靶向 MsrA的S-甲基-L-半胱氨酸可通过 p38 MAPK 信号通路减轻Ang II 诱导的氧化应激和心房重构

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研究背景

 
心房颤动（AF）是临床常见的室上性快速性心律失常，特点是电活动紊乱、心房收缩与传导异常，这可能与心房重构有关。近年发现氧化应激与心血管病相关，活性氧（ROS）水平升高致心房重构和 AF 易感性增加，但缺乏有效抗 ROS 治疗策略。蛋白质遇 ROS 会导致未结合的甲硫氨酸和甲硫氨酰残基氧化，产生甲硫氨酸亚砜（MetO），蛋白质翻译后修饰会通过影响细胞功能改变其功能和结构。甲硫氨酸亚砜还原酶 A（MsrA）能逆转甲硫氨酸残基的氧化结构和功能损伤，减轻氧化状态。

 

钙在信号转导途径，尤其是心肌细胞中起关键作用。氧化的钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶 II（ox-CaMKII）作为房颤模型和房颤患者中 CaMKII 的激活剂，与丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）途径激活有关，参与 AF 的发病机制。此前研究表明，线粒体 CaMKII 通过 MAPK/AP-1 信号通路参与线粒体氧化应激和心房重构。但 MsrA 在 ROS 诱导的 AF 中对 ox-CaMKII 和 MAPK 信号通路的介导作用尚未完全阐明，且缺乏药物治疗策略。

 

基于此，北部战区总医院心外科王辉山教授团队发表了题目为："S-methyl-L-cysteine targeting MsrA attenuates Ang II-induced oxidative stress and atrial remodeling via p38 MAPK signaling pathway"的文章。

 

本研究介绍S-甲基-L-半胱氨酸（SMLC）是含巯基的有机硫化合物，在各种食用蔬菜中含量丰富。它是甲硫氨酸的生物对应物，可能通过靶向 MsrA  消除自由基。旨在评估 SMLC 对阻止血管紧张素 II（Ang II） 诱导的心房颤动的效果，研究 MsrA 的作用，并探讨 p38 MAPK 信号通路相关的机制。

 

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研究方法

 

文中采用64 通道电生理标测系统（MappingLab）记录心房电生理信号：离体心脏 Langendorff 灌流，64 通道电极贴在左心房，记录心房的平均传导速度和绝对不均匀性等指标。

 

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研究结果

 

1. SMLC 对 Ang II 诱导的生理特征变化和心房扩张的影响

 

为探究 SMLC 对 AF 心房重构的治疗效果，用持续释放 Ang II 的植入式渗透剂构建 AF 模型。实验前各组血压无显著差异，用 Ang II 后血压升高，SMLC 能浓度依赖性降压，各组体重无差异。通过超声心动图评估，Ang II 组左心房直径和面积大，SMLC 能浓度依赖性改善这种情况，表明 SMLC 能改善 Ang II 诱导的高血压和心房扩张重构。（图1）

图1. SMLC 对 Ang II 诱导的生理特征改变和心房扩张的影响

 

2. SMLC 减轻了 Ang II 诱导的心房颤动易感性和心房电异常

 

在 Ang II 刺激的小鼠模型中，房颤的发生率增加（71.4%），显著高于 Ang II + L-SMLC 组以及Ang II + M-SMLC 和Ang II + H-SMLC 组。结果表明，SMLC 能够降低房颤的易感性。

 

与对照组相比，Ang II 组的平均传导速度显著降低，左心房电传导的绝对不均匀性和心房率显著更高，而 SMLC 干预可逆转此现象。这些发现表明，SMLC 改善了房颤的易感性，并对心房电活动具有保护作用。（图2）

图2. SMLC 对 Ang II 诱导的高房颤易感性和心房电异常的影响

 

3. SMLC 可减轻由 Ang II 治疗引起的心房纤维化

 

Ang II 会诱导心房结构重塑，特征是纤维化。通过 Masson’s trichrome 染色法和纤维化前标志物研究发现，SMLC 以浓度依赖方式抑制 Ang II 导致的纤维化增加，逆转纤维化前标志物水平升高，表明 SMLC 改善了这种心房结构重塑，与超声心动图检测结果相符。（图3）

图3. SMLC 对体内 Ang II 诱导的纤维化的影响

 

4. SMLC 在体内逆转 Ang II 诱导的氧化应激损伤

 

通过 DHE 染色、测量 GSH/GSSG 比率及特征标志物等方法，研究氧化应激损伤程度。发现 SMLC 以浓度依赖形式对 Ang II 诱导的氧化应激损伤有保护作用，能降低 MitoSox 荧光强度，逆转 Ang II 组 GSH/GSSG 比率、SOD1 和 NOX2 表达及炎性细胞因子的异常，表明 SMLC 能改善氧化应激损伤和炎症。（图4）

图4. SMLC 对体内 Ang II 诱导的氧化应激的影响

 

5. Ang II 与对照组以及不同剂量 SMLC 与 Ang II 之间共享差异表达 mRNA 的鉴定

 

为鉴定 mRNA，构建并测序相关小鼠心房的 RNA-seq 文库，评估差异表达 mRNA。对 Ang II 与对照、不同剂量 SMLC 与Ang II 的成对比较进行差异表达 mRNA（DEGs）评估，它们有共享 DEGs，这可能在 SMLC 对心房功能障碍的影响中起关键作用。检测关键蛋白表达，发现 SMLC 对Ang II 诱导的心房重塑的保护作用与 MsrA、ox-CaMKII 和 p38 MAPK 信号通路有关。（图5）

图5. Ang II 与对照以及不同剂量的 SMLC 之间差异表达的 mRNA 和蛋白质的鉴定

 

 

6. SMLC 靶向 MsrA 对 Ang II 处理的 HL-1 细胞活力的影响

 

S-甲基-L-半胱氨酸化学结构见图 6A，分子对接分析显示其与 MsrA 亲和力强。研究其对Ang II 诱导的 HL-1 细胞毒性影响，发现24小时后有影响，因此选择10 μM Ang II 处理24小时后续实验。SMLC 一定浓度范围24小时能减轻毒性。此外，Western blot 检测显示，与对照组相比，10 μM Ang II 处理24小时后 HL-1 细胞的MsrA表达显著降低，SMLC 可逆转这一趋势。这些结果表明，SMLC 靶向 MsrA 可抑制 Ang II 诱导的体外细胞毒性。（图6）

图6. 靶向 MsrA 的 SMLC 对 Ang II 处理的 HL-1 细胞存活率的影响

 

7. SMLC 通过靶向 MsrA 抑制了Ang II 诱导的 HL-1 细胞中的氧化应激损伤

 

作者进一步验证了 SMLC 通过介导 MsrA 对 HL-1细胞 Ang II 诱导的氧化应激损伤的改善作用。Ang II 处理诱导线粒体膜去极化，证明了聚合/单体 JC-1 的比例降低，SMLC 逆转了这一趋势。siMsrA 治疗最终减少了线粒体膜的去极化。与对照组和 Ang II+SMLC 组相比，Ang II 明显表现出更大的氧化应激损伤，其特征是 DHE-red 染色增加，氧化应激标志物改变，SOD1 表达降低，NOX2表达增加。同样，siMsrA 处理进一步恶化了HL-1细胞的氧化应激。这些数据表明，SMLC对 Ang II 诱导的 HL-1 细胞氧化应激和线粒体功能障碍的保护作用是由 MsrA 介导的。（图7）

图7. SMLC 通过靶向抑制 Ang II 诱导的 HL-1 细胞氧化应激损伤

 

8. 由 p38 MAPK 介导的 SMLC 靶向 MsrA 对Ang II 诱导的氧化应激损伤的保护作用

 

Western blotting 分析表明 SMLC 的作用被 siMsrA 处理减弱。用 p38 MAPK 抑制剂 SB203580 处理 HL-1 细胞，发现其能消除 siMsrA 诱导的线粒体损伤增加，且 SB203580 能逆转 siMsrA 诱导的 ox-CaMKII/CaMKII 增加，表明 SMLC 对氧化应激和线粒体功能障碍的保护作用是由 p38 MAPK 信号通路介导的。（图8）

图8. 由 p38 MAPK 介导的 SMLC 靶向 MsrA 对 Ang II 诱导的氧化应激损伤的保护作用

 

总之，这是首次揭示 SMLC、氧化应激和心房重构之间联系的研究。此研究探索了 SMLC 影响 MsrA 以抑制 p38 MAPK 信号通路的作用机制，揭示 SMLC 对房颤患者心房重构的潜在治疗作用，具有临床转化意义。

机制的示意图

 

创建时间：2024-08-09 11:40