心肌梗死（MI）是冠狀動(dòng)脈急性、持續(xù)性缺血缺氧所引起的心肌壞死，是世界范圍內(nèi)致殘和致死的主要疾病之一。臨床上多有劇烈而持久的胸骨后疼痛，休息及硝酸酯類(lèi)藥物不能完全緩解，伴有血清心肌酶活性增高及進(jìn)行性心電圖變化，可并發(fā)心律失常、休克或心力衰竭，?？晌＜吧Ｖ袊?guó)近年來(lái)呈明顯上升趨勢(shì)，每年新發(fā)至少50萬(wàn)，現(xiàn)患至少200萬(wàn)。類(lèi)泛素化修飾（SUMOylation）是一種動(dòng)態(tài)的翻譯后修飾，可維持心臟功能，并可防止對(duì)心臟壓力過(guò)載的肥大反應(yīng)。然而，心肌梗死（MI）后SUMO化的功能以及心臟細(xì)胞對(duì)SUMO1缺乏反應(yīng)的分子細(xì)節(jié)尚未確定。

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2022年11月27日，天津中醫(yī)藥大學(xué)第一教學(xué)醫(yī)院樊官偉和海河現(xiàn)代中醫(yī)藥實(shí)驗(yàn)室卞西云作為共同通訊作者在Journal of Pharmaceutical Analysis（IF=14.026）發(fā)表了題為“SUMO1 regulates post-infarct cardiac repair based on cellular heterogeneity”的研究論文，該研究發(fā)現(xiàn)SUMO1介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)在損傷和修復(fù)過(guò)程中具有細(xì)胞特異性作用，并指出SUMO1可做為MI后的治療新靶點(diǎn)。值得注意的是，在本研究中，作者使用了漢恒提供的腺相關(guān)病毒（AAV9-cTnT-SUMO1-EGFP和AAV9-TIE-SUMO1-ZsGreen）成功實(shí)現(xiàn)了SUMO1 的過(guò)表達(dá)。

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MI的病理過(guò)程涉及多種細(xì)胞類(lèi)型，CM是決定MI后心臟命運(yùn)的主要細(xì)胞類(lèi)型之一。通過(guò)免疫熒光染色，作者發(fā)現(xiàn)與WT小鼠相比，SUMO1敲除小鼠MI后邊界區(qū)域的CM-3亞群 (Nppa+Nppb+Ankrd1+)比例更大，心鈉素（ANP）和B型鈉尿肽（BNP）的mRNA水平更高。此外，ANP和BNP水平與局部壁應(yīng)力呈正相關(guān)，并能導(dǎo)致更大的梗死面積。這些結(jié)果表明SUMO1主要通過(guò)調(diào)節(jié)存在于邊界區(qū)的CM-3簇參與心肌損傷，SUMO1基因的敲除增加了CM-3亞群的比例和心肌損傷相關(guān)基因的表達(dá)水平。

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圖1 心肌梗死后SUMO1缺乏增加CM-3亞群 (Nppa+Nppb+Ankrd1+)

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接下來(lái)作者探討了FB亞群在MI后心臟重塑中的作用。作者發(fā)現(xiàn)與WT小鼠相比，MI后SUMO1敲除小鼠中FB-3亞群和FB-6亞群的比例降低。然而，SUMO1基因的缺失顯著增加了FB-4亞群的比例，表明FB-4亞群是參與增殖狀態(tài)的FB亞群。免疫熒光染色表明，SUMO1敲除導(dǎo)致心肌損傷后梗死區(qū)FB增殖的比例增大。Masson染色顯示，SUMO1敲除減少M(fèi)I后的膠原分泌。此外，作者還發(fā)現(xiàn)SUMO1缺失引發(fā)梗死區(qū)域的部分破裂，表明修復(fù)能力不足。這些發(fā)現(xiàn)表明，多個(gè)FB亞群參與MI后修復(fù)反應(yīng)，SUMO1敲除抑制FB從增殖狀態(tài)向膠原分泌狀態(tài)的分化。

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圖2? SUMO1基因的缺失抑制MI后增殖性FB亞群向膠原分泌FB亞群的轉(zhuǎn)化

心肌梗死后血管穩(wěn)態(tài)和新生血管形成受內(nèi)皮細(xì)胞（EC）調(diào)節(jié)。作者發(fā)現(xiàn)MI后EC-2亞群、EC-5亞群、EC-8亞群和EC-9亞群比例增加，而EC-1亞群和EC-3亞群比例減少，表明MI后的EC亞群參與不同功能。作者發(fā)現(xiàn)SUMO1敲除增加了MI后EC-2亞群、EC-5亞群、EC-7亞群和EC-9亞群的比例。這些亞群主要負(fù)責(zé)EC激活、冠狀動(dòng)脈/小動(dòng)脈血運(yùn)重建和血管再生，這有利于MI后的心臟功能。免疫熒光染色顯示SUMO1基因的缺失促進(jìn)了心肌梗死后梗死區(qū)Ki67+內(nèi)皮細(xì)胞的分布。免疫熒光結(jié)果表明，SUMO1基因缺失誘導(dǎo)了梗死區(qū)域中許多小血管的形成。這些結(jié)果表明SUMO1敲除有利于EC增殖，從而促進(jìn)梗死區(qū)域的新生血管形成和血運(yùn)重建。

圖3 心肌梗死后SUMO1缺失促進(jìn)EC亞群增殖并具有血運(yùn)重建能力

已有研究顯示VEGFA通過(guò)刺激EC激活、遷移和毛細(xì)血管樣結(jié)構(gòu)形成誘導(dǎo)血管生成。為了研究SUMO1敲除是否促進(jìn)VEGFA介導(dǎo)的EC增殖，作者將SUMO1沉默（siSUMO1）和SUMO1過(guò)表達(dá)質(zhì)粒轉(zhuǎn)染人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVEC）。發(fā)現(xiàn)SUMO1沉默顯著增強(qiáng)了體外VEGFA誘導(dǎo)的HUVEC的增殖和遷移能力，促進(jìn)了VEGFA誘導(dǎo)的EC小管形成，而SUMO1過(guò)表達(dá)導(dǎo)致管和分支數(shù)量減少。這些發(fā)現(xiàn)表明，SUMO1抑制VEGFA促進(jìn)EC增殖的作用，不利于MI后的血管生成和血運(yùn)重建。

圖4 SUMO1通過(guò)抑制VEGFA信號(hào)傳導(dǎo)阻斷新生血管形成

SUMO1對(duì)不同類(lèi)型的心臟細(xì)胞產(chǎn)生不同的影響，對(duì)于CM來(lái)說(shuō)，SUMO1缺失引發(fā)心肌梗死后CM損傷和心臟功能障礙。因此，在基因治療中，作者將腺相關(guān)病毒（AAV）注射到8周齡小鼠的尾靜脈中，并在21天后進(jìn)行MI或假手術(shù)。結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，AAV-CTnT-SUMO1轉(zhuǎn)導(dǎo)的小鼠對(duì)MI誘導(dǎo)的異常心臟功能更具抵抗力，并且具有明顯更少的心臟功能障礙和更低程度的心肌損傷。作者進(jìn)一步探索EC特異性SUMO1基因治療的效果，與對(duì)照組相比，AAV-TIE-SUMO1轉(zhuǎn)導(dǎo)的小鼠在MI后表現(xiàn)出更嚴(yán)重的不良心臟功能?？傊?，預(yù)注射CM特異性AAV-SUMO1而非EC特異性AAV-SUMO1的小鼠在MI后表現(xiàn)出心臟功能改善。

圖5 CM特異性SUMO1過(guò)表達(dá)減弱MI后的病理反應(yīng)

綜上所述，此研究確定了SUMO1基因的缺失對(duì)CM、FB和EC有不同的影響，這表明SUMO1作為心肌梗死后治療靶點(diǎn)的潛力基于心肌細(xì)胞特異性。在CM中，SUMO1缺失增加了MI后Nppa+Nppb+Ankrd1+心肌細(xì)胞亞群的比例；在FB中，SUMO1缺失導(dǎo)致成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞亞群轉(zhuǎn)化受到抑制；在EC中，SUMO1缺失促進(jìn)了內(nèi)皮細(xì)胞亞群的增殖，大大增強(qiáng)了重建新生血管和表達(dá)血管生成相關(guān)基因的能力。這些發(fā)現(xiàn)為SUMO1參與MI的發(fā)病機(jī)制提供了新的見(jiàn)解，并揭示了新的治療靶點(diǎn)。