STTT|法洛氏四联症机制研究
发布日期：2022-06-21 浏览次数：1545
发病机制探究
先天性心脏病是先天性畸形中最常见的一类，约占各种先天畸形的28%，指在胚胎发育时期由于心脏及大血管的形成障碍或发育异常而引起的解剖结构异常，或出生后应自动关闭的通道未能闭合的情形，在全球范围内的发病率和死亡率居首位。法洛四联症（TOF）是最常见的复杂先天性心脏病。TOF的表型复杂，其发生过程中涉及多种心脏发育信号的失调。MicroRNA作为一种参与表观调控的非编码单链RNA分子，成熟miRNA协调着胚胎发育中众多关键过程，包括许多心脏发育相关基因的表达，在心脏发育中扮演重要角色。miRNA 和 TOF 之间的因果关系及其潜在机制尚未确定。
2022年05月30日，复旦大学王红艳教授团队在生物类综合期刊Signal Transduction and Targeted Therapy（STTT，IF=18）在线发表题为“Master MicroRNA-222 Regulates Cardiac MicroRNA Maturation and Triggers Tetralogy of Fallot（Master microRNA-222 调节心脏 microRNA 成熟并触发法洛四联症）”。研究发现在人胚胎发育早期miR-222通过表观抑制microRNA成熟中负责第二步的关键酶DICER1和AGO2表达，阻滞心脏microRNA的成熟加工并诱发TOF。
（技术路线）
（结 果）
为了识别与 TOF 相关的 miRNA，使用数据挖掘方法来检测TOF 患者心肌中差异表达的 miRNA，找到五种表达上调的 miRNA，验证后发现只有 miR-222 和 miR-187 的表达水平在 TOF 病例中显示出显着高于对照组的表达，其中MiR-222 的上调最为显著。接下来检查了体内正常胚胎发育和体外心肌细胞分化过程中 miR-222 的生理水平，在人类胚胎心脏发育的 2 到 8 周内，miR-222 水平从第 5 周到第 7 周下降，然后逐渐上升；在小鼠中，mmu-mir-222 在发育中的心脏中具有相似的表达模式，表明miR-222 表达的逐渐降低是早期胚胎心脏正常发育的先决条件，异常高的 miR-222 水平可能会破坏这一过程。
利用mir-222 敲入 (KI) 小鼠评估 miR-222 在发育心脏中高表达的后果，纯合 KI 小鼠心脏中 mmu-mir-222 的水平比野生型（WT）高约六倍。体重无差异，心脏重量与体重的比率显着高于WT小鼠，大约 20.8% (5/24) 的 KI/KI 小鼠幼崽在出生后立即死于窒息，都表明外源性 mmu-mir 的胚胎心肌细胞特异性表达-222 在小鼠中可以概括人类 TOF 的表型。数据库预测了82 个 miR-222 靶基因，使用 RT-qPCR 验证了 47 个下调基因和 4 个上调基因，最终选择下调基因DICER1和AGO2进行进一步研究。使用RNA-seq的方法，明确 miRNA 生物发生过程中协同发挥作用以负调节基因表达，GO分析与前两个显着富集的基因一致。
荧光素酶报告基因测定和 miRNA RNA-IP 测定证明 miR-222 直接与DICER1和AGO2的 3'UTR 结合；体外实验中，外源性 miR-222 降低了 hESC-CM 和 hESCs 中内源性DICER1和AGO2在 mRNA 和蛋白质水平上的表达，表明上调的 miR-222 同时下调DICER1和AGO2的表达（这两者都专门负责从前 miRNA 到成熟 miRNA 的加工）。
心肌细胞肥大是人类 TOF 的典型表型。MiR-222 上调增加了 KI/KI 小鼠和 hESC-CM 的心肌细胞横截面积，MiR-133a 是心脏肥大的关键调节因子被 miR-222/ DICER1轴抑制。外源性 miR-222 显着增加了 hESC-CM 中脂质过氧化物的水平，在体外和体内诱导铁死亡。依诺沙星和 Fer-1 可有效预防 mir-222 诱导的 TOF 相关心脏缺陷。
在人胚胎发育早期，miR-222通过表观抑制microRNA成熟中负责第二步的关键酶DICER1和AGO2表达，阻滞心脏microRNA的成熟加工并诱发TOF。该研究提示在microRNA网络中也存在着中枢或主控microRNA（master microRNA），它调节了心脏发育过程中诸多microRNA的时空表达差异性及彼此之间的相互作用，有助于理解和解释TOF复杂表型的原因。
（DOI）https://doi.org/10.1038/s41392-022-00993-1
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