Science子刊：体内筛选发现三种可预防心脏病后心力衰竭的蛋白质

心力衰竭（Heart Failure），简称心衰，指由于心脏的收缩功能和/或舒张功能发生障碍，不能将静脉回心血量充分排出心脏，导致静脉系统血液淤积，动脉系统血液灌注不足，从而引起心脏循环障碍症候群。是全球范围内死亡和残疾的主要原因（之一），影响了全球约6400万人。然而，目前对于心衰仍然没有有效的临床治疗方法，患者5年内的死亡率高达50%，因此亟需发展新的治疗方法。

2022年8月31日，国际遗传工程和生物技术中心（ICGEB）、伦敦国王学院等机构的研究人员在 Science 子刊 Science Translational Medicine 上发表了题为：Cardioprotective factors against myocardial infarction selected in vivo from an AAV secretome library 的研究论文。

该研究开发了一种名为 FunSel 的蛋白质“搜索引擎”，利用编码小鼠分泌组的腺相关病毒（AAV）进行在体系统功能性筛选抗心肌梗塞的保护因子，并发现了三个蛋白——Chrdl1、Fam3c 和 Fam3b，能够通过促进自噬和细胞存活以及抑制纤维化，来保护心脏功能，预防心脏病发作后的心力衰竭。

该研究团队之前的工作证明可以利用AAV载体在体筛选鉴定保护骨骼肌纤维的因子1，因此研究人员想进一步发展这一方法，使其可以适用于更大范围的系统性自动化筛选，建立一个对应所有分泌因子（分泌组）的文库，并直接用这一文库筛选可以保护急性心肌缺血的因子。为了达到这些目的，他们开发了 Cardiac FunSel 技术。一次性产生一组50个来自于AAV9 cDNA文库的载体，然后将这一组载体以相对低的滴度注射进小鼠的心脏中，随后诱导心肌梗塞。大多数心脏细胞都会死亡，但是表达了保护性因子的细胞会存活下来。三周后通过二代测序检测病毒基因组中的DNA条形码，从而直接鉴定每个因子。

图1：在体筛选心脏保护蛋白流程图

通过筛选鉴定到排名最靠前的7个因子分别是5个未被报道过与心脏功能相关的 Fam3b、Fam3c、Nhlrc3、Chrdl1、HtrA 和2个已被报道过的因子 Mdk 和 Rln-1。

接下来研究团队主要关注了保护效果最好的 Chrdl1。Chrdl1 属于腱蛋白家族，在早期心脏发育过程中作为BMP的抑制因子，但是 Chrdl1 在成年心脏中的功能仍不清楚。研究团队发现 Chrdl1 显着抑制细胞凋亡，并且显着激活心肌细胞自噬。并且，Fam3b 和Fam3c 也可以显着诱导自噬并抵抗细胞凋亡，这提示诱导自噬可能是保护心肌梗塞的主要机制。

接下来，研究团队想探究 Chrdl1 行使其保护心肌细胞功能的分子机制。已有报道 Chordin 家族成员可以结合细胞外 BMPs 并阻止其与受体结合，研究团队发现 Chrdl1 可以以一种剂量依赖的方式抑制心肌细胞中的 BMP4 信号转导，而 BMP4 可以抑制本底自噬水平。因此，Chrdl1 通过抑制 BMP4 信号转导来诱导心肌细胞中的自噬水平。

除了心肌细胞保护和维持心肌含量，研究团队还注意到 Chrdl1 处理的梗塞后心脏的体积更小，说明 Chrdl1 除了作用于心肌细胞外可能还有作用于其他细胞的功能。调控心肌损伤响应的一个主要因子是 TGF-β，它可以刺激心肌成纤维细胞转分化成 α-SMA 阳性的肌成纤维细胞。由于 BMP 信号通路和 TGF-β 信号通路之间广泛的互作，研究团队想知道 Chrdl1 是否会直接影响 TGF-β 信号转导。结果发现 Chrdl1 可以和 TGF-β1 互作，抑制 TGF-β1 信号转导，从而抑制其诱导的心肌纤维化和成肌纤维细胞转分化。因此，Chrdl1 除了可以作用于心肌细胞激活自噬和保护细胞生存外，还可以作用于心脏成纤维细胞，通过结合并抑制 TGF-β1 抑制心肌纤维化和病理性重塑。

综上所述，该研究开发了一种新的在体筛选方法——FunSel，鉴定发现 Chrdl1 可以通过结合抑制 BMP4 来诱导自噬并保护心肌细胞，此外 Chrdl1 还可以通过结合抑制 TGF-β1 来抑制心脏成纤维细胞分化成心肌成纤维细胞，抑制心脏纤维化和病理性心脏重塑。因此，靶向 Chrdl1 的治疗策略可能会发展为治疗心肌梗塞的新方法。

原始出处：

GIULIA RUOZI， et al. Cardioprotective factors against myocardial infarction selected in vivo from an AAV secretome library. SCIENCE TRANSLATIONAL MEDICINE， 31 Aug 2022， Vol 14， Issue 660.