研究背景
心力衰竭(HF)表現為關鍵基因的轉錄和轉錄后重編程。多項研究表明miRNA可以轉運到細胞核等亞細胞細胞器中，從而改變基因表達。然而，亞細胞Argonaute2 (AGO2)作為miRNA機制的核心成員，在HF中的功能特性仍然未知。近期華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院汪道文、陳琛、李華萍團隊在Molecular Therapy (IF 12.4)上發表文章“Nuclear AGO2 promotes myocardial remodeling by activating ANKRD1 transcription in failing hearts”，研究發現細胞核中AGO2的上調可以有效地促進ANKRD1的轉錄，進而誘導MYH7的病理激活，最終導致心臟重構，阻斷ANKRD1核輸入可以有效地挽救TAC誘導的心功能障礙，是一種治療HF的潛在方法。
結果展示
1. 核AGO2升高會損害TAC手術小鼠的心臟功能
AGO2定位于心肌細胞的細胞質和細胞核中，并在患者和動物模型的衰竭心臟中顯著增加。為了研究AGO2在HF中的功能，作者使用AAV9-cTNT-shAGO2敲低心肌細胞中的AGO2，發現在TAC手術后AGO2的敲低顯著改善了心功能，降低了小鼠的心肌細胞大小和纖維化。之后作者利用AAV9在小鼠中分別表達核及胞漿形式的AGO2，證明了核AGO2過表達會加重TAC手術小鼠的心功能障礙，增加心肌細胞大小和纖維化，但胞漿形式的AGO2沒有表現出任何可檢測到的影響，這些結果強烈提示核AGO2直接參與TAC誘導的心功能障礙。
圖1 核AGO2升高會損害TAC手術小鼠的心臟功能
2. ANKRD1是TAC小鼠核AGO2的直接靶標
作者整合mRNA-seq、LC-MS和CUT&Tag數據，研究了核AGO2具有病理生理意義的直接下游靶點，發現ANKRD1和C3可能是AGO2的直接靶標，并檢測到AGO2在ANKRD1和C3的啟動子區域明顯結合，表明其參與了ANKRD1和C3的轉錄調控。作者還發現只有ANKRD1在TAC手術后被有效上調，并進一步被核AGO2誘導，C3在體內不受核AGO2的影響。作者在新生大鼠心室肌細胞（NRVM）中再次驗證了這一結果，發現ANKRD1蛋白只被核AGO2誘導，而不被胞質AGO2誘導，在NRVM中敲低AGO2能夠降低ANKRD1的表達。這些結果表明ANKRD1是TAC誘導HF中核AGO2的直接靶點。進一步研究表明核AGO2作為轉錄輔助因子增強ANKRD1轉錄。
圖2 ANKRD1是TAC小鼠核AGO2的直接靶標
3. 核AGO2通過ANKRD1加重TAC誘導的心功能障礙
作者通過功能缺失實驗來研究ANKRD1的功能，發現AAV9-cTNT-AGO2 NLS治療明顯加重了TAC手術小鼠的心功能障礙，而ANKRD1敲低減輕了AAV9-cTNT-AGO2 NLS誘導的心功能障礙。這些數據表明，核AGO2的過表達加重了TAC小鼠的心功能障礙，通過抑制ANKRD1可以挽救不良反應。Western blotting分析表明ANKRD1主要出現在細胞核中，較少出現在細胞質中,作者發現ANKRD1的核形式加重了TAC操作小鼠的心功能障礙，而細胞質ANKRD1似乎對心臟功能表現出一定的保護作用。此外，AGO2敲低對心功能的保護作用在細胞核ANKRD1過表達時減弱，表明，AGO2通過增強核ANKRD1的表達，加重TAC誘導的心功能障礙。進一步研究表明，核ANKRD1誘導TAC手術小鼠病理性MYH7表達，促進心臟重塑。
圖3 核AGO2通過ANKRD1加重TAC誘導的心功能障礙
4. Ivermectin和ANKRD1 NLS模擬肽改善TAC手術小鼠的心臟功能
由于ANKRD1在細胞核和細胞質中的過表達會導致相反的結果，因此阻斷ANKRD1核輸入可能是一種很有希望的HF治療策略。作者發現Ivermectin處理的TAC小鼠中，ANKRD1的核輸入被抑制，心功能障礙得到改善，并且核ANKRD1的減少比胞質ANKRD1的增加更為顯著，表明ANKRD1總體水平降低。此外，Ivermectin治療在很大程度上消除了iso誘導的心肌細胞肥厚，重要的是Ivermectin在ANKRD1敲低NRVM中失去了這些作用，以上數據表明Ivermectin可以阻止ANKRD1核輸入以防止心臟肥厚。作者還構建了一種可溶性的細胞穿透肽ANPep，能攜帶ANKRD1的NLS，以競爭性地抑制ANKRD1的核輸入。ANPep顯著改善了TAC誘導的心功能障礙，降低核ANKRD1水平。表明ANPep是一種通過抑制ANKRD1核輸入治療人類HF的潛在療法。
圖4 Ivermectin和ANKRD1 NLS模擬肽改善TAC手術小鼠的心臟功能
實驗結論
本研究發現細胞核AGO2的上調可以有效地促進ANKRD1的轉錄，進而誘導MYH7的病理激活，最終導致心臟重構，并證明了利用AAV傳遞AGO2或ANKRD1的shRNA，以及利用Ivermectin或ANKRD1 NLS模擬肽阻斷ANKRD1核輸入，可以有效地挽救TAC誘導的心功能障礙，可能是治療HF的潛在療法。