細胞外基質(ECM)重構是心力衰竭(HF，簡稱心衰)的一個關鍵病理特征。ECM重構是持續的，并導致收縮期和舒張期損傷。全基因組關聯研究表明，ADAMTS家族蛋白酶與心血管疾病有關。ADAMTS5是小鼠心臟成纖維細胞分泌的最豐富的蛋白酶之一。但ADAMTS5蛋白酶及其底物versican對心衰（HF）的貢獻是未知的。
近期，倫敦國王學院的研究團隊在心血管研究領域的頂刊Circulation（中科院JCR一區，影響因子29.690） 上發表了題為 “Extracellular Matrix in Heart Failure: Role of ADAMTS5 in Proteoglycan Remodeling”的文章，詳細闡述了ADAMTS5在心衰細胞外基質重塑中的作用及干預方案，也是迄今最大規模的心衰蛋白質組學研究！
研究結果
一、蛋白質組學揭示缺血性心衰心肌組織的細胞外基質(ECM)組成
（1）樣本分組設計
實驗組1：缺血性心衰疤痕心肌組織（n=5）
實驗組2：非缺血性心衰疤痕心肌組織（n=10）
對照組：健康心肌組織（來自心臟移植供體，n=6）
和正常的健康心臟比較，非缺血性心衰存在彌漫性纖維化，缺血性心衰存在局灶性纖維化。![]()
（2）細胞外基質（ECM）蛋白質組學結果
各組樣本在提取ECM后進行蛋白質組學檢測，共鑒定到200個ECM和ECM相關蛋白。缺血性心衰組織中除纖維狀膠原外，間質蛋白聚糖也有積累。這些成員包括SLRP（小富亮氨酸蛋白聚糖）家族成員和主要的CSPG(硫酸軟骨素蛋白聚糖)——蛋白聚糖VCAN(versican)，該結果與研究者此前在豬I/R損傷的蛋白組學發現的上調VCAN類似。相比之下，在非缺血性心衰的ECM蛋白組學中，ECM蛋白的變化很少，也沒有涉及到蛋白聚糖的變化。
二、ADAMTS5活性與心臟功能密切相關
ADAMTS家族的多個成員，被稱為蛋白聚糖酶，可以酶切Versican。研究者此前的結果表明，ADAMTS5是小鼠分泌組中鑒定到的蛋白聚糖酶。Versican被ADAMTS5酶切后可產生一個N端片段—Versikine。Versikine染色顯示，其表達于小鼠心臟心肌細胞的外周區。缺血性心力衰竭患者的Versikine水平高于非缺血性心力衰竭患者。同樣，在I/R損傷的豬和灌注血管緊張素II后的小鼠的心臟組織中也含有豐富的versikine。
研究者構建了ADAMTS5催化位點缺失的小鼠（Adamts5△Cat），并進行2周和4周的血管緊張素II灌注。在灌注2周和4周時，Versican在Adamts5△Cat比對照Adamts5+/+表現出顯著的上升的Versican。而在基因水平上，Adamts5△Cat小鼠中血管緊張素誘導的Versican表達未有顯著提升。在血管緊張素II處理后，Adamts5+/+小鼠中versikine上升，而在Adamts5△Cat小鼠中則檢測不到。膠原纖維在兩個基因型小鼠中相當。同時，兩個基因型的小鼠在血管緊張素灌注后炎性細胞浸潤水平也無顯著改變。以上結果表明，ADAMTS5酶活喪失后，無法酶切Versican,導致了versican的積累，也導致了酶切產物不可檢出，并影響小鼠的心臟功能受損。![]()
ADAMTS5活性缺失會引起血管緊張素II灌注后versican的積累。Versican通過其透明質酸（HA）結合域與HA結合，是心臟中透明質酸（HA）重構的重要調節因子。研究者檢測了參與心臟細胞粘附和交流的蛋白表達。血管緊張素灌注后，ITB1、FLNA和CNX43在Adamts5+/+小鼠中上調。而在Adamts5?Cat小鼠中，這幾個蛋白表達下調。因此，這些結果表明，ADAMTS5活性缺失會降低參與細胞通訊的蛋白的表達。
三、單細胞測序顯示Versican和ADAMTS在人心臟中表達的特異性
研究者分析了一個已發表的人心臟單細胞測序結果，發現versican主要表達于心臟成纖維細胞，這與研究者此前小鼠心臟成纖維細胞的蛋白組學結果一致，而ADAMTS5是主要表達在心臟成纖維細胞中的ADAMTS。不同的心臟成纖維細胞群體，包括生成ECM和重塑ECM的心臟成纖維細胞，都表達高豐度的versican。ADAMTS5主要表達于一個特定的心臟成纖維細胞群體里。這個細胞群（FB1）是心室成纖維細胞的主要群體，與心房中的成纖維細胞不同。心室成纖維細胞有相對更高的ADAMTS5表達和更低的versican表達。一個左心房和左心室的蛋白組學結果也顯示，在左心室中versican的表達水平更低。
四、大規模左心室蛋白質組學揭示藥物處理對缺血性心衰ECM組成的影響
研究者又對更大隊列的缺血性心衰的左心室樣本（n=65，經過不同的藥物治療，其中44個患者使用了β受體阻滯劑治療）進行蛋白質組學檢測（分為細胞組分檢測和細胞外基質（ECM）檢測）。在細胞外基質的組分中共檢測到177個ECM以及和ECM相關的蛋白，其中141個蛋白可被定量。使用β受體阻滯劑的樣本中，發生表達變化的蛋白數量最多。GO、Reactome和KEGG分析顯示了ECM合成和ECM過程的富集。而使用statins（他汀類藥物）治療的，只有很少的蛋白變化。Statins治療顯示了和代謝相關通路的富集。使用β受體阻滯劑治療的缺血性心衰主要表現為蛋白聚糖的下調。SLRP和VCAN以及它的酶切產物versikine也受到了影響。在使用β受體阻滯劑后，HA的主要受體CD44也降低。此外，研究者還發現，心率與ECM蛋白豐度呈現正相關，其中versican蛋白豐度與心率呈現最強的相關性。而在mRNA表達水平上，并未發現顯著變化。
五、去甲腎上/腺素誘導心臟成纖維細胞中versican的表達
為了探究β-腎上/腺素信號在心臟成纖維細胞中的作用，研究者用去甲腎上/腺素處理小鼠心室成纖維細胞。TGFβ1處理作為對照。TGFβ1處理后，Adamts5表達下調。去甲腎上/腺素處理后，誘導了versican的表達，而不影響Adamts5。用β1腎上/腺素受體拮抗劑bisoprolol(比索洛爾)阻止了去甲腎上/腺素處理心臟成纖維細胞誘導的versican表達上調。該結果表明，β受體阻滯劑在調控這個關鍵蛋白聚糖中的直接作用。相似地，用bisoprolol(比索洛爾)處理2周后，降低了小鼠心臟中versican的表達，而不影響Adamts5的基因表達。
六、缺血性心衰的聚類分析
基于蛋白質-蛋白質豐度相關性的聚類分析展示心衰組織細胞外基質蛋白的聚類情況。結果顯示，第一個密集聚類中，Versican是這個聚類的核心，同樣還有服用β受體阻滯劑導致變化的其他ECM蛋白。第二個聚類包含與非成纖維細胞的基膜相關的ECM蛋白。在主成分分析（PCA）中，臨床變量沒有將服用β受體阻滯劑的患者與未服用β受體阻滯劑的患者分開。但當使用細胞外基質蛋白質組學數據時，獲得了良好的分離。第一主成分(PCA1)，占變異的22.5%，決定了有和沒有β-受體阻滯劑的患者之間的最佳分離，并且主要依賴于蛋白聚糖豐度。其他藥物沒有明顯分離。因此，β受體阻滯劑減少心臟細胞外基質沉積，與其他臨床變量無關，而蛋白聚糖受到的影響最大。
研究總結
研究者進行了80名心衰患者和6名健康（對照）的左心室組織的細胞外基質（ECM）蛋白質組學檢測，是迄今最大規模的蛋白心臟ECM蛋白組學研究。先是發現了蛋白聚糖在缺血性心衰患者的心肌中積累。其次，研究者證實 ADAMTS5 在心臟重塑過程中裂解蛋白聚糖。此外，研究者證明了Adamts5活性缺失的小鼠中存在蛋白聚糖積累、心臟功能受損和參與細胞間通訊的蛋白質的減少。最后，研究者探討了藥物對細胞外基質重塑的影響，并揭示了β受體阻滯劑減弱了缺血性心衰蛋白聚糖積累。
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