前列腺素I2信號預防血管緊張素II誘發的小鼠心房重構和房顫易感性研究
心房顫動 (AF) 是常見的心律失常，常伴隨高發病率和死亡率，并增加中風和心力衰竭風險。研究表明，心房纖維化是AF結構重構的關鍵標志，心臟成纖維細胞在此過程中起重要作用，心房成纖維細胞對血管緊張素II (Ang II) 等有絲分裂因子的反應更強，Ang II 可能參與了心房重構和AF的發生機制。
前列腺素I2 (PGI2) 由環加氧酶-2 (COX-2) 和PGI合酶 (PTGIS) 代謝花生四烯酸生成，主要在血管內皮細胞、平滑肌細胞合成，可抑制血小板聚集、平滑肌收縮和免疫細胞增殖。PGI2也在成纖維細胞中合成，PGI2通過激活IP受體，增加細胞內cAMP和蛋白激酶A (PKA) 活性，抑制成纖維細胞增殖和細胞外基質 (ECM) 蛋白質合成，具有抗纖維化作用。
近日，天津醫科大學第二醫院心內科李廣平教授團隊在Cellular and Molecular Life Sciences發表題目為Prostaglandin I2 signaling prevents angiotensin II-induced atrial remodeling and vulnerability to atrial fibrillation in mice的研究文章。
本研究發現，AF患者的PGI2水平顯著降低，且主要來源于心房成纖維細胞。PGI2在AF患者和Ang II誘導的AF小鼠模型的心房組織中均顯著減少。用PGI2類似物 iloprost治療可減輕Ang II誘發的AF和心房纖維化。iloprost通過增加cAMP水平，激活PKA，抑制MAPK依賴性白細胞介素6的轉錄，從而阻止心房成纖維細胞的分化和膠原合成。相反，心臟成纖維細胞特異性IP敲低小鼠增加了Ang II誘導的AF和心房纖維化。這些結果表明PGI2/IP系統可預防心房纖維化，是治療AF的潛在靶點。
研究方法：
文中采用多通道電生理標測技術（Electrical Mapping，MappingLab）評估小鼠心房場電位的變化，分析了不同組小鼠心房的傳導時間、傳導速度 (CV) 、絕對不均勻性和不均勻性指數等指標。
1. 在房顫患者中，PGI2含量降低
為探討房顫（AF）與前列腺素之間的關系，分析了持續性房顫（PAF）患者和正常竇性心律（SR）患者的血漿樣本，發現PAF患者的PGI2水平顯著降低，而其他八種二十烷類物質的水平顯著升高，且較低的血漿PGI2水平與AF風險顯著增加相關。（表1）
Table 1. 健康對照組和持續性房顫患者的臨床特征
為闡明PAF患者PGI2生成減少的原因，分析其左心房（LA）組織發現，PAF組的PTGIS表達在mRNA和蛋白水平上均低于SR組，還有α-SMA水平升高及心肌纖維化的現象。PTGIS與成纖維細胞標志物α-SMA和內皮細胞標志物CD31共定位，但與心肌細胞標志物α-肌動蛋白無共定位。結果表明，PTGIS在房顫患者心房組織的成纖維細胞中特異性下調。這些結果在Ang II誘導的AF小鼠模型中得到了驗證，結果提示PGI2參與AF的發生（圖1）。
圖1. 在AF患者和Ang II誘導的小鼠中，PGI2的產生減少
2. 使用PGI2類似物 iloprost治療可降低AngII 誘導的房顫
為了研究PGI2是否調節AF的發生，將注射Ang II的小鼠，用 iloprost治療兩周。iloprost是一種合成的PGI2類似物，用于治療肺動脈高壓。iloprost具有比PGI2更好的化學穩定性，這有助于其臨床應用。結果發現，Ang II/iloprost治療組能顯著減少AF的誘發并縮短AF的持續時間。盡管Ang II/iloprost治療組和對照組的收縮壓和舒張壓無顯著差異，但Ang II/iloprost治療組的心房電傳導速度和傳導均勻性明顯改善。
圖2. PGI2類似物 iloprost減少Ang II誘導的心房顫動
3. 給予PGI2類似物 iloprost可抑制Ang II誘導的心房纖維化
將 iloprost對心房重構的影響進行了研究。對Ang II/iloprost治療組小鼠的左心房組織進行了組織學分析，通過組織學和免疫熒光分析，發現與僅接受Ang II處理的小鼠相比，iloprost能顯著減少左心房組織中無序的肌纖維和膠原沉積。此外，iloprost還減少肌細胞肥大和纖維化標志物的表達，并改善了左心房的體積。這些結果強有力地支持PGI2在治療心房顫動中的潛在療效（圖3）。
圖3. PGI2類似物 iloprost可降低Ang II誘導的心房纖維化
4. PGI2減弱Ang II誘導的心房成纖維細胞膠原合成和分化
為了探討PGI2如何發揮其抗纖維化作用，首先比較了小鼠原代心房心肌細胞和成纖維細胞中PTGIS蛋白水平，發現PTGIS在成纖維細胞中富集，隨后在AngII組的心房成纖維細胞中，PTGIS的mRNA和蛋白水平均下調，并且PGI2的產生也減少。進一步研究了PGI2是否能夠抑制Ang II誘導的心房成纖維細胞分化，結果表明，iloprost治療組不僅減少了Ang II引起的ECM成分和肌成纖維細胞標志物的表達增加，還逆轉了已建立的纖維化表型。此外，iloprost還減少了心房成纖維細胞在體外對膠原基質的收縮和遷移能力（圖4）。
圖4. PGI2類似物 iloprost可抑制Ang II誘導的心房成纖維細胞活化
5. PGI2抑制Ang II誘導的心房成纖維細胞IL-6基因表達中的MAPK通路
PGI2信號通路在抗纖維化作用的分子機制尚不完全清楚。通過RNA測序分析揭示，PGI2通過抑制MAPK/IL-6軸發揮其抗纖維化作用的分子機制。具體分析顯示，iloprost能逆轉Ang II誘導的216個上調基因和30個下調基因的表達變化，這些基因顯著富集于MAPK途徑。進一步的研究揭示，iloprost顯著抑制了IL-6、Serpine1、Thbs1、Pdcd4和Pdgfrb等關鍵基因的表達，特別是IL-6，這是慢性AF中常見的炎性細胞因子之一。此外，iloprost處理顯著降低了心房成纖維細胞中IL-6的mRNA水平和上清液中的IL-6蛋白水平，這些結果表明，MAPK/IL-6軸是PGI2抗纖維化效應的一個關鍵下游靶標。
圖5. PGI2類似物 iloprost降低小鼠心房成纖維細胞和心房組織中Ang II誘導的IL-6的產生
6. PGI2通過激活PKA來抑制Ang II誘導的ERK1/2和P38激活
研究顯示，PGI2通過抑制MAPK信號通路發揮其作用的關鍵機制。在心房成纖維細胞中，Ang II處理導致ERK1/2、P38和JNK的磷酸化增加，而iloprost處理顯著抑制ERK1/2和P38的磷酸化，但對JNK影響不顯著。此外，iloprost處理導致細胞內cAMP水平升高并激活PKA，表明iloprost通過經典的cAMP介導的信號通路發揮作用。使用PKA抑制劑（Rp-8Br-cAMPS）預處理能阻斷iloprost抑制ERK1/2和P38磷酸化的能力，以及IL-6的產生。因此，iloprost通過激活PKA來抑制MAPK的激活，從而減少Ang II誘導的IL-6產生。
圖6. iloprost抑制ERK1/2和心房成纖維細胞中IL-6的產生
7. 在心臟成纖維細胞中敲低前列腺素I受體（IP）受體加劇 Ang II 誘導的心房顫動和心房纖維化
PGI2通過與IP受體結合發揮其生理效應。在小鼠原代心房成纖維細胞中，敲低IP受體導致膠原I型和α-SMA的顯著增加，表明促進了成纖維細胞向肌成纖維細胞的轉變。此外，IP受體缺失還引起肌成纖維細胞介導的膠原凝膠收縮、增加細胞遷移和增殖速率。進一步驗證顯示，IP受體敲低導致cAMP水平和PKA活性降低，從而激活ERK1/2和P38，增加Ang II誘導產生IL-6。此外，Ang II處理后使用IL-6抗體預處理可抑制膠原I型和α-SMA的表達。這些結果表明缺失IP受體會激活MAPK信號通路，促進IL-6的產生，從而導致心房成纖維細胞的激活。
圖7. 在心房成纖維細胞中IP缺失會增強成纖維細胞分化，并激活ERK1/2和P38，這些激酶進一步促進IL-6的生成
8. 敲低心臟成纖維細胞中的IP受體加劇 Ang II 誘導的心房顫動和心房纖維化
研究通過AAV9載體在小鼠心臟成纖維細胞中靶向抑制IP受體，發現在血管緊張素II刺激下，小鼠心房內IP受體缺失會導致房顫誘導率及持續時間顯著增加，左房傳導速度減慢和離散度增加，心房纖維化和肌細胞增大。iloprost的增加給藥未能逆轉這些效應，PGI2主要通過IP受體激活發揮其抗房顫作用。
圖8. 心臟成纖維細胞特異性IP敲低加重Ang II誘導的AF
圖9. 心臟成纖維細胞特異性IP敲低加重Ang II誘導的心房纖維化
研究結論：
本研究證明，PGI2作為重要的內源性抗纖維化調節因子，通過直接抑制心房成纖維細胞激活和肌成纖維細胞轉分化，改善了 Ang II 誘導的心房纖維化和心房顫動。這些過程在心臟成纖維細胞特異性 IP 受體缺陷的小鼠中被加重。機制上，PGI2 促進了 cAMP/PKA 軸的激活，導致 MAPK 級聯反應的活性減弱，從而減少 MAPK 目標基因的表達和心房顫動的形成。因此，這些發現表明 PGI2 可能在心房重構中起保護作用，突出了 PGI2/IP 受體系統作為治療心房纖維化和心房顫動的潛在上游治療靶點。
