Inhibition of Scarb1 on Endothelial Cells Attenuates Pressure Overload-Induced Heart Failure Progression

Keywords: SCARB1; endothelial cells; fibroblasts; heart failure.

心力衰竭顯著縮短了健康預(yù)期壽命。盡管心臟中有多種細(xì)胞類(lèi)型，但以往的研究主要關(guān)注心肌細(xì)胞（CMs），因?yàn)樗鼈冊(cè)谛呐K泵血功能中發(fā)揮關(guān)鍵作用。非心肌細(xì)胞（NCMs）的數(shù)量占心臟細(xì)胞的近70%，顯著影響心力衰竭的進(jìn)展。在NCMs 中，內(nèi)皮細(xì)胞（EC）群體最多。ECs在維持心臟穩(wěn)態(tài)中起重要作用，其功能障礙會(huì)促進(jìn)心力衰竭的進(jìn)展。

此外，在心力衰竭進(jìn)展中，細(xì)胞的病理變化發(fā)生在細(xì)胞水平上，并通過(guò)包括 ECs 在內(nèi)的多個(gè)細(xì)胞之間的相互作用而發(fā)生。盡管之前的許多研究已經(jīng)證明了通過(guò) CMs 進(jìn)行細(xì)胞間相互作用的重要性，但成纖維細(xì)胞（FB）-EC 的相互作用在心臟中也起著重要作用。然而，FB-EC 相互作用導(dǎo)致心力衰竭進(jìn)展的詳細(xì)機(jī)制仍然知之甚少。

鑒于此，日本慶應(yīng)義塾大學(xué)醫(yī)學(xué)院心內(nèi)科、綜合運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)研究所及東京大學(xué)計(jì)算生物與醫(yī)學(xué)科學(xué)系團(tuán)隊(duì)在一項(xiàng)研究中，通過(guò)心力衰竭進(jìn)展對(duì)NCMs 進(jìn)行了單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq）分析，以闡明細(xì)胞的病理變化，主要關(guān)注ECs和FBs及其病理細(xì)胞間相互作用，并基于細(xì)胞間相互作用分析，重點(diǎn)關(guān)注了 ECs中表達(dá)的Scarb1，提出Scarb1可以作為心力衰竭的新型治療靶點(diǎn)。研究成果發(fā)表于 JACC: Basic to Translational Science 期刊題為“Inhibition of Scarb1 on Endothelial Cells Attenuates Pressure Overload-Induced Heart Failure Progression"。

首先，為了研究心力衰竭發(fā)展過(guò)程中NCMs的病理變化，創(chuàng)建小鼠主動(dòng)脈弓縮窄（TAC）模型，從小鼠正常期（TAC 0周），適應(yīng)性肥厚期（TAC 2周）和心力衰竭期（TAC 12周）的心臟中提取NCMs，并進(jìn)行scRNA-seq分析。數(shù)據(jù)表明，TAC 誘導(dǎo)的壓力超負(fù)荷成功誘發(fā)了心力衰竭。

ECs的數(shù)量隨著心力衰竭的進(jìn)展而增加，特別是在肥厚期，表明ECs對(duì)體內(nèi)平衡的破壞在心力衰竭進(jìn)展中起關(guān)鍵作用。將ECs重新聚類(lèi)并將它們分類(lèi)為11個(gè)亞群（圖1 A、B）。通過(guò)分析心力衰竭進(jìn)展期間數(shù)量增加的簇，發(fā)現(xiàn)簇6 在適應(yīng)性肥厚期間增加，而簇5 在心力衰竭階段增加。根據(jù)基因表達(dá)，簇6 被認(rèn)為是一種毛細(xì)血管 EC（圖1 B），其中 Col1a1、Col3a1 和 Il1b 的表達(dá)增加（圖 1 C）。簇5 在心力衰竭階段數(shù)量增加，表現(xiàn)出動(dòng)脈 EC 特征。在心力衰竭階段，應(yīng)力纖維相關(guān)基因，如Acta2和Tagln，在動(dòng)脈EC中上調(diào)（圖1 D）。Fgfr1 在器官纖維化中起重要作用，在其中也上調(diào)（圖1 D）。

同時(shí)，分析FB群體的病理變化。FBs被重新聚類(lèi)為7個(gè)子簇（圖1 E）?。偽時(shí)間序列分析顯示，隨著心力衰竭的進(jìn)展，FBs細(xì)胞分化軌跡分化為簇5、1方向和簇2、4方向（圖1 F）。關(guān)于細(xì)胞數(shù)量，簇1 在適應(yīng)性肥厚期間增加，而簇4 在心力衰竭期間增加。FBs 中包括 Postn 在內(nèi)的細(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生隨著心力衰竭的進(jìn)展而增加，是心力衰竭中 FB 病理性變化的關(guān)鍵特征。分析表明，簇1 和 4 是 Postn 陽(yáng)性（圖1 G），表明這些亞群是病理性 FBs。此外，簇4 中的 FBs 表達(dá)應(yīng)力纖維，例如 Acta2（圖1 H），這是肌成纖維細(xì)胞中的一個(gè)獨(dú)特基因。

圖1    scRNA-seq 揭示了心力衰竭發(fā)展過(guò)程中 ECs 和 FBs 中不同的亞群和基因表達(dá)譜。

接下來(lái)，使用配體-受體對(duì)進(jìn)行細(xì)胞間相互作用分析，發(fā)現(xiàn)作為受體的ECs和作為配體的FBs之間的相互作用（FB-EC相互作用）zuiwei突出，FB-EC相互作用的總數(shù)隨著心力衰竭的進(jìn)展而增加。在ECs的受體中，經(jīng)常檢測(cè)到與清道夫受體（Scarb）家族相關(guān)的基因，包括 B 類(lèi)清道夫受體1（Scarb1）和Scarb3。當(dāng)計(jì)算Scarb家族中的相互作用總數(shù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)FBs是配體的主要來(lái)源，與相互作用總數(shù)相似。通過(guò)SCARB1受體的相互作用是前 2 名相互作用，說(shuō)明通過(guò) SCARB1 的 FB-EC 相互作用可能對(duì)心力衰竭發(fā)展的病理變化產(chǎn)生影響。此外，還通過(guò)免疫熒光證實(shí)了Scarb1在心臟毛細(xì)血管ECs中的局灶性表達(dá)。

對(duì)小鼠心力衰竭模型的scRNA-seq分析得出了SCARB1受體介導(dǎo)的FB-EC相互作用可能是心力衰竭進(jìn)展的關(guān)鍵因素的假設(shè)。為了檢驗(yàn)Scarb1在小鼠心力衰竭模型中是否真的是一個(gè)關(guān)鍵病理基因，構(gòu)建了EC特異性Scarb1敲除小鼠（Scarb1 CKO）（圖2 A）。在Scarb1 CKO和對(duì)照小鼠中給予他莫昔芬后進(jìn)行TAC誘導(dǎo)心力衰竭（圖2 B）。超聲心動(dòng)圖顯示，與對(duì)照TAC小鼠相比，Scarb1 KO顯著改善了左心室射血分?jǐn)?shù)（LVEF）功能障礙（圖2 C、D），將LVEF恢復(fù)到TAC前水平，表明ECs中的Scarb1在TAC誘導(dǎo)的心力衰竭的進(jìn)展中起關(guān)鍵作用。

此外，為了研究 Scarb1 CKO 是否減少心臟纖維化，對(duì)心臟組織進(jìn)行了 azan 染色。結(jié)果顯示，Scarb1 CKO顯著抑制了血管周?chē)w維化和間質(zhì)纖維化（圖2 E、F）。qPCR顯示，Scarb1 CKO顯著降低了纖維化標(biāo)志物Col1a1和Postn以及炎癥分子Il1b和Il6 表達(dá)（圖2 G、H）。TAC 誘導(dǎo)心力衰竭后血管密度降低，Scarb1 CKO 可進(jìn)行緩解（圖2 I 、J）。這些數(shù)據(jù)表明，EC 選擇性敲除 Scarb1 可減輕心力衰竭進(jìn)展。

進(jìn)一步地，對(duì)TAC誘導(dǎo)的心力衰竭小鼠施用SCARB1特異性抑制劑BLT-1，觀察到在BLT-1給藥后挽救了TAC引起的心功能損害，血管周?chē)w維化和間質(zhì)纖維化也受到抑制，TAC增加的纖維化標(biāo)志物Col1a1、Postn、Tgfb和Timp1也顯著降低，炎癥分子，如Il1b和Il6也下調(diào)。心臟重量-體重比增加，表明BLT-1可以阻止向失代償性心力衰竭的轉(zhuǎn)變。通過(guò)研究高密度脂蛋白（HDL）在觀察到的現(xiàn)象中的參與（SCARB1 是一種特定的 HDL 攝取受體），表明HDL攝取不受研究中使用的BLT-1劑量的影響，無(wú)論 BLT-1 給藥如何，心臟中都沒(méi)有發(fā)生 HDL 攝取。因此，BLT-1的心臟保護(hù)作用可能是通過(guò)SCARB1的直接信號(hào)傳導(dǎo)介導(dǎo)的，而不是HDL介導(dǎo)的作用。

圖2  EC 特異性 Scarb1 KO 改善壓力超負(fù)荷心臟的心力衰竭狀況。

重要的是，為了確認(rèn)SCARB1介導(dǎo)的FB-EC相互作用導(dǎo)致ECs的病理變化，進(jìn)行了FBs和ECs的混合共培養(yǎng)（圖3 A、B）。結(jié)果顯示，人微血管內(nèi)皮細(xì)胞（HMVECs）和大鼠成纖維細(xì)胞的混合共培養(yǎng)導(dǎo)致HMVECs中病理性纖維化標(biāo)志物（如ACTA2和S100A4）的表達(dá)增加，用BLT-1處理降低了其表達(dá)（圖3 C）。相比之下，在分離的共培養(yǎng)系統(tǒng)中，沒(méi)有觀察到這些基因表達(dá)變化，表明FB-EC直接串?dāng)_可能對(duì)ECs的病理變化至關(guān)重要。

進(jìn)行 RNA-seq 分析 BLT-1 處理的 HMVECs 的表達(dá)變化，主成分分析和聚類(lèi)顯示，對(duì)照組和BLT-1組存在不同的基因表達(dá)簇（圖3 D、E）。KEGG通路分析表明，與炎癥通路相關(guān)的基因（包括腫瘤壞死因子α信號(hào)）富集（圖3 F）?；蚣患治鲲@示，BLT-1給藥后與上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化相關(guān)的基因顯著減少（圖3 G）。同時(shí)，纖維化標(biāo)志物（ACTA2、TAGLN和COL1A1），促炎分子（IL1B和VCAM1）和趨化因子（CCL2、CXCL1和CXCL12）的表達(dá)也降低，與 BMP 信號(hào)傳導(dǎo)相關(guān)的基因（ID1、ID2 和 ID3）（圖3 H）也減少了。

實(shí)驗(yàn)假設(shè)血小板反應(yīng)蛋白1（THBS1）是 SCARB1 的潛在配體，qPCR分析顯示，THBS1 處理增加了 IL1B 和 COL1A1 的表達(dá)，而 BLT-1 給藥抵消了這種效應(yīng)。在使用 TAC 誘導(dǎo)的心力衰竭小鼠模型的 scRNA-seq 實(shí)驗(yàn)中，這些基因被鑒定為病理 ECs 的重要因素（圖1 C）。這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)化了體內(nèi)分析的結(jié)果，即心力衰竭進(jìn)展過(guò)程中的病理變化是由 FB-EC 通過(guò) SCARB1 相互作用引起的。

圖3     RNA-seq 和共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)闡明了 ECs 中抑制 SCARB-1 的假定心臟保護(hù)機(jī)制。

上述結(jié)果提示通過(guò) SCARB1 受體的 FB-EC 相互作用在心力衰竭進(jìn)展中的重要性。然而，細(xì)胞間相互作用在實(shí)際心臟中的定位和變性?xún)?nèi)皮細(xì)胞中的下游機(jī)制尚未得到充分研究。最后，為了闡明心臟細(xì)胞（包括EC和FB）的空間排列，對(duì)假手術(shù)和TAC 12周的心臟上約300個(gè)基因進(jìn)行了Xenium原位空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析。結(jié)果顯示，FBs和ECs在假手術(shù)和TAC心臟中的空間上非常接近。TAC心臟顯示出Nppa和Postn等病理標(biāo)志物的較高表達(dá)，主要位于內(nèi)部區(qū)域（心內(nèi)膜側(cè)）。該區(qū)域含有更高密度的病理性 ECs，其特征是炎癥和纖維化基因表達(dá)，通?？拷磉_(dá) Myc、Nppa 和 Nppb 的 CMs。盡管這些相互作用的確切方向仍不清楚，但這些發(fā)現(xiàn)表明，病理改變的 ECs 可能會(huì)影響相鄰的 CMs，從而加劇心力衰竭。

在 TAC 模型中，假設(shè)心肌內(nèi)區(qū)域受到缺氧條件的影響，這可能有助于這種細(xì)胞分布。此外，表現(xiàn)出明顯纖維化的區(qū)域顯示EC密度的顯著降低。類(lèi)似地，在TAC小鼠的心臟中，與對(duì)照小鼠相比，血管密度降低，并且觀察到Scarb1 CKO的改善。這些結(jié)果表明，微血管稀疏化可能會(huì)加重纖維化重塑，反之亦然。總體而言，研究結(jié)果支持 FB 衍生的配體激活相鄰的 ECs，導(dǎo)致炎癥和纖維化基因表達(dá)以及內(nèi)皮功能障礙。特別是在缺氧的內(nèi)部區(qū)域，這些病理變化在 ECs 和 CMs 中都會(huì)加劇，從而可能加劇心力衰竭。

圖5   圖形概要

總之，該研究利用scRNA-seq證明由SCR1受體介導(dǎo)的ECS與FBs間的相互作用是治療伴有心臟肥厚的進(jìn)行性心衰的有效靶點(diǎn)。SCARB1特異性抑制劑BLT-1已被證明在此背景下具有心臟保護(hù)作用。BLT-1靶向內(nèi)皮細(xì)胞中的SCARB1，顯示出作為高血壓性心力衰竭患者新型治療策略的前景。進(jìn)一步研究BLT-1的作用機(jī)制、療效和安全性對(duì)于將該化合物發(fā)展為心力衰竭治療的實(shí)用藥物至關(guān)重要。

參考文獻(xiàn)：Katsuki T, Kusumoto D, Akiba Y, Kimura M, Komuro J, Nakamura T, Hashimoto H, Kouka T, Sugai K, Katsumata Y, Miyasaka M, Suzuki Y, Kuramoto J, Kubota Y, Fukuda K, Yuasa S, Ieda M. Inhibition of Scarb1 on Endothelial Cells Attenuates Pressure Overload-Induced Heart Failure Progression. JACC Basic Transl Sci. 2025 Oct;10(10):101308. doi: 10.1016/j.jacbts.2025.05.003. Epub 2025 Aug 6. PMID: 40772900.

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