一、背景知识
遗传性心肌病包括肥厚型心肌病和扩张型心肌病，在全世界每-2人中就有1人患病，是心脏移植的主要适应症之一。遗传性肥厚型心肌病(HCM)和扩张型心肌病(DCM)是由具有多种功能的蛋白突变引起的。遗传性HCM以心室壁增厚为特征，而DCM以心室扩张为特征。在20岁到60岁之间，患者的预后从心力衰竭导致的生活质量下降到心源性猝死不等。鉴于这种糟糕的预后，我们需要探索不同遗传病因的HCM和DCM共同的生物标志物和治疗靶点。
端粒是由重复序列(TTAGGG)组成的DNA序列，它在染色体末端起着保护帽的作用。染色体端粒在每次细胞分裂时都会因复制不足而缩短，是细胞衰老的标志物。与大多数类型的细胞相比，在健康的心肌细胞(CMs)中，端粒在整个生命过程中基本保持不变，这可能是因为出生后的CMs相对而言不具有增殖功能。这篇文章证明了端粒长度的缩短是HCM与DCM的生物标记物之一。
二、研究结果
该研究通过Q-FISH测量了每个特异性表达CM肌钙蛋白T的CMs核的端粒荧光强度，使用PNA探针对3种HCM基因型(TNNI3、MYBPC3和MYH7)和3种DCM基因型(DMD、TNNT2和TTN）的单个心脏组织CMs的端粒重复序列进行定量测量（图一）。与年龄和性别匹配的健康对照组相比，HCM和DCM心脏中肌钙蛋白T阳性的CMs的端粒水平分别显著降低了25%和40%（图一C)。
图一
值得注意的是，血管平滑肌细胞（VSMCs），一种既不表达也不需要这些收缩蛋白的对照细胞类型，与健康个体相比，没有显示出端粒缩短（图二）。这些数据表明，在结构基因(TNNI3、MYBPC3、MYH7、DMD、TNNT2和TTN)突变的收缩性CMs中，端粒缩短。
图二
为了研究组织中CMs的端粒缩短是否也发生在体外HCM和DCM疾病模型中，此研究比较了人诱导多能干细胞(hiPSC)分化成为CMs的端粒长度。使用四种Yamanaka因子从HCM和DCM患者的外周血单核细胞中生成hiPSCs，使用成熟的方案将这些细胞分化为CMs(图三A和B)。对照组hiPSC系来自健康个体、健康家庭成员或一个CRISPR/cas9介导的校正基因系。所有病例中，在分化第30天测量了hiPSC-CMs的端粒。与不同病因的对照组hiPSC-CMs相比，实验组端粒水平分别显著降低52%和58%(图三C)。图三
为了验证端粒磨损，采用了之前建立的qPCR方法。通过流式细胞仪在高度异质细胞培养中富集hiPSC-CMs(图三D)。使用RT-qPCR验证TMRM阳性群体富集了CM标记物NKX2.5、TNNI3和TNNT2(图三E)。相比之下，TMRM阴性群体分别富集了平滑肌细胞、内皮细胞和成纤维细胞标记物VIM、CDH5和FSP1(图三E)。采用qPCR测定相对端粒数量(即T/S比值)，定量为端粒扩增周期(T)相对于单个拷贝基因(S)的扩增周期。与对照相比，HCM和DCM中TMRM阳性的CMs的T/S比值分别降低了21%和39%(图三F)。图三
此研究还分析了hiPSCs分化为VSMCs的端粒长度。证实端粒在对照组、HCM和DCM平滑肌肌动蛋白阳性的hiPSC-VSMC之间没有显著差异(图四)。图四
三、研究结论
此研究的数据表明端粒缩短是遗传性心肌病的一个标志物，这在患者心脏组织CMs和来自hiPSCs的患者CMs中很明显。这种缩短发生在对CM功能至关重要的蛋白质（如DMD、MYBPC3、MYH7、TNNT2、TNNI3和TTN所编码的蛋白质）突变中。此研究通过两种独立的方法，即单CMs的Q-FISH分析(端粒信号相对于核信号)和FACs-enrichCM群体的qPCR(端粒信号相对于单拷贝基因信号)，证实了hiPSC-CMs的端粒缩短。端粒缩短如何影响心脏功能尚不清楚。线粒体功能障碍可能发挥了重要作用，因为具有系统性临界短端粒(mTRG4)的小鼠表现出主线粒体调节因子PGC1a的表达降低，线粒体含量减少。这些小鼠模型表明端粒-线粒体轴是维持心脏功能的关键，如果不存在端粒-线粒体轴，扩张型心肌病就会导致心力衰竭。这里使用的hiPSC-CM疾病模型培养系统揭示了CM端粒缩短与蛋白质突变相关的独特机制。尽管还需要更大的队列来证实这个结论性发现，该研究仍然提供了令人兴奋的证据，支持端粒缩短作为遗传性HCM和DCM心肌病中CM过早老化的生物标志物之一。原文链接：