CN111743911B - Abra在制备改善扩张型心肌病心肌功能药物中的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物医药领域,涉及改善扩张型心肌病心脏功能的药物,具体涉及一种改善家族遗传性扩张型心肌病心肌细胞功能的药剂及方法,本发明中的过表达ABRA基因能够显著改善肌钙蛋白T的ΔK210突变及R141W突变的心肌细胞形态和对应突变的扩张型心肌病的心脏功能。本发明提供了ABRA基因在制备改善心肌功能药物中的应用,还涉及一种体外改善心肌细胞功能的方法。本发明为改善心肌细胞的功能提供了新的途径和方法,尤其是针对肌钙蛋白T亚基上的缺失及点突变造成的扩张型心肌病,ABRA具有显著的改善心肌细胞形态和功能的效果,并能够进一步改善扩张型心肌病的心脏功能。

Description

ABRA在制备改善扩张型心肌病心肌功能药物中的用途
技术领域
本发明涉及生物医药领域,涉及ABRA基因的一种新用途,具体涉及ABRA在制备改善扩张型心肌病心肌功能药物中的用途
背景技术
研究公开了TNNT2-ΔK210突变为TNNT2基因第210位赖氨酸的缺失,发生在肌钙蛋白T亚基上的缺失突变导致的构象改变使得苏氨酸残基暴露,磷酸化水平上升,影响了肌小节结构,钙离子敏感性降低,进而导致扩张型心肌病(DCM)的发生。DCM是一种原因未明的原发性心肌疾病,该病的特征为左或右心室或双侧心室扩大,并伴有心室收缩功能减退,伴或不伴充血性心力衰竭。室性或房性心律失常多见。病情呈进行性加重,死亡可发生于疾病的任何阶段。
而同样发生于肌钙蛋白T亚基上的ΔE160突变则会导致以肌小节重塑增强、心室缩窄、心肌层增厚、收缩力上升、钙离子敏感性升高为主要表现的肥厚型心肌病(Hypertrophiccardiomyopathy,简称HCM)。该病以心肌肥厚为特征。根据左心室流出道有无梗阻可分为梗阻性和非梗阻性肥厚型心肌病,不对称性室间隔肥厚致主动脉瓣下狭窄者称特发性肥厚型主动脉瓣下狭窄。肥厚型心肌病发展缓慢,预后较好,但由于心律失常,可致猝死,生活上应注意避免过劳,防止过度精神紧张。
TNNT2上同一基因的不同突变最终为什么会导致两种不同类型心肌病,其中的机制尚不清楚。虽然临床表现不同,但是DCM和HCM都会较大程度影响患者的劳动能力,严重时导致猝死。改善和治疗TNNT2基因突变引起的心肌功能损伤,是本技术领域的一个重要课题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供ABRA基因(actinbindingRhoactivatingprotein)的一种新用途,具体涉及ABRA基因在制备改善扩张型心肌病心脏功能的药物中的用途和方法,尤其涉及ABRA基因在制备显著改善家族遗传性扩张型心肌病心肌细胞功能的药剂和方法,本发明的过表达ABRA基因能够显著改善肌钙蛋白T的ΔK210突变及R141W突变的心肌细胞形态和对应突变的扩张型心肌病的心脏功能。
本发明基于TNNT2-ΔK210发生突变,会影响肌小节结构,钙离子敏感性降低,筛选了在带有TNNT2-ΔK210突变的人类胚胎干细胞(hESC)定向分化来源的心肌细胞(cardiomyocytes,CMs)中低表达的基因;进一步研究表明,ABRA过表达有助于改善心肌细胞钙处理能力,并且显著改善TNNT2-ΔK210突变的扩张型小鼠心脏功能与心肌形态结构。本发明在此基础上完成。
本发明所述的ABRA基因,全称actinbindingRhoactivatingprotein。
该基因GeneID:137735,蛋白结构如图1所示:其中,N-terminus:蛋白N端;C-terminus:蛋白C端;斜线部分:ABD1(actinbindingdomain1:residues193–295);点状部分:ABD2(actinbindingdomain2:residues294–375);黑色方块:CaM-bindingdomain(Calmodulin结合区域:residues13-35);灰色方块:F-actinbindingdomain(F-actin结合区域:residues234-279);AT-hook:AT-hookDNAbindingmotif(residues270;281and287–375)。数字代表氨基酸序列数。
本发明提供了ABRA的一种新用途,即ABRA在制备改善心肌药物中的应用。
本发明经过对TNNT2-ΔK210突变的心肌细胞低表达基因的多次试验筛选和验证,确认ABRA在TNNT2-ΔK210突变的hESC-CMs细胞中低表达,进一步的体内和体外试验验证表明,ABRA能够改善该心肌细胞的功能。
所述的改善心肌药物可以是改善心肌收缩能力的药物,也可以是改善心肌细胞钙处理能力的药物。
例如,所述的改善心肌药物是针对DCM或者HCM的药剂。
所述的心肌细胞是TNNT2-ΔK210突变的细胞,例如,在本发明的一个优选实施例中,是在带有ΔK210突变的hESC-CMs细胞。
本发明中,ABRA是所述药物的活性成分,可以配以药学上可接受的辅助成分,制成改善心肌的药物,或者制成针剂等常用剂型。
相应的,本发明提供了一种改善心肌细胞状态的方法,即使心肌细胞过表达ABRA。所述的方法包括下列步骤:
制备表达ABRA基因的载体;
将表达ABRA基因的载体转入心肌细胞。
例如,在本发明的一个实施例中,所述的载体是病毒载体。
心肌细胞状态可以是心肌细胞的形态、收缩能力、钙处理能力,等等。
本发明提供了一种显著改善心肌细胞功能的药剂和方法,过表达ABRA能够显著改善TNNT2-ΔK210突变及TNNT2-R141W突变的心肌细胞形态和小鼠心脏功能。本发明提供了ABRA在制备改善心肌功能药物中的应用,还涉及一种体外改善心肌细胞功能的方法。本发明为改善心肌细胞的功能提供了新的途径和方法,尤其是针对肌钙蛋白T亚基上的缺失及点突变造成的扩张型心肌病,具有显著的改善肌细胞形态和功能的效果,并能够进一步改善扩张型心肌病的心脏功能。
本发明提供了ABRA基因在制备改善心肌功能药物中的应用,还涉及一种体外改善心肌细胞功能的方法。本发明为改善心肌细胞的功能提供了新的途径和方法,尤其是针对肌钙蛋白T亚基上的缺失及点突变造成的扩张型心肌病,ABRA具有显著的改善心肌细胞形态和功能的效果,并能够进一步改善心脏的功能。
附图说明
图1显示了ABRA蛋白结构,其中,
N-terminus:蛋白N端;C-terminus:蛋白C端;斜线部分:ABD1(actinbindingdomain1:residues193–295);点状部分:ABD2(actinbindingdomain2:residues294–375);黑色方块:CaM-bindingdomain(Calmodulin结合区域:residues13-35);灰色方块:F-actinbindingdomain(F-actin结合区域:residues234-279);AT-hook:AT-hookDNAbindingmotif(residues270;281and287–375);数字代表氨基酸序列数。
图2是带有ΔK210与ΔE160突变的人细胞系的测序图。
图3是野生型(WT/WT)及带有突变的hESC-CMs进行免疫荧光染色后的透射电子显微镜图。
图4是带有ΔK210和ΔE160突变的hESC-CMs的心肌收缩力测试图。
图5是心肌方向分化后的hESC-CMs表达谱芯片分差异基因分析图。
图6是钙瞬变结果图,显示ABRA过表达有助于改善心肌细胞钙处理能力。
图7是过表达ABRA对WT/ΔK210小鼠心肌形态的影响比较图。
图8是ABRA过表达可以显著改善ΔK210突变的扩张型小鼠心脏功能结果图。
图9是ABRA过表达可以显著改善TNNT2-R141W突变的扩张型小鼠心脏功能结果图
具体实施方式
为了便于理解,以下将通过具体的附图和具体实施方式对本发明进行详细地描述。需要特别指出的是,这些描述仅仅是示例性的描述,并不构成对本发明范围的限制。
实施例1
通过TALEN基因编辑与同源重组技术将ΔK210与ΔE160突变引入人类胚胎干细胞(hESCs,humanembryonicstemcells)的基因组建立带有ΔK210与ΔE160突变的人胚胎干细胞系(图2),进一步向心肌方向定向诱导使之分化为带有ΔK210与ΔE160突变的人类多能干细胞来源的心肌细胞(hESC-CMs)。
实施例2
对于分化完成的野生型(WT/WT)及带有突变的hESC-CMs进行免疫荧光染色以及透射电子显微镜观察细胞形态学变化,与野生型相比,带有ΔK210突变的心肌细胞肌节排列紊乱甚至结构不完整,带有ΔE160突变的杂合心肌细胞肌节变粗(图3)。
实施例3
通过多电极微阵列(multi-electrodearray,MEA)和钙瞬变检测检测心肌细胞电生理特性、对心肌细胞收缩力进行测量以评价其功能学改变,从而验证ΔK210与ΔE160心肌细胞功能。通过检测发现带有ΔK210突变的hESC-CMs收缩力降低,带有与扩张型心肌病相似的疾病表型,而带有ΔE160突变的hESC-CMs收缩力升高,带有与肥厚型心肌病相似的疾病表型(图4),可以作为良好的疾病人类心肌细胞模型。
实施例4
收集向心肌方向分化后15天与35天的hESC-CMs,对其进行RNAseq,经过分析发现在带有ΔK210突变的hESC-CMs中低表达,而在带有ΔE160突变的hESC-CMs中高表达的基因中有若干与心肌细胞功能有关,其中ABRA(actin bindingRhoactivatingprotein)与心肌肌节的结构形成密切相关。
实施例5
通过慢病毒在ΔK210心肌模型中过表达ABRA,免疫荧光染色发现ABRA过表达确可以使细胞结构改善,钙瞬变结果显示ABRA过表达有助于改善心肌细胞钙处理能力,同时过表达ABRA后的心肌细胞收缩力也有所提升(图6,结果表明,过表达ABRA基因或可促进肌小节重塑而改善扩张型心肌病的疾病表型及动物模型心功能。
实施例6
动物实验方面,对出生后2-3天的ΔK210基因突变小鼠WT/ΔK210腹腔注射带有cTnT启动子的ABRA基因的9型腺相关病毒(Adeno-associatedvirus serotype9,AAV9)进行治疗。由于AAV-9可以靶向心肌表达,故副作用较小。通过同样方法将包装有荧光素酶luciferase的AAV9-Luci注射至ΔK210杂合型小鼠作为对照,并使用小动物成像系统对AAV-9的心肌特异性进行了验证;
注射三月后,取心脏,肉眼可见治疗后的心脏体积变小,心脏/体重比值减小,趋近于野生型大小。经HE染色、masson染色、WGA染色,可见接受治疗的小鼠心肌细胞密度增加、肌纤维排列较整齐、纤维化区域减小(图7)。
实施例7
通过每周一次的心脏超声检查,发现ABRA过表达治疗后的小鼠左心室收缩期末内径与舒张期末内径均缩小,接近野生型小鼠;射血分数增加,短轴缩短率增加;且各项数据随时间进展趋势接近于野生型小鼠(图8),结果表明,ABRA过表达治疗可以显著改善ΔK210突变的扩张型心肌病小鼠心脏功能。
实施例8
对出生后2-3天的TNNT2-R141W基因突变小鼠WT/R141W腹腔注射带有cTnT启动子的ABRA基因的9型腺相关病毒进行治疗。通过同样方法将包装有荧光素酶luciferase的AAV9-Luci注射至TNNT2-R141W杂合型小鼠作为对照,并使用小动物成像系统对AAV-9的心肌特异性进行了验证;通过心脏超声检查,发现ABRA过表达治疗三月后的小鼠左心室收缩期末内径与舒张期末内径均缩小,接近野生型小鼠;射血分数增加,短轴缩短率增加;各项数据改善。治疗三月后,取心脏,肉眼可见治疗后的心脏体积变小,心脏/体重比值减小,趋近于野生型大小。经HE染色、masson染色、WGA染色,可见接受治疗的小鼠心肌细胞密度增加、肌纤维排列较整齐、纤维化区域减小、细胞面积减小(图9)。结果表明,ABRA过表达治疗可以显著改善TNNT2-R141W突变的扩张型心肌病小鼠心脏功能。

Claims (3)

1. ABRA 基因在制备改善对应TNNT2-ΔK210 突变及TNNT2-R141W 突变的扩张型心肌病的心脏功能的药物中的用途。
2.如权利要求1所述的用途,其特征在于,所述的改善扩张型心肌病心脏功能的药物是改善心肌收缩能力的药物。
3.如权利要求1所述的用途,其特征在于,所述的改善扩张型心肌病心脏功能的药物是改善心肌细胞钙处理能力的药物。
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