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背景
心房颤动(AF)与结构和电重构有关，导致离子通道表达的改变，从而促进心律失常的诱导和维持。房颤中的心律失常是由特定离子通道的活性或表达的变化介导的。尤其重要的是K+通道，它介导膜复极化，从而决定动作电位时程(APD)。迄今为止，在人类房颤或实验动物模型的分子分析中，尚未详细探讨与房颤诱导的钾通道表达变化有关的表观遗传机制。组蛋白去乙酰化酶(HDACs)控制心脏基因转录，并参与不同类型心脏病的病理重塑。组蛋白赖氨酸残基的脱乙酰化导致染色质浓缩和基因转录的抑制。此外，HDACs与转录因子、辅激活子和辅抑制子等非组蛋白相互作用。越来越多的证据表明，HDAC介导的组蛋白和非组蛋白修饰参与了房颤的发病机制。HDAC抑制剂已被证明通过抑制结构和电重构过程，在房颤中提供抗心律失常的作用。最近的研究表明，I类HDACs作为细胞外基质蛋白生产的调控元件，在成纤维细胞(HDAC1)和心肌细胞(HDAC2)中具有亚型特异性表达。I类HDACs广泛表达，可能形成多蛋白复合物的成分。HDAC1和HDAC2均为I类HDACs，表现出较高的同源性(人类蛋白之间同源性为85%)，并介导不同的特定性功能。I类HDACs可与神经元限制性沉默因子相互作用(NRSF；或RE1-沉默转录因子，REST)，其最初被鉴定为抑制非神经元组织中神经元基因的转录阻遏物。在心脏中，NRSF通过增加ANP和BNP以及心脏超极化激活环核苷酸门控(HCN)2和4通道来调节不同胎儿基因程序的转录。此外，与对照组相比，NRSF功能减退的小鼠实验数据显示室性心律失常发生和心肌病发生率增加。
简介
年2月25日，来自德国海德堡大学心内科的DierkThomas及其团队在BasicResCardiol(IF:11.)杂志上发表名为Epigeneticregulationofcardiacelectrophysiologyinatrialfibrillation:HDAC2determinesactionpotentialdurationandsuppressesNRSFincardiomyocytes的研究[1]。
主要结果
I类HDACs在人类和实验性房颤中被重塑
对阵发性或慢性房颤和HF患者进行右心房(RA)和左心房(LA)I类HDACsmRNA分析，以证实I类HDACs与离子通道基因调控域相关的假说。来自pAF或cAF患者的右心房组织样本中，未检测到HDAC1mRNA水平，而与SR对照组相比，LApAF患者的HDAC1水平具有临界意义的数值下降(26%，P=0.05)(图1a)。
图1.伴发心衰的房颤患者和实验性房颤患者中I类HDACs的重构
在pAF患者的RA组织中，HDAC2mRNA水平显著降低49%(RA,P=0.)，在cAF个体中降低45%(RA,P=0.)(图1b)。左心房组织样本中pAF患者HDAC2水平没有发生改变，而cAF患者HDAC2mRNA表达显著性降低(38%，P=0.)。伴有心力衰竭的AF患者中，HDAC1和HDAC2表达的变化与肉眼可见的心房改变相关，表现为pAF和cAF受试者中LA大小增加，与左心室功能降低无关(图1c)。
Hdac2与K+通道的染色质调控区相连
房颤时K+通道的重构是心房肌细胞电生理改变的关键因素。为确定表观遗传调控心房K+通道的潜在靶点。为此，我们之前确定了Kcnq1、Kcnk2、Kcnj2、Kcnj3、Kcnj5和Kcnd3作为Hdac信号失调的潜在靶点。在HL-1细胞中使用Hdac1和Hdac2抗体进行染色质免疫沉淀，以探测HDACs与K+通道基因启动子区域之间的直接相互作用。Kcnq1、Kcnk2、Kcnj2、Kcnj3、Kcnj5和Kcnd3的调控DNA区域富含HDAC2(图2)。相比之下，没有检测到指定K+通道的启动子区域与Hdac1或对照抗体之间的关联。使用在成纤维细胞和平滑肌组织中发现的转化和形状改变敏感的肌动蛋白交联/胶凝蛋白转铁蛋白(Tagln)作为阴性对照。Hdac1和Hdac2免疫沉淀后未检测到Tagln扩增信号。
图2.Hdac1和Hdac2与K+通道的关系
Hdac2影响Nrsf的表达
I类HDACs与神经元限制性沉默因子NRSF相互作用。为了研究I类Hdacs对Nrsf表达的潜在影响，在HL-1细胞中进行了siRNA介导的敲除实验(图3a)。与接受加扰siRNA治疗的对照组(n=12)相比，遗传性Hdac2抑制诱导Nrsf表达显著性上调(+80%，P=0.，n=3)，而通过抗Hdac1siRNA治疗敲除Hdac1没有影响NrsfmRNA表达(图3a)。反之，敲除Nrsf并不影响Hdac2的表达(图3a)。图3b-d显示了对Hdac1、Hdac2或NrsfmRNA的有效敲除。通过抗Hdac1siRNA(57%，P0.，n=6)或同时给予抗Hdac1和抗hdac2SiRNA(60%，P0.，n=6)降低了Hdac1mRNA(图3b)。此外，通过抗Hdac2siRNA(70%，P0.，n=6)或同时给予抗Hdac1和抗hdac2SiRNA(64%，P0.，n=6)抑制了Hdac2mRNA水平(图3c)。抗NrsfsiRNA降低了75%的Nrsf表达(P0.，n=6)(图3d)。
图3.选择性下调I类HDACs对NRSF表达及体内重塑的调控作用
HDAC2和NRSF调节心肌细胞动作电位时程
然后使用新生小鼠心肌细胞来阐明Hdac2和Nrsf介导的转录效应对K+通道表达的功能性电生理效应(图5a和c)。与加扰siRNA对照(n=66)相比，siRNA-Hdac1诱导的HDAC1敲除没有影响APD90(图5a)。Hdac2的选择性失活增加了90%重极化的动作电位时程(APD90)(+26%，P=0.03，n=56)，而抗NrsfsiRNA缩短了APD%(P=0.，n=39)，突出了HDAC2和Nrsf在功能水平上的拮抗作用(图5b和c)。
图5.动作电位时程的表观遗传调控
HDAC2依赖于AF中K+通道表达的表观遗传调控
本研究揭示了HDAC2和NRSF信号通过调控心房K+通道表达对动作电位调节的特异性作用(图6)。SiRNA介导的HDAC失活将HDAC2鉴定为与表观遗传调节的K+通道的启动子区域相关的主要调节性HDAC病。具体而言，HDAC2失活后，心脏IK1电流基础上的Kcnj2K+通道转录物的下调可能至少部分导致APD延长。同样，NRSF抑制后的Kcnj2上调有望导致APD缩短(图5)。虽然先前已在神经元组织和肿瘤细胞中发现HDAC2参与离子通道表达，但本研究将HDAC2的关键作用延伸至心脏电生理，并描述了一种未被识别的心脏K+通道表观遗传调节模式。这些结果与早期研究一致，早期研究表明，在具有高HDAC活性的转基因小鼠(HopX-tg)中，曲古他汀A(TSA)产生HDAC抑制后，AF诱导性降低，连接蛋白40表达正常化。
图6.心脏电生理表观遗传调控示意图
结论及展望
HDAC2信号的表观遗传重构以及K+通道表达和APD的相关变化代表了一种以前未被认识到的AF病理生理机制。HDAC2表达降低后，K+通道表达的差异变化会导致APD延长，这与伴发心衰的患者中AF的持续存在有关。这些表观遗传电重构的新机制可能为个体化、基于机制的抗心律失常房颤治疗提供科学依据。
原文链接
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