研究背景及目的心力衰竭(心衰)是心血管疾病患者常见住院原因之一,其发病率在全球范围内呈上升趋势。心衰根据部位可分为左心衰、右心衰和全心衰。目前,针对慢性左心衰的有效治疗策略较多,如传统的“黄金三角”方案以及如今推荐的“新四联”疗法:β-受体阻断剂、SGLT2抑制剂、血管紧张素受体/脑啡肽酶抑制剂(ARNI)和抗醛固酮药物,而这些治疗药物多数对右心衰的疗效均不佳。临床上右心衰并不少见,且右心功能障碍是许多心血管疾病如肺动脉高压(PAH)、慢性阻塞性肺疾患、心肌梗死、瓣膜病乃至心肌病等疾病预后的重要预测因子。但右心衰的相关研究远少于左心衰,且其发病机制和治疗靶点尚不明晰,因此,寻找有效防治右心衰的靶点和药物具有重大临床意义。右心衰大多继发于左心衰引起的PAH,且左右心室在压力负荷下具有相似的重构表型,因此我们推测,探究左右心室重构时共同差异表达的基因,可能寻找到同时治疗左、右心衰的潜在靶点及药物。沙库巴曲缬沙坦(LCZ696LY2157299作用)是代表性的ARNI药物,具有对利钠肽系统和血管紧张素Ⅱ受体1(AT1)受体的双靶点调节作用。近年来,多项大型临床研究表明,与血管紧张素转化酶抑制剂(ACEI)相比,沙库巴曲缬沙坦能够显著改善左心衰患者的预后。但只有少数研究证实沙库巴曲缬沙坦能够改善右心室重构,延缓右心衰竭,但其潜在分子机制仍不清楚。我们假设:沙库巴曲缬沙坦在压力负荷诱导的左右心室重构中具有共同的作用靶点,并能通过该靶点改善右心室重构。在这项研究中,我们使用肺动脉缩窄(PAC)模型来验证这一假设,并确认沙库巴曲缬沙坦通过调控丙酮酸脱氢酶激酶4(Pdk4)的机制改善PAH诱导的右心室重构。研究方法1、生物信息学分析筛选靶基因对雄性C57BL/6小鼠行主动脉缩窄(TAC)术、PAC术及假手术,然后分别取左心室及右心室组织进行mRNA转录组学测序。生物信息学分析筛选TAC和PAC之间的共同差异表达基因(DEGs)。2、药物虚拟筛选及分子对接以PDK4蛋白为靶点,利用三个商业化合物数据库(Selleck,APExBIO,Chemdiv),对其中的心血管疾病相关小分子化合物及FDA认证的小分子化合物进行虚拟筛选,最终筛选出与PDK4蛋白有较好结合潜力的小分子化合物。3、小鼠分组及药物治疗小鼠行PAC术及假手术后3天用超声心动图评估跨狭窄部位的压力阶差。将肺动脉血流峰值速度(PA Peak velocity)>1800 mm/s的小鼠进行随机分组,沙库巴曲缬沙坦(60mg/kg/d)溶于生理盐水中连续灌胃4周治疗,安慰剂组给予同等体积的生理盐水。4、超声心动图及血流动力学检测利用Vevo 2100进行超声心动图检测小鼠右心室舒张期游离壁厚(RVAWd)、左右心室舒张末期内径(RVEDd、LVEDd)、三尖瓣环收缩期位移(TAPSE)等。右心压力导管检测小鼠右心室收缩压(RVSP)等指标。5、组织学及qPCR检测小鼠处死取材后对体重(BW)、右心室重量(RVW)、胫骨长度(TL)等进行测量。对小鼠心脏组织分别行苏木素-伊红(HE)、马松及麦胚凝集素(WGA)染色。qPCR检测纤维化标记物Ⅰ型胶原蛋白α1(Col1α1)、基质金属蛋白酶2(Mmp2)和心衰标记物脑钠肽(Nppb)的表达水平。6、条件诱导性心脏特异Pdk4敲除小鼠构建无菌玉米油溶解他莫昔芬,浓度为10 mg/ml,对Pdk4-CKO、Myh6-creER小鼠(8-10周龄)腹腔注射他莫昔芬(0.5 mg/只),隔天注射,共注射3针。注射最后一针后,休息4周再构建PAC模型。7、腺相关病毒(AAV)右室心肌内转染在雄性C57BL/6小鼠胸骨左缘第4肋间进入胸腔,暴露右心室部位,用病毒针在小鼠右心室游离壁心肌的下部及中部注射AAV病毒(10μL/部位),注射后4周对小鼠行PAC术及灌胃治疗。研究结果1、Pdk4是左右心室重构的共同DEGs通过生物信息学分析,我们发现,TAC及PAC诱导的左右心室重构中共有60个共同DEGs,其中50个为上调基因,10个为下调基因,对60个DEGs进行富集分析后发现,Pdk4是组织重构过程中显著下调的基因。2、沙库巴曲缬沙坦具有与PDK4蛋白结合的潜力我们以PDK4蛋白为靶点,通过对三个化合物数据库小分子化合物进行虚拟筛选,最终筛选出47个具有心血管药物活性并与PDK4有较好结合潜力的化合物。其中沙库巴曲缬沙坦与PDK4蛋白的结合分数较高,是靶向PDK4的潜在药物。3、沙库巴曲缬沙坦改善PAC诱导的右心室重构并下调Pdk4小鼠灌胃治疗4周后,与安慰剂组相比,沙库巴曲缬沙坦显著降低了 PAC小鼠的肺动脉压力、RVAWd及RVEDd,增加了 TAPSE,因右室扩大而缩小的LVEDd变大,血流动力结果提示沙库巴曲缬沙坦降低PAC小鼠的RVSP。组织学结果提示,沙库巴曲缬沙坦减轻了 PAC小鼠右心室肥厚(RVW/BW、RVW/TL、心肌细胞横截面积减少)及右心室纤维化(纤维化面积及Col1α1、Mmp2表达水平降低)。此外,沙库巴曲缬沙坦能够下调PAC小鼠右心室内PDK4水平及糖原合成酶激酶-3β(GSK3β)磷酸化水平。4、过表达Pdk4抑制沙库巴曲缬沙坦对右心室重构的保护作用我们构建了心脏特异性Pdk4敲除(Pdk4-CKO)小鼠,PAMedicine analysisC术后4周观察到,与对照组相比,Pdk4-CKO能够减轻PAC诱导的右心室重构(心肌肥厚和纤维化),改善右心功能。而过表达Pdk4则显著减弱Berzosertib试剂了沙库巴曲缬沙坦对PAC小鼠右心室重构的改善作用,表现为RVAWd、RVEDd、RVSP增加,LVEDd及TAPSE降低,心肌细胞肥大及胶原纤维沉积增加。结论Pdk4是压力负荷诱导的左右心室重构的共同治疗靶点,沙库巴曲缬沙坦通过下调Pdk4和抑制Pdk4/p-GSK3β信号通路减轻右心室重构,为右心衰的治疗提供了新见解。