Sci Signal: GRK5 N末端多肽可缓解超负荷心肌肥大和心力衰竭

基因表达的异常变化是导致超负荷心力衰竭，从而导致适应不良的心脏肥大，心室重构和收缩功能障碍的基础。此前研究表明，G蛋白Gq产生的细胞内信号会触发适应不良和心力衰竭，其中部分是通过激活G蛋白偶联受体激酶5（GRK5）引起的。肥大性刺激诱导心肌细胞核中GRK5的积累，并通过多种转录因子（包括NFAT）调节病理性基因的表达。此外，研究表明GRK5的向细胞核转运的能力由与钙调蛋白（CaM）结合的氨基末端（NT）结构域介导产生。

在最近一项研究中，来自Temple大学转化医学中心的Walter J. Koch教授等人试图通过在心肌细胞中表达编码包含CaM结合域的GRK5 NT（GRK5nt）的肽段，来预防GRK5介导的压力超负荷适应不良和心力衰竭症状。

结果表明，在培养的心肌细胞中，GRK5nt的表达消除了Gq偶联的受体介导的肥大，以及病理基因表达的减弱和NFAT和NF-κB的转录活性降低。研究表明，GRK5nt结合并阻止CaM与内源性GRK5缔合，从而防止了压力超负荷后GRK5在细胞核中的积累。通过构建心脏特异性表达GRKnt的转基因小鼠（TgGRK5nt小鼠），作者发现这类小鼠表现出心肌肥大症状（包括心室功能障碍，肺充血和慢性横向主动脉缩窄后的心脏纤维化）的减轻。上述结果表明可以将GRK5nt作为防止心力衰竭的GRK5信号传导抑制剂。

首先，作者构建了心肌细胞特异性GRKnt转基因小鼠——TgGRK5nt，该小鼠的心肌细胞中特异性表达GRK5的2-188N末端结构域。之后，作者给转基因小鼠以及对照小鼠进行了横向主动脉缩窄手术（TAC）处理，用于模拟心脏适应不良与心力衰竭症状。结果表明，相比对照小鼠，转基因小鼠表现出明显减轻的肌肥大与适应不良等症状。心脏收缩压，左心室压力过载，以及左心室壁增厚等症状也得到明显减轻。

（TgGRK5nt转基因小鼠接受TAC处理后表现出较轻的心力衰竭等相关症状）

进一步，作者希望了解上述表型在组织学水平的反映。为此，作者对心肌组织进行固定切片，并且进行了小麦胚芽凝集素染色处理。结果显示：野生型小鼠在接受TAC手术后，会出现心肌细胞横切面增加的现象，而这一现象在转基因小鼠中则得到明显缓解。此外，相比野生型小鼠心肌纤维化的程度，转基因小鼠的上述症状也得到明显减轻。总之，以上结果表明GRK5nt在心肌细胞中的表达会减轻TAC手术后小鼠心脏纤维化以及心肌肥大等症状的严重程度。

（TgGRK5nt转基因小鼠接受TAC处理后表现出较轻的心肌肥大与纤维化）

之后，作者通过体外实验验证GRK5nt对心肌肥大以及相关基因的调节作用。为此，作者在体外培养的心肌细胞中表达了flag-GRK5nt蛋白。结果显示，过表达的GRK5nt在心肌细胞内的分布十分广泛，而且该蛋白的过表达能够抑制由⍺-adrenergic介导的心肌肥大现象（由苯肾上腺素诱导48小时产生），同时能够抑制心肌肥大相关基因ANP的表达水平。

（体外实验表明GRK5nt能够抑制心肌细胞肥大相关基因的表达以及表型的产生）

为了探究GRK5nt调节心肌细胞相关表型的分子机制，作者进行了深入的生化分析。结果表明，GRK5nt能够与Ca2+-CaM结合， 从而抑制NFAT信号转导以及GRK5在细胞核内的聚集，该过程最终抑制了心肌细胞肥大基因的表达以及细胞相关表型的形成。

综上，作者通过构建组织特异性GRK5nt转基因小鼠，TAC模型以及一系列的体内外实验，揭示了GRK5nt作为缓解心肌肥大以及心力衰竭症状药物的潜力。

原始出处：Ryan C. Coleman, Akito Eguchi, Melissa Lieu et al., A peptide of the N terminus of GRK5 attenuates pressure-overload hypertrophy and heart failure.Science Signaling  30 Mar 2021:Vol. 14, Issue 676, eabb5968 DOI: 10.1126/scisignal.abb5968