Rab10在病理性心脏肥大的发展中起着保护作用

《Journal of Molecular and Cellular Cardiology Plus》：Rab10 plays a protective role in the development of pathological cardiac hypertrophy

心脏肥大是心力衰竭的主要风险因素，Rab10通过调控ERK1/2和AKT信号通路抑制肥大，且其表达受miR-199a负调控。

　　心脏肥大是导致心力衰竭（HF）的主要风险因素之一。在心脏肥大过程中，细胞会经历一系列复杂的结构和功能变化，包括蛋白质合成的增加以及蛋白质向其功能部位的运输和定位。Rab GTPases作为调控囊泡形成、移动和融合的关键调节因子，在这些过程中发挥着重要作用。本研究中，我们发现Rab10这一属于Rab家族的小GTPase在抑制心脏肥大方面具有新的作用。我们通过在新生大鼠心肌细胞（NRCMs）或小鼠模型中诱导心肌肥大，观察到Rab10的表达在肥大应激后显著下调。当Rab10被过表达时，心肌肥大现象被显著抑制，而其沉默则加剧了这一现象，这表明Rab10在心脏肥大调控中具有至关重要的抗肥大作用。为了进一步探究Rab10在心脏中的作用，我们构建了心脏特异性Rab10过表达的转基因小鼠（TG）。在这些小鼠中，无论是通过Ang II输注还是压力过载模型，Rab10的过表达均显示出改善心脏收缩功能和减轻肥大重塑的效果。相反，通过AAV9介导的心脏特异性Rab10敲低则显著加重了压力过载引起的心肌肥大。这些结果不仅揭示了Rab10在心脏肥大过程中的作用，还提示其可能成为治疗心脏肥大的潜在靶点。

在心脏肥大的机制研究中，Rab10通过抑制ERK1/2和AKT的磷酸化来发挥其抗肥大作用。此外，我们还发现Rab10的表达受到miR-199a的调控，这一miRNA在心脏肥大应激下会显著上调，从而导致Rab10的表达下降。这些发现表明，miR-199a和Rab10之间存在一种新的调控轴，该轴在病理心脏重塑过程中起着关键作用。我们的研究不仅加深了对Rab10在心脏肥大中的理解，也为开发新的治疗策略提供了理论依据。

心脏肥大通常被认为是心脏对神经激素因素（如肾上腺素、去甲肾上腺素和Ang II）、慢性高血压或机械应力的适应性反应。尽管在临床治疗方面取得了显著进展，但成功治疗慢性心力衰竭（CHF）仍然面临诸多挑战。在心脏重塑过程中，心脏肥大最初被认为是一种补偿性反应，有助于维持正常的收缩功能。然而，长期刺激会导致不适应性的结构重塑，表现为心肌细胞增大、间质纤维化和收缩功能障碍，最终可能导致心力衰竭。Ang II作为肾素-血管紧张素系统的关键效应因子，在病理心脏肥大的发展中起着至关重要的作用。Ang II诱导的心脏肥大涉及复杂的信号传导机制，包括磷脂酶C（PLC）的激活、PI3K/AKT轴的激活以及MAPKs的激活，这些机制共同促进蛋白质合成、基因转录和细胞生长。

Rab GTPases是小鼠Ras样GTP酶中最大的亚家族，它们通过在GTP结合和GDP结合状态之间循环，作为分子开关调控多种细胞内膜运输过程，包括囊泡的形成、运动、连接和融合。例如，Rab5在组织内吞作用中起着关键作用，维持整个内吞途径的完整性，并确保正确运输和分选货物。Rab4通过协调GTP-GDP循环调控星形胶质细胞中内吞囊泡的定向运动和运输，从而影响与运动蛋白和细胞骨架的相互作用。Rab11通过调控Kv1.5通道从内吞体到细胞膜的回收，介导胆固醇敏感的运输，从而调节心脏的电活动。越来越多的证据表明，Rab蛋白在调控心脏重塑中起着重要作用。Rab1a的过表达会导致心脏肥大逐渐发展为心力衰竭，而Rab4则通过促进内部化的β-肾上腺素受体向细胞膜的回收，增强β-AR信号传导并改善心脏功能。Rab10在脂肪细胞中对于胰岛素刺激下的GLUT4向细胞膜的重新分布至关重要，其敲低会减弱胰岛素诱导的GLUT4转运。此外，Rab10通过促进TLR4在LPS刺激下重新定位到细胞膜上，从而增强TLR4信号传导。Rab10还调控内质网（ER）的结构和动态，影响其管状生长和融合，并与磷脂合成酶相关联。最近的研究表明，Rab10和Caveolin-1标记迁移囊泡中的内腔囊泡，其运输由Myosin Va、RILPL2和LRRK2介导的Rab10磷酸化调控，从而促进CSF-1的递送，促进皮肤伤口愈合过程中单核-巨噬细胞的分化。同时，LRRK2介导的Rab10磷酸化受到溶酶体定位的影响。

在我们的研究中，通过使用心脏特异性过表达或敲低Rab10的小鼠和培养的心肌细胞，我们发现Rab10在体外和体内均具有抗心脏肥大的作用，这一作用通过ERK1/2和PI3K/AKT信号通路实现。此外，我们发现Rab10的表达受到miR-199a的调控，这种调控机制在心脏肥大应激下显著增强，从而建立了miR-199a/Rab10这一新的调控轴，该轴在调控病理心脏重塑中起着关键作用。这些发现强调了Rab10在心脏肥大疾病中的潜在治疗价值。

为了验证Rab10是否是miR-199a的直接靶标，我们利用生物信息学工具TargetScan和miRanda进行了分析，发现Rab10的3’UTR包含miR-199a的预测结合位点（ACACUGGG）。随后，我们通过构建包含野生型或突变型结合位点的Rab10 3’UTR报告基因载体，并将其与miR-199a模拟物共转染到HEK293ET细胞中，发现miR-199a的过表达显著抑制了野生型Rab10 3’UTR报告基因的荧光素酶活性，而对突变型或缺失型报告基因则无明显影响。此外，miR-199a抑制剂的使用则显著增强了野生型Rab10 3’UTR的荧光素酶活性。免疫印迹分析进一步证实了miR-199a的过表达会显著降低Rab10的蛋白水平，而miR-199a的抑制则增强其表达。这些结果表明，Rab10是miR-199a的下游靶标，其表达受到miR-199a的调控。

我们的研究还揭示了Rab10在心脏肥大中的作用机制。通过构建心脏特异性Rab10过表达的转基因小鼠和使用AAV9进行心脏特异性Rab10敲低，我们观察到Rab10的表达变化对心脏肥大的发展具有显著影响。在体外实验中，Rab10的过表达能够有效抑制Ang II诱导的心肌肥大，而其敲低则显著加剧这一现象。在体内实验中，Rab10的过表达显著改善了由压力过载引起的心脏重塑，而其敲低则导致心脏功能的恶化。这些结果不仅验证了Rab10在心脏肥大中的作用，还进一步说明其可能成为治疗心脏肥大的潜在靶点。

此外，我们发现miR-199a的表达在心脏肥大应激下显著上调，这与Rab10的表达下调密切相关。这一发现进一步支持了miR-199a与Rab10之间的调控关系，并揭示了其在心脏肥大过程中的新机制。Rab10作为miR-199a的下游靶标，其表达的下调可能通过抑制ERK1/2和AKT的磷酸化，从而抑制心脏肥大的发展。这表明，miR-199a通过调控Rab10的表达，参与了心脏肥大的调控网络。

总的来说，本研究首次揭示了Rab10在病理心脏肥大中的关键作用。Rab10不仅在体外实验中表现出抑制Ang II诱导的心肌肥大的能力，还在体内实验中显示出改善心脏收缩功能和减轻肥大重塑的效果。同时，我们发现miR-199a通过其3’UTR与Rab10的直接结合，调控其表达水平。这些发现为理解心脏肥大的调控机制提供了新的视角，并为开发针对心脏肥大的新型治疗策略奠定了基础。未来的研究可以进一步探索Rab10在心脏肥大中的完整信号网络，以及其与其他信号通路的潜在交互作用，从而更全面地揭示其在心脏疾病中的作用。