?前言
2022年6月奧地利格拉茨醫(yī)科大學(xué)Simon Sedej研究團(tuán)隊(duì)在Circulation循環(huán)雜志上發(fā)表題目為“Fine-Tuning Cardiac Insulin/Insulin-Like Growth Factor 1 Receptor Signaling to Promote Health and Longevity”的心血管文章。該研究發(fā)現(xiàn)心臟IGF1R信號與心臟功能密切相關(guān)并表現(xiàn)出與年齡相關(guān)的非線性關(guān)系，該發(fā)現(xiàn)或?yàn)榇龠M(jìn)心臟健康與延長壽命提供可施行的新治療策略。
胰島素/胰島素樣生長因子1（IGF1）通路是細(xì)胞代謝和衰老的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。既往的研究顯示IGF1受體（IGF1R）或其下游效應(yīng)物功能缺失能夠延長壽命，但在哺乳動物中只有雌性表現(xiàn)出了這種能力，并且這種能力對于除癌癥外的正常個(gè)體的影響存在很大爭議。那么IGF1R信號通路是否是在特定生理?xiàng)l件下以被動的方式調(diào)節(jié)衰老速度呢？有研究表明特異性IGF1R信號在調(diào)節(jié)心臟穩(wěn)態(tài)中起到關(guān)鍵性作用。抑制心肌細(xì)胞IGF1R信號已被證明會產(chǎn)生不利影響，而其激活與增強(qiáng)心臟收縮力和生理肥厚有關(guān)。然而新的研究顯示，抑制IGF1R信號通路可以減輕年老小鼠的不良心臟重構(gòu)，而老年雌性小鼠使用IGF1R單克隆抗體治療卻可以改善心臟功能。為了解釋這一反差現(xiàn)象，研究者假設(shè)IGF1R調(diào)節(jié)心臟的結(jié)果究竟是利是弊取決于心臟的年齡，并對IGF1是否存在這種雙相和年齡依賴性的心臟作用進(jìn)行驗(yàn)證。
圖. 松鶴延年（Longevity Crane）
亮點(diǎn)要素
01 終末期自然衰竭的人類心臟顯示出IGF1R極高的表達(dá)水平和信號活性
02 小鼠心肌細(xì)胞IGF1R過表達(dá)導(dǎo)致早期優(yōu)越的心臟功能及生理性肥厚，但會加速心臟衰老及心力衰竭最終減少晚年壽命
03 增加心肌細(xì)胞IGF1R信號通過降低自噬和線粒體氧化能力加重老年心功能障礙
04 MBNL1能夠穩(wěn)定成纖維細(xì)胞激活（纖維化）狀態(tài)下的轉(zhuǎn)錄本
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研究內(nèi)容
01
圖1. 心臟IGF1R過表達(dá)改善成年早期心臟功能卻導(dǎo)致晚期心力衰竭及壽命縮短
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02
接下來研究者通過測量體循環(huán)和心臟中IGF1的濃度來評估IGF1R通路下游效應(yīng)物，并探索IGF1R信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的年齡依賴性變化。Tg小鼠心肌IGF1水平明顯低于WT小鼠，心肌細(xì)胞IGF1R高表達(dá)顯著增加通路信號活性，表現(xiàn)為年輕和年老的Tg小鼠中AKT兩個(gè)位點(diǎn)磷酸化增加。由于IGF1R通過mTORC1刺激蛋白質(zhì)合成并抑制分解代謝途徑如自噬等，通過檢測mTORC1亞基和底物的磷酸化程度及自噬相關(guān)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)老年Tg小鼠中mTORC1亞基和底物的磷酸化水平顯著增加導(dǎo)致與年齡相關(guān)的自噬下降，這其中包括自噬底物的積累及自噬通量的下降。以上結(jié)果表明，Tg小鼠心臟自噬通量的降低導(dǎo)致不良心臟表型的發(fā)展。由于自噬與線粒體等細(xì)胞器功能異常密切相關(guān)，研究者推測年齡較大的Tg心臟可能由于線粒體功能受損而衰竭。接下來評估了老化Tg和WT心臟的線粒體呼吸功能和ATP產(chǎn)量。二者呼吸能力很強(qiáng)但Tg線粒體ATP產(chǎn)量明顯低于野生型小鼠)，這會導(dǎo)致線粒體氧化能力受損，氧化應(yīng)激可能增加。老年Tg心臟的靶向代謝組分析揭示了三羧酸循環(huán)中間體等水平均降低，NADPH/NADP檢測到其抗氧化潛力降低，同時(shí)還存在乳酸積累。表明Tg心臟線粒體紊亂降低了氧化磷酸化和應(yīng)激抗性最終導(dǎo)致了早期心力衰竭的發(fā)病。
圖2. 自噬和線粒體氧化能力受損是IGF1Rtg小鼠心臟IGF1R信號傳導(dǎo)的不利影響
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03
為了充分證明老年Tg小鼠自噬失調(diào)和心功能受損之間的因果關(guān)系，研究者給小鼠補(bǔ)充亞精胺，之前已經(jīng)證明亞精胺可以增強(qiáng)老年小鼠的心臟自噬。實(shí)驗(yàn)證實(shí)亞精胺能有效阻止IGF1誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞系自噬抑制。經(jīng)過5個(gè)月的亞精胺喂養(yǎng)后對Tg小鼠心臟進(jìn)行評估，發(fā)現(xiàn)亞精胺喂養(yǎng)的Tg小鼠的心率、LV質(zhì)量和重構(gòu)指數(shù)與未處理Tg小鼠基本相同。雖然亞精胺不能逆轉(zhuǎn)已建立的心肌肥厚，但它也能改善左室射血、重構(gòu)及最大最小壓等。補(bǔ)充亞精胺至少在一定程度上改善了衰老Tg小鼠的三羧酸循環(huán)和糖酵解中間體的水平。以上這些結(jié)果提示，心臟自噬減少可能參與了老年Tg小鼠心功能障礙加重的過程。
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04
為了進(jìn)一步了解心臟IGF1R信號在早期和晚期生命階段的作用，研究者對IGF1R信號降低的小鼠再次進(jìn)行長期研究。由于IGF1R缺失可能會導(dǎo)致胚胎缺陷和存活率降低，使用了一種dnPI3K小鼠模型。與WT相比，心肌細(xì)胞特異性dnPI3K小鼠心肌IGF1信號和濃度較低，體現(xiàn)在AKT兩個(gè)位點(diǎn)的磷酸化降低。因此，dnPI3K小鼠在成年早期和老年左心室重量、后壁厚度和重構(gòu)指數(shù)均低于WT小鼠。然而心臟功能評估顯示，在基線和β-epinephrine的刺激下，年輕dnPI3K小鼠的EF仍然WT小鼠低，這表明年輕dnPI3K小鼠可能抑制了心臟生長而不是減弱了重構(gòu)。相比之下，老齡dnPI3K小鼠的射血顯著高于WT，因此EF年齡依賴性的下降程度更低。年輕dnPI3K小鼠也表現(xiàn)出比WT對照組更低的運(yùn)動能力。事實(shí)上，β-epinephrine刺激顯示老年dnPI3K小鼠的心臟儲備能力顯著高于老年WT小鼠。因此，盡管早期心臟生長延遲，部分抑制IGF1R信號在衰老過程中有心臟保護(hù)的作用。因此，老齡dnPI3K小鼠比WT小鼠更長壽。雖然dnPI3K小鼠的壽命比Tg小鼠延長，但它們在年輕時(shí)卻有更高的死亡風(fēng)險(xiǎn)。這些數(shù)據(jù)共同證實(shí)了心臟IGF1R信號在早期生命中的重要作用及其在衰老中的有害作用。
圖4. dnPI3K小鼠心肌細(xì)胞IGF1R降低延緩心臟生長但可防止與年齡相關(guān)的心功能下降
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05
最后研究者通過評估IGF1R及其下游效應(yīng)物在年齡相當(dāng)于老年小鼠的老年人類心臟中的表達(dá)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)活性來驗(yàn)證該研究結(jié)果。使用了珍貴的來自人類衰竭心臟的左心室進(jìn)行活檢，并將其與左心室肥厚或正常情況下，超聲心動圖顯示心臟功能保留的對照供者的活檢進(jìn)行比較。與對照組心臟相比，肥厚心肌中IGF1R的表達(dá)沒有增加，并且肥厚心肌中AKT、ULK-1和S6K的磷酸化或表達(dá)水平也沒有差異。但與正常對照或非衰竭的人心肌肥厚相比，衰竭組IGF1R的表達(dá)增加2倍。與從Tg小鼠中獲得的結(jié)果一致，衰竭的心臟顯示AKT和ULK-1磷酸化增加，這反映了mTORC1活性的增加。總之這些結(jié)果表明，心力衰竭與人類中增加的IGF1R信號有關(guān)。
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