心肌纤维化是心肌缺血/再灌注（MI/R）损伤后引发心源性猝死的重要原因。MI/R损伤可导致心肌细胞损伤甚至死亡，而成纤维细胞却出现激活、增殖并导致纤维化和心脏重构，导致这一矛盾现象的细胞间通讯机制仍不清楚。因此，阐明MI/R损伤后心肌纤维化过程中，成纤维细胞和心肌细胞之间的细胞间通讯机制具有重要意义。小细胞外囊泡（small extracellular vesicles, sEVs）在细胞间通讯中起重要作用，通过将蛋白质、脂质和核酸等细胞成分从供体细胞运输到受体细胞，参与广泛的病理生理过程。基于上述生物学功能，sEVs在心血管疾病的临床诊断和治疗中的作用日益受到关注。但是，sEVs是否以及如何介导MI/R后心肌细胞和成纤维细胞间的通讯尚属未知。近日，空军军医大学基础医学院生理学与病理生理学系马恒教授团队于Science Bulletin上发表了题为“Intercellular mitochondrial component transfer triggers ischemic cardiac fibrosis”的研究论文(2023, 24;S2095-9273(23)00479-6)。
该文通过在体MI/R模型和细胞学实验发现，MI/R损伤情况下存在一种心肌细胞来源的sEV（Myo-sEVI/R），其内容物富含线粒体成分。Myo-sEVI/R被成纤维细胞摄取并触发其增殖活化，最终导致纤维化。在这项研究中，通过生物信息学筛选和实验验证，新发现Ambra1是Myo-sEVI/R中的关键组分和潜在标志物。并且证实，Ambra1定位于Myo-sEVI/R表面；Ambra1+-Myo-sEVs的释放是由MI/R损伤后心肌细胞的分泌型自噬所驱动，而不是经典的降解型自噬。在缺血和缺血周边区域，Ambra1+-Myo-sEVs被成纤维细胞内吞导致跨细胞线粒体成分传递；线粒体DNA（mtDNA）激活cGAS-STING通路，促进成纤维细胞的活化和增殖。此外，该研究的数据显示，心脏特异性的下调Ambra1可抑制Ambra1+-Myo-sEVs的释放和成纤维细胞摄取，有效抑制缺血后心肌纤维化。首先，研究者检测了MI/R后心肌纤维化的程度和分子特征，发现MI/R可导致梗死区发生病理性纤维化、cGAS-STING通路激活和自噬体降解障碍。值得注意的是，实验结果发现在未降解的自噬小体中富含线粒体成分。进而，从左心室血中纯化并分离出心肌sEVs（Myo-sEVs），同时使用纳米颗粒跟踪分析（NTA）和电镜来评估Myo-sEVs的大小分布和形态（图2）。结果表明，与Myo-sEVsSham相比，Myo-sEVsI/R尺寸更大、数量更多且蛋白含量更高。进一步通过实验发现，Myo-sEVsI/R的形成和释放受到自噬功能状态驱动；缺血再灌注损伤的心肌细胞以分泌型自噬的方式形成Myo-sEVsI/R。通过生物信息学分析发现与细胞自噬密切相关的功能分子Ambra1是Myo-sEVsI/R的重要分子标志；Ambra1与LC3紧密结合并定位于Myo-sEVsI/R膜表面。在证明了Ambra1+-Myo-sEVsI/R起源于心肌后，研究者进一步发现成纤维细胞能够优先摄取Ambra1+-Myo-sEVsI/R；其所内含的心肌来源mtDNA被成纤维细胞内化，激活成纤维细胞cGAS-STING通路，促进成纤维细胞的病理性增殖。进一步通过gain-and-loss实验在细胞和在体动物水平证实 Ambra1+-Myo-sEVsI/R可被成纤维细胞摄取，激活cGAS-STING 通路，导致心肌纤维化和心脏功能受损；心肌特异性敲低Ambra1可降低Myo-sEVsI/R的分泌，一定程度抑制成纤维细胞cGAS-STING的激活以及炎症因子的表达，减轻MI/R导致的心肌纤维化程度。综上所述，这项研究表明心肌来源的细胞外囊泡是MI/R后的一种新的细胞间通讯介质。该研究创新性地证实了MI/R损伤的心肌细胞可通过分泌型自噬的方式将受损的线粒体成分外排，并被成纤维细胞摄取，实现跨细胞的线粒体成分传递；阐明了Ambra1可能是分泌性自噬相关的Myo-sEVI/R的新型标志分子，并具有重要的生物活性；靶向Ambra1+-Myo-sEVs可能是缓解MI/R损伤引发纤维化和心脏重构的新策略，该研究为缺血后心脏重塑提供了新的治疗靶点。Intercellular mitochondrial component transfer triggers ischemic cardiac fibrosis. Sci Bull(Beijing). Available online 24 July 2023. doi.org/10.1016/j.scib.2023.07.030.外泌体资讯网 Science Bulletin | 空军军医大学马恒教授团队：跨细胞线粒体成分传递触发缺血后心肌纤维化的新机制
