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Nature子刊（IF39.3）丨卡波西肉瘤相关疱疹病毒编码的microRNA导致扩张型心肌病

人阅读发布时间：2023-08-29 14:16

作为心血管疾病的最终常见后果，心力衰竭（HF）是一种全球流行病，影响全球超过2600万人。扩张型心肌病（DCM）是目前HF的第二大常见原因。在过去几十年中，随着治疗策略的实施和早期诊断，DCM患者的预后得到了改善，但治疗仍然具有挑战性。DCM的潜在病因多种多样，包括基因突变、传染因子（尤其是病毒）、酒精等毒素、化疗药物、自身免疫性和全身性疾病。据报道，9-16%的成人DCM患者有经活检证实的病毒性心肌炎，其中高达30%的病毒性心肌炎患者可能进展为DCM。在172例DCM患者的队列中，在8.1-36.6%的心内膜心肌活检中检测到病毒的基因组，包括细小病毒B19（PB19）、肠道病毒、人疱疹病毒6（HHV6）和腺病毒。病毒的持续存在和激活的免疫反应可能导致心肌细胞变性，心脏重塑，从而发展为DCM。在心内膜心肌活检中，病毒基因组的存在，例如PB19、腺病毒和EB病毒（EBV），是小儿心脏移植受者移植物丢失的独立危险因素。同时，除了心肌细胞外，在人心肌样本中发现的病毒也可能感染其他类型的细胞。据报道，PB19可以感染心脏内皮并引起内皮损伤，从而引起心脏缺血和功能障碍。在体外，HHV6可以感染人内皮细胞并增加其分泌趋化因子的能力。然而，心肌炎诱发心肌病的病毒致病基础理论主要是通过检测DCM患者的病毒RNA、DNA、蛋白质或中和抗体来支持的。病毒感染与DCM发展之间的潜在关联需要进一步研究。

I型干扰素（IFNs）是细胞为响应微生物产物而产生的，由IFNα、IFNβ、IFNω、IFNκ、IFNε、IFNδ和IFNτ七类组成，其中IFNα和IFNβ是研究最广泛的。I型IFNs作用于大多数细胞类型，是对抗病毒感染的重要先天免疫介质。I型IFNs与其异二聚体受体干扰素-α/β 受体（IFNAR）结合可激活IFN刺激的基因因子3/信号转导器和转录1同源二聚体的激活因子，并诱导下游干扰素敏感反应元件（ISRE）驱动的基因编码抗病毒蛋白，例如 2′–5′-寡腺苷酸合成酶（OAS）、MX发动蛋白样GTPase（MX）、干扰素刺激基因（ISGs）和干扰素调节因子（IRF）。I型IFNs的下游基因提供了强大而多样的病毒防御机制。事实上，OAS蛋白激活内切核糖核酸酶RNase L来切割病毒RNA，而MX蛋白通过介导囊泡运输来捕获必需的病毒成分，从而在早期时间点阻止病毒复制。I型IFN信号通路受损的小鼠在柯萨奇病毒B3（CVB3）感染和长期病毒持续存在后遭受严重的心肌炎。IFNβ-1β治疗可有效清除病毒或大幅降低病毒载量，改善慢性病毒性心肌病患者的功能表现。持续存在于患者心脏中的病毒基因组物质有助于慢性炎症和DCM的发展。因此，I型IFN信号通路的破坏可能已经启动了DCM的过程。

microRNAs（miRNAs）是一类特征明确的小非编码RNAs，通过与靶基因mRNA结合并介导其降解或翻译抑制来调节基因表达。据报道，失调的miRNAs在心血管疾病中很重要。除了宿主来源的miRNAs外，入侵病毒基因组编码的miRNAs还被发现调节受感染宿主的生物和病理过程。人类巨细胞病毒来源的miRNA被证明靶向IRF1，并且与原发性高血压风险增加独立相关。然而，只有有限的研究报道了病毒miRNAs和DCM之间的关联。有趣的是，最近的研究发现，与健康供体相比，DCM患者心脏组织中有5个病毒编码的miRNAs表达上调，而DCM患者血浆中的30个病毒miRNAs表达升高。值得注意的是，3个上调的心脏miRNAs和7个上调的血浆miRNAs是由卡波西肉瘤相关疱疹病毒（KSHV）编码的。

KSHV，也称为HHV8，是卡波西肉瘤（KS）、原发性积液淋巴瘤和多中心Castleman病的病原体。最近的研究还报道了KSHV感染与骨肉瘤和特发性肺纤维化风险显著升高有关。KSHV编码12个pre-microRNAs，这些RNAs被加工成25个成熟的miRNAs以调节病毒及其宿主细胞基因的表达。在脓毒症患者中发现KSHV编码的miRNAs增加，同时它们作为Toll样受体8（TLR8）的激动剂并导致细胞因子失调。此外，研究发现在这些KSHV编码的miRNAs中，只有kshv-miR-K12-1-5p在患有HF的DCM患者的心脏和血浆中升高，因此被选择用于进一步研究。近日，Signal Transduction and Targeted Therapy期刊（IF39.3）发表了一篇题为A Kaposi’s sarcoma-associated herpes virus-encoded microRNA contributes to dilated cardiomyopathy的研究论文。该研究确定了涉及I型IFN信号通路抗病毒作用的kshv-miR-K12-1-5p、KSHV和DCM进展之间的潜在关联，为DCM的发展提供了涉及病毒及其miRNA的见解。

鉴于之前的研究，研究人员使用microRNA（miRNA）阵列鉴定了3个上调的心脏miRNAs和7个上调的循环miRNAs是由KSHV编码的，其中只有kshv-miR-K12-1-5p在DCM患者的心脏和血浆中都升高。随后，研究人员检测了696例DCM患者血浆中的KSHV DNA载量和kshv-miR-K12-1-5p水平，并对这些患者进行随访。结果显示，与非DCM组相比，DCM患者的KSHV血清阳性和定量滴度增加。在随访期间，KSHV DNA血清阳性的DCM患者因心血管原因或心脏移植而死亡的个体终点风险增加。在心脏组织中，与健康供体相比，DCM患者心脏中的KSHV DNA载量也增加。

Fig1. KSHV编码的miRNA和KSHV感染在DCM患者中升高

为了探索心脏kshv-miR-K12-1-5p可能的细胞起源，研究人员采用免疫荧光和荧光染色原位杂交法检测DCM心脏中的KSHV和kshv-miR-K12-1-5p。结果发现，KSHV本身仅在CD31阳性内皮中可检测到，而kshv-miR-K12-1-5p可以在内皮细胞和心肌细胞中检测到。表明心肌细胞定位的kshv-miR-K12-1-5p可能部分来源于KSHV感染的内皮细胞。

Fig2. kshv-miR-K12-1-5p可能部分来源于KSHV感染的心脏内皮细胞

接下来，研究人员探索了kshv-miR-K12-1-5p对DCM的潜在影响。为了了解kshv-miR-K12-1-5p的潜在分子机制，研究人员使用anti-argonaute2 (Ago2)抗体进行了RIP-seq以确定kshv-miR-K12-1-5p的潜在靶标。结果鉴定出67个mRNAs在kshv-miR-K12-1-5p转染后与Ago2蛋白的相关性增加。对这些基因进行GO分析显示，其中I型IFN信号通路最为富集。进一步的实验证明了kshv-miR-K12-1-5p通过直接靶向其下游基因破坏I型IFN信号通路。

Fig3. kshv-miR-K12-1-5p靶向IFN信号通路

最后，研究人员使用两种kshv-miR-K12-1-5p过表达模型（agomiR和重组腺相关病毒）来探索KSHV编码的miRNA在体内的作用。作为在小鼠心脏中表达kshv-miR-K12-1-5p的方法，研究人员在CVB3感染前连续3天注射kshv-miR-K12-1-5p agomiR或对照agomiR。结果显示，kshv-miR-K12-1-5p agomiR增加了心脏中CVB3的复制、心脏组织中炎症细胞的浸润和血清炎症细胞因子的水平，加重了心脏组织的纤维化水平，心输出量减少和舒张功能障碍。重组腺相关病毒介导的kshv-miR-K12-1-5p过表达得到相似的结果。以上结果表明kshv-miR-K12-1-5p加重了嗜心病毒诱导的心功能障碍和炎症浸润。