Cell重磅：转录组+蛋白组学揭示V型胶原蛋白调控心梗后损伤修复新机制

急性心肌梗死（MI）后，坏死心肌被瘢痕组织替代。临床研究表明，心肌梗死患者的瘢痕大小是心血管预后的独立预测指标，但对调节瘢痕大小的因素知之甚少。

2020年7月3日，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校Arjun Deb团队在《Cell》上发表题为"Type V Collagen in Scar Tissue Regulates the Size of Scar after Heart Injury"的研究论文。该篇文章由组学起始，通过转录组学和蛋白质组学分析心脏损伤不同时间点变化情况，找到关键调控因子胶原蛋白Col5a1（Col V），后续通过基因敲除和药物干预深入解析了Col V在调节瘢痕大小中的生理作用，为后续临床治疗奠定了理论基础。

小鼠缺血性心脏损伤后3, 7, 14, 21和42天的心脏疤痕组织和非损伤心肌组织

转录组学，蛋白质组学，单细胞测序

为了明确心肌梗死（MI）后疤痕大小的因素，研究者对动物进行了缺血性心脏损伤，并对损伤后3, 7, 14, 21和42天的心脏疤痕组织进行了转录组学分析，发现疤痕组织中的主要转录变化发生在损伤后早期（2周内）。为了进一步确认转录组的结果，研究者通过TMT蛋白质组学检测了损伤7天的瘢痕组织中的蛋白水平表达情况，并且发现在胶原蛋白COL1A1, COL3A1和 COL5A1在损伤早期被显著诱导表达。然后，利用RNA-FISH和单细胞测序在空间水平证实了COL5A1在损伤后早期心肌成纤维细胞中的表达特征。

疤痕组织中的主要变化发生在损伤后早期

与对照组相比，Col5a1缺陷小鼠在缺血性损伤后7天内心脏收缩性能显著降低，纤维化疤痕组织面积显著增大，而且会导致严重异常的疤痕结构。Col5a1缺乏改变了瘢痕组织的力学性质，如硬度，收缩力，可变形性等，这些都会造成瘢痕尺寸增加。

当Col5a1缺乏时会诱导肌成纤维细胞基因表达程序的激活，ECM相关基因αSMA, periostin, Col3a1, Myh11等表达上调。通过流式细胞术观察到Col5a1缺陷的心肌成纤维细胞过量表达整合素 αVβ3和 αVβ5。后续通过细胞与小鼠模型药物抑制实验（添加αVβ3和αVβ5抑制剂Cilengitide）证实Cilengitide可逆转Col5a1基因缺陷所引发的ECM基因表达增加和心肌细胞肥大表型。这些结果证明Col5a1缺乏引发αVβ3和 αVβ5整合素的异常表达是驱动肌成纤维细胞分化的主要原因。

抑制 αVβ3和 αVβ5可逆转Col5a1基因缺陷引发的瘢痕增加

本研究从心脏损伤瘢痕组织转录组学与蛋白质组学变化入手，挖掘到关键调控因子Col V，后续通过对基因敲除细胞和动物模型影像学，生物力学以及药物抑制实验详细阐述了Col V在调节瘢痕大小中的分子机理。本文的研究成果为心肌梗死后续临床恢复治疗提供了理论依据，也为Col V基因突变引起的遗传疾病治疗提供了新的思路。