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上海大学最新35.5分SCI：抑制Hmbox1激活Gck促进心肌细胞存活和糖代谢，为治疗心脏缺血/再灌注损伤提供新策略
Highlights
1. 在I/R损伤中，抑制Hmbox1能够保护心脏的功能，减少了心肌细胞的凋亡。
2. Hmbox1通过直接靶向并抑制Gck的表达来调控心肌细胞的代谢和存活
3. ETS1能够负向调控Hmbox1的表达
近日，“Circulation”（IF=35.5）上发表了一篇题为“Inhibition of Hmbox1 Promotes Cardiomyocyte Survival and Glucose Metabolism Through Gck Activation in Ischemia/Reperfusion Injury”的文章。这篇文章主要研究了Hmbox1在心脏缺血/再灌注损伤中的作用，以及其对心肌细胞存活和葡萄糖代谢的影响。
研究背景介绍
Hmbox1是一种含有同源结构域的转录因子。它在多种细胞过程中发挥作用，包括细胞分化、增殖、凋亡和自噬。
葡萄糖激酶（Gck）是一种在糖酵解途径中催化葡萄糖磷酸化的酶。
ETS1是一种转录因子，属于ETS家族成员，参与多种生物学过程，包括细胞增殖、分化和迁移。
缺血/再灌注（I/R）损伤发生在血流恢复至缺血组织时，可能引起额外的细胞损伤。在心脏中，I/R损伤常见于心肌梗死后的再灌注治疗，是心脏疾病研究的重要领域。
研究思路分析
研究技术路线图
01Hmbox1在生理性心脏生长中的作用
①在进行为期四周游泳训练的小鼠心脏组织中，Hmbox1的表达水平显著下降。且实验显示，Hmbox1的表达不影响心肌细胞的增殖能力。
②研究显示，Hmbox1的敲低或过表达并未影响心脏病理性肥大标志物的水平，主要影响心脏生理性肥大，且不影响心脏的功能。此外，Hmbox1在心肌细胞中的表达水平高于心脏成纤维细胞。
③研究发现，在心肌梗死患者的心脏组织和模拟心脏I/R损伤的小鼠模型中，Hmbox1的表达水平显著上调。
④通过在体外模拟心脏I/R损伤的OGDR（氧气和葡萄糖剥夺及再灌注）模型中，对NRCMs进行Hmbox1的敲减能够显著减少OGDR诱导的心肌细胞凋亡，而过表达Hmbox1则加剧了凋亡。在人类胚胎干细胞来源的心肌细胞中也有此发现。
02Hmbox1在心脏I/R损伤中的保护作用
①通过结扎和释放小鼠冠状动脉的方法建立心脏I/R损伤模型，并利用AAV9病毒载体，携带Hmbox1 shRNA尾静脉注射到小鼠体内以降低心肌细胞中的Hmbox1表达。实验结果显示，与对照组相比，该模型的心肌梗死面积显著减少，且心脏收缩和舒张功能得到显著改善，心脏恢复更好。长期观察发现，该模型小鼠心脏纤维化程度降低，心脏结构和功能得到更好的保护。
②分子机制研究表明，Hmbox1的抑制能够激活Akt/mTOR/P70S6K等细胞生存相关信号通路，这些信号通路的激活有助于提高心肌细胞的存活率。
③通过RNA-seq分析发现，I/R损伤模型中，Hmbox1的下调与Gck基因表达的上调有关。研究显示Hmbox1的下调导致心肌细胞体积增大，而Gck的过表达则抑制了这种增大。而在OGDR诱导的心肌细胞凋亡模型中，Hmbox1的下调减少了凋亡细胞的数量，而Gck的敲减则逆转了这一现象。表明，Hmbox1的抑制不仅通过Gck促进心肌细胞的生理性肥大，还通过改善能量代谢和减少凋亡来保护心脏免受I/R损伤。
④在OGDR模型中，心肌细胞会经历氧气和葡萄糖的剥夺后进行灌注，该过程会导致线粒体受损和能量代谢障碍。而AAV9介导的Hmbox1敲减能够在OGDR应激下部分恢复心肌细胞的线粒体呼吸功能。具体表现为提高氧气消耗率、基础呼吸率、最大呼吸率和备用呼吸能力。同时降低Hmbox1还增强了OGDR应激下心肌细胞的糖酵解速率。
03Hmbox1的特异性抑制与治疗潜力
①通过基因敲除技术，在心肌细胞中特异性地敲除Hmbox1基因的小鼠模型显示，在I/R损伤后，心脏的收缩和舒张功能得到了显著改善，心脏结构更加完整，心肌细胞凋亡减少，Bax/Bcl2比例和caspase3活性降低。此外，除凋亡途径外，还通过激活Gck来改善心肌细胞的代谢状态。且Hmbox1抑制能够激活Akt/mTOR/P70S6K等细胞生存和代谢相关的信号通路，来提高心肌细胞的存活率和代谢能力。
②在心脏I/R损伤的动物模型中，ETS1的表达水平在损伤后出现下调，而通过心肌内注射ETS1过表达的慢病毒，可以显著改善心脏的收缩功能和减少心脏重塑。此外，ETS1的过表达也降低了Hmbox1的表达，改善了心肌细胞的代谢状态和减少心肌细胞凋亡。
③在AAV9介导的Hmbox1敲减的I/R损伤模型中，Hmbox1敲减治疗的小鼠同样展现出更好的心脏功能，更低的细胞凋亡，激活Gck来改善心肌细胞糖酵解和线粒体呼吸和激活Akt/mTOR/P70S6K信号通路来提高心肌细胞的存活率和代谢能力的作用。
图1. Hmbox1下调是运动诱导的生理性心脏肥大所必需的
图2. Hmbox1在心肌梗死后心肌中上调，且Hmbox1的下调抑制心肌细胞凋亡
图3. AAV9介导的Hmbox1下调保护心脏免受缺血/再灌注损伤
图4. Hmbox1通过糖激酶Gck发挥作用
图5. 抑制Hmbox1通过激活糖激酶Gck改善OGDR应激心肌细胞的线粒体呼吸和糖酵解
图6. 心肌细胞特异性Hmbox1敲除保护心脏免受I/R损伤
图7. 心肌细胞特异性Hmbox1敲除保护心脏免受I/R损伤
图8.AAV9治疗介导的Hmbox1敲除减轻心脏I/R损伤
结论与讨论
本研究揭示了Hmbox1在心脏生理和病理过程中的关键作用。通过在小鼠模型中抑制Hmbox1，研究显示能促进心肌细胞的存活，改善心脏的糖代谢，并通过激活Gck减少心肌细胞凋亡。此外，ETS1作为Hmbox1的上游负向调节因子，其过表达也显示出对心脏I/R损伤的保护作用。
在未，应进一步关注Hmbox1抑制剂或Gck激活剂的开发，并评估其在心脏疾病治疗中的安全性和有效性。此外，探索其他可能的上游调节因子和信号通路，以全面理解Hmbox1在心脏疾病中的作用机制。