心力衰竭（Heart Failure）簡稱心衰是一類複雜的臨床綜合征，為大多數心血管疾病的終末階段。具體是指心臟無法行使正常的泵血功能以維持血液灌流來滿足人體需要。臨床主要表現為呼吸困難，過度疲勞和運動耐量受限1。在全球約有2%的成年人患有心力衰竭，且隨著年齡增高，患病率明顯上升。隨著我國人口老齡化的加速，將來越來越多的人具有罹患心力衰竭的風險，尤其是患有慢性疾病（如肥胖、糖尿病和高血壓）的病人。因為發病原因不清，沒有有效治療藥物，心衰的五年死亡率徘徊在50%左右，比大多數癌症的死亡率都高。囙此急需闡明其發病機制開發新的治療策略來應對這一日益嚴重的公共衛生問題。
2021年3月5日，上海交通大學系統生物醫學研究院張冰團隊在Circulation雜誌上發表題為LARP7 Protects Against Heart Failure by Enhancing Mitochondrial Biogenesis的文章，首次發現RNA結合蛋白LARP7通過調控線粒體的生物合成和能量代謝促進心肌細胞功能防止心衰的發生。
LARP7是一種與哺乳動物細胞內豐度最高的長鏈非編碼RNA-7SK RNA相結合的La核糖核蛋白。LARP7，MEPCE和7SK RNA一起組成7SK核糖核蛋白複合體（7SK RNP）的基本結構2。以往研究認為7SK RNP的主要功能是封锁正轉錄延伸因數b（P-TEFb）與染色質和RNA聚合酶II（RNAPII）結合，進而抑制RNAPII ser2的磷酸化及其轉錄停滯釋放（Pausing release）3。LARP7是一種遺傳疾病發病相關基因，在患有侏儒症和Alazami綜合征的患者中均發現LARP7的功能缺失。但LARP7在心肌細胞以及心臟疾病中的作用和功能在本研究之前仍然匱乏。
研究人員在患有擴張型心肌病（DCM）的病人心肌組織中觀察到LARP7蛋白較正常人心肌組織顯著降低。LARP7全身敲除小鼠胚胎致死並伴有室間隔缺損。透射電鏡分析顯示心臟線粒體形態异常，RNA-seq顯示LARP7敲除小鼠心肌中電子呼吸傳遞鏈複合物上的基因表達全面下調。
為了研究心肌細胞中LARP7的作用，研究人員採用三種心肌特异性Cre小鼠：NKX2.5 Cre，Myh6 Cre和Myh6 MerCreMer與LARP7 flox小鼠雜交。心動超聲分析發現其心功能在4個月齡時顯著下降。組織學分析顯示LARP7敲除小鼠呈現心腔擴大、室璧變薄和纖維化上升等擴張性心肌病和心衰錶型。與全身敲除的胚胎小鼠類似，透射電鏡顯示線粒體變小，數目變少，內膜脊消失。Seahorse和線粒體功能測定顯示LARP7敲除心肌的線粒體氧化呼吸和ATP產生能力明顯降低。RNA-seq和Western-blot進一步證明LARP7敲除小鼠的氧化傳遞鏈分子的表達顯著降低。上述結果表明LARP7調控心肌細胞中線粒體的生物合成（biogenesis）以及能量代謝，在其功能維持中發揮重要作用。
去乙醯化酶SIRT1是控制線粒體合成的重要轉錄因數。研究人員進一步發現SIRT1蛋白在LARP7敲除小鼠心臟中顯著下降，去乙醯化酶活性明顯降低。SIRT1活性降低導致轉錄啟動因數PGC1-α乙醯化水准上升，繼而導致線粒體呼吸傳遞鏈基因表達下降，線粒體氧化磷酸化的功能障礙。
心肌中氧化應激和活性氧（ROS）的新增是心衰的重要分子標記。該研究進一步發現ROS的累積可以啟動毛細血管擴張突變基因ATM，從而導致LARP7泛素化新增，心衰心臟中LARP7的下降。研究者採用小鼠和食蟹猴冠狀動脈結紮模型（MI）證明該ROS-ATM-LARP7通路在心衰過程中被明顯啟動。採用腺相關病毒AAV9在心肌組織內過表達LARP7或者給心梗小鼠注射ATM抑制劑KU60019可以抑制該通路的過度活化，顯著提高心功能，預防心衰發生，並降低實驗動物的病死率。
綜上所述，該項研究闡明了心衰過程中啟動的一個新的ROS-ATM-LARP7-SIRT1-OXPHOS分子通路。避免這一通路的過度啟動對於維持線粒體的生物合成和能量代謝以及正常的心臟射血功能至關重要。值得一提的是美國西南醫學中心的Joseph A. Hill教授在其最近文章中發現敲除RNAPII停滯通路的另一個蛋白Brd4與LARP7敲除類似也可以導致心衰4。現在針對RNAPII停滯通路業已開發了多個腫瘤治療的抑制劑如（iBET），並正在開展廣泛的臨床試驗5。我們和Joseph A. Hill教授的研究提示iBET治療存在潜在的心臟毒性，在安全用藥方面需要更加審慎，需新增心臟功能的評估名額。
上海交通大學系統生物醫學研究院張冰研究組博士生於蕙菁、閆鵬一；助理研究員張芳、張沙沙為本文共同第一作者。上海交通大學系統生物醫學研究院和附屬新華醫院的張冰研究員為本文通訊作者。該工作得到了上海交通大學附屬新華醫院孫錕教授、基礎醫學院劉俊嶺教授、第三軍醫大學吳庚澤和曾春雨教授、華中科技大學陳琛和汪道文教授、浙江大學胡新央、朱偉和王建安教授、同濟大學東方醫院莊濤和張玉珍教授及其團隊的大力支持。
論文連結：https://www.ahajournals.org/doi/abs/10.1161/CIRCULATIONAHA.120.050812
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