活性氧（ROS）信號(hào)是心臟再生的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，可能為預(yù)防或治療心肌梗死（MI）后的心力衰竭提供創(chuàng)新策略。缺氧環(huán)境是心臟再生生物共有的許多因素之一，伴隨著心肌細(xì)胞（CMs）中相對(duì)較低的活性氧（ROS）水平。相比之下，成年哺乳動(dòng)物CMs存在于富氧環(huán)境中，這會(huì)引發(fā)細(xì)胞內(nèi)ROS產(chǎn)生的增加。過量的ROS被認(rèn)為是通過誘導(dǎo)對(duì)DNA的氧化損傷（例如氧化堿基和DNA鏈斷裂）從而引起細(xì)胞毒性，導(dǎo)致成年CM細(xì)胞周期停滯，甚至CM死亡或衰老。已證實(shí)機(jī)體清除ROS或抑制DNA損傷反應(yīng)（DDR）可誘導(dǎo)出生后CM細(xì)胞周期重新進(jìn)入，暗示了靶向ROS代謝以誘導(dǎo)心臟修復(fù)的治療潛力。然而，關(guān)于一般抗氧化療法的臨床研究未能揭示這方面的任何有益效果。因此，有必要探索新的抗氧化治療的靶點(diǎn)，以有效恢復(fù)心臟功能并預(yù)防心肌梗死后的心力衰竭。

眾所周知，細(xì)胞內(nèi)ROS是通過各種大分子的貢獻(xiàn)在多個(gè)隔室中產(chǎn)生的。線粒體是細(xì)胞代謝和氧化還原平衡的核心細(xì)胞器，是成年CMs產(chǎn)生ROS的主要來源。據(jù)估計(jì)，近90%的ROS，包括線粒體超氧化物，被認(rèn)為是造成DNA損傷的主要原因，這估計(jì)是由線粒體的電子泄漏產(chǎn)生的。CMs中過多的線粒體ROS產(chǎn)生與細(xì)胞周期停滯和疾病病理生理學(xué)有因果關(guān)系。有趣的是，越來越多的證據(jù)表明，其他來源的ROS也可以在心臟中發(fā)揮保護(hù)和信號(hào)傳遞的作用。最近的一項(xiàng)研究報(bào)告稱，來自心外膜的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶產(chǎn)生H2O2以在心臟再生過程中募集炎性白細(xì)胞。此外，NADPH誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞氧化應(yīng)激介導(dǎo)Vegf誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞活化和血管生成。線粒體ROS和其他來源ROS的不同功能表明，精確清除線粒體來源的ROS可能會(huì)提高抗氧化治療的功效并促進(jìn)心臟再生。盡管具有臨床意義，但仍然缺乏針對(duì)線粒體來源的ROS進(jìn)行心臟再生的清除劑。

環(huán)狀RNAs（circRNAs）是一類新發(fā)現(xiàn)的非編碼RNAs，通過在其3’和5’末端連接而形成環(huán)狀。眾所周知，由于其結(jié)構(gòu)，circRNAs比其親本線性轉(zhuǎn)錄本更穩(wěn)定。新的研究表明，circRNAs在心臟的生理和病理生理過程中具有十分重要的作用。據(jù)報(bào)道，幾種circRNAs通過影響MI后的氧化應(yīng)激損傷來調(diào)節(jié)CM細(xì)胞周期進(jìn)程、凋亡和存活。最近的研究表明，線粒體定位的circRNAs是線粒體功能和動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。它們還通過控制線粒體膜電位來調(diào)節(jié)線粒體ROS的產(chǎn)生，表明它們?cè)跍p輕線粒體ROS負(fù)擔(dān)方面具有潛在作用。此外，由于它們?cè)诩?xì)胞中的特殊定位，這些調(diào)節(jié)因子往往對(duì)非線粒體ROS幾乎沒有影響。因此，靶向線粒體定位的circRNAs可能是促進(jìn)心臟再生修復(fù)的一種有吸引力的策略，因?yàn)樗鼈儗?duì)線粒體ROS具有獨(dú)特的作用。

近日，Molecular Therapy（IF12.910）期刊發(fā)表了一篇題為CircRNA Samd4 induces cardiac repair after myocardial infarction by blocking mitochondria-derived ROS output的研究論文。報(bào)道了一個(gè)線粒體定位的circRNA Samd4（circSamd4），其作為CMs中線粒體氧化應(yīng)激的重要調(diào)節(jié)因子，通過精確清除CMs中線粒體來源的ROS來促進(jìn)心臟再生。至關(guān)重要的是，circSamd4過表達(dá)增加了心肌梗死后CM的增殖，并誘導(dǎo)其結(jié)構(gòu)和功能恢復(fù)。表明circSamd4可能是MI后促進(jìn)心臟再生修復(fù)和改善預(yù)后的一個(gè)有價(jià)值的治療靶點(diǎn)。

為了鑒定心臟再生過程中與抗氧化反應(yīng)相關(guān)的潛在circRNAs，研究人員使用了之前發(fā)表的哺乳動(dòng)物心臟轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集，并選擇了同源保守且具有30多個(gè)reads以支持環(huán)形連接的circRNAs。其中，13個(gè)circRNAs在新生和成年小鼠心臟中差異表達(dá)。qRT-PCR分析顯示，相比其他circRNAs，circSamd4和circRyr2在小鼠心臟中高度表達(dá)。核質(zhì)分離及原位雜交實(shí)驗(yàn)表明，circSamd4是一種線粒體定位的circRNA，其表達(dá)與CM中的抗氧化反應(yīng)有關(guān)。 因此，研究人員隨后專注于circSamd4的表達(dá)分析和功能研究。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)circSamd4在胚胎和新生CMs中選擇性表達(dá)。轉(zhuǎn)錄因子Nrf2通過與circSamd4宿主基因的啟動(dòng)子結(jié)合來控制circSamd4的表達(dá)。

Fig1. 線粒體定位的circRNA circSamd4在新生心臟中高度表達(dá)

接下來的體內(nèi)外功能研究顯示，CircSamd4過表達(dá)/沉默減少/增加了線粒體氧化應(yīng)激和隨后的氧化DNA損傷。此外，circSamd4過表達(dá)可誘導(dǎo)CM增殖并阻止CM凋亡，從而減少心肌梗死（MI）后纖維化區(qū)域的大小并改善心臟功能。暗示circSamd4可能是改善MI預(yù)后的一個(gè)有價(jià)值的治療靶點(diǎn)。

Fig2. CircSamd4過表達(dá)可減少氧化損傷并促進(jìn)體內(nèi)CM增殖

機(jī)制研究顯示，Nrf2上調(diào)的circSamd4與Vcp蛋白結(jié)合并促進(jìn)Vcp線粒體易位，從而降低Vdac1表達(dá)并減弱線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔（mPTP）的開放，阻斷線粒體來源的ROS輸出。CircSamd4的過表達(dá)會(huì)減少氧化應(yīng)激的產(chǎn)生并觸發(fā)CM增殖，從而導(dǎo)致MI后的心臟修復(fù)。

Fig3. 本研究機(jī)制模型示意圖

總之，本研究結(jié)果表明，線粒體定位的circRNA Samd4在轉(zhuǎn)錄因子Nrf2的調(diào)控下，通過促進(jìn)Vcp線粒體易位和降低Vdac1表達(dá)來減少CM線粒體氧化應(yīng)激并誘導(dǎo)細(xì)胞周期進(jìn)程。CircSamd4過表達(dá)觸發(fā)了心臟修復(fù)并減少了MI后的梗死面積，從而顯著改善了心臟功能。 暗示circSamd4是MI后心力衰竭的一個(gè)有希望的治療靶點(diǎn)。

原文鏈接：

https://www.cell.com/molecular-therapy-family/molecular-therapy/pdf/S1525-0016(22)00417-8.pdf?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS1525001622004178%3Fshowall%3Dtrue

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