邹文安
景杰学术/报道
心血管疾病作为一种全球流行性疾病，每年会在世界范围内造成1770万人死亡。肥大型心肌病（HCM）是最常见的遗传性心脏病。心肌纤维化是HCM的一个特征，被认为是导致快速心律失常和心力衰竭的主要因素，其特征是心肌成纤维细胞过度增殖、肌成纤维细胞活化和纤维细胞外基质（ECM）蛋白沉积增加。靶向心肌纤维化是备受关注的治疗干预方式，然而，驱动纤维化进展的潜在分子信号机制仍然有待研究。
近日，来自加拿大和美国的研究人员在国际期刊Nature Biomedical Engineering（IF=18.95）上发表了最新研究成果。研究应用磷酸化修饰组学技术，通过监测心脏不同纤维化来源的样本，鉴定出心脏纤维化的关键激酶——GSK3，其抑制剂GW806290X被证实能够有效改变纤维化重塑过程。
研究者首先收集了纤维化表型的源于hiPSCs心肌细胞的cardiac Biowire样本、临床病人来源的样本以及鼠源的心肌肥大样本（样本策略），运用基于TMT标记的蛋白质组学和磷酸化组学定量技术（质谱策略）进行了分析。
图1 蛋白质组研究策略
研究定量到cardiac Biowire结构中的6587个蛋白质和5500个磷酸化蛋白，患者样本中的4185个蛋白质和3594个磷酸化蛋白，以及小鼠心脏组织中的3630个蛋白质和2031个磷酸化蛋白。接下来，研究者将蛋白质组学和磷酸化修饰组学的数据进行汇总，分析表明cardiac Biowire 样本的差异蛋白和差异磷酸化位点显示出更加一致和更加明显的变化（图2b和2c）。
图2 蛋白质组学和磷酸化修饰组学的数据集比较
研究者进一步对不同数据集的差异蛋白和磷酸化蛋白质进行生物信息学分析，发现cardiac Biowire样本与另外两个样本GO和KEGG的重合度较高（图3）。通过激酶的Motif分析，从这三个样本组中存在的常见基序中确定了对心脏收缩、代谢和信号传导级联至关重要的激酶，包括PKA，CAMKII，ERK1/2，PKC，CK2，CDK5和GSK3。之后，研究者从中聚焦到激酶GSK3，并通过功能实验证实其小分子抑制剂（GW806290X）可有效改变心肌纤维化的重塑过程。
图3 不同样本来源的数据集信号通路的比较
综上所述，该研究应用蛋白质组学和磷酸化修饰组学技术，对患者外植体、TAC小鼠模型和cardiac Biowire组织进行分析，深入了解心脏纤维化的分子途径和因子，证实GSK3是心脏纤维化的关键激酶，其抑制剂GW806290X被证实能够有效改变纤维化重塑过程。
更重要的是，本研究结合现代生物工程、蛋白质组学和计算技术开发了一种多管齐下的方法，可用于重复表征潜在疗法及其对中央心脏信号通路的影响。因此，该方法除可用于研究心脏纤维化之外，还可以通过适当的修改潜在地应用于研究各种其他心脏疾病和其他病理中。
参考文献：
1. Kuzmanov U, et al., 2020. Mapping signalling perturbations inmyocardial fibrosis via the integrative phosphoproteomic profiling of tissuefrom diverse sources. Nature Biomedical Engineering.