主動脈瓣疾?。ˋVD）是最常見的心臟瓣膜疾病。AVD 的病理生理復雜，涉及動脈高血壓、剪切應力異常引起的主動脈瓣（AV）的機械性損傷，或內(nèi)皮功能障礙及隨后的脂質(zhì)沉積和炎癥反應。之后，各種分子通路被激活，最終通過人類瓣膜間質(zhì)細胞（VICs）的成骨細胞分化或在 VICs 凋亡后細胞碎片上的彌漫性鈣沉淀，導致瓣膜鈣化。瓣膜上機械應力的增加被認為是啟動該過程的關(guān)鍵。隨著瓣膜鈣化和 AVD 的進展，左心室（LV）壓力的增強會進一步增加對主動脈瓣的機械壓力，形成惡性循環(huán)。因此，精確理解主動脈瓣狹窄（AS）發(fā)病機制對于識別新的藥物靶點至關(guān)重要。

鞘氨醇-1-磷酸（sphingosine-1-phosphate，S1P）促進成骨細胞的增殖、分化和鈣化。體內(nèi) S1P 濃度升高刺激了骨礦化。此外，機械刺激和剪切應激會增加骨細胞、內(nèi)皮細胞和血小板中的 S1P 生成。然而，S1P 對體外和體內(nèi) VIC 生物學的影響，以及血漿和組織內(nèi) S1P 水平與 AVD 的關(guān)聯(lián)，尚未被充分探討。

基于此，德國杜塞爾多夫海因里?！ずＤ髮W醫(yī)學院心臟病學、肺病學和血管醫(yī)學系、亞琛工業(yè)大學附屬醫(yī)院心臟外科團隊在一項研究中探討了 S1P 在 AS 病理生理中的作用，在小鼠和人類中提供了機制證據(jù)，表明 S1P 在 AVD 的病理生理和疾病進展中扮演重要角色，并已成功探索基于 S1P 受體靶向藥物的 AVD 治療方案。研究成果發(fā)表于 Circulation 期刊題為“Targeting Sphingosine-1-Phosphate Signaling to Prevent the Progression of Aortic Valve Disease”。

首先，為研究 S1P 高水平對絲線損傷 AVD 模型中 AVD 進展的影響，將C57Bl/6J小鼠在AV絲線損傷前一周開始使用S1P裂解酶抑制劑 DOP 以提高內(nèi)源性 S1P 濃度。超聲心動圖和組織學顯示，AVD 嚴重度增加且進展加快（圖1 A-C）。通過超聲心動圖測量的 AV 面積和射血分數(shù)在 DOP 處理的動物中也有所減弱（圖1 D、E）。心臟結(jié)構(gòu)、超聲心動圖測定的左心室內(nèi)徑及左心室質(zhì)量在該時間點無顯著差異（圖1 F、G）。然而，DOP 處理的 AVD 小鼠死亡率也顯著更高（圖1 H）。

為了分析12周內(nèi)的疾病進展，測試了 S1P 低水平是否對 AS 進展有益。使用 SphK1 基因敲除小鼠（SphK1-/-），發(fā)現(xiàn) SphK1-/- 小鼠的 AVD 發(fā)展顯著減輕，表現(xiàn)為整個12周超聲心動圖中峰值速度和平均壓力梯度的降低（圖1 I-K）。DOP 處理顯著加重 SphK1-/- 小鼠的AVD發(fā)展和嚴重程度，表現(xiàn)為更高的峰值梯度和平均壓力梯度（圖1 J、K）及更小的 AV 面積（圖1 L）。這對心臟功能和結(jié)構(gòu)有明顯影響：SphK1-/- 小鼠在12周后射血分數(shù)較高（圖1 M）、左心室內(nèi)徑較?。▓D1 N）、舒張末期容積較低（圖1 O）、左心室質(zhì)量減少（圖1 P），而DOP處理則損害心臟功能（圖1 M-P）。AVD 誘導12周后心臟基因表達分析顯示，SphK1-/- 小鼠心衰基因 BNP 和 ANP 表達降低，DOP 表達增加（圖1 Q、R）。

12周后，SphK1-/- 小鼠 AVs 內(nèi)鈣化減少，DOP 處理的 SphK1-/- 小鼠鈣化增強（圖1 S）。循環(huán)鈣化標志物分析顯示，與對照組相比，SphK1-/- 小鼠的 RANKL 血漿水平升高，且 DOP 抑制（圖1 T），而 DOP 處理的  SphK1-/- 小鼠 OPG 水平升高（圖1 U），RANKL/OPG 比值較對照組下降，DOP 處理后再次升高（圖1 V）。RANKL/OPG 比值與峰值速度作為 AS 嚴重程度的衡量指標呈明顯負相關(guān)（圖1 W）。這些數(shù)據(jù)表明，在小鼠 AS 模型中，S1P 水平?jīng)Q定 AVD 進展及其對心臟功能的影響。

圖1     S1P水平?jīng)Q定了AVD進展及其對小鼠AVD模型心臟功能的影響。

由于 S1P/S1PR2 信號傳導已被證明能激活成骨細胞，并且 S1PR2  在 AVs 中表達，因此隨后研究了 S1PR2-/- 小鼠 AVD 的發(fā)展。S1PR2-/- 的最大流速和平均壓力梯度分別顯著降低，AV 面積顯著增大（圖2 A-C）。因此，在12周后 S1PR2-/- 表現(xiàn)出更好的心臟功能和更小的左心室內(nèi)徑（圖2 D-F）。BNP 和 ANP 基因表達也有所減弱（圖2 G、H）。值得注意的是，S1PR2-/- 小鼠的 DOP 處理未能加重 AVD 進展（圖2 I、J）。這表明，缺失 S1PR2 的小鼠對 AVD 進展具有抵抗力。

為探討 S1PR2 是否可作為 AVD 的治療靶向，誘導 AS 后不久（6小時）給藥 S1PR2 拮抗劑 JTE-013。JTE-013 處理wanquan阻止了對照組在兩周內(nèi)觀察到的流速和平均梯度的增加（圖2 K、L），表明對 AVD 進展具有保護作用。這種保護即使在 JTE-013 停藥兩周后依然有效：盡管流速和平均壓力梯度在接下來的幾周內(nèi)有所惡化，但直到12周后才追上了對照組的水平。盡管如此，4周時觀察到的 JTE-013 治療的積極效果在12周后基本保持不變（圖2 K-M）。盡管流速增加（圖2 M）及類似的 AV 面積（圖2 N），但 JTE-013 處理小鼠在4周及12周后射血分數(shù)仍優(yōu)于對照組。初次 JTE-013 處理還抑制了 LV 內(nèi)徑增大至少12周（圖2 O）。這些數(shù)據(jù)表明，藥理學上的 S1PR2 拮抗劑可防止 AVD 進展。

圖2     S1P依賴的AVD進展通過S1P受體2介導。

為進一步研究相關(guān)機制，對從健康人體瓣膜分離的VIC暴露于易鈣化條件下10天，觀察到 S1P 刺激強烈增強了 VIC 鈣化（圖3 A）。與 JTE-013 的聯(lián)合處理可防止 S1P 依賴性的 VIC 鈣化，而 S1PR1 抑制劑 W146 和 S1PR3 抑制劑 TY-52156 分別無效（圖3 A）。S1P 還增加了 RUNX2 的基因表達，但未增加蛋白質(zhì)表達，RUNX2 是鈣化和成骨的重要刺激因子，但該效應被 JTE-013（圖3 B、C）削弱。然而，OPG（RUNX2的重要成骨基因和轉(zhuǎn)錄靶點）由 S1P 在基因和蛋白質(zhì)層面誘導，JTE-013 則逆轉(zhuǎn)了這一過程（圖3 F、G）。JTE-013 還抑制了 GSK3β 的磷酸化（圖3 H），作為 RUNX2/OPG 誘導的典型 GSK3β-Wnt-β-catenin 信號的讀數(shù)。“晚期”成骨標志物（SP7）的表達保持不變（圖3 D、G）。這些數(shù)據(jù)表明，S1P 通過 S1PR2 和成骨 RUNX/OPG 信號誘導 VIC 鈣化。

圖3      S1P通過S1PR2和成骨RUNX/OPG信號誘導VIC鈣化。

最后，通過轉(zhuǎn)化方法，利用液相色譜-質(zhì)譜法測量了從接受心臟移植患者中取出的健康人類 AVs 組織提取物中的 S1P 濃度，并將手術(shù)置換后獲得的狹窄性 AVs 中的 S1P 進行了比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，狹窄瓣膜的 S1P 濃度高出對照組的2.7倍（圖4 A）。狹窄瓣膜中SphK1基因表達也被誘導為2.9倍（圖4 B），而 S1PR2 的表達未發(fā)生改變（圖4 C）。同時，AVD 患者（圖4 D）以及 AVD 誘導后的小鼠 S1P 血漿水平未升高。AVD患者的高密度脂蛋白膽固醇水平也無差異。

研究人員假設(shè)狹窄瓣膜中較高的生物力學拉伸可能導致 S1P 升高。首先，確認流速的增加反映在軸向和周邊壁剪應力的增加上（圖4 E-G）。為模擬體外實驗，以每分鐘 60 次拉伸頻率，使 VICs 以 10%，1 Hz 的機械拉伸幅度持續(xù)24小時，觀察到 SphK1 基因上調(diào)1.6倍，但蛋白質(zhì)表達無變化（圖4 H），且 S1PR2 無變化（圖4 I）。然而，拉伸明顯增加了 S1P 的生成（2-3倍）（圖4 K、L）。此外，已確認 SphK1 是主因，因為在 SphK1 特異性抑制劑 PF-543 存在下，C17-S1P 的產(chǎn)生被消除（圖4 K、L）。這些數(shù)據(jù)表明，S1P 在人體狹窄瓣膜中增加，其產(chǎn)生由 VICs 中的生物力學拉伸激活。

圖4     S1P/SphK1模塊在體內(nèi)高壁剪切下人體狹窄瓣膜中增加，并在體外通過VICs中的生物力學拉伸激活。

圖5    圖形概要

這項研究發(fā)現(xiàn) S1P/S1PR2 信號在 AVD 進展中的新作用。主要發(fā)現(xiàn)如下：（1）藥物學上 S1P 升高加劇 AVD 進展和心臟功能惡化，而基因表達上 S1P 下調(diào)或 S1PR2 缺失則減輕了兩者；（2） S1P/S1PR2 信號通過 RUNX2/OPG 和 GSK3β-Wnt-β-catenin 通路誘導 VICs 的成骨細胞分化;（3）人類狹窄瓣膜的 S1P 含量和 SphK1 表達較高，而生物力學拉伸激活了 VICs 中 SphK1 依賴性的 S1P 生成；（4）在小鼠誘導 AS 后啟動的藥理學 S1PR2 抑制成功防止了 AS 的發(fā)生及其對心臟的有害后果（圖5）。

總而言之，全身或局部 S1P 水平升高會導致瓣膜鈣化加劇。S1PR2 拮抗劑和 SphK1 抑制劑可能在預防、改善疾病或預防復發(fā)方面為人類 AVD 提供可行的藥理學方法。

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原文鏈接：pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39429140/或點擊下方閱讀原文