文献解读 | 前列腺素I2信号可预防血管紧张素II诱发的小鼠心房重构和房颤易感性

研究背景

心房颤动 (AF) 是常见的心律失常，常伴随高发病率和死亡率，并增加中风和心力衰竭风险。研究表明，心房纤维化是AF结构重构的关键标志，心脏成纤维细胞在此过程中起重要作用，心房成纤维细胞对血管紧张素II (Ang II) 等有丝分裂因子的反应更强，Ang II 可能参与了心房重构和AF的发生机制。

前列腺素I₂ (PGI₂) 由环加氧酶-2 (COX-2) 和PGI合酶 (PTGIS) 代谢花生四烯酸生成，主要在血管内皮细胞、平滑肌细胞合成，可抑制血小板聚集、平滑肌收缩和免疫细胞增殖。PGI₂也在成纤维细胞中合成，PGI₂通过激活IP受体，增加细胞内cAMP和蛋白激酶A (PKA) 活性，抑制成纤维细胞增殖和细胞外基质 (ECM) 蛋白质合成，具有抗纤维化作用。

近日，天津医科大学第二医院心内科李广平教授团队在Cellular and Molecular Life Sciences发表题目为Prostaglandin I₂ signaling prevents angiotensin II-induced atrial remodeling and vulnerability to atrial fibrillation in mice的研究文章。

本研究发现，AF患者的PGI₂水平显著降低，且主要来源于心房成纤维细胞。PGI₂在AF患者和Ang II诱导的AF小鼠模型的心房组织中均显著减少。用PGI₂类似物 iloprost治疗可减轻Ang II诱发的AF和心房纤维化。iloprost通过增加cAMP水平，激活PKA，抑制MAPK依赖性白细胞介素6的转录，从而阻止心房成纤维细胞的分化和胶原合成。相反，心脏成纤维细胞特异性IP敲低小鼠增加了Ang II诱导的AF和心房纤维化。这些结果表明PGI₂/IP系统可预防心房纤维化，是治疗AF的潜在靶点。

研究方法

文中采用多通道电生理标测技术（Electrical Mapping，MappingLab）评估小鼠心房场电位的变化，分析了不同组小鼠心房的传导时间、传导速度 (CV) 、绝对不均匀性和不均匀性指数等指标。

研究结果

1. 在房颤患者中，PGI₂含量降低为探讨房颤（AF）与前列腺素之间的关系，分析了持续性房颤（PAF）患者和正常窦性心律（SR）患者的血浆样本，发现PAF患者的PGI₂水平显著降低，而其他八种二十烷类物质的水平显著升高，且较低的血浆PGI₂水平与AF风险显著增加相关。（表1）

Table 1. 健康对照组和持续性房颤患者的临床特征

SR: 窦性心律；PAF: 持续性房颤；HR: 心率；SBP: 收缩压；DBP: 舒张压；ACEI: 血管紧张素转换酶抑制剂；ARB: 血管紧张素II受体拮抗剂；CCB: 钙通道阻滞剂；WBC: 白细胞；Hb: 血红蛋白；Cr: 肌酐；UA: 尿酸；LAD: 左心房内径；LVEDD: 左心室舒张末期内径；IVSd: 舒张期室间隔厚度；LVPWd: 舒张期左心室后壁厚度；EF: 射血分数。

为阐明PAF患者PGI₂生成减少的原因，分析其左心房（LA）组织发现，PAF组的PTGIS表达在mRNA和蛋白水平上均低于SR组，还有α-SMA水平升高及心肌纤维化的现象。PTGIS与成纤维细胞标志物α-SMA和内皮细胞标志物CD31共定位，但与心肌细胞标志物α-肌动蛋白无共定位。结果表明，PTGIS在房颤患者心房组织的成纤维细胞中特异性下调。这些结果在Ang II诱导的AF小鼠模型中得到了验证，结果提示PGI₂参与AF的发生（图1）。

图1. 在AF患者和Ang II诱导的小鼠中，PGI₂的产生减少

2. 使用PGI₂类似物 iloprost治疗可降低AngII 诱导的房颤为了研究PGI₂是否调节AF的发生，将注射Ang II的小鼠，用 iloprost治疗两周。iloprost是一种合成的PGI₂类似物，用于治疗肺动脉高压。iloprost具有比PGI₂更好的化学稳定性，这有助于其临床应用。结果发现，Ang II/iloprost治疗组能显著减少AF的诱发并缩短AF的持续时间。尽管Ang II/iloprost治疗组和对照组的收缩压和舒张压无显著差异，但Ang II/iloprost治疗组的心房电传导速度和传导均匀性明显改善。

图2. PGI₂类似物 iloprost减少Ang II诱导的心房颤动

3. 给予PGI₂类似物 iloprost可抑制Ang II诱导的心房纤维化将 iloprost对心房重构的影响进行了研究。对Ang II/iloprost治疗组小鼠的左心房组织进行了组织学分析，通过组织学和免疫荧光分析，发现与仅接受Ang II处理的小鼠相比，iloprost能显著减少左心房组织中无序的肌纤维和胶原沉积。此外，iloprost还减少肌细胞肥大和纤维化标志物的表达，并改善了左心房的体积。这些结果强有力地支持PGI₂在治疗心房颤动中的潜在疗效（图3）。

图3. PGI₂类似物 iloprost可降低Ang II诱导的心房纤维化

4. PGI₂减弱Ang II诱导的心房成纤维细胞胶原合成和分化为了探讨PGI₂如何发挥其抗纤维化作用，首先比较了小鼠原代心房心肌细胞和成纤维细胞中PTGIS蛋白水平，发现PTGIS在成纤维细胞中富集，随后在AngII组的心房成纤维细胞中，PTGIS的mRNA和蛋白水平均下调，并且PGI₂的产生也减少。进一步研究了PGI₂是否能够抑制Ang II诱导的心房成纤维细胞分化，结果表明，iloprost治疗组不仅减少了Ang II引起的ECM成分和肌成纤维细胞标志物的表达增加，还逆转了已建立的纤维化表型。此外，iloprost还减少了心房成纤维细胞在体外对胶原基质的收缩和迁移能力（图4）。

图4. PGI₂类似物 iloprost可抑制Ang II诱导的心房成纤维细胞活化

5. PGI₂抑制Ang II诱导的心房成纤维细胞IL-6基因表达中的MAPK通路PGI₂信号通路在抗纤维化作用的分子机制尚不完全清楚。通过RNA测序分析揭示，PGI₂通过抑制MAPK/IL-6轴发挥其抗纤维化作用的分子机制。具体分析显示，iloprost能逆转Ang II诱导的216个上调基因和30个下调基因的表达变化，这些基因显著富集于MAPK途径。进一步的研究揭示，iloprost显著抑制了IL-6、Serpine1、Thbs1、Pdcd4和Pdgfrb等关键基因的表达，特别是IL-6，这是慢性AF中常见的炎性细胞因子之一。此外，iloprost处理显著降低了心房成纤维细胞中IL-6的mRNA水平和上清液中的IL-6蛋白水平，这些结果表明，MAPK/IL-6轴是PGI₂抗纤维化效应的一个关键下游靶标。

图5. PGI₂类似物 iloprost降低小鼠心房成纤维细胞和心房组织中Ang II诱导的IL-6的产生

6. PGI₂通过激活PKA来抑制Ang II诱导的ERK1/2和P38激活研究显示，PGI₂通过抑制MAPK信号通路发挥其作用的关键机制。在心房成纤维细胞中，Ang II处理导致ERK1/2、P38和JNK的磷酸化增加，而iloprost处理显著抑制ERK1/2和P38的磷酸化，但对JNK影响不显著。此外，iloprost处理导致细胞内cAMP水平升高并激活PKA，表明iloprost通过经典的cAMP介导的信号通路发挥作用。使用PKA抑制剂（Rp-8Br-cAMPS）预处理能阻断iloprost抑制ERK1/2和P38磷酸化的能力，以及IL-6的产生。因此，iloprost通过激活PKA来抑制MAPK的激活，从而减少Ang II诱导的IL-6产生。

图6. iloprost抑制ERK1/2和心房成纤维细胞中IL-6的产生

7. 在心脏成纤维细胞中敲低前列腺素I受体（IP）受体加剧 Ang II 诱导的心房颤动和心房纤维化PGI₂通过与IP受体结合发挥其生理效应。在小鼠原代心房成纤维细胞中，敲低IP受体导致胶原I型和α-SMA的显著增加，表明促进了成纤维细胞向肌成纤维细胞的转变。此外，IP受体缺失还引起肌成纤维细胞介导的胶原凝胶收缩、增加细胞迁移和增殖速率。进一步验证显示，IP受体敲低导致cAMP水平和PKA活性降低，从而激活ERK1/2和P38，增加Ang II诱导产生IL-6。此外，Ang II处理后使用IL-6抗体预处理可抑制胶原I型和α-SMA的表达。这些结果表明缺失IP受体会激活MAPK信号通路，促进IL-6的产生，从而导致心房成纤维细胞的激活。

图7. 在心房成纤维细胞中IP缺失会增强成纤维细胞分化，并激活ERK1/2和P38，这些激酶进一步促进IL-6的生成

8. 敲低心脏成纤维细胞中的IP受体加剧 Ang II 诱导的心房颤动和心房纤维化研究通过AAV9载体在小鼠心脏成纤维细胞中靶向抑制IP受体，发现在血管紧张素II刺激下，小鼠心房内IP受体缺失会导致房颤诱导率及持续时间显著增加，左房传导速度减慢和离散度增加，心房纤维化和肌细胞增大。iloprost的增加给药未能逆转这些效应，PGI₂主要通过IP受体激活发挥其抗房颤作用。

图8. 心脏成纤维细胞特异性IP敲低加重Ang II诱导的AF

图9. 心脏成纤维细胞特异性IP敲低加重Ang II诱导的心房纤维化

研究结论

本研究证明，PGI₂作为重要的内源性抗纤维化调节因子，通过直接抑制心房成纤维细胞激活和肌成纤维细胞转分化，改善了 Ang II 诱导的心房纤维化和心房颤动。这些过程在心脏成纤维细胞特异性 IP 受体缺陷的小鼠中被加重。机制上，PGI₂ 促进了 cAMP/PKA 轴的激活，导致 MAPK 级联反应的活性减弱，从而减少 MAPK 目标基因的表达和心房颤动的形成。因此，这些发现表明 PGI₂ 可能在心房重构中起保护作用，突出了 PGI₂/IP 受体系统作为治疗心房纤维化和心房颤动的潜在上游治疗靶点。