Circulation | 华中大夏家红、吴杰蛋白组驱动的多组学分析揭示心脏移植排斥反应机制

2023-05-31 15:37:23, 景杰生物 杭州景杰生物科技股份有限公司


景杰生物 | 报道

心脏移植是治疗难治性终末期心脏病最有效的方法,可以使心脏病患者重新获得新生。但是,心脏移植排斥反应(Heart Transplant Rejection,HTR)存在于一定比例的患者中,也是影响心脏移植患者生存的最主要原因。心脏排斥反应的特征是炎症细胞浸润以及心肌细胞损伤,之前的研究主要集中在免疫细胞,非免疫器官和相关分子机制在心脏移植排斥反应中的作用研究还较为缺乏。

随着新一代高分辨质谱仪技术的发展,组学技术正从传统的单一组学向多组学技术发展。以蛋白质组学为核心,结合基因组、转录组、代谢组的多组学联合分析技术能为多种疾病的精准诊断以及治疗提供多维系统的信息,促进疾病的基础研究以及临床医疗产业的发展。

2023年5月26日,华中科技大学同济医学院附属协和医院夏家红教授和吴杰教授在Circulation (心血管领域顶刊,IF=39.9)发表了题为“Immune Regulation of the Liver Through the PCSK9/CD36 Pathway During Heart Transplant Rejection”的研究论文。该研究运用转录组、蛋白组以及代谢组等多组学联合分析技术检测了心脏移植后肝脏的改变情况,揭示了肝脏通过前蛋白转化酶枯草溶菌素9(PCSK9)/CD36通路调控心脏移植排斥反应的新机制。该研究不仅发现了心脏移植潜在的临床诊疗靶点,为器官移植打开了新的大门。景杰生物为该研究提供了蛋白质组学检测技术支持。

PCSK9是一种由肝脏分泌的蛋白,同时也是高脂血症以及心血管疾病的治疗靶点。PCSK9在感染免疫和肿瘤免疫中也发挥着重要的免疫调节作用。然而,PCSK9以及肝脏反应在心脏移植中的作用尚不清楚。

为了检测PCSK9在心脏移植过程中的作用,研究者收集了临床心脏移植患者和心脏移植小鼠受体的血清样本。研究者通过ELISA检测其血清中的PCSK9水平,发现在HTR期间受体内的PCSK9水平显著升高。此外,研究者进一步构建了PCSK9基因敲除小鼠,通过系列实验表明PCSK9参与了心脏移植后的异体免疫反应。

图1 PCSK9降低缓解心脏移植排斥反应

由于体内多个器官都表达PCSK9,为了明确心脏移植术后受体PCSK9的来源,研究者对心脏移植受体小鼠的多个器官(心脏、肝脏、肾脏、肺、脾脏、淋巴结)进行了组织学检查以及多组学分析(转录组、TMT标记定量蛋白组、代谢组)。发现心脏、脾脏以及淋巴结出现了病理变化,在肝脏组织中的PCSK9 mRNA水平以及蛋白水平显著上升。

图2 心脏移植受体小鼠多器官组织学及多组学分析

研究者结合肝脏的转录组以及蛋白组数据进行联合分析,发现心脏移植小鼠肝脏的TNFα信号通路以及IFNγ信号通路发生显著变化。代谢组学数据显示其脂肪酸代谢以及胆汁酸代谢存在显著差异。

图3 心脏移植受体小鼠肝脏蛋白质组学分析

为了阐明肝细胞中炎症反应与PCSK9的关系,研究者对心脏移植受体小鼠的血清进行了多重细胞因子检测,发现其促炎细胞因子TNF-α和IFN-γ显著增加,且TNF-α和IFN-γ可以诱导PCSK9表达。研究者结合转录组数据及系列实验表明TNF-α和IFN-γ通过固醇调节元件结合蛋白2(SREBP2)协同促进肝细胞PCSK9的表达。

为了研究心脏移植期间PCSK9的促炎机制,研究者对人类心内膜心肌活检数据集进行分析(GSE124897),发现CD36的表达在心脏移植排斥以及不排斥的心内膜活检中存在显著差异。研究者后续也验证了CSK9可以通过受体CD36依赖的途径调节巨噬细胞表型和功能,进而影响效应T细胞的增殖和IFN-γ的产生。通过构建小鼠心脏移植模型,对移植物浸润的巨噬细胞进行检测发现敲除受体PCSK9能够有效增加心脏移植物浸润的巨噬细胞CD36表达,抑制巨噬细胞的炎性分化和功能。

图4 肝脏调节移植心脏免疫反应的机理示意图

综上所述,该研究基于转录组、蛋白组、代谢组多组学联合分析及系列体外实验,发现在心脏移植排斥反应期间,TNF-α和IFN-γ通过转录因子SREBP2协同促进受体肝细胞中PCSK9的表达,导致血清PCSK9水平提高。而PCSK9通过抑制CD36的表达和脂肪酸的摄取促进巨噬细胞的炎性分化,从而促进效应T细胞的增殖和IFN-γ的产生。该研究揭示了心脏移植排斥反应期间受体肝脏免疫调节的新机制,为临床治疗提供了潜在的治疗靶点。

华中科技大学同济医学院附属协和医院张曦博士和许恒博士为本文的共同第一作者,华中科技大学同济医学院附属协和医院夏家红教授和吴杰教授为共同通讯作者。

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参考文献

Zhang X,et al. 2023. Immune regulation of the liver through the PCSK9/CD36 pathway during heart transplant rejection. Circulation.

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