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作者：Tracy
【导读】心房心肌病（ACM）是心房颤动（AF）和血栓栓塞事件的罪魁祸首。糖尿病（DM）是ACM的重要危险因素。然而，ACM和DM之间的潜在机制，仍然难以捉摸。
2024年8月3日， 上海交通大学医学院附属新华医院王群山团队在期刊《eBioMedicine》上发表了题为“NR4A3 prevents diabetes induced atrial cardiomyopathy by maintaining mitochondrial energy metabolism and reducing oxidative stress”的研究论文。本研究首次证实了糖尿病心房中NR4A3的减少，直接导致SDHA的转录下调。本研究揭示了NR4A3在糖尿病诱导的ACM中的关键作用，为心房肌病提供了新的潜在治疗靶点。
https://www.thelancet.com/journals/ebiom/article/PIIS2352-3964(24)00304-9/fulltext#%20
研究背景
01
心房性心肌病（ACM）越来越引起临床和研究的兴趣，可以被视为心房颤动（AF）和中风的前兆状态。AF本身可以看作是ACM中的电重塑，它也可以诱导心房的结构和功能改变，如心肌肥大、离子通道功能障碍和节律控制丧失，从而加剧ACM。因此，AF和ACM有着互补、密不可分的关系。
糖尿病、高血压、老年和心力衰竭会加重ACM。糖尿病是最普遍的慢性疾病之一，是AF的独立危险因素。糖尿病患者发生心房颤动的风险增加约40%，而心房颤动和糖尿病患者的住院率、心血管疾病死亡率和全因死亡率明显更高。糖尿病可以通过多种机制增强对心房颤动的易感性，包括心房结构重塑、电重塑、机电重塑、自主神经重塑、炎症和氧化应激。
心房心肌细胞中的兴奋-收缩耦合和电传导需要大量的三磷酸腺苷（ATP）支持。心房肌细胞中线粒体能量产生的障碍可导致心房重塑，从而促进心律失常（包括心房颤动）的发生。与SR患者相比，在AF患者中观察到多种三羧酸（TCA）循环关键酶（如乌头酸水合酶、柠檬酸合酶和苹果酸脱氢酶）的表达下降。此外，不仅在孤立的AF患者中观察到线粒体电子传递链（ETC）复合物I和II的功能障碍，而且在伴有糖尿病的患者中，也观察到功能障碍。活性氧（ROS）的清除依赖于TCA循环中各种关键酶的参与，例如烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）。因此，TCA周期周转率的降低，导致ROS产生的显著增加，从而进一步促进心房重塑。同样明显的是，AF与氧化应激升高有关。
NR4A亚家族（亚家族4的核受体）属于核受体家族，与NR4A1（也称为NUR77）、NR4A2（NURR1）和NR4A3（NOR1）等成员一起作为转录因子，可以快速反应各种刺激，如生长因子和激素。这3种受体都有一个共同的结构，包括配体非依赖性激活函数 （AF）-1 反式激活结构域、配体依赖性AF-2反式激活结构域和DNA结合结构域（DBD）。这些受体的DBD结构域表现出90%–95%的同源性，并且可以与NBRE（神经生长因子[NGFI-B]反应元件）结合，该元素由八聚体序列（共识序列 AAAGGTCA）零元件组成，或由两个倒置的NBRE组成，由有限数量的核苷酸组成，作为同型二聚体或异二聚体。DBD的高度同源性，确保了NR4A家族内功能的一致性，尽管它们的活性也受到转录水平和转录后修饰的影响。NR4A3在肌肉中的过表达，可以增强TCA循环和电子呼吸链传导的中间含量，包括异柠檬酸脱氢酶3（IDH3）、富马酸脱氢酶（FH）和ATP合成F1 α（ATP5a1）。
在本研究中，团队首次揭示了NR4A3在心房中的高度表达，对糖尿病诱导的ACM具有保护作用。团队发现AF患者和糖尿病小鼠的心房组织样本中NR4A3显著减少。从机制上讲，NR4A3缺乏通过抑制SDHA转录水平，促进线粒体能量代谢功能障碍和氧化应激损伤，从而加重心房重塑。
研究进展
02
NR4A3抑制糖尿病诱导的心房结构重塑
实验结果表明，与db/m小鼠相比，db/db小鼠存在显著的肝脂肪变性，脂肪细胞明显增大，血清代谢指标ALT、AST、TG和TC升高。此外，葡萄糖耐量和胰岛素抵抗明显受损。然而，NR4A3在db/m小鼠或db/db小鼠中的过表达，显示上述表型没有明显变化。
与ctrl db/m小鼠相比，在db/m小鼠中过表达NR4A3在LAW/TBW比率，左心房面积，心房纤维化和心房心肌细胞横截面积方面，没有产生任何显著变化。相比之下，与携带AAV9-Ctrl的db/db小鼠相比，db/db小鼠中NR4A3的上调显著减弱了LAW/TBW比率、左心房面积、心房纤维化、心房肌细胞横截面积。在db/m小鼠中，NR4A3的过表达对ANP、COL1A1和COL3A1没有显著影响。然而，在db/db小鼠中，NR4A3的过表达导致ANP、COL1A1和COL3A1表达显著降低。因此，NR4A3的过表达，可以缓解db/db小鼠的心房纤维化和心肌细胞肥大。
两种糖尿病模型的IL-6和TNF-α水平，均轻度升高。然而，NR4A3的过表达降低了db/db小鼠中IL-6和TNF-α的水平，而敲除NR4A3加剧了HFD+STZ处理的T2DM小鼠心房组织中IL-6和TNF-α的水平。糖尿病模型中IL-1β的表达变化不明显。研究结果表明，NR4A3的过表达，可以减轻糖尿病小鼠的炎症。
图3NR4A3的心脏特异性过表达，减弱了糖尿病诱导的心房重塑。（A） 注射AAV9-cTNT-Nr4a3或AAV9-cTNT-Ctrl（比例尺=1mm）后16周时 db/m或db/db小鼠的代表性全心图像。（B）二维超声心动图长轴的代表性图像。（C）Masson染色的代表性图像（比例尺=50μm）（D） WGA染色的代表性图像（比例尺=20μm）。（E） 左心房重量（LAW） 与总体重（TBW）的比率（LAW/TBW，每组 n=8）。（F）每组的左心房面积（n=每组 8个）。（G）指定组纤维化面积的定量结果（每组 n = 8）。（H）指示组心肌细胞面积的定量结果（每组 n=8）。（I和J）ANP蛋白水平的免疫印迹（I）和定量（J）（每组 n=6）。（千米）COL1A1和COL3A1蛋白水平的免疫印迹（K）和定量（L和M）（每组 n=6）。所有数据均以标差±平均值表示。对于统计分析，使用单因素方差分析与Bonferroni事后分析。
SDHA过表达减弱糖尿病Nr4a3-KO小鼠的心房重塑
鉴于SDHA在NR4A3介导的糖尿病诱导的ACM调节中的关键作用，Nr4a3-KO小鼠在8周时接受过表达SDHA的AAV9载体或对照组的注射，然后用ND或HFD + STZ治疗16周。研究结果表明，SDHA的上调抑制了NR4A3缺乏诱导的糖尿病小鼠LAW/TBW、左心房大小、心房纤维化、心房心肌细胞横截面积的重塑，以及对起搏诱导的AF的易感性。透射电镜表明，SDHA的过表达并没有显著改变糖尿病Nr4a3-KO小鼠线粒体的大小和数量。然而，它显著缓解了线粒体损伤，同时显著改善了ATP的产生。
图8SDHA过表达减弱糖尿病Nr4a3-/-小鼠的心房重塑。（A） ND或HFD + STZ治疗后16周注射AAV9-SDHA或AAV9-CTRL的Nr4a3-/- 小鼠的代表性全心图像。（B）二维超声心动图长轴的代表性图像。（C）Masson 染色的代表性图像（比例尺=50μm）。（D）WGA 染色的代表性图像（比例尺=20 μm）。（E）左心房重量（LAW）与总体重（TBW）的比率（LAW/TBW，每组 n=6）。（F）每组左心房面积（n=每组6个）。（G）指定组纤维化面积的定量结果（每组 n= 6）。（H）指示组心肌细胞面积的定量结果（每组 n=6）。（I）代表性心内心电图轨迹（每组 n=6）。（J）每组在总共10次突发刺激中成功诱导率的概率。（K）指示组的AF持续时间。（从左到右）透射电子显微镜 （TEM）图像（L）和线粒体大小（M）、线粒体数量/μm 的定量结果2（N）和线粒体空泡比（O）（比例尺= 1μm和500nm）。（P）ATP产生（每组 n=6）。
研究结论
03
NR4A3作为一种转录因子，调节各种疾病相关基因的转录。然而，之前没有关于NR4A3参与SDHA监管的报告。在本研究中，团队提出了NR4A3确实调节SDHA转录的新发现。团队通过Cut&Tag检测和双荧光素酶报告基因检测，阐明了SDHA启动子区域中的特定NR4A3反应元件。此外，SDHA在Nr4a3-/-糖尿病小鼠中的过表达，显示出对心房重塑的缓解作用，为NR4A3在糖尿病心房病理学中的潜在治疗作用，提供了宝贵的见解。
身体内的各个器官之间存在相互影响，多种因素都可能导致多器官功能障碍。例如，肥胖、胰岛素抵抗、血糖水平异常和血脂异常等代谢危险因素经常聚集在一起，是心血管疾病（CVD）、T2DM和NAFLD的主要危险因素。
多项研究证实，NAFLD和肥胖会增加患AF的风险。它们可引起代谢紊乱，包括胰岛素抵抗增加和心脏脂毒性，从而导致心房重塑。此外，通过释放炎性细胞因子和增加氧化应激，NAFLD和肥胖症还会导致心房纤维化、LA扩大、电重塑和自主神经重塑。NAFLD和肥胖会导致心外膜脂肪组织的体积和厚度增加，释放出脂肪因子，这些脂肪因子通过旁分泌效应作用于心房组织，导致心房重塑。
团队利用带有cTNT启动子的AAV9载体来过表达NR4A3。随后，团队评估了胰岛、肝脏和脂肪组织的形态和功能。结果证实，NR4A3过表达的影响仅集中在心脏中。因此，NR4A3对糖尿病诱导的心房重塑的保护作用，源于其对心脏本身的直接作用。
然而，在Nr4a3-KO小鼠中，团队无法完全消除系统之间的潜在相互作用。尽管如此，总体研究结果证实，NR4A3的缺乏会加剧糖尿病诱导的心房功能障碍。
参考资料：
1.Goette A. Kalman J.M. Aguinaga L. et al.
EHRA/HRS/APHRS/SOLAECE expert consensus on atrial cardiomyopathies: definition, characterization, and clinical implication.
Europace. 2016; 18: 1455-1490
2.Goldberger J.J. Arora R. Green D. et al.
Evaluating the atrial myopathy underlying atrial fibrillation: identifying the arrhythmogenic and thrombogenic substrate.
Circulation. 2015; 132: 278-291
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