众所周知,长期应用AR激动剂或磷酸二酯酶抑制剂,如长时间静脉输注多巴酚丁胺,对充血性心衰患者不利。然而对AR信号通路的动物实验研究,可能为改善心泵功能提供其他的治疗手段。AR信号操纵某些受体的下游通路,如受磷蛋白,G蛋白受体激酶及腺苷环化酶。
(一)转双基因小鼠 DCM的MLP基因敲除小鼠模型已用于研究异常钙调机制在维持DCM表型中的作用。PLB受磷蛋白基因敲除的小鼠(PLP-/-)和MLP基因敲除的小鼠(MLP-/-)杂交产生的双基因敲除的后代完全无DCM表型。(PLP-/-)小鼠心肌收缩力高并且寿命正常。而这些PLB-/-/ MLP-/-双基因敲除的小鼠,利用高保真微压计检测LVdP/dtmax,显示左心室收缩力高,与(PLP-/-)小鼠的无显著性差异。而对照组MLP-/-小鼠的LVdP/dtmax比正常小鼠显著降低,其左心室舒张末压较高,对AR刺激(多巴酚丁胺)反应较PLB-/-/MLP-/-小鼠明显减弱。MLP-/-小鼠一过性钙内流和SR中存储钙减少,而转双基因小鼠可维持正常。这些提示钙循环缺陷可能参与DCM表型的维持。
AR受激动剂刺激后会引起AR激酶(ARK)的活化,与Gs蛋白亚基反应,发生磷酸化,同时伴随AR脱敏。因此,抑制ARK可能会增强AR的功能。此方法一直用于提高心衰小鼠的心功能。把表达ARK1抑制剂的转基因小鼠与伴DCM的MLP-/-小鼠进行杂交,其后代与对照组MLP小鼠比较发现,转基因小鼠心功能的超声心动图和血流动力学指标显著高于MLP-/-小鼠,比如AR反应提高,接近正常水平。此研究为治疗提供了可能的新方法。
腺苷酸环化酶(AC)是AR通路的另一种下游成分,一些研究者发现其异构体AC6在 AR信号通路中发挥限速作用。在其他正常小鼠中AC6的过表达会增强AR反应性,而不明显增加基础收缩力。将一种因过表达Gq而致DCM的小鼠与AC6过表达小鼠进行杂交,其后代的心肌AC6含量增加,表现为心功能不全的发生明显减少,AR反应性也增强。
(二)Gi偶联信号通路 人DCM的Gi蛋白水平升高,因此研究Gi蛋白偶联信号通路可能为治疗提供选择。条件性过表达一种合成的Gi偶联受体,发现此受体可致致死性心律失常相关的DCM,从而提示Gi蛋白在DCM中的可能作用。利用四环素转激活系统(tetracycline transactivator system)进一步发现抑制Gi受体表达会部分提高心功能,降低死亡率。
(三)其他重组方法 利用转双基因小鼠进行的杂交实验虽然对研究DCM模型发挥了积极有效的作用,但也有相当的局限性。比如,基因从胚胎期开始发挥作用,对已确定的 DCM(established DCM)无治疗或挽救的作用;并且可能存在预防DCM发展的非特异性机制。因此,转双基因模型小鼠的实验不能证明在已确定的DCM实验中干预是否发挥了特定的作用。比如,持续性的每秒高收缩力在PLP-/-中不产生有害作用,而仅仅维持正常的心脏大小,因此拮抗MLP缺陷反而会导致心脏扩张。
重组技术的进步通过评估单基因细胞特异及暂时调节功能可以防止上述问题的发生。由于体基因的完全破坏可以致死,因此避免其破坏的方法可能在转基因小鼠上开发新的治疗手段。利用一种位点特异的重组酶,如Cre,来切断lox P位点的侧链基因,可致条件性的基因破坏,通过同源重组一种组织限制性的转基因可以实现位点特异性。为实现时序调节转基因的表达发明了一种四环素控制的Cre基因表达体系,在成年鼠的饮水中加入强力霉素来抑制四环素反式作用因子,而强力霉素不诱导转基因的表达。如前所述,此方法可诱导并减轻DCM。另一种方法利用他莫昔芬(三苯氧胺)诱导的Cre重组酶蛋白与雌激素受体结合域融合,导致小鼠长成成年鼠的过程中,在LoxP位点Cre介导的重组缺失,而在他莫昔芬注射的成年鼠中却发生高度重组。还有一项技术应用抗黄体酮药RU486来调节Cre重组。后两种方法只用一种独立的转基因,比要用两种转基因的四环素方法更简易。
(四)在体体细胞基因转移 如上所述,选用转双基因小鼠进行研究存在问题,用于实现时序组织特异调节(进行治疗评估的)重组技术又十分复杂。因此一种新的基因调控方法似乎更适合人类心衰的最终治疗,即体细胞基因转移(somatic gene transfer)。
这种研究始于几年前利用地鼠来研究如何实现把基因高效地转移入啮齿类动物心肌。此方法可成功地将冠状动脉内的基因转入正常地鼠的心肌,死亡率低于5%,超过70%的左室心肌细胞会表达LacZ核内靶点,右室也可见高表达。在正常大鼠身上也可获得类似的研究结果。
此方法最初用在地鼠心肌病中。用一种腺病毒(Adv)-SG载体把SG蛋白短期转入6周龄地鼠(Bio 14.6系)的心脏。一周后可获高效表达,染色可见(全)左室心肌肌纤维膜的50%~60%表达SG蛋白。心肌病地鼠的其他下调的肌聚糖基因也可得到恢复。恰如预想,3周内前2周高表达的LacZ在第3周时有显著降低。而更均一广泛的染色发现与(肌)营养不良蛋白相关的蛋白聚糖(dystroglycans)在第3周时也可见,并且超声心动图显示左心室收缩功能增强。因此可以证实心肌肌纤维膜可以持续高效的表达一种丢失的结构成分。Kawata等也报道了用腺相关病毒(AAV)-SG载体把SG基因直接注射入心肌病地鼠的左室心尖部,10周时其表达局限于左心室心尖部和中部(有效率分别为41%和27%),左心室舒张和心室充盈压这两个血流动力学变量得到提高。
还有研究利用其他方法对左心室心功能不全的大鼠和兔子进行基因转移,研究发现SERCA-2基因转导后心功能得到改善。
近年来,在体体细胞基因转移技术被用于检测已确定的DCM治疗的新方法。如前所述,在转双基因的PLB-/-/MLP-/-小鼠的研究中发现,用一种假磷酸化的变异PLB肽对MLP-/-小鼠的心肌细胞进行AdV转染,能有效地预防PLB结合到SERCA 2钙离子泵上,PLB通常抑制此泵并且减少SR对钙离子的吸收。这种变异的肽保留了基本收缩功能和心肌细胞的储Ca2+功能。还有研究构建了一种rAAV载体用于基因转移,利用一种CMV启动子,与PLB变异略有不同。在心肌病地鼠进行基因转移后5周和6个月的研究发现,使用这种AAV/S16E PLB载体与rAAV/LacZ处理的动物相比,超声心动图显示后者心功能较前者明显降低,前者的收缩力明显增强(用LVdP/dtmax进行评估),此研究经冠状动脉利用rAAV载体获得长期高效的在体基因表达,说明通过不依赖cAMP效应的机制增强兴奋-收缩偶联,很可能为已确定的DCM实现成功的基因治疗。