在0 min至72 h的六个时间点分离的梗死左心室组织，用于RNA seq和DIA-MS (图1A)。梗死区主要位于室尖区(图1B)。转录组图谱的主分析(PCA)显示， 6h是AMI过程的关键时间点。蛋白质组数据的PCA结果也显示6小时是显著的转折点(图1C)。AMI样本中mRNA丰度和总蛋白水平之间的相关性分析显示中度相关性，这些相关性随着AMI的进展而减弱(图1D)。这说明了AMI过程的转录后调控，暗示了AMI过程中基因转录和表达的动态变化。
图1 AMI模型的转录组和蛋白质组分析
2. 心肌组织在急性心肌梗死早期进入免疫激活状态
为了探讨AMI早期的分子动态变化，对急性心肌梗塞(AMI)样品和假样品之间的DEGs和DEPs进行了鉴定。在6-、24-和72小时AMI样本中，上调的DEGs数量急剧增加(图2A)。对上调的DEGs进行GO分析显示，免疫相关通路，如髓系白细胞活化和细胞因子生物合成过程被显著激活(图2B)。AMI组织的形态学变化：Masson染色结果显示心肌细胞逐渐减少，粒细胞不断浸润至梗死区(图2C)。因此，这些结果进一步证明心肌组织在急性心肌梗死早期进入免疫激活状态。CIBERSORT分析表示，大多数免疫细胞为M0巨噬细胞(图2D)。T-cell CD8 (naïve)和T-cell CD8 (follicular)比例在AMI 6小时后增加，而单核细胞和巨噬细胞比例在AMI 24小时后增加(图2E)。因此，T-cell CD8 (naïve)和T-cell CD8 (follicular)在急性心肌梗塞早期炎症反应中发挥重要作用，可以研究其减轻急性心肌梗塞症状，改善心功能。
图2急性心肌梗死早期的免疫反应
3. 急性心肌梗塞(AMI)会引起焦亡
评估焦亡是否在AMI中起重要作用。使用指定的焦亡基因集进行GSEA。GSEA结果显示，与假样品相比，AMI 24小时和72小时样品中上调的DEGs显著富集于焦亡。大多数焦亡基因在AMI样本中都有高表达(图3A, B)。焦亡通路的核心基因GSDMD和CASP1在AMI 1小时后显著上调(图3C)。在AMI进展中，焦亡通路所依赖的CASPASE1蛋白水平也显著升高(图3D)，其活性也显著升高(图3E)。此外，电子显微镜证实了AMI样本中焦亡的细胞形态(图3F)。这些结果表明，焦亡在急性心肌梗死中起重要作用。
为了进一步揭示焦亡相关基因的相互调控，作者进行了蛋白质-蛋白质相互作用网络分析。结果显示凋亡依赖蛋白CASPASE1和GSDMED, NLRP3 (NACHT, LRR和PYD domain containing protein 3)位于网络的核心位置(图3G)。这些发现为研究急性心肌梗死致焦亡的调控机制提供了指导.
图3心肌梗死发生时焦亡信号通路被激活
4. 焦亡抑制剂是一种很有前途的急性心肌梗塞前治疗方法
在AMI的极早期(10分钟)用VX-765（一种焦亡抑制剂）治疗AMI小鼠(图4A)，发现CASPASE1的活性显著降低(图4B)，并且活性CASPASE1的蛋白水平也降低(图4C)。因此，在AMI后72小时，VX-765治疗小鼠的EF值显著改善(图4D)。此外， VX-765组的梗死面积远小于对照组(图4E)。综上所述，早期治疗VX-765可通过长期减少梗死区域，减轻焦亡，改善AMI症状。
图4 VX-765治疗显著减少AMI梗死区域
与假药组相比，10分钟组DEPs上调12个，下调5个，1小时组DEPs上调22个，下调19个(图5A)。电镜证实AMI 1小时样本中存在自噬小泡(图5B)。此外， LC3-II的蛋白水平也显著升高(图5C)。WIPI1是自噬途径中的一种重要蛋白，在成人心脏中特异性高表达，与假手术组相比，AMI 1-h组是一种上调的DEP (图5A)。免疫组化结果还显示，AMI 1-h小鼠心肌组织中WIPI1的表达高于假手术小鼠(图5E)。因此，WIPI1蛋白可作为AMI的潜在早期诊断标志物。
临床上，与对照组相比，未接受治疗的AMI患者(0和2 h) WIPI1表达水平显著升高。梗死动脉机械再灌注和支架置入成功后（MI 2 h），WIPI1表达显著降低并维持在低表达水平，略高于对照组(图5F)。这些结果进一步表明WIPI1是AMI潜在的早期诊断生物标志物。
图5 WIPI1可作为急性心肌梗死的潜在早期生物标志物
主要结论：
综上所述，作者检测了急性心肌梗死不同时间点心肌组织转录组和蛋白质组的变化，发现急性心肌梗死后6小时是发生显著变化的最早关键时间点。心肌组织在急性心肌梗死早期进入免疫激活状态。急性心肌梗死患者的焦亡也被激活。早期应用焦亡抑制剂VX-765可显著缩小AMI梗死面积，改善心脏收缩功能。因此，VX-765可能是AMI的潜在靶向药物。此外，自噬发生在急性心肌梗死的早期，这可能是心脏自我保护的一种形式。心肌梗死后一小时内，心脏中特异表达的蛋白WIPI1（自噬途径的成员）显著增加，可作为急性心肌梗死早期诊断的潜在生物标志物。
参考文献：
Liu W, Shen J, Li Y, Wu J, Luo X, Yu Y, Zhang Y, Gu L, Zhang X, Jiang C, Li J. Pyroptosis inhibition improves the symptom of acute myocardial infarction. Cell Death Dis. 2021; 12(10):852.