Circulation 上海交通大学医学院附属瑞金医院张瑞岩/闫小响团队阐明心肌细胞中DDX5调节可变剪接维持心脏功能的新机制

心力衰竭(Heart Failure)，简称心衰，是各种心脏疾病发展的终末阶段。中国心血管患病率目前仍处于持续上升阶段，其中现存心力衰竭病患高达890万。在综合应用新五联心衰药物、心脏再同步化治疗和左室辅助装置等治疗策略的情况下，心力衰竭患者的入院率、死亡率仍然居高不下，患者的临床结局仍亟需改善。因此，深入阐明心力衰竭发生发展的分子机制，挖掘新的潜在干预靶点，具有极其重要的科学意义和广阔的临床应用前景。

RNA结合蛋白(RNA binding protein, RBP)结构和功能异常在心衰的发生发展中起到关键作用，干预RBP及其下游的靶分子可显著延缓心衰进展。为鉴定新的参与心衰发病机制的RBP, 研究人员对心衰单细胞数据进行上游分析筛选出潜在的调控分子DDX5。DEAD-box RNA解旋酶DDX5既往已被报道与多种人类疾病高度相关，参与包括触发特应性皮炎、银屑病、透明软骨纤维化等，并且参与肿瘤发生、发展、侵袭、增殖、分化和转移等各个过程。然而，DDX5在心脏中的作用却从未被报道。

2024年7月26日，上海交通大学医学院附属瑞金医院张瑞岩/闫小响团队在心血管权威期刊Circulation杂志上发表题为“RNA helicase DDX5 maintains cardiac function by regulating CamkIIδ alternative splicing”的研究论文，首次报道RNA解旋酶DDX5在维持心脏功能中的关键作用，阐明DDX5通过调节心肌细胞CaMKIIδ可变剪接维持细胞钙稳态的深层机制。

首先，研究人员在GEO数据库中分析了DDX5在心衰患者心脏组织中的表达变化。结果显示，在缺血性心肌病或者扩张性心肌病所致的心衰患者心脏组织中，DDX5表达显著下调。进一步实验验证了DDX5在扩张性心肌病患者心脏切片、小鼠TAC心衰模型的心脏样本及AngII刺激的细胞模型中均出现表达显著降低，提示DDX5与心衰进展密切相关。

接着，作者进一步构建两种心肌细胞条件性敲除DDX5的小鼠(包括组成型敲除及诱导型敲除小鼠)，发现DDX5敲除小鼠出现自发性心衰和DCM的表型，主要表现为心功能下降、心腔增大、室壁变薄和纤维化等。与之相对，携带心肌细胞特异性启动子的AAV9-cTnT-DDX5腺相关病毒则可以显著改善TAC诱导的心功能降低及不良心室重构。

为进一步探究DDX5维持心功能的深层机制，作者进一步进行蛋白质组学研究揭示DDX5参与心肌细胞RNA剪接过程，并对DDX5敲除的心脏组织RNA-seq进行rMATS差异可变剪接分析得到差异剪接基因列表。研究人员同时使用RIP-seq技术鉴定DDX5结合的RNA靶分子。综合分析上述结果，研究人员发现CaMKIIδ是DDX5缺失时|△PSI|差异最大的靶基因，且DDX5结合CaMKIIδ RNA。CaMKIIδ是心肌细胞钙稳态调节的重要激酶，其通过可变剪接产生11种不同的剪接变体，在心脏中主要表达CaMKIIδ A/B/C/9这4种剪接变体。有趣的是，DDX5缺失并不改变CamkIIδ的整体表达水平，而是促进了其pre-RNA在剪接时纳入exon15从而增加了异常转录本CaMKIIδA的水平。

然后，研究人员利用钙瞬变测定及免疫共沉淀技术，发现DDX5敲除所导致的CaMKIIδA异常累积可以显著激活电压门控钙通道LTCC的α亚基磷酸化，致使钙内流增加，细胞内钙超载，从而诱导心肌细胞死亡。

最后，作者通过腺相关病毒对转录本CaMKIIδA进行敲减则可以显著回复DDX5缺失所引起的心衰及DCM表型，论证了DDX5通过调控CaMKIIδ可变剪接，阻止异常转录本CaMKIIδA的形成从而维持心肌细胞钙稳态。

综上所述，本研究鉴定了心衰进展中新的重要调控因子—RNA解旋酶DDX5，并勾勒了DDX5在维持心脏功能中关键的“守门人”作用，挖掘了DDX5在心肌细胞中通过调控CaMKIIδ可变剪接维持细胞钙稳态的重要机制；该研究进一步丰富了可变剪接参与心衰进展的理论体系，为寻求心衰有效干预靶点提供新线索，为心衰的治疗提供新思路。

本研究由上海交通大学医学院附属瑞金医院心脏内科张瑞岩教授和闫小响教授、同济大学附属东方医院再生医学研究所高崚教授为论文的共同通讯作者。上海交通大学医学院附属瑞金医院心脏内科临床博士后贾康妮、博士生程豪迈、医师马文琦为本文共同第一作者。本工作获得了上海交通大学医学院附属仁济医院卜军教授、北京大学医学部张岩教授、上海交通大学医学院附属瑞金医院陆林教授、日本庆义塾大学医学院Motoaki Sano及Keiichi Fukuda教授的合作与支持。该课题得到国家自然科学基金、重点国合等项目的资助。

原文链接：

https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCULATIONAHA.123.064774