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心肌梗死是成人過早死亡的主要原因，心梗會(huì)使心臟功能受損，導(dǎo)致心力衰竭。因此，提高心梗后的心功能是治療心衰的有效治療措施。

雖然目前已有多種促進(jìn)心肌收縮力的藥物，但是此類藥物可能會(huì)增加嚴(yán)重心衰患者的發(fā)病率和死亡率，這限制了它們的臨床應(yīng)用[1]。因此，尋找能夠改善心臟的泵血能力和心肌收縮力的藥物來治療心衰對(duì)于科學(xué)家們和醫(yī)生們是巨大的挑戰(zhàn)。

近日，由英國(guó)劍橋大學(xué)Xuan Li領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)在頂級(jí)期刊《自然》發(fā)表重要研究成果，他們發(fā)現(xiàn)微管親和調(diào)節(jié)激酶4（MARK4）缺失對(duì)心肌梗死和心力衰竭具有保護(hù)作用。

與心臟中存在MARK4的小鼠相比，在沒有MARK4的情況下，同樣心臟受到損傷小鼠的心臟泵血能力可以提升57%[2]。

這個(gè)研究解釋了MARK4是如何通過心肌細(xì)胞中微管去酪氨酸化來調(diào)節(jié)心肌的收縮力，并提出了MARK4可能作為改善心肌梗死和心力衰竭的有效治療靶點(diǎn)。劍橋大學(xué)的Xian Yu和華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院的Xiao Chen是論文的共同第一作者。

論文首頁截圖

看到上面的句子，大家是不是都覺得需要課代表，畢竟這是一篇CNS級(jí)別的文章，但是沒關(guān)系，下面大家一起跟隨我來看看，解讀一下大牛們是如何探索一個(gè)科學(xué)問題的，以及它對(duì)于我們的意義。

近年來，心肌梗死離我們?cè)絹碓浇?jīng)常在新聞中看到有人突然心梗而離開人世，因此心梗也得到了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。

心肌梗死是缺血性心臟病和慢性心力衰竭的主要原因，心臟中的血液供應(yīng)遭受到了阻斷，從而導(dǎo)致心肌細(xì)胞大量的死亡，而剩余的活細(xì)胞的功能也逐漸喪失[3]。

那么，如何改善心臟病發(fā)作患者的心臟供血能力，是治療心肌梗死面臨的重要問題。而要恢復(fù)心臟的供血能力的話，增強(qiáng)心肌細(xì)胞的收縮和舒張能力是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

于是研究人員們很睿智的從細(xì)胞結(jié)構(gòu)骨架本身入手，猜測(cè)是否細(xì)胞骨架的某些變化就會(huì)產(chǎn)生“蝴蝶效應(yīng)”，最終影響心肌梗死和心力衰竭的發(fā)病呢？說到細(xì)胞結(jié)構(gòu)骨架，就要提到微管了。

簡(jiǎn)單來說，微管是一種維持細(xì)胞形態(tài)的纖維結(jié)構(gòu)，在細(xì)胞分裂、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及物質(zhì)輸送等過程中起著重要作用。微管穩(wěn)定性是由微管相關(guān)蛋白(MAP)調(diào)控，其中MAP4在心肌病患者的心臟中表達(dá)顯著升高，MAP4去磷酸化也在心肌肥厚的貓科動(dòng)物模型中被發(fā)現(xiàn)[4,5]。

MARK4是一種絲氨酸蘇氨酸激酶，在心臟中表達(dá)，它能磷酸化MAP，使細(xì)胞構(gòu)象發(fā)生變化，改變MAP與微管的關(guān)系，從而調(diào)節(jié)微管動(dòng)態(tài)變化[6]。

提到微管動(dòng)態(tài)變化的改變，就不得不說微管去酪氨酸化了，它在其中發(fā)揮重要作用。

并且，在缺血性心肌病和肥厚性心肌病患者的心臟中，微管去酪氨酸化作用上調(diào)，抑制微管去酪氨酸化可提高心肌細(xì)胞收縮力，說明微管去酪氨酸化也是調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞收縮舒張的重要機(jī)制。

另外，血管素1（VASH1）和血管素2（VASH2）可與血管抑素結(jié)合蛋白（SVBP）結(jié)合，形成具有微管去酪氨酸化作用的微管蛋白羧肽酶（TCP），而且缺失VASH1會(huì)增加心肌細(xì)胞收縮和舒張的速度[7]。結(jié)構(gòu)與生物物理學(xué)研究表明，VASH也可與α-微管蛋白的c端相互作用而調(diào)節(jié)微管功能。然而，人們對(duì)在衰竭的心肌細(xì)胞中MARK與MAP4磷酸化和微管去酪氨酸化之間的關(guān)系仍知之甚少。

于是劍橋大學(xué)的研究人員們就想知道：MARK4是否可以通過微管去酪氨酸化調(diào)節(jié)心衰中心肌細(xì)胞功能呢？

為了評(píng)估MARK4在缺血性心臟病中的作用，他們使用了小鼠左前降支冠狀動(dòng)脈結(jié)扎（LAD）的心肌梗死模型，發(fā)現(xiàn)在心肌梗死后第3天到第5天時(shí)MARK4的水平達(dá)到峰值，并且將MARK4定位在了心肌細(xì)胞。

心肌梗死后第1、3、5和7天時(shí)MARK4的表達(dá)水平

接著他們使用了MARK4全身性敲除（Mark4?/?）小鼠進(jìn)行LAD手術(shù)造模4周，而在第一周后已看到明顯差異，Mark4?/?小鼠的左心室射血分?jǐn)?shù)（LVEF，衡量心衰心功能的標(biāo)志之一）明顯升高，比野生型對(duì)照組小鼠升高了63.6%。但是兩組之間的梗死面積大小沒有差異，說明兩組小鼠心功能之間的差異不是因?yàn)楝F(xiàn)存活的心臟組織大小的差異決定的。

Mark4?/?小鼠的左心室射血分?jǐn)?shù)（LVEF）

他們又使用了心肌細(xì)胞特異性敲除Mark4（Mark4 cKO）小鼠，發(fā)現(xiàn)在心肌梗死后，MarkK4 cKO小鼠的LVEF顯著上升，并且心肌梗死后的第一天，在Mark4 cKO小鼠中就觀察到了它的保護(hù)作用，一直持續(xù)到4周結(jié)束，同樣梗死面積沒有差異。

這些結(jié)果都說明了，心肌細(xì)胞中的MARK4對(duì)心肌梗死后的心功能調(diào)節(jié)具有保護(hù)作用。

為了進(jìn)一步檢測(cè)MARK4對(duì)心肌細(xì)胞功能的影響，他們從野生型小鼠和Mark4?/?小鼠中分離了原代心肌細(xì)胞，進(jìn)行單細(xì)胞收縮實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，心肌細(xì)胞的肌節(jié)峰值縮短與LVEF呈正相關(guān)性，表明離體測(cè)量的原代心肌細(xì)胞收縮可以反映（代替）體內(nèi)評(píng)估LVEF的情況。

野生型小鼠心肌梗死后，心肌細(xì)胞肌節(jié)縮短減少和舒張速度較慢，而同樣進(jìn)行LAD手術(shù)的Mark4?/?小鼠的心肌細(xì)胞肌節(jié)縮短增加，并且舒張速度較快。表明MARK4缺失可以改善心肌梗死后心肌細(xì)胞的收縮舒張功能。

接下來就到了這個(gè)研究的重頭戲，研究人員們提取了Mark4?/?小鼠的心臟和原代心肌細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與心肌梗死的野生型小鼠相比，Mark4?/?小鼠的微管去酪氨酸化水平顯著降低。

心肌梗死后兩組小鼠的原代心肌細(xì)胞的微管去酪氨酸化水平

并且，在Mark4?/?小鼠中觀察到，在沒有MARK4的情況下，α-微管蛋白的水平降低，表明不含MARK4的游離微管蛋白的百分比降低。同時(shí)他們發(fā)現(xiàn)微管去酪氨酸化水平與LVEF呈負(fù)相關(guān)。這說明MARK4依賴的微管去酪氨酸化在調(diào)節(jié)心肌梗死后的心功能中具有重要作用。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證MARK4缺失可通過微管去酪氨酸化來改善心肌細(xì)胞收縮性，他們使用了過表達(dá)微管酪氨酸連接酶(TTL)的腺病毒。TTL過表達(dá)顯著改善心肌梗死中心肌細(xì)胞的肌節(jié)峰值縮短，并增加了收縮和舒張的速度。這更有力的說明了MARK4通過心肌細(xì)胞的微管去酪氨酸化來調(diào)節(jié)心肌收縮性。

講到這里，大家是不是有了一定的理解，那還記得前面提到的MAP4磷酸化嗎？

研究人員們假設(shè)MARK4通過MAP4磷酸化，影響VASH對(duì)α-微管蛋白c端的親和力，從而調(diào)節(jié)微管去酪氨酸化。

在MARK4依賴性磷酸化之前或之后，MAP4和微管之間可能的聯(lián)系示意圖

因此，他們使用了體外微管共沉降試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。當(dāng)MAP4和VASH2-SVBP單獨(dú)給予刺激時(shí)都能夠結(jié)合聚合的微管，并且在MAP4表達(dá)增加的情況下，結(jié)合于聚合微管的VASH2-SVBP會(huì)逐漸減少。這些結(jié)果都驗(yàn)證了MAP4的表達(dá)會(huì)影響VASH2對(duì)微管的調(diào)節(jié)。

為了在體內(nèi)驗(yàn)證這一假設(shè)，他們還是分離了原代心肌細(xì)胞，首先證明了MAP4在心肌細(xì)胞中表達(dá)，且在心肌梗死后顯著升高，并且也發(fā)現(xiàn)了MAP4磷酸化，這還與VASH2水平呈正相關(guān)，同時(shí)VASH2水平還與肌蛋白水平呈正相關(guān)。此外，在Mark4?/?小鼠的心肌細(xì)胞中，MAP4磷酸化水平也是顯著降低的?？傊?，這些結(jié)果表明MARK4通過MAP4磷酸化，使VASH2進(jìn)入微管，來發(fā)揮它的TCP活性。

最后研究人員們通過超分辨率顯微鏡，從心肌梗死小鼠中分離原代心肌細(xì)胞，觀察到VASH2很明顯的表達(dá)在心肌細(xì)胞微管上，而Mark4?/?小鼠的心肌細(xì)胞中VASH2和微管之間的相關(guān)性明顯降低。

心肌梗死后兩組小鼠的原代心肌細(xì)胞中VASH2和微管蛋白之間的共定位

綜上，MARK4通過微管去酪氨酸化調(diào)節(jié)心肌梗死和缺血性心力衰竭，這可能是由于MARK4促進(jìn)MAP4磷酸化調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞收縮力，以及VASH2進(jìn)入微管使α-微管蛋白的去酪氨酸化所導(dǎo)致，而MARK4有望成為治療心肌梗死和心力衰竭的一個(gè)新靶點(diǎn)。

我們都知道，微管去酪氨酸化會(huì)影響心臟中心肌細(xì)胞的收縮功能，而靶向調(diào)控微管去酪氨酸化可能成為一種改善心功能的新策略。

這個(gè)研究發(fā)現(xiàn)，MARK4在調(diào)節(jié)缺血性心肌病中的微管去酪氨酸化，和心肌細(xì)胞收縮力中發(fā)揮重要作用。在心肌梗死的心臟中，MARK4的表達(dá)上升，并在MARK4缺失的情況下，心肌梗死得到了好轉(zhuǎn)，對(duì)缺血性心力衰竭具有保護(hù)作用。

心肌梗塞后MARK4依賴性調(diào)節(jié)微管去酪氨酸化的示意圖

但是，關(guān)于MARK4缺失對(duì)心肌梗死后心功能的保護(hù)作用能否是長(zhǎng)期保持，并且不引起副作用，以及抑制MARK4能否改善非缺血性心力衰竭的心肌收縮功能，還有待進(jìn)一步探究。

總之，這篇研究提示了我們，MARK4缺失可能有助于心肌梗死的治療，且MARK4有望成為新的治療缺血性心力衰竭的靶點(diǎn)，對(duì)臨床應(yīng)用具有重要意義。

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責(zé)任編輯丨BioTalker

原標(biāo)題：《《自然》：心肌梗死研究獲重大突破！劍橋和華科學(xué)者發(fā)現(xiàn)，敲除MARK4可將心梗小鼠的心臟泵血能力提升57%丨科學(xué)大發(fā)現(xiàn)》

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