心力衰竭(HF)是抗癌药物治疗导致患者死亡的常见原因。随着新的和改进的抗癌治疗的发展,癌症幸存者的数量不断增加,由于这些治疗的不良副作用,HF患者的数量也相应的增加。阿霉素是一种非常有效的蒽环类抗癌药物,急性和长期不良反应对心脏和心肌造成心肌损伤和心衰的不良反应。此类不良反应限制了蒽环类药物的临床使用[1]。近年来,对心脏毒性的新治疗靶点的探索取得了新的进展,miRNA和lncRNA已被发现作为心血管疾病(CVD)治疗靶点的临床研究证据[2]。环状RNA作为一种反向剪切产物,在生物体内具有高度的稳定性和多种类型的生物学功能。环状RNA具有作为下一代基于RNA的心衰治疗药物的转化潜力。

2022年6月27号,汉诺威医学院Thomas Thum和Christian Bär共同通讯在European Heart Journal (IF 35.855)发表文章A circular RNA derived from the insulin receptor locus protects against doxorubicin-induced cardiotoxicity发现Circ-INSR在心脏毒性和心脏重塑过程中表达下调,腺相关病毒和基于人工制备环状RNA的Circ-INSR模拟物可预防和逆转阿霉素介导的心肌细胞死亡,并改善心功能。这项研究的结果发现了一种新的、具有转化潜能的基于Circ-INSR的治疗阿霉素诱导的心功能不全的方法。 

作者在心衰患者和左心室压力超负荷诱导的心脏重塑小鼠的心脏组织中筛选出显著性低表达,且具有高度保守性的Circ-INSR基因。分别在HF患者(人和鼠)心脏组织中验证了Circ-INSR的低表达,并在体内的阿霉素介导的心脏毒性组织中验证了其表达,体外条件下,阿霉素处理的HL-1心肌细胞样细胞和人诱导多功能干细胞衍生的心肌细胞重现了Circ-INSR的低表达。Circ-INSR在细胞质定位。

缺乏Circ-INSR会损害心肌细胞的代谢活性和存活。总之,细胞活力在阿霉素应激下降低,在Circ-INSR基因敲除后进一步恶化。小鼠体内实验表明,在阿霉素应激期间,心肌细胞中Circ-INSR的缺失导致代谢活动受损并诱导细胞凋亡,说明Circ-INSR具有心脏保护作用。为验证Circ-INSR的心脏保护作用,体外细胞实验证明,Circ-INSR可治疗并预防阿霉素诱导的心肌细胞代谢缺陷和凋亡。体内实验发现,Circ-INSR同样在体内具有治疗作用,可在体内保护阿霉素诱导的心脏毒性。

Circ-INSR来源和作用机制:

随后,作者对Circ-INSR的来源机制进行探讨,使用RERGNA 2.0软件工具预测潜在的剪接调节基序(Alu元件),预测发现Brca1是最有希望的调控基因。干扰Brca1可以显著性抑制Circ-INSR的表达,Brca1是一种不依赖于宿主基因的Circ-INSR表达的调节基因。

对Circ-INSR的下拉产物进行质谱分析,并对蛋白的结合效率进行验证,Circ-INSR和SSBP1之间存在相互作用,荧光定位证实了二者之间的结合关系。

转化角度分析:

1.     AAV递送Circ-INSR治疗HF:

Circ-INSR对鼠心肌细胞损伤具有保护作用;人类Circ-INSR也可以调节人心肌细胞的代谢活性并防止细胞死亡。

2.     体外制备Circ-INSR治疗HF:

随着体外制备环状RNA技术的发展,作者旨在开发一种更加成熟的环状RNA治疗策略。如图1所示,基于Circ-INSR对阿霉素介导HF的影响,使用体外转录的Circ-INSR可以实现对阿霉素介导的心肌细胞死亡更优的治疗和保护作用。

图1.Circ-INSR模拟物对HF的治疗作用

 

综上所述,作者报告了高度物种保守(人,小鼠,大鼠)的Circ-INSR对体外培养的啮齿动物和人心肌细胞以及慢性阿霉素诱导的心脏毒性小鼠模型中阿霉素介导的心脏毒性的显著保护作用。作者还鉴定了Circ-INSR与SSBP1的物理和功能相互作用,SSBP1在调节心肌细胞凋亡和线粒体膜电位方面发挥作用(如图2)。除了在体外和体内AAV介导的Circ-INSR过表达外,作者还应用了体外制备Circ-INSR模拟物。所有方法都有效地预防了阿霉素介导的心脏毒性,突出了Circ INSR的治疗价值。

除了阿霉素外,其他蒽环类药物或抗癌药物如紫杉烷类药物也会引起意想不到的剂量和时间依赖性HF。因此,作者还测试了用不同浓度的其他抗癌药物(如表柔比星和紫杉醇)治疗心肌细胞后Circ-INSR的表达。数据表明,Circ-INSR在其他心脏毒性模型中可能也很重要,但在这方面还需要进一步的详细研究。

图2. 结构化图文摘要

 

引人注目的是,体外转录的Circ-INSR对阿霉素诱导的心肌细胞DNA损伤显示出强烈的心脏保护作用。总之,体外转录的Circ-INSR模拟物的传递有效地防止了阿霉素诱导的心脏毒性,这为基于AAV的治疗提供了一种令人兴奋的补充选择。
由于科研技术的滞后性,文中作者使用引入夹板的旧的制备方法,但是也取得了振奋人心的效果。随着人工制备环状RNA方法学研究的深入,圆因生物在环状RNA新冠疫苗的研发过程中走在前列,在恒河猴身上验证了针对新冠变异毒株有效的环状RNA疫苗;环码生物也立足Ⅱ型内含子自剪切制备环状RNA技术的更新;吉赛生物利用原研的环状RNA人工制备专利技术,优化T4连接酶法的环化条件,实现高效率大规模环化,并创造性的改造了普适于内含子剪切的序列重设计方法,在环状RNA的产研道路上取得了可喜的进展。本篇文章的出现,给人一种千呼万唤始出来的感觉,打破了环状RNA人工制备技术的应用局限(制备方法学和产物免疫原性探索)。体外制备环状RNA技术首次应用于基础科研,加速推动了环状RNA基础研究的转化和应用,不仅仅在产业化领域,环状RNA的人工制备技术必将在基础科研领域大放异彩。

 

原文链接
https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehac337
参考文献
[1].Swain SM, Whaley FS, Ewer MS. Congestive heart failure in patients treated withdoxorubicin: a retrospective analysis of three trials. Cancer 2003;97:2869–2879.

[2].Santer L, Baer C, Thum T. Circular RNAs: a novel class of functional RNA molecules

with a therapeutic perspective. Mol Ther 2019;27:1350–1363.

 

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